基于STEAM理念的几何图形深度学习初探
周护国黄振
【摘要】小学生的空间想象能力不强，几何图形的学习比较抽象枯燥，导致其一直是小学数学教学的痛点。随着科学信息技术高速发展，“信息技术+”已经由横向发展向纵向深度发展，影响着我国各行各业，STEAM教育理念下信息技术的运用可以激发学生自主深度探究几何图形的兴趣，提升学生的图形感知力，培养空间观念，激发学生的空间想象力，提高创新思维，使学生在可透视、可触摸的模型基础上，化抽象为具体。
【关键词】几何图形深度学习STEAM教育理念信息技术
随着教育改革的纵向发展，尤其是2022年新课标的颁布，深度学习成为教育者研究的方向。深度学习，就是教师引导学生在真实的生活情境中发现数学几何图形问题，学生以小组或团队合作的形式探究这个问题。在这个过程中，学生全身心参与，积极主动掌握几何图形领域的核心知识，沉浸式地经历研究过程，把握几何图形领域的本质及思想方法，形成正确的价值观，成为既有创造性又有合作精神的研究者。深度学习的路径之一就是让学生做，在做中发现问题、解决问题，并在做中与别人合作探究，通过不断的复盘优化，最终找到解决问题的最佳方法。这种学习理念和STEAM教育理念不谋而合。STEAM教育理念注重知识的融合与运用，将知识情境化、社会化，学生通过自主探究获得解决实际问题的方法。在这种理念下，在几何图形教学中合理运用信息技术，可以促进学生深度学习，提升学生的核心素养。
一、作图软件激发学生深度学习欲望
几何画板是一个作图和实现动画效果的教学作图软件，学习者可以根据学习需求绘制出相关的图像和动画过程。这种化静为动和实操模拟的教学方式新颖而有趣，容易激发学生积极主动参与几何图形探究学习的兴趣。在STEAM教育理念下的数学几何图形活动中，教师充分发挥几何画板的辅助作用，有效地创设图形场景，有利于学生沉浸式地进行几何学习研究和体验。学生利用几何画板将自己对几何图形的空间观念以可视化的方式呈现，由此获得的成就感，不仅能使学生更加积极主动地参与探究几何图形活动，还能激励他们深入研究几何图形，从而培养创新意识。
例如，教学人教版数学二年级下册“观察物体（一）”中例2观察圆柱体和球体三面时，笔者首先让学生利用几何画板在平板上画一个圆柱体，学生立刻兴趣盎然，动手画了起来。其次，让学生观察并大胆猜想圆柱体的三个面是什么形状。最后出示几何图形界面，让学生观察验证圆柱体的三个面分别是什么形状，尤其是圆柱体的侧面。有的学生观察到是长方形，有的学生观察到是正方形。学生又有各种猜想，继续深入与实物对比探究得出结论。利用几何画板很好地突破了这一课的教学难点，学生不断地动手、猜想、验证，实现三维立体图形与二维平面图形的转换，激发了学生自主探究几何图形的兴趣，使学生深度学习几何图形，不断提升他们的空间观念。
二、3D打印搭建学生深度学习桥梁
3D打印创新教育是推进素质教育、提升学生创新能力的重要手段。在STEAM教育理念下，把3D打印技术与几何图形教学有机地融合起来，充分发挥3D打印技术的桥梁作用，搭建几何图形的探究平台，勾连一维、二维、三维的直观联系和随机快速切换，能够有效地实现几何图形的深度学习，培养学生的几何直观、空间观念和创新素养等。
（一）合理运用3D打印技术，有效提升学生的图形感知力，培养空间观念
皮亚杰说过，空间的形成不像拍照，要想建立空间观念，必须经历动手做的过程。3D打印可以通过“3DOne”软件设计一个3D模型，选择合适的材料，就能打印任何形状的物体。在几何图形学习中，通过3DOne软件设计并利用3D打印機逐步打印出的模型，可以对学生形成强烈的刺激，实现二维空间到三维空间的转化，使学生在STEAM教育理念下深度探究几何图形。3D打印技术是将感官刺激最大程度地发挥出来的有效途径。通过3DOne软件和3D打印机，可以将抽象复杂的立体图形实物化、具体化，学生能更快、更好地掌握数学图形知识，从而提升图形感知力。
例如，教学人教版数学五年级（下）第一单元“观察物体（三）”时，教师要求学生根据观察到的平面图形还原立体图形，实现从二维到三维空间的转化，培养学生的空间观念。在传统教学过程中，教师一般借助正方体、球体等简单教具培养学生的观察能力，但稍微复杂的图形就无法通过教具和学具进行探究。引入3D打印后，教师可以制作出不同的立体教具和学具，充分利用制作的模型引导学生感知，并引导学生不断地挑战更复杂的立体图形，验证结果也更直观，更容易引导学生深入探究几何图形，提升学生对图形的感知能力，培养学生的空间观念。
（二）有效运用3D打印技术，激发学生的空间想象力，提高创新思维
在几何图形学习的过程中，教师会发现学生缺乏空间想象力。学生缺乏空间想象力的根本原因在于缺乏直观的空间认识。3D打印技术是一门快速打印模型或实物