可视化技术在小学数学“空间观念”教学中的应用研究

引言：

空间观念是数学核心素养重要组成部分，其培养关乎学生认知发展全局。传统教学中，学生因缺乏直观体验与操作机会，往往难以建立清晰空间概念形成准确空间想象。可视化技术凭借其直观呈现、动态演示、交互操作等特点，为空间观念教学带来新契机。当前信息化背景下，如何充分利用可视化技术创新教学手段、拓展教学内容、优化教学过程，实现空间观念高效培养，成为需要探究课题。

一、可视化技术助力空间观念，教学手段实现创新

三维建模软件应用使抽象几何体具象化呈现，学生能通过屏幕清晰观察立方体、长方体、圆柱体等几何图形各角度特征，突破平面教材局限。此类软件允许放大、缩小、旋转几何体，帮助学生建立完整空间认知。增强现实技术融合现实与虚拟世界，学生通过平板电脑扫描特定图形，即可看见立体几何形体悬浮于现实环境中，能围绕立体图形走动观察，感受空间关系，获得沉浸式学习体验。

以人教版小学数学五年级上册位置教学为例，教师运用校园多媒体技术创设情境，让学生在虚拟校园中确定物体位置。课堂开始，教师通过大屏幕展示三维校园全景，引导学生观察各建筑物分布，思考如何精确描述位置关系。教师启动交互功能，请学生上台在数字地图上标记指定地点，如图书馆位于教学楼北侧，系统立即显示标记结果，全班可即时验证答案正确性。为深化空间坐标概念，教师切换至网格化校园俯视图，引入坐标系统，学生尝试用数对 (x,y) 表示位置。借助平板电脑，学生分组进行寻宝游戏，根据坐标指令在虚拟校园寻找隐藏物品，增强学习趣味性。教学过程中地图视角可随时切换，学生能体验从不同方位观察同一场景，理解前后左右等相对位置概念会随观察角度变化。通过实景照片与三维模型结合展示，学生建立现实空间与抽象表征间联系，理解地图符号含义。课堂后段教师设计校园导航员任务，学生需规划从教室到操场最短路径，并用坐标语言精确描述，培养空间思维与表达能力。这种教学不但能提高学习兴趣和课堂效率 , 更能帮助学生形成积极的人生态度和正确的价值观 , 为学生的未来发展奠定坚实基础。

二、可视化资源丰富空间认知，教学内容得到拓展

微观世界探索成为可能，学生通过数字显微系统观察几何体微观结构，理解点、线、面概念与关系，建立微观空间感知。宏观视角引入则使城市规划、建筑设计、地理地貌等真实场景进入课堂，学生认识到数学空间概念与现实世界紧密联系，感受数学应用价值。几何变换过程清晰呈现，旋转、平移、缩放以及对称等变换通过动画演示，学生能直观理解空间位置变化规律，预测图形变换结果。复杂几何结构分解展示，如正多面体展开图形成过程，立体切割截面变化，帮助学生理解三维空间内部构造，培养空间分解能力。跨学科知识整合显著增强，物理学中力学原理、化学中分子结构、生物学中生物形态、艺术中透视规律等领域知识融入数学课堂，拓展学生认知边界。

以人教版小学数学六年级上册位置与方向单元教学为例，教师巧妙运用多元可视化资源，将教学内容从单纯方位指引拓展至实际导航应用。课堂伊始，教师展示卫星地图软件，呈现学校周边区域俯瞰图，引导学生观察真实地理环境中各建筑物分布规律。教师切换至三维视图，学生惊喜发现熟悉街区变成立体模型，感受平面地图与现实空间对应关系。为引入方向概念，教师调出电子罗盘功能，展示东南西北与角度关系，学生通过屏幕观察罗盘指针随方向变化实时旋转，教师导入坐标网格，将方位与角度、距离结合构建完整导航系统。课堂中段教师引入编程元素，学生通过图形化编程软件控制虚拟人物按指定方向行走，编写简单程序如向北走 3 步，向东走 5 步，培养算法思维与空间规划能力。实践环节，学生分组完成智慧城市规划师任务，在三维沙盘软件中设计社区道路网络，考虑方向标识与路径优化问题，体验空间规划实际应用。通过航拍视频展示鸟瞰视角，学生感受从不同高度观察同一区域时方向感知变化，理解多维空间概念。课堂最后教师引导学生反思现实生活中方向感重要性，从认识世界角度理解空间定位价值，实现知识迁移与价值认同。

三、可视化实践深化空间理解，教学过程趋于优化

教学环节设置更符合认知发展规律，实现感知—表征—应用循序渐进过程。感知阶段动态视频、全息投影等直观呈现几何体特征，激活学生视觉系统，表征阶段，交互软件支持学生操作虚拟几何体，建立心理表征，应用阶段，虚拟现实环境中解决空间问题，巩固空间概念。反馈机制实现即时化与可视化，学生通过软件操作获得图形变化反馈，系统自动分析错误类型并提供针对性指导，形成良性学习循环。学习路径呈现个性化与多样化，根据学生空间能力差异，提供基础、进阶、挑战三级学习任务满足不同学生需求。

评价方式更加全面科学，传统纸笔测试外增加操作评价、过程评价与作品评价，通过数据采集分析学生空间思维发展轨迹，实现精准测评与指导。教学过程中教师角色从知识传授者转变为学习引导者，创设问题情境设计探究任务，组织协作活动促进知识内化。教学时空突破传统限制，课前预习、课中探究、课后拓展形成完整学习链，校内学习与校外实践紧密衔接实现全时空学习。这些变化使教学过程更加注重学生主体性、思维发展性与知识应用性，实现从教会向学会转变，空间观念形成过程更加符合学生认知规律，学习效果显著提升。

结论：

可视化技术通过多感官刺激、交互式体验与情境化学习，帮助学生突破平面思维限制，构建立体空间认知，提升空间想象能力。未来应加强教师技术应用能力培训，构建结构化可视化资源库，探索线上线下混合教学模式，推动技术与教学深度融合。教师还应注意技术应用恰当度，避免过度依赖保持实体操作与虚拟体验平衡，确保技术真正服务于空间观念培养目标，促进学生数学核心素养全面发展。

参考文献：

[1] 刘炳辰 . 基于思维可视化图示技术的小学数学教学策略 [J]. 甘肃教育 ,2025,(12):54-57.

[2] 王颖 . 思维可视化在小学数学图形与几何教学中的应用研究 [D].四川师范大学 ,2025.

[3] 林毅萍 . 思维可视化在小学数学教学中的深度融合与创新应用 [J].数学教学通讯 ,2025,(16):22-26.