数学素养是学生继续学习和融入社会、适应现代社会发展必备的基本素养。世界上主要的国家都将立体几何内容作为学生进入高等学院学习之前必备数学知识之一,虽然具体知识体系有所差异,但对学生基本数学素养的培养是一致的。立体几何的教学指导思想遵循直观感知、操作确认、逻辑推理、度量计算等认识和探索空间图形性质的思路,但是教学实践中教师却下意识地忽略了对学生直观想象素养的培养,导致学生立体几何中最为关键的逻辑推理和数学运算出现各种各样的问题。厘清立体几何中数学核心素养的关系,以此作为实际教学的理论依据并进行教学设计,有利于培养学生的核心素养。围绕这一问题,首先查阅与数学核心素养相关的书籍、期刊、论文,通过对数学核心素养内涵及相关内容进行研究,对立体几何中的数学核心素养,特别是直观想象素养做出概念界定。本研究从高中人教A版数学教材和全国高考试题中选取典型案例,以实物模型和空间几何体的直观图为载体,分析其对直观想象素养的考查,发现立体几何中的逻辑推理、数学运算、数学抽象、数学建模等数学素养的培养需要建立在具有一定直观想象的基础上。通过进一步分析并整理发现立体几何中数学核心素养之间的关系:直观想象是最为基础和最为关键的一种素养;直观想象、数学抽象、逻辑推理、数学运算、数学建模存在层层递进、螺旋式上升、逐渐发展的关系。通过调查某县某高中高二部分学生在立体几何中数学核心素养的发展水平发现:学生直观想象、逻辑推理和数学运算这三种数学核心素养的发展水平上都处于水平一到水平二之间;立体几何中的数学抽象和数学建模素养的发展水平偏低;直观想象素养与逻辑推理有着较强的相关性,直观想象素养与数学运算素养也有着较强的相关性;直观想象素养发展水平会影响整体数学素养的发展水平。基于相关案例分析和调查分析,设计了基于直观想象素养的立体几何教学案例,并在教学中进行实践。通过教学实践可以看出,相关教学设计客观上降低了立体几何教学的难度,培养学生的直观想象素养,使得学生掌握研究立体几何的一般方法及核心素养得到发展。