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空间想象能力是指对于客观事物的空间形式(如形状、结构、度量及位置关系)及其符号表示想象和再造想象的能力,它是数学教学中所必须培养的基本数学能力之一。在数学教学中注重对学生空间想象能力的培养具有重要的意义:其一,空间想象能力是人们认识现实世界空间形式不可缺少的能力因素;其二,空间想象能力能促进创造性思维的形成和发展;其三,空间想象能力有助于学生理解科学知识,提高数学应用能力。具有较强的空间想象能力的学生,一般表现在具有深度的识图能力,熟悉的画图能力、以及较强的图形与符号相互转化即数形结合理解操作能力。但由于受心理发展水平和传统教学技术所限,学生从空间表象的积累、空间观念的形成到空间想象能力的获得需要一个长期的学习过程。譬如麦吉(Magee)认为,空间想象力包括“在心理上操作、旋转、翻转或逆转形象刺激物的能力”。但依据传统的教学技术,却很难完成对三维几何图形的旋转、翻转等过程,难以为学生积累更深度、更直观形象的空间表象。几何画板软件是教育部基础教育司向全国中小学数学教师推荐的教学辅助軟件,它具有诸如制图、度量、变换(平移、旋转、反射、缩放等)、移动和动画等强大功能,利用几何画板辅导教学,不仅可以精确、高效地按要求作出各种几何图形,还能对图形进行各种变换等。在注重现代信息技术与数学课程的整合的新课程改革理念背景下,在教学过程中适当地发挥几何画板的辅导作用,对于培养学生的空间想象能力具有积极的意义。
1深度识图,积累空间经验
众所周知,想象是客观现实在人脑中的一种反映,扩大感知觉,积累表象是想象的前提和基础。如果没有蕴积起大量正确和丰富的表象,如果没有发达的再造性和创造性想象,学生就不可能更好地掌握知识,表象是想象的基本素材,旧表象愈多,再造想象内容就愈丰富,再造想象不仅依赖旧表象的数量,而且也依赖于旧表象的本质。因此,要培养学生空间想象能力,就要丰富他们头脑中的表象。学生只有掌握大量关于空间的感性材料,才能经过思维加工去认识空间。通过传统的实物展示、动手操作、黑板作图等方式帮助学生积累表象有一定的局限性,如可能可以看到一些元素的位置关系,如平行、相交、从属和介于等关系,而对垂直、线段的长短、各角的大小关系,往往难于从图形中直观看到。《几何画板》的应用恰能突破这一难点,例如:利用几何画板可以对正方体进行水平或垂直旋转,让学生更直观形象地观察其三视图效果,同时还可通过操作将侧面进行不同顺序地展开,让学生感受到从二维到三维的动态过程。
2动手制图,建立空间观念
引导学生掌握立体图形平面图的画法规律,并且能够依照规律进行画出相关图形,对于学生深入理解图形中一些元素的位置和数量关系,形成几何型空间想象能力至关重要,《几何画板》对于促进学生的作图能力,建立空间观念具有积极的辅助作用。一方面,借助几何画板,教师不再需要事先备图,可以现场高效作图,引导学生掌握作图的基本规律;二是学生可以利用信息技术,自己动手操作绘制一、二、三维空间图形的平面图;三是几何画板解决了书面作图无法进行的图形折叠,开展,旋转等过程。例如在解析几何中,通过几何画板可以高效、形象、准确地根据条件画出相应的几何图形,同时还能演示其数形关系。
3拓展训练,增强空间想象能力
上创造性想象是高层次的空间想象能力,它是指在想象的过程中不依靠模型,直观的图形助思,而能根据需要在头脑里对空间形式进行加工。创造性想象的形成需要一定量的拓展训练,即对当前的直观模型进行深入探究,变有形为无线。《几何画板》的恰能为拓展训练提供辅助作用,以2013高考题(安徽理15)为例:
如图,正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,P为BC的中点,Q为线段CC1上的动点,过点APQ的平面截该正方体所得的截面记为S。则下列命题正确的是_______
A.当0 B.当CQ=1/2时,S为等腰梯形
C.当CQ=3/4时,S与C1D1的交点R满足C1R1=1/3
D.当3/4 E.当CQ=1时,S的面积为2分之根号6
该题主要考察学生的空间想象能力,空间想象能力差的学生就无法想象出平面APQ与其他平面的交线。
利用几何画板演示如下:
空间想象能力对于学生的发展具有重要意义,同时也是高考考查的重要内容之一,如果在教学过程中充分发挥几何画板的辅助作用,对于学生空间想象能力的形成,具有积极的促进作用。
参考文献
[1]李燕杰,李晓东,宋士波.更新观念,完善学生空间想象能力的培养[J].数学教育学报,1996(11):57-60.
[2]曹金芝.空间想象能力的培养[J].中学数学(高中版),2012(7):52-54.
[3]夏阳.几何教学中培养空间想象能力的探索与实践[M].华中师范大学,2008.
[4]周洋,曾晖.现代认知心理学关于空间能力和心理旋转的研究[J].心理科学,1995,(6):363-365.
[5]陈卫平.叩问学生的空间思维[J].中学校长,2008(2):105.
[6]方平,郭春彦,汪玲,罗峥.数学学习策略的实验研究[J].心理发展与教育,2000(1):43-47.
1深度识图,积累空间经验
众所周知,想象是客观现实在人脑中的一种反映,扩大感知觉,积累表象是想象的前提和基础。如果没有蕴积起大量正确和丰富的表象,如果没有发达的再造性和创造性想象,学生就不可能更好地掌握知识,表象是想象的基本素材,旧表象愈多,再造想象内容就愈丰富,再造想象不仅依赖旧表象的数量,而且也依赖于旧表象的本质。因此,要培养学生空间想象能力,就要丰富他们头脑中的表象。学生只有掌握大量关于空间的感性材料,才能经过思维加工去认识空间。通过传统的实物展示、动手操作、黑板作图等方式帮助学生积累表象有一定的局限性,如可能可以看到一些元素的位置关系,如平行、相交、从属和介于等关系,而对垂直、线段的长短、各角的大小关系,往往难于从图形中直观看到。《几何画板》的应用恰能突破这一难点,例如:利用几何画板可以对正方体进行水平或垂直旋转,让学生更直观形象地观察其三视图效果,同时还可通过操作将侧面进行不同顺序地展开,让学生感受到从二维到三维的动态过程。
2动手制图,建立空间观念
引导学生掌握立体图形平面图的画法规律,并且能够依照规律进行画出相关图形,对于学生深入理解图形中一些元素的位置和数量关系,形成几何型空间想象能力至关重要,《几何画板》对于促进学生的作图能力,建立空间观念具有积极的辅助作用。一方面,借助几何画板,教师不再需要事先备图,可以现场高效作图,引导学生掌握作图的基本规律;二是学生可以利用信息技术,自己动手操作绘制一、二、三维空间图形的平面图;三是几何画板解决了书面作图无法进行的图形折叠,开展,旋转等过程。例如在解析几何中,通过几何画板可以高效、形象、准确地根据条件画出相应的几何图形,同时还能演示其数形关系。
3拓展训练,增强空间想象能力
上创造性想象是高层次的空间想象能力,它是指在想象的过程中不依靠模型,直观的图形助思,而能根据需要在头脑里对空间形式进行加工。创造性想象的形成需要一定量的拓展训练,即对当前的直观模型进行深入探究,变有形为无线。《几何画板》的恰能为拓展训练提供辅助作用,以2013高考题(安徽理15)为例:
如图,正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,P为BC的中点,Q为线段CC1上的动点,过点APQ的平面截该正方体所得的截面记为S。则下列命题正确的是_______
A.当0
C.当CQ=3/4时,S与C1D1的交点R满足C1R1=1/3
D.当3/4
该题主要考察学生的空间想象能力,空间想象能力差的学生就无法想象出平面APQ与其他平面的交线。
利用几何画板演示如下:
空间想象能力对于学生的发展具有重要意义,同时也是高考考查的重要内容之一,如果在教学过程中充分发挥几何画板的辅助作用,对于学生空间想象能力的形成,具有积极的促进作用。
参考文献
[1]李燕杰,李晓东,宋士波.更新观念,完善学生空间想象能力的培养[J].数学教育学报,1996(11):57-60.
[2]曹金芝.空间想象能力的培养[J].中学数学(高中版),2012(7):52-54.
[3]夏阳.几何教学中培养空间想象能力的探索与实践[M].华中师范大学,2008.
[4]周洋,曾晖.现代认知心理学关于空间能力和心理旋转的研究[J].心理科学,1995,(6):363-365.
[5]陈卫平.叩问学生的空间思维[J].中学校长,2008(2):105.
[6]方平,郭春彦,汪玲,罗峥.数学学习策略的实验研究[J].心理发展与教育,2000(1):43-47.