例谈小学数学教学中如何培养学生的几何直观能力
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发布时间：2022-04-22 05:44
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时间：2023-10-24 01:35
几何直观主要指利用图形描述和分析问题。《全日制义务教育数学课程标准( 2011 版) 》将“几何直观”正式列为十个核心概念之一。 借助几何直观可以把复杂的数学问题变得简明、形象，有助于探索解决问题的思路，预测结果。无论是在图形与几何领域还是在数学领域亦或是其他知识领域的教学中，都应重视几何直观的培养。本文从几何直观的概念、教学价值以及培养几何直观的教学方法这几个方面进行阐述、论证。
新课改背景下对“四基”的要求，数学课程标准提出:培养和发展学生的几何直观能力，几何直观已经成为数学教育中的一个值得关注问题，培养学生的几何直观能力，引导学生学会用画图的策略分析题意，解决简单的实际问题，逐步上升到能将直观图与数学语言、符号语言进行合情转换，我认为直观是一种感知，一种有洞察力的定势，其本质就是让学生看图想事、说理、解决问题。几何直观主要体现两点：一是一眼能看出不同事物之间的关联；二是透过现象看本质。数学是对客观现象抽象概括而逐步形成的，它是研究数量关系和空间形式的科学。
一、几何直观的教学价值
《全日制义务教育数学课程标准( 2011 版) 》首次提出在义务教育阶段应当注重培养学生的几何直观，凸显了几何直观在学生数学学习过程中的地位和作用，彰显了几何直观的教学价值。随着数学课程标准提出培养和发展学生的几何直观能力，几何直观已经成为数学教育中的一个关注问题，在内容上、意义上和方法上远远超出对几何图形本身的研究意义。
数学知识是抽象的，学习数学最需要的是抽象思维和推理能力。所以在思考的过程中用直观形象的图形、符号把问题表述出来，把思考的过程描述出来，把看不见的抽象思维显现出来、固化下来，一是有助于把复杂、抽象的问题变得简明、形象。二是有助于探索解决问题的思路并预测结果，三是有助于帮助学生直观地理解数学。可以说从小就重视培养几何直观能力，对以后数学知识的学习会有极大的帮助。
二、培养几何直观能力的教学方法
在小学数学中培养学生的几何直观能力，要先从直观教学开始，引导学生学会用画图的策略分析题意，解决简单的实际问题，逐步上升到能将直观图与数学语言、符号语言进行合情转换，并逐步在解决数学问题的过程中渗透数形结合的思想，感悟数与形、形与数之间的转化,让几何直观的培养贯穿在整个小学数学学习过程中。
（一)重视直观感知，突出画图策略的教学。
《解决问题的策略》主要教学用画直观示意图的方法解决有关面积计算的实际问题。在教学面积计算的问题时，关键要使学生想到画图、正确画图、用图分析和体验画图解决问题的好处。首先可以向学生呈现纯文字的例题，面对比较复杂的数学问题，引导学生想到用画图的方法整理条件和问题。接着鼓励学生尝试画草图，让学生的思维集中于用画图来表达题意，并通过师生交流，进一步完善画出的示意图，使学生感受到画图能清楚地理解题意。然后借助示意图分析数量关系，明确先求什么，再求什么，列式解答后，要再结合算式和图说说解题思路。最后反思整个解题的过程，突出示意图对解决这个数学问题的重要作用，感受画图策略的价值。“试一试”和“想想做做”的题目与例题相比有一定变化，解决这些问题后，要引导学生思考：“不画图能准确解决这些问题吗？画图时要注意什么？”加深学生对应用画图策略价值的直观体验。 例如：在“五一”节的三天假期里，笑笑读了一本故事书，第一天读了全书总页数的1/3页，第二天和第三天读的页数比是4∶3，第二天比第三天多读16页，请问这本故事书共有几页？
第一天 第二天 第三天
比 第三天多读16页
（二）重视直观图形与数学符号的合情转换。
《正比例的意义》，在学生认识正比例的意义后，教材安排了正比例图像的初步认识，借助直观的图像，帮助学生进一步认识成正比例量的变化规律，为以后的学习作适当孕伏。教学时，根据例1表中的数据，先引导学生用“描点法”画出一幅表示正比例关系的图像。在描点的过程中，引导学生把所描出的点与表中的数据相对照，让学生初步理解图像上各点所表示的实际意义，即每个点都表示路程和时间的一组相对应的数值。再通过观察，使学生发现所描出的这些点正好在一条直线上，清楚地认识正比例图像的特点，并借助直观的图像进一步理解两种量同时扩大或缩小的变化规律，理解正比例的意义。画出图像后，让学生根据图像来判断行驶路程和时间，进一步认识图像上任意一点所表示的实际意义，初步体会正比例图像的实际应用。通过正比例图像与正比例关系式的转换，加深对正比例意义的理解，为今后进一步学习函数知识打下初步的基础。
再如，教学《用假设的策略解决实际问题》时，可以提示学生根据自己的假设画出示意图，并根据画出的图分析假设后乘船人数的变化以及产生这种变化的原因，引导学生根据数量发生的变化及时进行调整，推算出每种船的只数，最后进行检验。这一解决问题的过程就涉及直观图与算式的转换，学生借助直观图，抽象出解题思路：假设—比较—调整—检验。在培养学生几何直观能力的教学中，可以通过直观图像与数学符号的互相转换，引导学生逐步学会利用图形描述和分析数学问题。
（三）重视数与形的结合。
1．借助线段图，理解、分析数量关系
线段图是帮助理解数量关系形象化、视觉化的工具。借助线段图题目中量与量之关系，可以达到化繁为简、化难为易的目的，变“看不见”为“看得见”，不但能很好地帮助理清数量之间的关系，还能进一步帮助学生分析数量关系，拓宽解题思路。我们在教学中可以用线段图和数学分析法解决和差问题和鸡免同笼的问题，感悟用数形结合解决问题策略的优越性，从而获得解决问题的策略，同时获得替代、假设、转化等数学思维方法，并在自主解决问题的过程中享受成功的喜悦，建立了自信，激发了学生学习的兴趣，如：有的问题文字上比较难理解，问题解决者的头脑中不易理清数量关系，将文字上的数量关系转化为线段图表示时，数量关系就一目了然。例：“天津到济南的铁路长360千米。一列快车从天津开出，同时有一列慢车从济南开出，两车相向而行，经过4小时两车相遇，快车平均每小时行68千米，慢车平均每小时行多少千米？”
2、以形助数,让问题变得直观化
从低年级开始学习认数、学习加减法、乘除法，到中年级的分数的认识、高年级负数的认识等，都是以具体事物或图形为依据的，学生根据已有的生活经验，都是在具体表象中抽象出数，算理等。实现了以形助数,让问题变得形象化，直观化。
3．运用图形分析数量关系。
“数形结合”可以借助简单的图形、符号和文字所作的示意图，促进学生形象思维和抽象思维的协调发展，沟通数学知识之间的联系，从复杂的数量关系中凸显最本质的特征。它是小学数学教材的一个重要特点，也是解决问题时常用的方法。为了更好的理解题目,教师要鼓励学生围绕问题运用直观图形帮助理解，把一个无从下手的题目具体化。在老师的引导下，让学生领悟“数形结合”的数学思想，充分利用图形的直观性和具体性，发现数量关系，找出解决问题的突破口。画图不仅是为了解题，更为重要的是建立图文并茂的场景图，让孩子们的思维更准确。
六年级（下册）《用转化的策略解决实际问题》一节的“试一试”：几个分数的分子都是1，分母分别是2、4、8、16、 32、，要计算出这几个分数连加的和是多少。为了启发学生运用转化的策略，培养学生初步的几何直观能力，教材呈现了直观图，用大正方形表示1，用正方形中的相关部分分别表示每个分数，整个图形中的涂色部分表示这些加数的和。同时，教材还提示学生“看图想一想，可以把这个算式转化成怎样的算式计算”。
实际教学时，可以分三个层次进行教学，并通过解决问题的过程培养学生的几何直观能力。第一层次：指导看图，学会转化。呈现算式后，学生一般会应用通分的方法进行计算。这时，教师可以鼓励学生思考其他的方法，根据直观图，先结合各个分数理解直观图中各部分的意义，再启发学生将其转化为1－1/进行计算。第二层次：适当拓展，突出直观。教师将算式拓展到1/2＋1/4＋1/8＋…＋ 1/256，学生一般会根据画直观图的方法，将算式转化为1－ 1/256进行计算。这时，教师要引导学生体会到，数与形的完美结合可以帮助我们将复杂的算式转化成简单的算式进行计算。第三层次：深度思考，强化直观。教师可以启发学生观察分母的特点：分母分别是2、2个2相乘、3个2相乘、4个2相乘……在直观图上先把正方形平均分成2份，取其中的1份；再把剩下的图形平均分成2份，取其中的1份……最后分出的图形与剩下的图形相等，借助直观图，只要用单位“1”减去剩下图形的大小就是所要求解的结果。在应用转化策略解决问题的同时，巧妙借助几何直观，培养学生初步的几何直观能力。
（四）教学中融入几何直观教学。
教学中，教师可以根据教学内容，适当安排几何直观教学。利用直观图解决数学问题，有助于梳理解题思路，帮助学生发现问题，分析问题，解决问题；也利于证明结论的正确性。例如，三年级教学“平均数”时，可以利用条形统计图，直观理解“移多补少”的方法，理解平均数的意义。如：小明前三次数学考试的平均成绩是93分，第四次数学考试的成绩比四次数学考试的平均成绩高3分，小明第四次数学考试的成绩是多少分？组织教学时，教师可以根据平均数的意义，通过画线段图帮助学生学会用“移多补少”的方法解决一些复杂的平均问题，突出直观图在解决数学问题中的作用。
再例如：在“三角形内角和”这一课时学习中,通过量、剪、拼、折等数学活动，让学生亲自实践操作，发现规律，主动推导并得出“三角形内角和是180°”的结论。学生生起初更多能想到的方法就是用量角器分别量出三个角，在进行相加求和。测量的结果是都在180°左右。老师再引导学生注意180°的平角特征，由此进行二个活动，让学生亲自操作体验。
操作一：拼一拼
操作二：折一折
在此教学过程中，学生通过“量一量”猜测结论，再通过“剪一剪”“拼一拼”“折一折”验证出结论。通过多种感官参与比较、分析从而自主探索得出结论，得到的不仅是三角形内角和的知识，也是学生学到了怎样由已知探索未知的思维方式与方法，培养他们主动探索的精神。
（五）重视空间想象，培养学生创造思维。
在教学《长方体长、宽、高的认识》时，教师可以先引导学生观察长方体的框架后，再进行小组讨论。然后，要求学生去掉其中的一条棱，这时你能想出它的大小吗？继续对棱进行拆除工作，提问：至少必须保留哪几条棱，才能让你猜想到它的大小呢？学生一边想象，一边交流，最后，学生留下了相交于一点的三条棱。还可以去掉其中的一条棱吗？学生看看留下的三条棱，再想象并比划这个长方体的大小。最后，学生都认为不能再去掉棱。这时，教师引导学生认识这三条棱分别是长方体的长、宽、高。在这个活动中，教师让学生在经过观察、操作、想象和交流后，不仅让学生认识了长方体的长、宽、高，而且还明白了长方体的大小是由长方体的长、宽、高所决定的，让学生在空间思维的过程中培养了几何直观能力。从而提高学生的创造性思维能力。
三、结论
综上所述，教学中，教师可以根据教学内容，适当安排几何直观教学。几何直观教学离不开推理和归纳。在利用直观图解决数学问题时，推理有助于梳理解决问题的思路，发现问题，解决问题；也利于证明结论的正确性，把几何直观教学贯穿在整个小学数学学习过程中。
