数智时代小学生几何直观的养成策略与实践路径

摘要：从数字智能时代小学生几何直观能力培养的研究价值出发，梳理当前情况、存在问题、机遇与挑战，确定关键影响因素，提出基于数智技术的教具开发、设计情境化与沉浸式学习情景等培养策略，进而提升小学生几何直观能力，为小学数学教学改革提供参考。

关键词：数智时代；小学生；几何直观；养成策略

前言：教育信息化2.0时代的必然走向就是数智技术与教育教学的深度融合。几何直观是小学数学的核心素养之一，对学生数学概念的理解，数学问题解决具有重要意义。但传统几何直观教学在小学生空间想象力、逻辑推理能力等培养上具有一定局限性，与数智时代人才培养目标还不匹配。寻求数智时代小学生几何直观的培养策略与实践路径非常必要。

一、数智时代小学生几何直观养成的现状与问题

（一）现状分析

1.传统教学方式仍占主导

目前，在苏教版小学数学教材几何教学过程中，众多小学数学教师仍然延续灌输式的几何教学模式，例如以黑板、实物教具模型为载体，其优点在于学生可以对几何图形产生初步感知，但是这种教学方法很难让学生深入掌握几何概念，培养学生的空间想象能力。如对于“圆柱的表面积”的学习，数学教师通常以黑板画出圆柱展开图形的方式进行讲解，学生往往很难明确想象圆柱侧面展开后与底面的联系。

2.数智技术试点应用初见成效但推广不足

也有少部分学校有尝试利用数智技术来进行几何直观教学，在部分学校收到了较好的效果，比如用计算机软件呈现几何图形的变化过程，让学生更直观地观察图形的变化特征和性质，然而成功的经验没有得到推广，有部分学校受设备和教师培训不达标等问题的影响而未能运用数智技术开展教学。

（二）存在的主要问题

1.学生层面

对几何图形知识肤浅。学生在学习几何图形知识时，主要是对几何图形知识进行表面记忆，没有对几何图形的本质属性有更深刻的挖掘，比如学生只是记得三角形有3条边和3个角，对三角形的稳定性等本质属性没有深刻的理解。

适用学习工具缺乏：小学生的思维方式多属于具体形象思维方式，他们在学习几何之类抽象内容时，需要借助直观的学习工具帮助自己具体化地掌握相关学习内容，但是目前学生学习时所使用的工具缺失，这使他们学习难度很大。

2.教师层面

数智技术的应用：一些教师对AI、VR/AR技术的了解和技术运用水平不高，不能很好地运用AI和VR/AR技术进行教学设计，比如教师在运用VR/AR技术设置几何教学情境，因为技术操作性不强，不能很好地发挥技术作用。

教学方法较为单一：在几何直观教学中，教师仍然会采用讲授式的教学方法，缺乏新颖和变化，不能激发和调动学生的几何直观学习积极性、兴趣以及开发出学生的几何直观能力。

3.资源层面

数字教学资源缺乏：当前，为小学生开展几何直观培养的数字教学资源建设较少，数量较少；市场上这一类的数字教学资源良莠不齐；例如某些几何教学软件，内容单薄，逻辑性差，不够全面，不够深入，不够透彻。

二、小学生几何直观养成的关键要素

（一）直观感知能力的培养

1.观察能力的训练

教师要引导学生学会观察几何图形是有目的、有顺序观察的方法。比如，在认知“长方形”时，观察长方形的边和角，先观察边的条数，相等关系，再观察角的大小，培养学生观察的细致性。

2.操作与实验能力的培养

例如：通过让学生进行动手操作几何图形，例如：折、剪、拼等方式，让学生对于图形的特征及变化有一个更为直观的感受。如在讲授“平行四边形的面积”这一讲时，可以让学生通过剪拼等方式把平行四边形变成长方形，进而推导出平行四边形的面积公式。

（二）空间想象力的激发

1.利用数智技术构建三维空间模型

借助VR/AR技术构建学生三维空间模型，让学生全方位观察和操作模型，促进学生的空间认知。例如学习“正方体的展开图”这一内容时，可以利用VR呈现正方体的不同展开模式，让学生直观体会到平面展开图与立体形之间的一一对应关系。

2.引导学生进行空间想象

教师可借助提问、启发等，让学生头脑中有几何图形形状、位置、变化的“影子”。如，给出几何图形的一个部分特征，让学生想象完整的图形；让学生想象平移、旋转一个图形后的样子。

（三）逻辑推理能力的训练

1.设计问题解决活动

借助信息化平台设计富有挑战性地解决问题类活动，在解决问题的同时，学生使用几何知识进行推理、论证。例如，用数学游戏软件，设计“寻找隐藏的几何图形”任务，学生根据条件，利用几何推理找到所需的几何图形。

2.培养学生的证据意识

在几何学习过程中，引领学生会用逻辑推理的方法证明几何结论。例如，在证明“三角形内角和是180°”的过程中，引导学生测量、剪拼、折拼，利用这些方法进行验证，然后逐步引导学生用数学语言进行说理证明。

三、小学生几何直观养成策略

（一）基于数智技术的教学工具开发

1.动态图形演示软件

研发专用的动态图形演示软件，直观展示几何图形动态运动变化的全过程，如图形的平移、旋转、缩放等。如在讲述“圆的周长”的时候，可用软件动态演示圆的周长与直径的关系，学生对圆周率的形成有直观性感知。

2.虚拟实验室

建设虚拟能力实验室，让学生能够在虚拟环境下开展几何实验，如学生可以在虚拟能力实验室中任意搭建几何模型，对几何图形进行组合拆分实验，探查几何图形性质规律。

（二）情境化与沉浸式学习设计

1.利用VR/AR创设真实场景

借助VR/AR技术模拟出几何知识有关的实践场景，例如商场中建筑布局、公园景园设计等，引导学生在这些场景中查找几何图形，研究几何图形在实际生活中的应用，在学生大脑中形成对几何的感性认知。

2.故事化情境设计

运用几何知识融入童话故事，创设故事化教学情境，比如，以“小兔子的房子装修”为故事题材，让学生为小兔子选择什么样的几何形状的地砖、家具等，在解决相关数学问题过程中学习几何知识。

四、实践路径

（一）教师培训与专业发展

1.数智技术培训

开展面向教师的数智技术培训，如面向AI、VR/AR等技术应用培训，通过培训，帮助教师掌握数智技术辅助几何直观教学的方法与技能，提升教师的数字教学能力。

2.教学方法培训

安排教师参与几何直观教学方法的培训，学习先进的教学理念和方法，例如情境教学和问题导向教学等。鼓励教师在教学中创新教学方法，提高教学效果。

（二）学校资源建设与支持

1.硬件设备采购

学校应加大对硬件设备的投入，采购VR设备、多媒体教学一体机、数字化教学软件等，为几何直观教学提供硬件支持。

2.教学资源库建设

建立几何直观教学资源库，收集和整理优质的数智化教学资源，如教学课件、教学视频、虚拟模型等，供教师和学生使用。

（三）家校合作与协同教育

1.家长培训与指导

借助家长学校讲座、线上讲座等途径，告知家长在数智化时代几何直观教学的重要意义和做法，引导家长在生活中利用数智手段帮助孩子进行几何学习。

2.亲子学习活动开展

组织开展亲子几何学习活动，如亲子几何游戏、亲子几何制作等，增进亲子关系的同时，提高学生的学习兴趣和学习效果。

结论：本文在揭示小学生几何直观养成实情的基础上，剖析了其困难症结，指认了几何直观养成要素，在设计指向几何直观养成的数智教学工具、情景化沉浸性学习内容、交互式游戏化课堂教学方式、多态类教学资源组合等具体养成路径之上，在师资队伍建设与专业提升、学校资源建设与支撑保障、家庭学校协同互助与全员育人等具体实践方面提供指导意义。

参考文献：

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