高中数学空间想象能力培养之我见

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  学习立体几何的目的之一是培养学生的空间想象能力,什么是空间想象能力?中学数学中的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.是高中阶段数学必修系列课程的基本要求。学生从初中到高中,从平面几何进入立体几何,突然间就感觉到不适应,其实缺乏空间想象能力是学习立体几何的最大障碍。立体几何难在哪里?在教学过程中我们应该怎样做,才能逐步提高学生的空间想象能力,使同学们爱学几何,爱上几何呢?
  一、注重模型的作用,培养几何直观能力
  新课标在几何教学中强调几何学习的直观性,强调实物、模型对几何学习的重要作用,课外让学生亲手做一些几何模型,不仅能让学生感受到几何学习的乐趣、动手的乐趣,还可以让他们更直接的感受到空间几何体的特征。如有的同学自制一些空间几何模型并反复观察,这有益于建立空间观念,是个好办法。有的同学有空就对一些立体图形进行观察、揣摩,并且判断其中的线线、线面、面面位置关系,探索各种角、各种垂线作法,这对于建立空间观念也是好方法。此外,多用图表示概念和定理,多在头脑中“证明”定理和构造定理的“图”,对于建立空间观念也是很有帮助的。
  在我们的教学中更应该抓住一些现有的模型,如学生人人都有的桌面、书本、手掌(代表平面);笔、手指(代表直线);还有打开的书本(可代表二面角)、教室的墙角(可代表相交于一点的三条直线或三个平面)、粉笔盒(长方体)等等。善用这些现成的模型,可以使许多问题变得比较直观,容易解决。
  二、设计数学实验,建构学生空间认知能力
  学生对客观世界的感知首先是体,而不是面,更不是点。教学中,如果我们只是一味的把公理、推论、定理、定义硬灌给学生,其结果必然造成学生的过剩反应:大脑盛满一锅粥,进而紧闭感知空间世界的大门。我把每一个公理、推论、定理、定义的教学尽可能都设计成一个实验,如在直线与平面垂直的判定的定理教学中,学生拿出早已准备好的硬纸板,按照一定的步骤做数学实验,用自己构造的模型证明自己结论的正确,同时也为其他同学的错误结论构造反例。讨论、争辩、快乐、喜悦,每个同学都在自己的亲身体验中培养创新意识、创新思维和创新能力,同时拓展着他们对空间世界的认知能力。
  三、适当运用多媒体演示,培养空间想象能力
  初学立体几何时,大多数学生不具备丰富的空间想象的能力及较强的平面与空间图形的转化能力,主要原因在于学生是依靠对二维平面图形的直观来感知和想象三维空间图形的,而二维平面图形不可能成为三维空间图形的真实写照,平面上绘出的立体图形受其视角的影响,难于综观全局,其空间形式具有很大的抽象性。如两条互相垂直的直线不一定画成交角为直角的两条直线;正方体的各面不能都画成正方形等。这样一来,便给学生认识立体几何图形增加了困难。应用多媒体辅助教学演示生动、形象的立体图形,使学生通过对直观图形透彻的观察,充分利用计算机绘图多功能的优越性,从多方位、多角度、多侧面描绘图形,解决平面立体图形与真实立体图形在视觉上的差异。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和创造力得到充分发挥。
  利用多媒体辅助教学,引导学生通过观察图形主动积极地去寻找答案。现代教学论的思想核心是确认教师在教学中的主导地位的同时,认定学生在学习活动中的主体地位。因此教学的最终目的是启发和调动学生的主动性、积极性,让学生“会学”。在多媒体教学的尝试中,为了打破传统教学中的“老师讲,学生听”的习惯,通过画面的演示,不需教师讲解,学生自己就可以找到求解方法。培养学生的立体感、空间想象力和空间作图能力。
  四、重视三种语言互译,培养空间问题的表述能力
  数学是研究数量关系和空间形式的科学,为了表达数量关系和空间形式都离不开“语言”这一思维载体。几何是研究图形性质的一门学科,它有独特的语言表达形式,对于每一个几何概念,一般都可以用文字语言、图形语言和符号语言来表达,这三种语言统称为几何语言。学好几何语言是畅游几何世界必不可少的一种素质,就像你如果想周游世界,就必须学好各国的语言一样。可见,学好几何语言的重要性。培养和发展学生运用三种语言进行交流是高中新课程数学必修系列课程的基本要求。三种语言能否灵活互译是决定这种交流成败的关键因素。教学中,要注意获得文字语言的自然性、培养图形语言能力的不可替代性及符号语言的准确性。文字语言是在学生进行充分的亲身体验后,把那种迫切的想表达出来的思想进行自然描述的一种产物,这种产物虽然不一定精炼、准确,但它是学生的真情自然流露,经过教师的稍加点拨,就可成为精品。把图形画在黑板上,让学生观察或是照猫画虎,这种由教师代劳的教法是不可取的。想办法用图形描绘出自己的“精品”,相互对比、交流、改进……可以有效提高学生的图形语言能力。数学符号多且抽象,是学生学习的难点。在教学中,一定要注意符号语言的准确性与规范性。在以上基础上,培养学生看到任何一种语言,都能运用另外两种语言进行准确的描述与刻画,即三种语言灵活互译的能力。这种互译能力正是学生与客观的空间世界进行自然交流的基础。
  五、让学生学会“反思”,通过反思优化思维品质
  立体几何与平面几何有着密切的联系。立体几何中的许多定理、公式和法则都是平面几何定理公式法则在空间中的推广,处理问题的思想方法有许多相似之处,但必须注意这两者之间又有着明显的区别,有时平面几何的局限性会对立体几何的学习产生一些干扰和阻碍作用,如果仅凭平面几何的经验,用平面几何的结论套用到空间中的物体,有时会产生错误。例如“两组对边分别相等的四边形是平行四边形”都为真命题,但在立体几何中未必是真命题。因此,平面几何中的定义、定理对空间图形需要经过证明才能应用。
  学习是一个由“不知”到“知”,又从“知之甚少”到“知之甚多、甚广、乃至甚深”的过程,在立体几何教学中尽量出示直观模型,运用直观手段,通过展示模型和教师制作的几何课件,引导学生观察,進而在观察的基础上引导学生从不同的角度来作图,并借助图形进行推理论证,帮助学生逐步形成空间概念,有意识地培养空间想象能力及逻辑思维能力。
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