线性测量单位的教学设计对学生空间认知的影响研究.docxVIP

线性测量单位的教学设计对学生空间认知的影响研究

本研究旨在探讨特定设计的教学方案——“探究式启发引导”教学设计（Inquiry-BasedGuidedInquiryDesign,IBGID）——在教授小学五年级学生线性测量单位时，对其空间认知能力发展的影响。通过实验法，对比采用IBGID教学设计与传统“讲授-练习”教学设计（Lecture-Practice,LP）的学生在空间认知任务上的表现差异。研究发现，采用IBGID的教学设计能更显著地提升学生在长度比较、测量单位转换、几何图形周长计算等方面的空间认知能力。本研究结果为优化线性测量教学，促进学生空间思维发展提供了实证支持。

关键词：线性测量单位；教学设计；空间认知；探究式教学；小学数学

1.引言

1.1研究背景与意义

线性测量是小学数学几何部分的入门基础，涉及对物体长度、距离、宽度的量化表达。理解和掌握线性测量单位及其关系是学生后续学习面积、体积、角度等复杂几何概念，乃至发展更高阶数学思维和解决实际问题的基石。同时空间认知能力作为认知心理学中的一个重要组成部分，不仅关乎几何知识的理解与应用，更与日常生活技能（如导航、绘图、估算）、科学探究以及职业发展密切相关（Piaget,1952）。

当前，小学数学教学中线性测量单位的教授仍存在一些挑战。部分教学模式过于强调机械记忆和公式应用，忽视了学生空间概念的形成和空间思维能力的培养。学生可能掌握了单位和换算规则，但在面对非标准情境、复杂图形或需要灵活运用单位转换的场景时，空间理解能力却可能存在不足。因此探索有效的教学设计，特别是能够促进学生主动建构空间认知的教学模式，具有重要的理论价值和实践意义。

1.2教学设计理论基础

本研究的核心教学设计——探究式启发引导（IBGID）教学设计，基于建构主义学习理论（Constructivism）和发现学习理论（DiscoveryLearning）。建构主义认为，学习者不是被动知识接收者，而是主动的意义建构者，知识是在与环境和他人互动的过程中逐步形成的（Vygotsky,1978）。IBGID旨在创设真实、开放的学习情境，引导学生通过提出问题、动手操作、观察、实验、讨论和交流，自主探索线性测量的本质、单位的含义以及它们之间的联系。其特点包括：

情境化（SituatedLearning）：教学内容与生活实践、学生兴趣相结合（LaveWenger,1991）。

问题驱动（Problem-Driven）：以具有挑战性和启发性的问题激发学生探究欲望。

操作体验（Hands-onExperience）：强调使用测量工具（如米尺、卷尺、软尺）进行实际测量。

合作互动（CollaborativeInteraction）：鼓励小组讨论、分享见解和协作完成探究任务。

引导发现（GuidedDiscovery）：教师在关键节点给予适时提示和引导，帮助学生突破难点，形成概念。

1.3研究问题与假设

本研究主要围绕以下核心问题展开：

采用IBGID教学设计，与采用传统LP教学设计的对比，对学生线性测量单位掌握的效果有何差异？

采用IBGID教学设计，对学生在不同层次（如长度比较、单位转换、周长计算）的空间认知任务表现有何影响？

IBGID教学设计是否能在多大程度上促进学生的空间认知能力提升？

基于IBGID的理论基础和特点，本研究提出以下假设：

H1:相比传统LP教学设计，采用IBGID教学设计的班级学生在线性测量单位知识和技能的掌握上表现更优。

H2:采用IBGID教学设计的班级学生在涉及空间比较、抽象转换和综合应用的复杂空间认知任务上表现更优于传统LP教学设计的班级学生。

2.文献综述

2.1线性测量单位的教学难点

研究表明，学生学习线性测量单位时存在几点常见难点：

单位概念的理解困难：学生难以从具体实物或直观比较中抽象出“单位”作为度量标准的本质意义（Greer,1991）。

非标度单位的运用模糊：对于使用非标准单位（如指节宽度、步步长）进行测量的情境，学生容易混淆单位的不确定性和测量逻辑。

单位转换的认知障碍：重量单位、时间单位等看似简单的转换原则，在跨单位或复杂比例转换时，学生容易出错，反映了对比例关系缺乏空间想象力（Hiebert,1999）。

2.2空间认知的概念界定与研究

空间认知（SpatialCognition）是指个体对空间信息进行编码、储存、操作和利用的能力总和（TallVinner,1981）。它在几何学习中扮演核心角色，涉及以下能力：

空间表征（SpatialRepresentation）：能在头脑中形成和操纵物体、位置和方向的心理图像。

空间关系（SpatialRelations）：理解物体之间的相对位置