高中物理教学培养学生空间思维能力的方法

赵琳

高中物理可以培养学生全方位、多层次的能力，比如逻辑思维能力、空间思维能力、创新能力、建模能力等.空间思维能力在高中物理教学中常被严重低估，甚至在高中物理新课程标准里面都看不到它的身影.然而，空间思维能力对学生建立物理模型、理解物理情境有重要的辅助作用，对学生进一步学习物理知识也有较大的价值.所以，在高中物理教学中有必要积极培养学生的空间思维能力.

一、空间思维能力的内涵

空间思维能力指学生通过观察空间立体的模型，在头脑中形成整体的图像，遇到问题时将头脑中的整体图像构建出来辅助解决问题的一种思维能力.空间思维能力包含了空间图像的抽象、空间图像的重构、空间图像的定位等方面能力.空间图像的抽象指学生能够把实物模型融合到自身的知识体系中，空间图像的重构指学生能够调用已经建构好的空间图像，空间图像的定位是指学生能够在复杂的空间图像中找寻到需要的图像细节.空间思维能力对高中生学习物理有一定的价值.（1）物理世界是多维的.我们接触到的物理世界是多维度的.高中生主要学习经典物理学，经典物理学的空间是三维的，学生有一定的空间思维能力才能顺利接受物理知识.比如，任何物体都是立体的，其重心位置处于三维空间之中，只有全方位地把握物体在空间中的形状和位置，才能知道重心的大体位置；（2）物理问题是基于空间模型的.高中物理中接触到的物理题目都是基于一定的空间模型的，学生必须具有较强的空间思维能力，才能从物理题目中抽象出物理模型，进而解决问题.比如，圆锥摆做匀速圆周运动的问题.圆锥摆是一个立体模型，学生只有从空间立体的圆锥摆出发才能理解圆锥摆做圆周运动的本质，即重力和绳子拉力的合力提供了向心力；（3）思维能力是交织在一起的：如果片面地认为少数几种思维能力就可以适应物理的学习，是行不通的.物理学习离不开各种能力的相互协作，空间思维能力是其中的一种.空间思维能力可以帮助学生进行逻辑思维、创新思维等.可以看出来，空间思维能力在高中物理教学中是比较重要的.

二、高中物理教学中培养学生空间思维能力的方法

对学生空间思维能力的培养不是一朝一夕所能完成的，必须经过系统化地训练才行.教师必须根据高中学生的心理特点，有意识地将空间思维能力渗透进教学.下面说一说在高中物理教学中培养学生空间思维能力的方法.

1.在教学中多使用模型和多媒体技术

学生的空间思维能力不是天生的，而是通过对空间模型的观察、思考、抽象才逐步训练出来的.高中物理教师在授课时，可以有意识地增加展示空间模型和利用多媒体技术展示空间图像的教学过程.比如，电场线的教学，如果照本宣科地讲授几种特殊电场线的分布、特点等，学生容易产生一个误解，认为电场线是平面的.教师要改变这种现状，可以利用多媒体技术进行教学.教师借助flash课件将电荷周围的电场线展示给学生观察，然后使用鼠标拖动课件，让学生从不同的角度观察电场线的分布.学生通过多角度的观察后能够形成对电场线分布的空间理解.多媒体课件的使用提高了学生的空间理解能力，有助于空间思维能力的形成.进行地磁场教学时，教师可以将地球模型带入课堂，借助地球模型讲解地理南极、北极和地磁场的南极、北极之间的关系，同时告知学生我们在地球上的方位以及周围的磁感线的分布情况.通过地球模型配合教学可以帮助学生提高空间定位能力，进而促进空间思维能力的提升.

2.教学中多让学生对空间问题进行表述

高中物理教学中会接触到很多的空间问题，仅仅通过教师的讲授，学生不能够很好地理解这些空间问题，可以多让学生对空间问题进行语言表述，语言表述可以帮助学生形成对空间问题的抽象.比如，讲解卫星问题时，可以让学生用语言描述同步卫星、极地卫星等卫星的位置、轨道特点等.学生通过对同步卫星和地球同步方式的描述，可以在脑海中建立同步卫星环绕地球运动、轨道平面和赤道平面共面的空间图像.学生通过对多种卫星的语言描述可以在头脑中构建出各种卫星在地球周围的分布图像.语言的表述练习不仅仅可以让学生学到物理知识，锻炼表达能力，更重要的是帮助学生建立了空间的思维图像，锻炼了空间思维能力.

3.将空间问题和平面问题进行转换教学

高中物理中接触到的很多问题是空间问题，由于图形表述的原因，在课本上很多空间立体图像都是以平面图形进行呈现的.如果长期让学生接触平面图形，无疑会削弱他们的空间思维能力.所以教师可以通过空间问题和平面问题相互转换的教学方式帮助学生形成空间思维能力.比如，课本上经常出现斜面问题，教师可以引导学生绘画立体斜面模型，通过动手绘画，学生能够将平面图形转换为立体图像，锻炼了空间思维能力.有些问题的教学中，教师可以反其道而行之，要求学生将立体图像转换为平面图形.比如，在电磁感应习题中，经常出现轨道和金属棒的模型，立体图像不便于进行力学分析的，教师可以引导学生从侧面观察这些模型，然后动手绘画这些模型的侧面图，将立体图像转换成平面图形.通过这样的练习，可以帮助学生提高建模的能力，还能有效地提高学生的空间定位能力.

综上所述，空间思维能力对学生学习高中物理有一定的价值，物理教学中教师应该通过一些有效地教学手段进行培养.多使用立体模型和多媒体技术手段呈现立体模型，通过语言描、立体图像和平面图形的转化练习都是非常有效的教学手段.通过系统地培养方式，一定可以提高学生的空间思维能力.