浅谈在现代信息技术环境下如何培养学生的空间想象能力

梁礼华

摘要：现代信息技术是学习数学强有力的工具，给数学教学提供了广阔的发展空间，给培养空间想象能力带来了生机。随着国家不断加大对现代信息技术的投入，实现了校校通、班班通、资源共享、信息互通，激发了学生学习数学的兴趣，提高了课堂效率。应用现代信息技术，为学生学习提供了丰富的题材和多样的平台，培养了学生空间想象能力，提高了数学素养和理性精神。

关键词：信息技术；培养；立体几何；空间想象能力

中图分类号：G632.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）36-0275-02

前苏联著名的数学家柯尔莫哥洛夫曾经说过：“只要有可能，数学家总是尽力把他们正在研究的问题从几何上视觉化……几何想象，或如同人们所说的几何直觉，对于几乎所有的数学分科的研究工作，甚至对于最抽象的工作有着重大意义。”《数学课程标准》（普通高中）也提出：学校在教学过程中恰当地使用现代信息技术展示空间图形，为理解和掌握图形几何性质的教学提供了形象的支持，提高了学生的几何直观能力。可见空间想象能力的重要性，那么在现代信息技术环境下培养学生的空间想象能力，有哪些途径呢？

一、应用现代信息技术，培养学生空间想象能力的意义

空间想象能力主要是指学生对客观事物的空间形式进行观察、分析、抽象思考和创新的能力。它是新课标赋予立体几何课程教学的主要目的。在教学上，力求做到使学生能将空间物体形态抽象为空间几何图形，能从给定的立体图形想象出实体形状以及几何元素在空间的实际位置关系，并能用语言符号或式子表达出来且能正确解题。

在高中阶段，培养数学空间想象能力是要通过立体几何学习来实现的。但是高一学生在学习立体几何时普遍感到困难，究其原因是多方面的。比如学生缺乏空间观念，而在培养学生空间想象能力的过程中，教师所采用的教学方法、手段和教学设备又相对落后，也会造成学生不易理解和掌握相关内容。由此可见，如何培养好学生的空间想象能力是非常重要的。

现代信息技术的飞速发展，给我们的教学带来了良好的契机，为我们的教学增添了新的活力。应用现代信息技术，培养学生空间想象能力，发挥其新颖胜、趣味性、直视性、多维性、刺激性和艺术性的特点，实现了教育思想教学内容、教学方式全方位的现代化，把原本写在黑板上的定义、概念、图像、例题等反映在投影上，将信息技术真正的为教学服务，深入浅出地学习数学，突破了传统教育的以教师为中心的教学模式，从而有效地启迪了学生思维，激发了学生的求知欲，培养了学生的空间想象能力。

二、發挥信息技术优势，培养学生的空间想象能力

在教学过程中要想使学生的空间想象能力得到培养，教师不仅要引导学生熟悉空间想象能力的培养方法，更要学会运用信息技术的优势来突破传统教学中空间想象教学的难点，提高学生的空间想象能力。

1.借助信息技术提供大量直观图形，直观分析立体几何图形中的点、线、面的位置关系，丰富学生的空间经验，为学生空间想象能力的发展夯实基础，解决立体几何入门难的问题。

苏霍姆林斯基说过：“人的灵魂深处总有一种把自己当作发现者、研究者、探索者的固有需要。”高一学生的思维正处于由经验型向理论型转化的时期，他们的抽象思维活动仍然需要大量具体的感性经验和丰富直观的素材来支持。因而，要发展学生的空间想象能力，首先要做的就是为学生提供丰富的素材，扩大其空间形象视野，借助美妙形象的直观诱导，使学生去探索、去研究、去发现。

比如在教学立体几何入门课柱、锥、台、球的结构特征时，先用多媒体课件展示介绍了2008年北京奥运会的游泳馆——“水立方”，它以巧夺天工的设计、纷繁自由的结构、简洁存净的造型、环保先进的科技，成了百年奥运建筑史上的经典，成了北京乃至世界建筑史上的标志性建筑。通过直观的感受，让学生对学习立体几何有了新鲜感。然后教师可以借助课件向学生展示不同类型的直棱柱，首先拓展学生的空间视野，让学生积极去观察、类比，探究直棱柱的特征，接下来演示每种直棱柱的画法和展开过程，用这样强烈的感官刺激来激发学生的学习热情，丰富学生的直观感知，这不仅让学生迅速抓住问题的本质，更为学生空间想象能力的发展打下良好的基础。

再如通过立体图形的三视图描述出由一些正方体组合的立体图形的教学是立体几何教学的一个难点（如图1）。教师在教学中要引导学生从熟悉的规则的立体图形入手，进行具体分析，初步培养学生的空间想象能力，然后教师利用多媒体课件进行展示，充分调动学生的直觉思维，同时也体现了新课改理念下的信息技术与数学教学的整合。

2.利用几何画板，让学生学会“画图”，并适当的运用多媒体等现代化信息技术工具的演示，激发学生的学习兴趣，提高对空间图形的理解和认识能力。

几何画板是一种辅助立体几何教学的软件，它采用三维动画设计技术，从不同角度展示立体几何元素之间的关系，克服了传统数学教学中无法表现立体图形三维效果的缺憾，使学生加深了对所学内容的理解。应用《几何画板》将图形动起来，就可以使图形中各元素之间的位置关系和度量关系惟妙惟肖，使学生从各个不同的角度去观察图形。这样，不仅可以帮助学生理解和接受立体几何知识，还可以让学生的想象力得到充分发挥。

例如，二面角的定义是一个比较抽象的概念，为了让学生更好的理解，我们可以以正方体为例，在正方体中建立一个二面角的平面角，再借助软件的三维旋转功能，让学生从不同角度观察旋转的正方体，克服了在传统教学中不能让学生多角度观察在黑板上绘制的局限性，效果如图2所示。利用多媒体显示出图形的运动变化对学生建立空间观念和提升空间想象力是很有帮助的。

再如，如教学《圆柱、圆锥、圆台及它们的侧面积》一章时，可用《几何画板》制作分别以矩形的一边、直角三角形的直角边、直角梯形垂直于底边的腰所在的直线为旋转轴，其余各边旋转一周的动态过程，让学生观察这一过程以及这样旋转一周而成的面所围成的几何体，从中抽象出圆柱、圆锥、圆台的本质属性，形成概念。还可利用《几何画板》将几何体的切割、移动、重叠、翻转等形象生动地展示给学生，并辅之以必要的解说，帮助学生形成立体空间感。在讲棱台的概念时，可以演示由棱锥分割成棱台的过程（如图3），更可以让棱锥和棱台都转动起来，使学生直观掌握棱台的定义，并通过棱台与棱锥的关系由棱锥的性质得出棱台的性质的同时，让学生欣赏到数学的美，激发学生学习数学的兴趣；在讲锥体的体积时，可以演示将三棱柱分割成三个体积相等的三棱锥的过程（如图4），这样既避免了学生空洞的想象而难以理解，又锻炼了学生用分割几何体的方法解决问题的能力。这种从具体思维到抽象思维的过渡、从感性认识到理性认识的升华的良好迁移情境创设，有利于增强学生的识图能力，培养学生的空间想象能力。

3.依托网络资源，合理运用电子白板，拓展学习空间，发展空间观念。随着教育信息化、现代化的迅猛推进，多媒体教学已经成为大势所趋。为推进教育均衡发展，促进教育公平、优质资源共享，许多农村中学、城乡薄弱学校等实现了“校校通”、“班班通”建设。随着“班班通”资源平台的建设，依托云服务平台将丰富优质的教学资源和多样的教学应用引入教学课堂。在数学课堂的探究环节，电子白板的作用得到了凸显，在立体几何、解析几何、算法等图形较多的专题中应用广泛。譬如，在立体几何中，我们可以利用几何画板建立常用的立体几何图形资源库。在使用时，利用白板的建立屏幕页功能，将立体几何图作为背景呈现在白板上，再在其上作标记、注释、画图等操作。电子白板资源库的介入，对立体几何习题的一题多解、一题多变起到了很好的辅助作用，从而更好地培养了学生的空间想象、发散思维和创造性思维。

信息技术为学生的学习提供了丰富多彩的学习资源，教师要善于运用、整合各类资源，拓展学生的学习空间。可以将视频、图像、文本等作为开发的素材，构建资源丰富的信息化平台，整合到学生的学习中。

爱因斯坦说过“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切、推动着进步，并且是知识进化的源泉”，“想象是创造力”。在今后的教学中，我们要结合教材特点和学生心理特点，利用现代信息技术激发学生的学习兴趣，营造宽松的教学环境，让学生在学习活动中获得良好的空间认知经验，从而建立并发展空间观念，有效地培养学生的空间想象能力。

参考文献：

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