基于小學(xué)數(shù)學(xué)空間思維發(fā)展的STEAM課程

包繼光

[摘要]數(shù)學(xué)是一門邏輯性強(qiáng)的學(xué)科，注重學(xué)生邏輯思維能力及空間思維能力的培養(yǎng)。小學(xué)數(shù)學(xué)應(yīng)重視對學(xué)生空間思維的建設(shè)與培養(yǎng)，為將來學(xué)習(xí)幾何知識(shí)奠定基礎(chǔ)。現(xiàn)行的小學(xué)數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出：“讓學(xué)生通過認(rèn)識(shí)幾何圖形和物體的大小、形狀、位置關(guān)系等，來了解和學(xué)習(xí)幾何的基礎(chǔ)知識(shí)，初步形成思維空間概念?！钡W(xué)生習(xí)慣以直觀形象思維來解決問題，導(dǎo)致培養(yǎng)其數(shù)學(xué)空間思維能力受阻，在此背景下借助STEAM課程理念能有效發(fā)展小學(xué)生的數(shù)學(xué)空間思維。

[關(guān)鍵詞]邏輯思維能力;思維空間;STEAM課程

一、STEAM的概念與特點(diǎn)

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（En-gineefing）及數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱，是美國1980年提出來培養(yǎng)人才的教育理念，之后在其基礎(chǔ)上加入了Art（藝術(shù)），從而形成了STEAM這一多學(xué)科融合的教學(xué)理念，強(qiáng)調(diào)充分利用這些學(xué)科的交叉融合來培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的復(fù)合型人才。STEAM教育是繼STEM教育的發(fā)展性、包容性、拓展性更強(qiáng)的跨學(xué)科的綜合素質(zhì)教育，注重知識(shí)的交融與運(yùn)用。我國教育學(xué)者歸納出STEAM教育的優(yōu)點(diǎn)在于將其知識(shí)情境化與社會(huì)化。STEAM教育采用的是以PBL探究為基礎(chǔ)的教學(xué)模式和問題式學(xué)習(xí)模式，主要利用學(xué)生自主探究的過程來獲得解決實(shí)際問題的目的，其重點(diǎn)是突出對學(xué)生自主探究及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、用STEAM課程理念發(fā)展小學(xué)數(shù)學(xué)空間思維

傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課程是普及學(xué)生數(shù)學(xué)知識(shí)，努力培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維及空間思維能力，講解各類題型的具體方法，其重點(diǎn)在于傳授知識(shí)、傳授經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生的思維能力有一定的提升，但如遇到新型的問題，可能難以解決。這不能說明學(xué)生沒有掌握這方面的知識(shí)，而是思維缺失所導(dǎo)致的結(jié)果，主要原因是學(xué)生思維方式的陳舊與單一。數(shù)學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)是對學(xué)生思維方式和能力的培養(yǎng)，靈活解決實(shí)際問題。教師不僅需要傳授知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，還需要讓學(xué)生學(xué)會(huì)自主探究，學(xué)會(huì)多問問題，拓展和開發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維。在小學(xué)數(shù)學(xué)階段，對涉及圖形和物體的大小、形狀、位置的一些數(shù)學(xué)題型，學(xué)生往往摸不著頭腦，這是由于他們習(xí)慣用直接思維來解決問題的緣故。對于圖形和物體的空間概念不明確，這時(shí)在教學(xué)中引進(jìn)STEAM課程理念中的多學(xué)科融合教學(xué)，可通過各個(gè)學(xué)科的輔助教學(xué)（如借助實(shí)物搭建、微課講解、多媒體播放、教學(xué)PPT、實(shí)驗(yàn)等），讓學(xué)生自己感受、自己探索，幫助學(xué)生建立空間思維，快速掌握數(shù)學(xué)知識(shí)，解決數(shù)學(xué)問題，并且重點(diǎn)突出了對學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

三、STEAM課堂培養(yǎng)小學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維的關(guān)鍵點(diǎn)

大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的方式單一，就是死記計(jì)算公式，當(dāng)遇到抽象或復(fù)雜的問題時(shí)，不會(huì)靈活變通思維方式，常常感到束手無策，于是產(chǎn)生了畏懼、抵觸的心理。培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維的STEAM課堂，就是針對目前大多數(shù)學(xué)生陳舊的思維學(xué)習(xí)方式，以興趣點(diǎn)為突破口、以問題形式為主線、以學(xué)生探索為載體、以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力與創(chuàng)新能力為目標(biāo)的教學(xué)思路，運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)的融合應(yīng)用，拓展學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維，為今后學(xué)習(xí)立體幾何打下良好的基礎(chǔ)。

四、STEAM課堂培養(yǎng)小學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維的策略

（一）以教學(xué)實(shí)物觀察，想象虛擬的空間模型，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

一切事物的發(fā)展都是由簡單到復(fù)雜的過程?？茖W(xué)學(xué)科，教會(huì)我們?nèi)绾斡^察實(shí)物，分析事物，弄清事物的發(fā)展方向及規(guī)律。在小學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維發(fā)展的過程中，也要遵循這一發(fā)展規(guī)律。小學(xué)階段所接觸的幾何屬于直觀幾何，也可以說是經(jīng)驗(yàn)幾何或?qū)嶒?yàn)幾何。因此，學(xué)生獲得幾何知識(shí)并形成空間觀念必須依靠他們不斷地“觀察實(shí)物、動(dòng)手感知，反復(fù)建模”來不斷完善和積累經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)物觀察時(shí)，要提示學(xué)生從不同方位、不一樣的視角進(jìn)行觀察，比如同一個(gè)正方體，正對著的學(xué)生看見的是“一個(gè)正方形”，而側(cè)面的學(xué)生看到是“正方體的兩個(gè)或三個(gè)面”，由此學(xué)生可以得出“從不同視角，觀察同一個(gè)物體（幾何體），所看到的形狀是不一樣的”，讓學(xué)生初步建立正確的空間思維方式。實(shí)物觀察是最直觀形象的一種認(rèn)知方式，學(xué)生可以近距離觀察實(shí)物，再根據(jù)教師的問題提示，想象虛擬的空間模型并畫出來，以此激發(fā)其好奇心，積極詢問或探索相關(guān)知識(shí)。再如在學(xué)習(xí)長方體時(shí)，備好長方體的實(shí)物，讓每個(gè)學(xué)生觀察并感受長方體的頂點(diǎn)、棱長、面的特征，接著讓學(xué)生照著長方體的實(shí)物畫出長方體，在教師講解長方體相關(guān)知識(shí)后，讓學(xué)生根據(jù)自己的理解總結(jié)出長方體的點(diǎn)、線、面的特征，然后在腦中構(gòu)思出一個(gè)長方體模型，并嘗試著把腦中的模型畫在紙上，以此加深對長方體知識(shí)的認(rèn)識(shí)，發(fā)展其空間思維能力。

（二）借力信息技術(shù)手段，直觀空間思維，強(qiáng)調(diào)自主探究學(xué)習(xí)

在STEAM課堂中，采用較多的是現(xiàn)代化信息技術(shù)。信息技術(shù)中多媒體播放、電子白板的使用、幻燈片的播放、微視頻播放等，能有效針對學(xué)科教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，加快學(xué)生對知識(shí)原理的理解與掌握。小學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維的培養(yǎng)，更需要這些現(xiàn)代化的教學(xué)手段，這對于小學(xué)生形成正確的空間思維方式很有幫助。教學(xué)中，可利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對教學(xué)素材的立體成像，充分發(fā)揮聲音、圖形、動(dòng)畫的功能，直觀空間思維，剖析數(shù)學(xué)知識(shí)原理，加速學(xué)生空間思維的形成與發(fā)展，此教學(xué)過中需重視學(xué)生自我探索、自我學(xué)習(xí)的過程。譬如，在“軸對稱”圖形教學(xué)時(shí)，教師可以用PPT給學(xué)生展示蝴蝶和蜻蜓的翅膀結(jié)構(gòu)，并讓學(xué)生嘗試著說出這些翅膀的特征，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“對稱”的特點(diǎn)，然后再讓學(xué)生想象一下生活中見過的對稱事物，并一一列舉出來。

（三）注重立體圖形與平面圖形的轉(zhuǎn)化，建立立體的思維空間

“空間與圖形”的教學(xué)目標(biāo)之一是使學(xué)生獲知基礎(chǔ)的幾何概念，初步形成網(wǎng)絡(luò)式的空間思維結(jié)構(gòu)。在認(rèn)識(shí)圖形的教學(xué)中，除了借助“標(biāo)準(zhǔn)實(shí)物圖形”，還應(yīng)運(yùn)用“變式圖形”，并有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行立體圖形與平面圖形之間的轉(zhuǎn)化，并能熟練分解或整合立體圖形，讓學(xué)生體會(huì)到立體圖形中的相關(guān)問題是可以通過拆分成單個(gè)的平面圖形來解決的。例如有一堆正方體，從上面看是兩個(gè)正方形，從側(cè)面看是三個(gè)正方形，試問這堆最多有幾個(gè)正方體，最少有幾個(gè)正方體？在STEAM課堂學(xué)習(xí)中，遇到這類問題時(shí)，教師可以借助多媒體教學(xué)，把復(fù)雜的立體圖形，分解成各個(gè)獨(dú)立的平面圖形，利用各種顏色標(biāo)出所要呈現(xiàn)的圖形，幫助學(xué)生建立立體的思維空間，鞏固所學(xué)知識(shí)。此過程中，教師可變換實(shí)物圖形數(shù)量來設(shè)問，反復(fù)強(qiáng)化和發(fā)展學(xué)生的分解和整合的能力，從而建立立體的思維空間。

（四）靈活運(yùn)用空間思維，解決實(shí)際問題

發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維能力是小學(xué)圖形學(xué)習(xí)的重要任務(wù)，空間思維能力包括對方位、立體圖形的構(gòu)建，解決實(shí)際應(yīng)用問題。如何靈活運(yùn)用空間思維能力，解決實(shí)際問題？在STEAM課堂中，在學(xué)生的空間思維形成的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生對圖形的再造、組合與分解的能力，尋找最理想的方法解決生活中所遇到的實(shí)際問題。此階段應(yīng)注重學(xué)生空間思維能力的培養(yǎng)，將數(shù)學(xué)課堂知識(shí)延伸到日常生活中去，促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力的提升。例如生活中，有時(shí)需要用到計(jì)算長方體表面積或正方體表面積的相關(guān)知識(shí)。如粉刷一間房屋需要多少涂料？一個(gè)游泳池需要貼多少瓷磚？諸如此類問題，學(xué)生都需要聯(lián)系實(shí)際情況進(jìn)行分析：計(jì)算粉刷房間的面積時(shí)，要注意除去門窗和地面的面積;計(jì)算游泳池的表面積時(shí)，只需要減去與底面同等面積即可。

五、結(jié)語

綜上所述，小學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維能力的形成與發(fā)展是一個(gè)緩慢的過程。小學(xué)作為學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維形成的初始階段，學(xué)生數(shù)學(xué)空間思維尚未成熟，教師要在原有教材的基礎(chǔ)上，穩(wěn)抓這一關(guān)鍵時(shí)期，開啟學(xué)生的數(shù)學(xué)空間思維。教師可充分利用STEAM課程理念下的多學(xué)科融合教學(xué)特點(diǎn)，借助于現(xiàn)代化信息教學(xué)手段，通過設(shè)計(jì)有趣的活動(dòng)，創(chuàng)設(shè)問題情境，突顯學(xué)生的主體性，激發(fā)學(xué)生自主探究的興趣，使他們在實(shí)物觀察中比較、在感受中認(rèn)知、在操作中體驗(yàn)、建立起空間思維模型，拓展數(shù)學(xué)空間思維，為今后的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)做好鋪墊。