STEM教育理念与小学数学教学融合的实践

邱剑锐

STEM教育是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式。它将学科内容组合成有机整体，培养学生的创新精神和实践能力。STEM教育理念及其学习方式的渗透能有效提升学生的学习能力，对提升学生的数学素养有着重要的作用。本文以人教版小学数学五年级下册第三单元“长方体和正方体”教学为例，探讨如何在STEM教育理念指导下增强学生的空间观念，在活动过程中培养学生的空间思维能力和空间想象能力。

一、引入STEM教育理念，促思维生活化

STEM教育理念强调数学知识内容要贴近学生的生活实际，使其更生活化、具体化。因此，教师在教学过程中要根据教学重点和难点，创设适合学生学习的素材，让知识点具有可操作性。教师在教学过程中可以引用项目式学习方式，选取学生能自主完成的数学项目任务，在活动过程中提升他们的学习能力。如在教学 “观察物体（三）”这一课时，要有意识地培养学生的空间观念，先让学生自主学习，然后完成老师布置的作业，具体要求如下：

摆一摆：

（1）如果从正面看到的是，用5个小正方体可以怎样摆？

（2）如果从上面看到的是，你能确定这5个小正方体是怎样摆的吗？

（3）思考：你为什么要这样摆？你在摆的过程中发现了什么规律？

笔者当时只是提供了题目，并没有要求用什么工具，只要答案合理即可。从学生交上来的作业来看，学生在家中找了各种素材充当正方体，并摆出正确的形状。从学生交上来的作品当中可以发现每个孩子的空间思维能力参差不齐，但通过动手操作，基本上都能达到教学的基本要求。有的学生利用身边的物品，有的學生自制学具，而空间思维能力比较好的学生能直接从二维空间联想到三维空间。学生通过以上的动手操作活动，将看到的平面图形还原成立体图形，积累了大量的感性经验，懂得在生活中运用素材去解决问题，提升生活化的思维能力。

二、引入STEM教育理念，使思维信息化

随着教学设备的不断更新和完善，在教学过程中应用多媒体辅助教学已经是普遍现象，STEM教育理念也强调在教学过程应用多媒体教学设备，将教学内容信息化。教学内容的信息化可以将抽象的知识具体化，将枯燥的知识生动化。灵活运用多媒体课件、几何画板等现代教育技术能让课堂教学起到事半功倍的效果。将STEM教育理念融入课堂，教师要根据教材特点、学生的心理活动创设情景，在情景中调动学生的学习积极性，培养创造性思维。

观察长方体时，学生观察结果虽不错，但由于年龄阶段带来的局限性，观察结果还不够全面。如学习能力一般的学生虽然能说出长方体的特征，但语言不够精准，这有可能会成为后续学习的阻碍。因此，笔者在教学“长方体和正方体的认识”时，回归图形的本质，从“点-线-面-体”入手，利用多媒体动画演示，结合讲解，让学生对长方体有一个基本的认识。基础心理学研究表明：短时记忆系统中的信息经过复述后，进入长时记忆系统时能更长久地保存。因此，为了促进学生更好地理解有关长方体的表述，应该让学生结合长方体找一找、摸一摸，指出其中的点、线、面等，以加深印象。

在学生感受完长方体各部分的特征后，要充分利用教材，让学生再一次观察并将观察结果记录在表格中。教师结合多媒体的透视图（图1），以动态的演变过程演示给学生看，指出相应的面、棱和相对的面的关系。借助透视图的功能改变长方体的长，使其变成一个特殊的长方体，让学生在直观的过程中理解为什么有4个相同的长方形。这一动态变化过程，也让学生在脑海中形成一个动画，为后续学习“长方体的长发生变化会引起哪些面的变化”作铺垫。

实践操作和观察对比是小学生获得几何知识、发展空间观念的主要途径。因此，教师要以教材为根本，创设贴近学生生活经验的情境，让学生从实际生活中探索新知，积累活动经验，增强空间想象能力。在实践过程中，善于将空间知识转换成具体的信息，让思维具体化，提升空间思维能力。

三、引入STEM教育理念，助学习多元化

数学是一门有规律的学科，要善于总结，把新旧知识串联起来，构建知识体系，当学生掌握了数学知识体系后，解决综合问题的能力也得到了提升。为更好地将STEM教学理念与教学实际相结合，在备课时，教师应当有效结合教学内容和学生的心理活动特点，将教学内容层次化。

以人教版教材的练习为例（图2），这是一道综合性比较强的题目，初次接触这道题无从下手的学生，其中一个原因就是没有将前面学习的“观察物体（三）”和本单元内容有效结合，没有建立起丰富的空间观念，所以不会作答。

如何在解决这道题的基础上拓展学生的空间思维？笔者采用了一题多解的教学策略，给学生提供了不同的解题策略并进行比对。

1. 求站台前后面的面积。如图3所示，大部分学生都按常规方法分别计算站台前、后面的面积，此方法按部就班，说明学生已经初步掌握了组合图形的基本特点。因此，笔者在学生观察的基础上抛出问题：“能不能用更简单的方法算出前后面的面积？”以问题引导学生自主找出第二种解题思路，很快就有学生提出：因为三个长方体的底面是一样的，可以将其摞起来，组成一个新的长方体。这时可借助多媒体进行演示（如图4），一下就打破了学生的定势思维，原来还可以在不改变面积大小的前提下，将图形进行变化，从而更快地计算出表面积。

2. 求站台左右两侧的面积。有了上述的解题经验，有学生已经知道了可以利用平移求面积，如图5所示，在不改变表面积大小的前提下，利用相对的面面积相等这一特点，将其中一个面进行动态平移，从而得到一个完整的面，使计算更加简单。欣喜的是，在解决完右侧面的面积后，已经有不少学生提出左边的面积和右边的面积一样。追问理由，学生说相对的面面积相等。从简单的一句话当中，可以知道这些学生已经具备一定的“透视”能力，他们的空间观念得到了提高。

鉴于此情况，我适时地给学生提供了第二种方法，让学习能力强的学生得到进一步发展，中下层次的学生做一个补充了解，丰富知识经验。

如图6所示，因为站台上面以及左右四个侧面宽都是一样的长方形，因此，将这几个侧面展开后可以得到一个宽为40cm的长方形。为使学生更直观地理解展开后得到一个长方形，我采用动态展开的过程，让学生深刻地理解空间图形转换的思维过程。

直观的动画演示，一题多解的方法，让不同层次的学生的能力在原有的基础上得到了提升。在师生、生生之间的交流探讨的过程中，学生领悟了多样化的解题方法，数学思维能力得到了多元化发展。学生的观察能力、解决问题能力、创新意识和空间想象能力都在此过程中得到提升。

总之，将STEM教育理念融入教学，教师要有效结合学生的生活经验，根据学情设计出有效的教学活动来丰富学生的认知。学生在观察、操作、比较、记录数据信息等过程中，既丰富感性认识，积累丰富的空间感知经验，同时也拓宽了知识面，懂得多角度思考问题，让思维多元化，从而有效提高解决实际问题的能力。