利用信息技术培养学生几何直观的策略研究

利用信息技术培养学生几何直观的策略研究

全骁,刘冬梅

成都市桂林小学

摘要:在小学的教育阶段，几何知识的学习是小学生由具体思维向抽象思维转换的重要途径，培养几何直观核心素养，对于小学生形成空间抽象思维至关重要。基于此，在查阅相关参考资料的基础上，根据学校的实际情况，以年级组为单位，采用文献查阅法和教学实验研究法进行我校小学生几何直观核心素养专题小组的建设，旨在利用现代信息技术2.0，达到解决小学数学中几何学习困境的目的、锻炼学生的模型思维能力和空间思维能力、形成我校的数学几何直观校本课程、提升我校教师的现代信息技术能力，培养我校的学生几何直观核心素养。

关键词：小学生；几何学习；核心素养；信息技术；融合策略研究

一、研究背景及意义

（一）研究背景

在“十四五”规划下，践行新一轮基础教育课程改革(“新课改”)成为了教学的首要目标。数学学科方面，掀起了从原来以“知识点”为中心转变为以培养学生的数学核心素养为中心的课程改革。回首“十三五”计划时间范围之内，有关数学核心素养的理论支撑和教学实践案例越来越多，运用相应的资料[1]，并结合自身的教学实践，在小学的几何直观核心素养教学过程中，存在以下极具代表性的问题：

(1)由于受到应试教育和当前“唯分数论”情况下，小学几何教学存在严峻的填鸭式教育，教学过程中主要以知识点和知识模块为教学重点，将考试内容和方向捆绑与平时教学中，“听、练、考、讲”成为数学教学的普遍程序，教学最终的目的是为了“分数”。未将小学生的年龄特质和思维发展考量在内，没有考虑到学生们的空间思维方面存在的局限特性，为了教学进度，学生的图形思想和空间想象被缩水，学生的几何直观核心素养严重缺失，进而在一定情况下对小学生的空间培育产生了相当程度的妨碍[2]；

(2)虽然当今社会得益于互联网的发展，可以在教学中以教育信息技术2.0背景为依托，根据学校的实际情况采用现代信息技术进行集合教学，可以利用信息技术将几何知识进行更加形象直观的展示给学生，从而使得学生可以更直观的理解到几何学习的本质，但是受限于教师综合素养的限制，绝大部分教师并没有有效的利用信息技术进行小学几何的教学，这些在信息技术2.0时代，因为老师专业素质所限，导致本校相关教育从业之人针对讯息科技的利用层面，存在极其严峻的缺失[3]。

（二）研究的目的和意义

基于以上关于在小学几何教学中融入信息技术的问题，本文认为在小学几何教学中有效的融入信息技术具有以下几方面的意义：

(1)很明显，当下为二十一世纪时代，此时，众人愈发关注学生的素养教导以及针对各个水平的培育。所以，运用现当下讯息科技采取几何手段教育极为关键。在教学进行之中，从小学生的具体情形出发，采取讯息科技手段，比如动画、模型以及动态分模等等手段，把立体空间知识更为直接性地在小学生眼前表现出来[4]，便于学生理解的目的；

(2)结合小学生的实际年龄特点，依托课本内容，利用现代信息技术能够更加直观、科学地培养小学生的空间逻辑思维，勾勒出学生的几何思维脉络、引导学生发展几何想象，起到发展学生智力的目的；

(3)从本校的事实出发，在小学几何教学之内加入信息技术，通过数学教师信息技术教学全员培训、相互学习，将本校的数学几何直观核心素养校本构建落实，在一定情况下可以提高本校老师运用信息技术教学的水平，进而落实提高教学成效的目标[5]。

二、基本概念

（一）信息技术

信息技术-Information Technology，作为一个集合术语。在二十一世纪的当下，其关键指代针对讯息加以获得提取、解决、传输、制作以及实际运用等等功用，并且汇集感应检测、通讯、智能同把控等等技术手段在内，是其所有科技的总和。

而在本文的研究中，则认为其是现代教育改革的“金钥匙”，得益于信息技术在教育界中的融合，主要有以下2个方面的变化：

(1)信息技术对学生和教师的思想产生了影响；

(2)信息技术使得传统教学模式发生变革；

(3)信息技术丰富了学校的教学环境。

（二）小学数学几何教学

小学数学教学是培育学生抽象性以及逻辑思维方面的关键性科目；小学生由于其年龄特点，其思维正处于从具体的形象思维向抽象的逻辑思维过渡的阶段，而小学数学的几何教学是培养小学生抽象思维的重要方式，其具有以下4个方面的意义：

(1)通过观察和操作来“认识图形”并抽象出图形的基本特征；

(2)通过“图形的测量”的学习，对测量和认识几何符号、单位有深刻的理解并体会其中的实际意义，同时动手践行测量的方法，从而发展学生的推理能力和空间感觉能力；

(3)在“图形的运动”中，探索并体会研究图形性质的多种方法，研究图形的变化，激发小学生对图形的研究兴趣，发展小学生的“空间与几何”直观领悟能力。

(4)“确定图形位置”的方法学习，培养学生的空间位置思想，开发小学生“立体空间”直观和推理的能力。

(5)“周长与面积”的计算学习，培养学生空间大小概念和空间逻辑思维能力，锻炼学生的数学思维，培养学生的计算能力。

（三）信息技术与学科教学融合

《义务教育数学课程标准》提出了“利用信息技术让学生认识空间几何”这一核心概念,所以培养学生这方面的技术是尤为重要的。主要是让信息技术和数学学科相整合，通过这种手段帮助学生更好的认识空间立体几何，也借助信息技术可以使抽象思维与形象思维结合起来，还能让复杂问题简单化，抽象问题具体化。

当下，针对信息技术与学科教学的相互链接，大多教育从业者提出，这一方式是在实际教学之内，将信息技术、人力、科技手段同具体的学科层面进行链接，进而一同落实新式的教学方式。该教学方式关键有下面几个层级的内在涵义：

(1) 基于多媒体网络信息化环境的教学活动实施创新；

(2) 面向学习者的数字化学科学习资源；

(3) 利用信息加工工具的认知支持作用实现学生的个性化学科知识重构。

三、信息技术在小学几何直观核心素养培养中的融入策略分析

（一）研究准备

（1）实验研究假设

对信息技术与小学“图形与几何”知识模块的融合效果提出假设，然后通过信息技术与数学的融合模式，在考虑到小学生实际年龄特点的基础上，基于自身教学经验，以我校四年级实验班的学生进行“图形与几何”教学为例。

为了获得较为准确的研究效果，选择跟实验班学生能力基本相当的对照班进行对照试验研究，值得注意的是，对照班的教学模式是传统教学方式。在落实学习任务之后，与此同时，针对对照班级以及实验班级的学生，采用之前测试和之后的数据监测做相应的统计研究。

（2）实验教材分析

本研究所使用的教材是北师大版四年级数学。四年级的数学是一个过渡阶段，将低高年级联系起来，为将来深入学习数学奠定了坚实的基础。

本次实验选取四年级数学上册第二单元《线与角》，本单元内容较多，对于整个小学阶段几何学习相当重要，因此选取此单元作为研究教材。同时，为保证本次测试广度和效度，以整个单元作为实验教材，这样有更多材料验证来检验实验的准确性。

下面是本单元教材分析：

1.线的认识

本节知识主要学习线段、射线、直线，并且要理解它们各自的特点和区别，借助信息技术，可以通过生活中的实物动画展示出它们各自的特点，这样让学生能够很直观明了的理解、记忆它们三种线的特征，并且在脑海中形成区分，建立线的模型，抓住线的核心特征，培养基本素养。

图1 线的认识

2.交叉与垂直

通过信息技术将“交叉”与“垂直”能够直观、动态地展示给学生，让学生体会怎么才叫交叉、垂直，信息技术的加入让几何教学更加直观方便。

图2 交叉与垂直

3.平移与平行

信息技术展示平行的基本特征，如何画平行线，让学生学习更有兴趣。

图3 平移与平行

4. 旋转与角

本节知识运用信息技术进行教学最为方便直观，动画和视频展示，让学生能够非常直观看清楚绕点旋转形成角的过程。

图4 旋转与角

5. 角的度量

图5 角的度量

（3）实验对象及条件分析

本研究所要进行对照实验的对象是我校小学四年级学生，其中选取两个平行班对其进行前测、方案实施以及后测。四年级的学生通常9-10岁左右，这一年龄的儿童的思维方式正在由形象思维过度到抽象思维的阶段，数学中“图形与几何”这一模块的知识，有助于对思维的开发和发展。实验计划是采用垂直和水平对比数据结果加以统计和处理。

（二）教学流程

全部的教学分析的落实进程分为下面几个阶段：提出相应的假定-落实预测试-落实教学安排-采取后续检测-验证原先的假定-获得一定的论断；与此同时，调查实验班学生的教学实际成效，并采取满意度探究。

实验之中的准备：对实验班和对照班级进行预先测试和事后检测，根据教科书的要求和教学目的安排测试前后的试卷，将其分为记忆和理解等基础知识，之后运用数学统计软件针对数据加以探究，比较和分析实验和控制两个班级的具体实验数据，最终获得相应的论断。

（三）结果分析

（1）前测

在采用实验的四年级的2个平行班级之中采取了预先测试，并发布了预测试试卷。前测卷的内容是根据学生在一、二、三年级己经学习过的“图形与几何”知识与新授知识相关的测试题，其目的是做到实验前测试两个班的学生之水平相当，保证控制变量。为了保证实验的客观性，两个平行班的前测卷是在开学初期当堂完成并回收的，测试时间为30分钟。

教师向实验班和对照班发放前测卷共80份，每班40份，回收前测卷80份，有效前测卷80份。学生前测的内容一共有10道题，包括学生在低年级所学的“图形与几何”知识的识记和理解。

通过测试和数据分析，安排好实验和对照两个研究班级，后续安排同一老师分别进行传统教学与信息化教学两种不同的教学方式，在一个周的实验中，做到两个班级除了教学方式的区别以外，传统教学班级和信息化教学班级可以根据自己的教学方式方法、技术手段布置相应的学习和练习模式。平时的课后练习和作业批改要一致对待。

（2）教学实验

在传统教学班级中，采用常规教学，学生主要通过教师讲解、动手操作、学生练习等方式进行教学学习。

在实验班的小学数学与信息技术融合的教学活动开展中，通过信息化的融入，把教学活动划分成三个阶段：课前，课中和课后三个阶段；在实验班的教学活动中，每个环节都要考虑到信息技术与小学数学融合这一原则。

教师在上课前创建问题场景，学生使用平板电脑、教学视频、问卷星、一起作业等信息技术手段让学生自己学习，刺激学习兴致并预先学习课堂要讲述的知识；对照班的学生，则遵循通常的方式进行预览，在上课前阅读以及按照指导计划进行练习。

在课堂上，老师使用交互式设备（例如电子白板）和希沃白板5辅助教学，而学生使用小组协作、沟通和探讨等手段来相互合作学习。

课堂之后，实验班的学生进行归总以及反思、整理素材、在小组中进行作业和相应的工作，并在下一个新课程进行介绍和报告，并且部分作业可以通过问卷星等信息技术手段完成。其余的家庭作业与对照组的作业相同。它们都是与每日教学内容相对应的练习，每个班级的练习量是相同的。

在课程教学过程中，进行信息技术的有机融入，以课堂教学时间为40分钟进行举例，在小学几何教学中融入信息技术的详细步骤如下：

图6 实验班课堂时间分配

同时，在课后，教师根据学校的实际情况和学生的知识接收情况，进行教学成果的检验。

（3）后测

落实教学实践之后，分析学生的知识掌握情况以及对知识的使用状况，与此同时，针对学生的满意度加以分析。在后测阶段将主要以学生的满意度调查为分析因素，针对为期半个学期的教学实验，采用调查问卷的方式进行学生的满意度调查，结果如图4所示：                        

图7 学生满意度调查

关于利用多媒体手段进行教学，64.35%的学生都满意，其中不满意的学生仅仅占8.53%；基于问题学习的方式，学生比较喜欢，大部分非常满意；但是相对于其他方面的满意度，学生的应用能力和思考问题能力的进步不满意的学生比较多，说明学生思考问题的能力不能仅仅靠“图形与几何”模块学习就能提高。

四、研究总结

通过本文的分析可知，在小学几何直观核心素养的培养中，采用现代信息技术教学手段比传统教学方式效果更容易让学生感受几何直观；结合信息技术2.0，教学成效更加具备针对性；最后，在信息技术环境下，利用教育信息技术有助于学生几何思维能力的提升，达到提升教学教学效果、培养学生思维能力、提高学生数学核心素养的目的。同时，信息化科技的普及，能够有效地提高教师的教育信息化水平，提高教师的教学效率。

参考文献：

[1]张定强,裴阳.中小学生直观想象素养研究:回顾与展望[J].北京教育学院学报,2020,34(05):24-32.

[2]裴阳. 高中生直观想象素养水平调查研究[D].西北师范大学,2020.

[3]肖雪飞. 小学高年级学生几何直观能力的现状调查研究[D].西北师范大学,2020.

[4]宋健. 小学五年级学生几何直观能力的现状调查研究[D].天津师范大学,2020.

[5]杨欣霞. 基于“直观想象”素养下的中日小学数学教材比较研究[D].云南师范大学,2020.

[1] 张定强,裴阳.中小学生直观想象素养研究:回顾与展望[J].北京教育学院学报,2020,34(05):24-32.

[2] 裴阳. 高中生直观想象素养水平调查研究[D].西北师范大学,2020.

[3]肖雪飞. 小学高年级学生几何直观能力的现状调查研究[D].西北师范大学,2020.

[4] 宋健. 小学五年级学生几何直观能力的现状调查研究[D].天津师范大学,2020.

[5] 杨欣霞. 基于“直观想象”素养下的中日小学数学教材比较研究[D].云南师范大学,2020.