在科学课堂教学中培养学生的空间思维能力
杜灵芳
[摘要]科学学科的学习注重在构建知识体系和模型的过程中发展学生的思维。空间思维能力是思维想象的一个分支。文章以“地球的自转”的教学为例，以学生的困惑及课堂的困境为出发点，结合实际教学，探讨在科学课堂教学中培养学生空间思维能力的策略。
[关键词]科学课堂教学;空间思维能力;地球的自转
[中图分类号]G633.98 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2020）05-0093-02
科学学科的学习注重在构建知识体系和模型的过程中发展学生的思维。空间思维能力是思维想象的一个分支。人们通过想象将很多事物在大脑中产生出虚拟的思维定位，这个过程我们称之为空间思维过程。在科学教学中，学生的分析判断能力离不开对空间概念的理解。特别是地理知识，如果学生缺乏空间思维与想象，就不能很好地记忆，思维能力和理解能力的培养也就无从谈起。因此，多方位挖掘空间思维因素;多角度激发学生的空间思维兴趣，进而培养和提高学生的空间思维能力势在必行。下面笔者以“地球的自转”的教学为例，探讨如何在科学课堂教学中培养学生的空间思维能力。
一、问题的提出
“地球的自转”选自浙教版教材七年级下册第四章第二节。本节内容包括地球自转的方向、周期、昼夜交替等，初看起来比较简单，但对于七年级学生来说，还是有一定难度的。七年级学生还不具备空间思维能力，要使他们建立清晰而抽象的地球运动的空间概念，就需要结合生活现象和一定的模型加以演示和说明。
笔者曾聆听过多位教师执教该课，他们基本上都是沿着教材的思路，先讲太阳的东升西落（有些教师为了让学生更易于接受，举例列车行驶时窗外樹木移动的情况），然后讲授从北极、南极上空看地球，最后再到教材上的模拟实验，从而完成对地球自转方向的教学。笔者也曾按这个思路去试教，但发现刚开始上课，学生就有点懵了，太阳东升西落对于他们来说是事实，地球自西向东转在小学也已经学过了，而突然把它们联系起来，并以参照物、相对运动的概念为例，他们就觉得很难理解，从而失去学习的信心。以至于很多学生按部就班地完成模拟实验，只是顺着教师的思路将小学的知识再套一遍而已。而这样的直接后果是导致学生由于空间思维能力有限，无法建立空间思维观念，对地球的自转仍然停留在记忆书本知识上，无法真正地理解，包括后面对晨昏线的认识也会存在偏差，无法真正掌握随着地球的转动，晨昏线是如何变化的，对于地球的公转更是云里雾里了。
二、教学的改进
笔者曾有幸参与这一节的教学比赛，所以对于这节课做了反复修改和实践。基于对“地球的自转”的教材分析、学情分析以及如何突破教学难点，特别是“构建具体而有序的空间想象，使学生建立清晰而抽象的地球自转的空间概念”难点的突破，笔者对本节课的教学进行了改进，并注重在教学中培养学生的空间思维能力。
1.利用现代化手段，培养学生的空间思维能力
随着现代技术的逐渐发展，课堂教学手段也在不断进步。运用多媒体设备、微课堂不但能使传统的教学不再枯燥，还能将学生不能理解的空间结构知识直观地呈现出来，更直观、更科学地帮助学生理解教学中无法演示的运动问题和宇宙运行规律，继而培养学生的空间思维能力。
笔者曾在导课上想了很多办法，最后发现最直观的办法就是利用课本中的导入语，于是笔者干脆就用“太阳东升西落”的视频导入。虽然“太阳东升西落”是学生司空见惯的现象，但当笔者呈现视频时，学生的脑海里马上就有了地球自转的空间思维观念。笔者乘胜追击，提问：“想知道地球是不是在自转，怎么自转，最直接的方法是什么？”学生马上想到是到太空中去看。而现在的科学技术已经可以帮助我们实现这个愿望，于是笔者再次播放宇航员从太空中（北极）拍摄的视频。这种直观的教学视频，不仅可以提升学生的学习效率，还能快捷有效地提升学生的空间思维能力。
2.师生共制教具，拓展学生的空间思维
课堂教学离不开各种各样的教具。教具可以把事物或现象充分地展现在学生面前，从而有效帮助学生建立空间思维能力。而师生一起制作教具，能激发学生的求知欲和学习兴趣，拓展学生的空间思维。
【案例1】地球自转方向研究
思考：如何在课堂中利用太阳的东升西落研究地球自转的方向呢？
模型法：师生共同确定四个原型：太阳、地球、方向、观察者，以及它们各自的模型：太阳平行光线板、地球仪、方向标、笑脸。
实验步骤：
（1）在地球仪上找到中国浙江台州的位置，贴上方向标，方向与经线、纬线一致;在方向标的中心粘上橡皮泥，并垂直插上“笑脸”，代表观察者的位置。
（2）让甲同学用太阳平行光线板（代表太阳光）水平直射地球仪，位置如图1的A所示，确定观察者（笑脸）看到的太阳方位，并记录到表格中。
（3）甲同学手持太阳平行光线板位置不变，乙同
1学将地球仪自西向东分别自转÷圈至如图1的B、c
斗位置，确定观察者（笑脸）看到的太阳方位并分别记录到表格中。
（4）在表格中填写A、B、C位置观察者所处的时间。
（实验完成后，请一个小组上来分享实验过程与结果，其他小组纠正或补充。）
实验结论：太阳东升西落是由于地球自西向东自转。
由于学具制作到位，演示实验很成功，但是在实际教学中笔者发现了这样一个问题：在按步骤一步一步转动地球仪的过程中，学生感觉自己已经理解了，可是等转到c位置时，学生对前面的A、B位置又忘了。这些问题是学生空间思维能力不足所造成的。如何帮助学生解决这个问题？笔者觉得可以准备3个地球仪，分别处于A、B、c位置，这样能更形象地把地球的自转表示出来，使学生获得连续的视觉效果，从而进一步培养学生的空间思维能力。
通过学生自己制作教具以及对课本的实验进行改进，让每一位学生都参与实验，直观、感性地体会地球自转的方向。学生自己演示实验后深深地感受到了太阳的东升西落其实是地球的自转产生的，而此时再播放星星的运动视频，则能更有效地培养学生的空间思维能力。
【案例2】观察太阳照射地球（寻找晨昏线）
1.打开太阳模型灯光，观察地球仪，被照亮的部分称__，黑暗部分称__。
2.自西向东转动地球仪，观察被照亮部分的变化，这个现象称为
。
3.昼半球和夜半球的分界线，叫作__，图中晨线是__，昏线是__。
4.“贴一贴”晨昏线：要求灯光直射到黑条所在的位置（实验中手电筒模拟的太阳位置确定后保持不变）。
5.教师自制一个晨昏圈，演示地球自转时晨昏圈的变化。
通过“贴一贴”的活动，让学生自己去寻找晨昏线。学生贴的晨昏线均有所不同，这是为什么呢？（学生思考“得出可能与太阳的照射点有关”，为下节课“地球的公转”做好铺垫）而教师自己制作的晨昏圈的演示实验（如图3），直观地呈现了晨昏圈在地球的自转过程的动态变化。
在本节课的教学过程中，笔者始终以“活动”为线索，并通过学生动手制作教具这一实践活动，引导学生动手操作，观察思考，让学生从一大堆干巴巴的文字符号中跳出来，加深对所学知识的理解，拓展空间思维。
总而言之，空间思维能力的建立在科学教学中有着不可忽视的作用。而学生空间思维能力的培养和发展是一个循序渐进、由浅入深、不断积累的过程。为此，教师要充分地利用课堂，采用多种现代化教学手段，培养和提高学生的空间思维能力。
