高中物理教學培養(yǎng)學生空間思維能力的方法

趙琳

高中物理可以培養(yǎng)學生全方位、多層次的能力，比如邏輯思維能力、空間思維能力、創(chuàng)新能力、建模能力等.空間思維能力在高中物理教學中常被嚴重低估，甚至在高中物理新課程標準里面都看不到它的身影.然而，空間思維能力對學生建立物理模型、理解物理情境有重要的輔助作用，對學生進一步學習物理知識也有較大的價值.所以，在高中物理教學中有必要積極培養(yǎng)學生的空間思維能力.

一、空間思維能力的內涵

空間思維能力指學生通過觀察空間立體的模型，在頭腦中形成整體的圖像，遇到問題時將頭腦中的整體圖像構建出來輔助解決問題的一種思維能力.空間思維能力包含了空間圖像的抽象、空間圖像的重構、空間圖像的定位等方面能力.空間圖像的抽象指學生能夠把實物模型融合到自身的知識體系中，空間圖像的重構指學生能夠調用已經建構好的空間圖像，空間圖像的定位是指學生能夠在復雜的空間圖像中找尋到需要的圖像細節(jié).空間思維能力對高中生學習物理有一定的價值.（1）物理世界是多維的.我們接觸到的物理世界是多維度的.高中生主要學習經典物理學，經典物理學的空間是三維的，學生有一定的空間思維能力才能順利接受物理知識.比如，任何物體都是立體的，其重心位置處于三維空間之中，只有全方位地把握物體在空間中的形狀和位置，才能知道重心的大體位置；（2）物理問題是基于空間模型的.高中物理中接觸到的物理題目都是基于一定的空間模型的，學生必須具有較強的空間思維能力，才能從物理題目中抽象出物理模型，進而解決問題.比如，圓錐擺做勻速圓周運動的問題.圓錐擺是一個立體模型，學生只有從空間立體的圓錐擺出發(fā)才能理解圓錐擺做圓周運動的本質，即重力和繩子拉力的合力提供了向心力；（3）思維能力是交織在一起的：如果片面地認為少數(shù)幾種思維能力就可以適應物理的學習，是行不通的.物理學習離不開各種能力的相互協(xié)作，空間思維能力是其中的一種.空間思維能力可以幫助學生進行邏輯思維、創(chuàng)新思維等.可以看出來，空間思維能力在高中物理教學中是比較重要的.

二、高中物理教學中培養(yǎng)學生空間思維能力的方法

對學生空間思維能力的培養(yǎng)不是一朝一夕所能完成的，必須經過系統(tǒng)化地訓練才行.教師必須根據(jù)高中學生的心理特點，有意識地將空間思維能力滲透進教學.下面說一說在高中物理教學中培養(yǎng)學生空間思維能力的方法.

1.在教學中多使用模型和多媒體技術

學生的空間思維能力不是天生的，而是通過對空間模型的觀察、思考、抽象才逐步訓練出來的.高中物理教師在授課時，可以有意識地增加展示空間模型和利用多媒體技術展示空間圖像的教學過程.比如，電場線的教學，如果照本宣科地講授幾種特殊電場線的分布、特點等，學生容易產生一個誤解，認為電場線是平面的.教師要改變這種現(xiàn)狀，可以利用多媒體技術進行教學.教師借助flash課件將電荷周圍的電場線展示給學生觀察，然后使用鼠標拖動課件，讓學生從不同的角度觀察電場線的分布.學生通過多角度的觀察后能夠形成對電場線分布的空間理解.多媒體課件的使用提高了學生的空間理解能力，有助于空間思維能力的形成.進行地磁場教學時，教師可以將地球模型帶入課堂，借助地球模型講解地理南極、北極和地磁場的南極、北極之間的關系，同時告知學生我們在地球上的方位以及周圍的磁感線的分布情況.通過地球模型配合教學可以幫助學生提高空間定位能力，進而促進空間思維能力的提升.

2.教學中多讓學生對空間問題進行表述

高中物理教學中會接觸到很多的空間問題，僅僅通過教師的講授，學生不能夠很好地理解這些空間問題，可以多讓學生對空間問題進行語言表述，語言表述可以幫助學生形成對空間問題的抽象.比如，講解衛(wèi)星問題時，可以讓學生用語言描述同步衛(wèi)星、極地衛(wèi)星等衛(wèi)星的位置、軌道特點等.學生通過對同步衛(wèi)星和地球同步方式的描述，可以在腦海中建立同步衛(wèi)星環(huán)繞地球運動、軌道平面和赤道平面共面的空間圖像.學生通過對多種衛(wèi)星的語言描述可以在頭腦中構建出各種衛(wèi)星在地球周圍的分布圖像.語言的表述練習不僅僅可以讓學生學到物理知識，鍛煉表達能力，更重要的是幫助學生建立了空間的思維圖像，鍛煉了空間思維能力.

3.將空間問題和平面問題進行轉換教學

高中物理中接觸到的很多問題是空間問題，由于圖形表述的原因，在課本上很多空間立體圖像都是以平面圖形進行呈現(xiàn)的.如果長期讓學生接觸平面圖形，無疑會削弱他們的空間思維能力.所以教師可以通過空間問題和平面問題相互轉換的教學方式幫助學生形成空間思維能力.比如，課本上經常出現(xiàn)斜面問題，教師可以引導學生繪畫立體斜面模型，通過動手繪畫，學生能夠將平面圖形轉換為立體圖像，鍛煉了空間思維能力.有些問題的教學中，教師可以反其道而行之，要求學生將立體圖像轉換為平面圖形.比如，在電磁感應習題中，經常出現(xiàn)軌道和金屬棒的模型，立體圖像不便于進行力學分析的，教師可以引導學生從側面觀察這些模型，然后動手繪畫這些模型的側面圖，將立體圖像轉換成平面圖形.通過這樣的練習，可以幫助學生提高建模的能力，還能有效地提高學生的空間定位能力.

綜上所述，空間思維能力對學生學習高中物理有一定的價值，物理教學中教師應該通過一些有效地教學手段進行培養(yǎng).多使用立體模型和多媒體技術手段呈現(xiàn)立體模型，通過語言描、立體圖像和平面圖形的轉化練習都是非常有效的教學手段.通過系統(tǒng)地培養(yǎng)方式，一定可以提高學生的空間思維能力.