基于小学数学空间思维发展的STEAM课程

包继光

[摘要]数学是一门逻辑性强的学科，注重学生逻辑思维能力及空间思维能力的培养。小学数学应重视对学生空间思维的建设与培养，为将来学习几何知识奠定基础。现行的小学数学课程标准明确指出：“让学生通过认识几何图形和物体的大小、形状、位置关系等，来了解和学习几何的基础知识，初步形成思维空间概念。”但小学生习惯以直观形象思维来解决问题，导致培养其数学空间思维能力受阻，在此背景下借助STEAM课程理念能有效发展小学生的数学空间思维。

[关键词]逻辑思维能力;思维空间;STEAM课程

一、STEAM的概念与特点

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（En-gineefing）及数学（Mathematics）四门学科的简称，是美国1980年提出来培养人才的教育理念，之后在其基础上加入了Art（艺术），从而形成了STEAM这一多学科融合的教学理念，强调充分利用这些学科的交叉融合来培养具有创新精神和实践能力的复合型人才。STEAM教育是继STEM教育的发展性、包容性、拓展性更强的跨学科的综合素质教育，注重知识的交融与运用。我国教育学者归纳出STEAM教育的优点在于将其知识情境化与社会化。STEAM教育采用的是以PBL探究为基础的教学模式和问题式学习模式，主要利用学生自主探究的过程来获得解决实际问题的目的，其重点是突出对学生自主探究及创新能力的培养。

二、用STEAM课程理念发展小学数学空间思维

传统的数学课程是普及学生数学知识，努力培养学生的逻辑思维及空间思维能力，讲解各类题型的具体方法，其重点在于传授知识、传授经验，学生的思维能力有一定的提升，但如遇到新型的问题，可能難以解决。这不能说明学生没有掌握这方面的知识，而是思维缺失所导致的结果，主要原因是学生思维方式的陈旧与单一。数学教学的重点是对学生思维方式和能力的培养，灵活解决实际问题。教师不仅需要传授知识与经验，还需要让学生学会自主探究，学会多问问题，拓展和开发学生的数学思维。在小学数学阶段，对涉及图形和物体的大小、形状、位置的一些数学题型，学生往往摸不着头脑，这是由于他们习惯用直接思维来解决问题的缘故。对于图形和物体的空间概念不明确，这时在教学中引进STEAM课程理念中的多学科融合教学，可通过各个学科的辅助教学（如借助实物搭建、微课讲解、多媒体播放、教学PPT、实验等），让学生自己感受、自己探索，帮助学生建立空间思维，快速掌握数学知识，解决数学问题，并且重点突出了对学生创新思维能力的培养。

三、STEAM课堂培养小学生数学空间思维的关键点

大多数学生学习数学的方式单一，就是死记计算公式，当遇到抽象或复杂的问题时，不会灵活变通思维方式，常常感到束手无策，于是产生了畏惧、抵触的心理。培养学生数学空间思维的STEAM课堂，就是针对目前大多数学生陈旧的思维学习方式，以兴趣点为突破口、以问题形式为主线、以学生探索为载体、以培养学生的实际操作能力与创新能力为目标的教学思路，运用多种学科知识的融合应用，拓展学生数学空间思维，为今后学习立体几何打下良好的基础。

四、STEAM课堂培养小学生数学空间思维的策略

（一）以教学实物观察，想象虚拟的空间模型，激发学习兴趣

一切事物的发展都是由简单到复杂的过程。科学学科，教会我们如何观察实物，分析事物，弄清事物的发展方向及规律。在小学生数学空间思维发展的过程中，也要遵循这一发展规律。小学阶段所接触的几何属于直观几何，也可以说是经验几何或实验几何。因此，学生获得几何知识并形成空间观念必须依靠他们不断地“观察实物、动手感知，反复建模”来不断完善和积累经验。当学生进行实物观察时，要提示学生从不同方位、不一样的视角进行观察，比如同一个正方体，正对着的学生看见的是“一个正方形”，而侧面的学生看到是“正方体的两个或三个面”，由此学生可以得出“从不同视角，观察同一个物体（几何体），所看到的形状是不一样的”，让学生初步建立正确的空间思维方式。实物观察是最直观形象的一种认知方式，学生可以近距离观察实物，再根据教师的问题提示，想象虚拟的空间模型并画出来，以此激发其好奇心，积极询问或探索相关知识。再如在学习长方体时，备好长方体的实物，让每个学生观察并感受长方体的顶点、棱长、面的特征，接着让学生照着长方体的实物画出长方体，在教师讲解长方体相关知识后，让学生根据自己的理解总结出长方体的点、线、面的特征，然后在脑中构思出一个长方体模型，并尝试着把脑中的模型画在纸上，以此加深对长方体知识的认识，发展其空间思维能力。

（二）借力信息技术手段，直观空间思维，强调自主探究学习

在STEAM课堂中，采用较多的是现代化信息技术。信息技术中多媒体播放、电子白板的使用、幻灯片的播放、微视频播放等，能有效针对学科教学内容进行设置，加快学生对知识原理的理解与掌握。小学生数学空间思维的培养，更需要这些现代化的教学手段，这对于小学生形成正确的空间思维方式很有帮助。教学中，可利用信息技术实现对教学素材的立体成像，充分发挥声音、图形、动画的功能，直观空间思维，剖析数学知识原理，加速学生空间思维的形成与发展，此教学过中需重视学生自我探索、自我学习的过程。譬如，在“轴对称”图形教学时，教师可以用PPT给学生展示蝴蝶和蜻蜓的翅膀结构，并让学生尝试着说出这些翅膀的特征，引导学生发现“对称”的特点，然后再让学生想象一下生活中见过的对称事物，并一一列举出来。

（三）注重立体图形与平面图形的转化，建立立体的思维空间

“空间与图形”的教学目标之一是使学生获知基础的几何概念，初步形成网络式的空间思维结构。在认识图形的教学中，除了借助“标准实物图形”，还应运用“变式图形”，并有意识地引导学生进行立体图形与平面图形之间的转化，并能熟练分解或整合立体图形，让学生体会到立体图形中的相关问题是可以通过拆分成单个的平面图形来解决的。例如有一堆正方体，从上面看是两个正方形，从侧面看是三个正方形，试问这堆最多有几个正方体，最少有几个正方体？在STEAM课堂学习中，遇到这类问题时，教师可以借助多媒体教学，把复杂的立体图形，分解成各个独立的平面图形，利用各种颜色标出所要呈现的图形，帮助学生建立立体的思维空间，巩固所学知识。此过程中，教师可变换实物图形数量来设问，反复强化和发展学生的分解和整合的能力，从而建立立体的思维空间。

（四）灵活运用空间思维，解决实际问题

发展学生数学空间思维能力是小学图形学习的重要任务，空间思维能力包括对方位、立体图形的构建，解决实际应用问题。如何灵活运用空间思维能力，解决实际问题？在STEAM课堂中，在学生的空间思维形成的基础上，培养学生对图形的再造、组合与分解的能力，寻找最理想的方法解决生活中所遇到的实际问题。此阶段应注重学生空间思维能力的培养，将数学课堂知识延伸到日常生活中去，促进学生数学应用能力的提升。例如生活中，有时需要用到计算长方体表面积或正方体表面积的相关知识。如粉刷一间房屋需要多少涂料？一个游泳池需要贴多少瓷砖？诸如此类问题，学生都需要联系实际情况进行分析：计算粉刷房间的面积时，要注意除去门窗和地面的面积;计算游泳池的表面积时，只需要减去与底面同等面积即可。

五、结语

综上所述，小学生数学空间思维能力的形成与发展是一个缓慢的过程。小学作为学生数学空间思维形成的初始阶段，学生数学空间思维尚未成熟，教师要在原有教材的基础上，稳抓这一关键时期，开启学生的数学空间思维。教师可充分利用STEAM课程理念下的多学科融合教学特点，借助于现代化信息教学手段，通过设计有趣的活动，创设问题情境，突显学生的主体性，激发学生自主探究的兴趣，使他们在实物观察中比较、在感受中认知、在操作中体验、建立起空间思维模型，拓展数学空间思维，为今后的数学学习做好铺垫。