【转】七月飞雪：关注学生的空间想象能力不足，破解“时区”教、学难点
我们知道，无论是日常的教学，还是教材的编写，乃至于课标的制定，一个极其重要的方面就是要以学生的认知背景和认知规律为基础。而地球宇宙领域的学习，学生最大的认知难点就在于，由于年龄和心智的发展不够，学生的空间想象能力严重不足！
这时，我们的教学也就同样进入了难点了，那么如何破解呢？
破解的办法就是：我们要真正地进入学生的角色来思考，再帮助他们一步一步地搭好脚手架，逐步地、平滑地克服空间想象能力不足的瓶颈。这样，你的教学才能水到渠成、自然顺畅。
说难也不难，可是说容易也并不容易。
先说说难。别说孩子，一些成年人的空间感、方向感也不见得行。例如，很多人可能都有这么样的经验：初中时不少同学学习平面几何还比较得心应手，然而一到高中学习立体几何，立马就不行了。这就是空间想象能力的差别。
再说说不难。以下是一道小学低年级的数学题，要求按照“靠右行驶”的规则，判断下图中的汽车行驶方向是否正确。
记得此题难住了当时我女儿和她班上很多很多的同学。我的处理办法则是，把书本顺时针给旋转了90°，于是她看到的图变成了右边（下面）这样。马上，孩子就轻易地按照“靠右行驶”的规则作出了正确的判断。 
这里，不得不罗嗦一下。请考察一下为什么成年人可以一眼就作出此题，而小学低年级的孩子，却一定要我先帮忙把图片旋转90°呢？
其实，我们成年人做此题之时，有两种解题方式：一种是在头脑中已经把上图转换旋转90°成为右图了；另一种是直接把自己的视野架设到了上图中顺着马路的方向。
这两种方式其实都是在我们成年人头脑中瞬间完成的，是在头脑中通过空间想象的一种转换。而小学低年级的学生，因为其年龄和心智的发展还不足以达到这样的空间想象的能力。
在地球宇宙领域，有不少需要空间想象力的方面，例如地球的自转和公转、北极星不动的秘密、时区、日食月食、月相的形成、四季的形成……这些，往往需要我们用模拟实验来解决，而模拟实验的方法和设计，就是要看如何在学生空间想象力不足的情况下，如何把这个脚手架搭得更好、更自然，让学生的认知思维平滑顺畅地发展而解决问题。
印象中极其深刻的，是北京周大为老师执教的《四季的形成》，或许我孤陋寡闻吧，个人以为所见过一些有关四季形成的科学课，大概无出其右者。此课，最大的成功就是模拟实验，让学生直接进入到地球绕太阳公转的黄道中，站在黄道面上从宇宙的视野直接看到阳光在地球不同纬度上的斜射程度的不同：
熄了灯的课堂中间放着发光的太阳（射灯光源，能四面八方地在黄道面射出“阳光”）；学生推着地球（地球仪安装在下有万向轮的三脚架上）在黄道面的公转轨道上，保持地球的固定地轴朝向姿态，让地球自转和公转，然后都找到地球上的标杆正对太阳的时刻，测量标杆的影长。
如此的模拟实验，直接就解决了学生的空间想象能力不足的问题——这时，学生已经是完完全全地身临其境了！而且有了这样的模拟实验材料和设计，学生完完全全清晰地理解和感受了地球相对于太阳公转的空间运动，以及地球以如何姿态的自转运动，更容易和清晰地理解这二者共同造就了地球运行到不同位置时，阳光的斜射程度不同（还包括受日照的白天时间长短变化），从而形成了不同的四季！
后来得知，这个模拟实验获得了第七届(华师京城杯)全国优秀自制教具评选一等奖，摘录如下：作品名称模拟四季形成实验装置，作 者周大为 王健 杨京，工 作单 位北京市北京小学 宣武师范二附小 宣武区陶然亭小学。
再说说一节好课《月有阴晴圆缺》，执教者为湖北松滋的李春丽老师，此课研究的就是月相的形成。与上面《四季的形成》一课有所不同，这课并没有一下子就用自制教具马上一竿子插到底地直接解决学生的空间想象能力不足的问题。当然，此课的自制教具也挺好的，但不像上面那课的教具的独出心裁、妙绝于顶。实际上，我所见过的一些有关月相形成的科学课上就都用到了不少类似的教具。
该课在约4分半钟的导入后，全课可以分为两个大环节，加上一个简短的拓展和总结。环节一（占时约27分钟）是从峨嵋月开始，到上弦月、盈凸月，到满月，以归纳推理的方法得出“月相是因为月球绕地球自西向东公转到不同位置，地球上的人们观察‘一直被照亮的半个月面’的角度随之改变而造成的”这一规律；环节二（约7分钟），学生极其顺利快捷地利用上述规律，演绎推理，并继续模拟实验验证了亏凸月、下弦月、残月、新月的形成。然后就是简短的拓展和总结（约1分半钟）。
执教者4分半钟稍显不短的导入，其实是有其匠心的：学生坐在教室不同的位置，眼中因为观察的角度不同，所记录画下来的黑白球的图像就不同。这为其后面的教学打下了基础。
上半个月的归纳推理过程中，该老师鉴于学生的空间想象能力的不足，采取了逐步地教、扶、放的有序安排，一步一步搭建起了突破孩子空间想象能力不足阻碍的脚手架：峨嵋月是全班一起教；上弦月有教有扶；盈凸月有扶有放；满月基本上就是放开了。此归纳推理的环节是教学的重点和难点，用时较多，而在教师精心设计的一层层脚手架的作用下，学生认知背景和认知规律的主要问题——空间想象能力不足，已经自然而然、平滑顺畅地解决了。
此后的下半个月的演绎推理和验证，以及最后的简短拓展和总结，也就一气呵成，毫无障碍了。
再说说此课因为学生的空间想象能力不足而没有达到的一个细节吧。模拟实验中，规定了太阳光是从黑板的方向照向教室的后面，当学生站在教室中间代表地球的圆圈中，月球运行到教室的正后方的满月位置时，学生看见了满月。然而，没有一个学生提出，地球现在在太阳和月球之间，是不是应该全部挡住了太阳光？满月在此模拟实验中其实应该是被地球挡住了，看不见！
实际上，此课录像前，为了这个问题，我特意剪辑制作了一段小的视频：月球绕地公转的轨道面叫做白道，阳光是在地球绕太阳公转的面即黄道上照过来，白道与黄道存在着一个4°57′～5°19′的夹角。所以一般，地球是不会挡住满月的。此视频课件一目了然，一眼就看明白了。
现场录像时，学生因为空间思维能力不足，没有提出此问题。而此课自然流畅，为了忠实反映，我也没有再做补镜头硬加进去。这也是学生空间想象不够的实际情况。
此课的视频地址http://boke.ku6.com/18816669?mode=2
还有关于学生空间想象能力的以前的帖子 半个月亮爬上来，是上弦月还是下弦月？大概在什么时候能够看到“半个月亮爬上来”的现象？http://user.qzone.qq.com/342423778/infocenter#!app=2&via=QZ.HashRefresh&pos=1354105414
另外，前2天的帖子 关于“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬”的原理http://user.qzone.qq.com/342423778/infocenter#!app=2&via=QZ.HashRefresh&pos=1380123425 ，实际上也涉及了学生的空间想象能力，且这个空间想象能力的要求还真不低，个人以为不宜在小学阶段解决。
7月飞雪 2013.10.1
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