STEM教育视角下的初中数学“课题学习”教学设计的研究

【摘要】数学“课题学习”是“综合与实践”在初中阶段的呈现方式，是选取生活中的数学问题为“课题”，以学生自主参与为主的一种学习活动.不同于章节知识的理论特点，“课题学习”的实践性较强，这与STEM教育的创新实践要求一致.在实施“课题学习”的过程中，有效的教学设计策略可以较好地训练学生的工程意识、动手能力和微型科研能力，提高他们的综合应用能力.文章对STEM教育视角下的初中数学“课题学习”教学设计的策略展开研究.

【关键词】STEM教育;初中数学;课题学习;教学设计

【基金项目】本文是增城区教育科学“十三五”规划2019年度课题“STEM教育视角下初中数学课程综合化设计与实施研究”zc2019080的研究成果

一、研究背景

新课程标准在初中数学中增加了“综合与实践”这部分内容，旨在引导学生在学习过程中能参与并体验到一定的研究性，进而培养学生主动探究的精神，发展数学研究能力.为了实现课改目标，人教版初中数学教材（七—九年级）29个章节里面，共设置了9个“课题学习”（见表1）.应用数学知识与方法来解决一些实际问题是课题学习的主要方式.随着新课改的深入进行，初中数学教师越来越重视课题学习的教学研究，逐渐改变传统的教学方式采用以学生为主体的课堂模式，比如：生本教学、小组合作学习等.

不同于章节知识的理论特点，“课题学习”的实践性较强，这与STEM教育的实践要求一致.在实施“课题学习”的过程中，有效的教学设计策略可以较好地训练学生的工程意识、动手能力和微型科研能力，提高他们的综合应用能力.STEM课程采用综合化教学的方式，将实际案例作为载体，使得多学科知识在这个实际案例中融合在一起，共同发展学生的实践能力.新课程标准中的“综合与实践”，让初中数学教学采用“课题学习”的方式，通过具体的实践活动促使学生在跨学科综合的情境中提取数学模型，并运用数学知识解决问题，实现数学学科切入STEM课程教育的目的.

二、STEM教育与“课题学习”整合——“数学+”模式的教学流程

初中数学“课题学习”部分最关键的环节在于教学设计.STEM教育理念与初中数学“课题学习”模块整合，就是要将科学、技术、工程与数学教育融合在一起.笔者结合实际教学经验，提出“数学+”的教学模式，即“数学+科学”“数学+技术”“数学+工程”的教学设计模式（见图1），尝试新的初中数学“课题学习”教学方式，力求达到综合教育的目的.

图1“数学+”的框架

在“数学+”想法的基础上，我们在设计教学内容时，需要经历“分析-提取”→“设计-融入”→“开发-整合”→“实施-测试”→“评价-效应”五个教学阶段（见图2）.“分析-提取”阶段，就是先分析，后提取，分析包括学习需求分析、学习者特征分析以及学习内容分析;“设计-融入”阶段，就是在确定教学目标和制定数学教学策略时要融入STEM教育其他三要素;“开发-整合”阶段，就是对教学内容的安排，要结合教学资源和教学用具、材料等便于体现STEM理念四要素;“实施-测试”阶段，就是指在“课题学习”教学开展过程中，要将STEM理念完全展示出来，力求课程内容达到综合性目标，可与其他学科知识，比如物理、生物、地理、化学等综合起来实施课程内容;“评估-效应”阶段，是指通过问卷、访谈等形式来调查STEM教育开展初中数学“课题学习”的效果，从STEM各个要素目标达成情况以及学生的兴趣、收获和教学实施方面设计调查内容.

三、STEM教育视角下的初中数学“课题学习”教学设计的策略

初中数学“课题学习”主要分为三大类，分别是数学建模、数学调查及分析和数学实验，这三类课题学习是相互渗透、交叉使用的.这些课题给学生提供了一个载体，可以将所学的数学知识应用在一个具体的案例中，方式灵活多样，学生可以充分体会知识的实践性、探索性和研究性.在STEM教育视角下采用“数学+”模式的教学过程中，教师采取有效的教学设计策略能激发学生对数学的学习兴趣，同时也能培养学生的科学精神，提升学生的数学核心素养.文章介绍了比较常用的问题驱动策略、小组教学和项目式学习三个教学设计策略在STEM教育中的使用情况.

（一）数学与多学科知识的整合——基于问题驱动的学习方式

STEM教育強调跨学科融合，注重生活性、实践性和情境性，尤其提倡利用学科间产生的共同联系解决实际问题.因此在加强学科联系、运用多学科知识综合分析和解决有关问题方面，初中数学“课题学习”可与英语、物理、化学、地理、生物、综合实践、科技等学科联系起来设计教学内容.教师在设计教学内容时，可设置“问题串”，以问题为导向，用任务驱动的方式将数学与其他学科的知识联系起来，引导学生多角度分析、解决问题.比如九（上）中“键盘上字母的排列规律”，教师在设计教学内容时，建议采用以下“问题串”：

问题1：计算机或打字机的键盘上英文字母是如何排列的？是按照字母表顺序从A依次排列到Z吗？

问题2：键盘有多少个按键，主要划分为哪些区域？

问题3：（搜集和分析数据，小组合作完成）选择一篇英语文章段落，统计其中的26个英文字母出现的频率，并将字母按出现的频率从小到大的顺序排列出来.

问题4：出现频率较高的字母的位置一般放在哪里？出现频率低的字母呢？为什么会这样安排？

问题5：空格键为什么要放置在键盘的下方正中央且最大？

问题6：键盘打字的指法跟字母的出现频率有什么联系？

问题7：请总结出键盘操作的正确姿势.

在九年级上册的数学课本中，学生们学习了用“频率估计概率”的基本概念，在课题学习活动中，教师选取英语课本中的一个段落为实验内容，通过设置问题串，让学生带着这些疑问开展STEM理念下的实践探究.

（二）小组教学整合STEM——面向体验的学习方式

随着新课改进程的不断深入，小组教学模式已经比较成熟，学生们在分组合作学习交流上经验比较丰富.在STEM教育视角下开展数学“课题活动”时，教师采用小组教学模式，这种比较成熟的团队学习的方式有助于体现STEM教育理念的工程性、科学性和技术性.以七（上）“设计制作长方体形状的包装纸盒”为例，按照小组教学模式将学生分组，每小组6人，学生之间通过明确的分工、适时交流合作完成任务，可以两人或者多人合作设计一个长方体纸盒，也可以一个人独立完成.在学习小组制作长方体包装纸盒的过程中，组员之间可以互相讨论交流，互相帮助，最终共同完成任务.小组教学模式整合STEM教育，采取学生之间分组合作的方式，较好地体现了STEM教育的工程性.在设计制作长方体过程中，学生如何选材以及尺寸的设计等体现了STEM的科学性和技术性.小组教学整合STEM教育，既能够激发学生对数学活动的兴趣，又能够充分发挥学生的独创性，并且能够照顾后进生及一些特殊学生，让每位学生都能体验数学知识所带来的乐趣.

（三）“课题”活动项目整合STEM——基于项目的学习方式

项目式学习以建构主义学习理论以及多元智力理论为主要理论依据，提倡学生在给定的时间内以小组为单位，采用一个真实的主题，利用各种工具搜集和筛选学习资源.在这个过程中教师要鼓励学生动手实践、思考内化和探索创新，从而掌握完整而具体的知识，达到培养学生专门技能并获得全面发展能力的目的.其显著特点是“以项目为载体、教师来引导、学生为主体”，学生在这个过程中能主动参与、自主协作、探索创新，是一种实践性的教学模式.STEM教育视角下的“课题活动”项目式的学习方式，可以有效地激发学生学习中的主动性，培养他们的工程能力，帮助学生形成初步的科学思维，发展学生的动手能力，提升学生的技术能力.比如八（下）“体质健康测试中的数据分析”，教师在设计教学内容时，STEM教育方式整合项目式的学习方式流程如下：

（1）科学筹划，精心准备

首先，明确项目式学习的主题，如测试某学校八年级4个班180人的体质.其次，让学生了解、完成此次学习任务需要完成的工作及预期成果，包括查阅资料、采访、资料的收集和整理、汇报学习情况等.最后，综合制定方案.

（2）自主组队选题，科学制定方案

教师鼓励学生自由组合，成立小组，并自主推选项目负责人.比如可以选择搜集“男生50米跑”“女生立定跳遠”“女生800米跑”“女生仰卧起坐”“男生1000米跑”等数据为项目，制定方案.教师可以开展全班的活动方案分享交流会，鼓励小组之间互相借鉴学习，分享技术和方法，使得他们制定的方案操作性更强.

（3）落实项目内容，展示学习成果.

学生根据方案进行分工，分别搜集整理该校八年级学生对应项目的体质健康数据，制作成条形统计图、扇形统计图等，以PPT的形式在全班交流.

（4）解决问题，终结性评价

大家根据收集的统计数据，对该校八年级学生的体质健康提出参考性建议.在评

价方面采取个人自评、组间互评和教师评价三种形式.

项目式学习整合STEM教育的策略开展初中数学“课题学习”，有助于培养学生团结协作能力，也提升了学生们搜集资料与处理资料等多项技能，为培养学生的综合能力奠定了基础.

四、结论

在STEM教育视角下，初中数学教学可以把各个学科的知识和实践巧妙地融为一体，将科学、技术、工程、物理、美学、通用技术等多学科与数学有机融合，达到有效激发学生学习兴趣的目的，融会贯通各个知识点，实现知识问题化、问题项目化，培养学生的科学思维、应用能力和分工合作意识，可以有效地改善当前专科教学的一些问题.在STEM教育视角下的初中数学教学，以终结性评价方式，将学生的学习效果和实践能力有机结合起来，可以有效促进各个层次学生的发展，提高学生学习的积极性，并让不同层次的学生得到均衡的发展机会.

【参考文献】

[1]曹俊玲.初中“最短路径问题”课题学习的教学研究[D].广州：广州大学，2019.

[2]张玉秀.项目式学习在小学英语教学中的实践研究[J].宁夏教育，2020（03）：42-44.