依托STEAM教育理念，优化初中数学实验教学

■刘建凤

STEAM教育理念在整合科学、技术、艺术、数学和工程等元素的同时，以学科特点和教学目标为出发点，将教学的重点放在问题的解答、学生思维能力的培养上，强调学生个体宏观思维在教学活动中的综合表现，不对单一的问题、知识点进行过度强调。教师依托STEAM教育理念优化初中数学实验教学，需要对教学内容、教学周期、教学时长与教学方法进行调整，让学生在主观情感上接受数学教学，提高学生的数学实验意识。

一、以科学为跳板，激发数学实验兴趣

受传统教学模式的限制，以往的初中数学教学以数学问题、数学理论为落实教学工作的第一要素。在教学过程中，数学实验虽然表现出了较强的科学性、互动性与真实性特点，但由于对相关教学内容缺乏了解，学生并不愿意主动参与或发起实验活动。在这种情况下，数学问题与数学理论的地位依旧“千年不倒”，僵硬而单调的教学模式很难做出改变。在STEAM教育理念下，教师可尝试围绕“科学”这一话题导入数学实验，让学生在数学实验中用数学眼光发现科学知识，激发学生的数学学习兴趣。

以苏科版数学七年级上册“三视图”的教学为例。教师为学生准备正方体、长方体等图形，要求学生进行观察。在观察之后，教师通过图片设计实验，给出不同的长方形与正方形，要求学生将其组成几何体。学生根据先前的经验对平面图形进行自由组合，但在组合之后发现，组成的图形与几何体的形状并不相同，此时，学生根据实验结果提出问题：为何制作的新几何体与原来的几何体之间存在如此大的差别？学生从观察、操作等活动入手，总结数学结论：正方体的六个面相同，所以只要得知其一个面的形状特点即可组成一个一样的正方体；但长方体的长、宽、高可能包含着三个数据，需要至少掌握三个面的平面特点，才能组成一个一样的长方体。让学生在实验的过程中科学发散思维，独立挖掘数学知识，能够逐步调动学生的数学实验兴趣。

二、以技术为载体，掌握数学实验方法

部分数学实验操作流程复杂，计算量较大，其很难在数学教学中得到应用，但现代信息技术的发展将不可能变成了可能。在STEAM教育理念下，教师可围绕STEAM教育理念中的“技术”开展数学实验教学，构建实验教学的新思路。

以苏科版数学九年级下册“正切”的教学为例。在实验教学中，以“探究正切函数的单调性”为第一目的开展。教师可要求学生结合以往经验探究，独立设计实验方案。此时，学生从绘图、计算等角度入手，绘制大小为30°、45°和60°的角，发现特殊角的正切值随着角度增大而增大。一些学生指出，研究应该严谨规范，不能以偏概全，可以从特殊到一般，从定义出发。于是有以下探究。如图1，在△ABC中，t随着∠A的变大，tanA如何变化？

图1

根据定义，两个变量a、b若同时发生改变，的比值变化不容易判断。因此，需要控制其中一个变量。学生自主分组，讨论控制哪个变量。控制变量b的学生，利用几何画板，绘制图2。点B是射线CM上的一个动点，观察的比值：随着∠A增大，b不变，a增大，则tanA=随之增大。由此，一部分学生开始理性分析：如果要控制变量a，即需保证∠A的对边不变，即点B到AC的距离是定值，所以点B在平行于AC的直线上，从而绘制了图3并提出：随着∠A的变大，a不变，b变小，也随之增大。

图2

图3

借助信息技术，利用几何画板，学生可以绘制正切函数的图像，从而更直观地感受正切函数自变量的取值范围及单调性。后续我们还会研究正弦、余弦函数，对于这些相关数学知识的学习，我们同样可以借助数学实验引导学生进行探究。

三、以艺术为灵感，享受数学实验乐趣

对于现代审美教育与数学教育活动来说，数学以一种独特的方式来诠释美学。教师可结合数学实验帮助学生感受数学中的艺术，感知数学的美感，提升学生的审美能力，在STEAM教育理念下，强调艺术与数学之间的关联性，激发学生的数学学习热情。

以苏科版数学九年级下册“黄金分割”的教学为例。教师在教学过程中展示芭蕾舞演员图片（图4），芭蕾舞演员身体各部分之间适当的比例给人以匀称、协调的美感。美感产生于恰当的比例，什么样的比例才具有美感？激发学生探究与的比值均约等于0.618，即我们所说的黄金比。学生从生活背景中抽象出数学模型（图5），探究黄金比。学习黄金分割不仅仅实现了线段比例学习的要求，更体现了数学的文化价值。继续请学生欣赏名画《蒙娜丽莎》。为什么蒙娜丽莎的微笑会这么迷人呢？蒙娜丽莎的脸型接近黄金矩形，头宽和肩宽的比接近黄金比例。如果我们画一条黄金螺旋线，这条黄金螺旋线可以经过蒙娜丽莎的鼻孔、下巴、头顶和手等重要部位。对于什么是黄金螺旋线？如何绘制黄金螺旋线？教师可以顺其自然地为学生普及。

图4

图5

学生在测量、计算、绘制、欣赏中学习数学，强化了动手能力，感受到数学在现实生活中的作用，逐步激发出参与实验的兴趣。

四、以数学为本源，开发数学实验价值

数学实验不能脱离数学教育而存在。在数学教学中，教师必须强调数学实验与数学教学之间的从属关系，围绕数学课程的理性特点、学科特点落实教学工作，对学生的数学思维与表达能力进行开发，帮助学生掌握数学学习的一般思路，让“数学”成为数学实验的指路明灯，为学生打开新的数学学习思路。

在苏科版数学九年级上册“二次根式”的教学中，教师可尝试利用STEAM教育理念构建数学实验教学模式。围绕“数学”这一关键性元素，教师将STEAM教育理念引入数学实验课堂，要求学生配合实验证明“二次根式”的一般特点。部分学生通过列举数字，指出根式下的数字必然无法被整除，如 2、3等；一些学生则给出否定意见：4也属于二次根式，但其能够化简为2，从而发现这一结论是不正确的。至此，学生对“二次根式满足什么条件才能够化简成整数”这一话题展开互动，并进行数学实验。一些学生认为，将两个二次根式相乘，如果所得的数字能够化为两个相同有理数的乘积，则证明原二次根式能够化为整数，并利用进行检验。学生的实验看似走了弯路，但其实是对数学知识的大胆应用，应该给予鼓励。

五、以工程为模板，借助数学实验育人

STEAM教育理念将“工程”这一概念带入教学活动中，对于初中数学实验来说，其所指的是标准化、一般化的实验流程，是对“如工程一般严谨的教学模式”的强调。在开发初中数学实验的过程中，对“工程”元素加以利用，能够使课程更好地发挥出育人功能。

以苏科版数学九年级下册“锐角三角函数”的教学为例，探究锐角三角函数，教师可要求学生结合以往的数学经验学习相关数学知识，对锐角三角函数进行归纳、整理，要求学生独立设计实验方案。此时，学生的实验从绘图、计算等角度入手，绘制大小为30°、45°和60°的角，观察角与对边的关系。部分学生认为，虽然锐角三角函数的值已经确定，但在不同的三角形中，锐角三角函数会随之发生变化，于是利用计算机技术进行探究。随着实验的逐步深入，学生开始接受锐角三角函数的一般特点，但会将注意力转移到直角三角函数、钝角三角函数当中。对于更加复杂的数学知识，学生在数学实验过程中，对观点进行论证分析，以此得出数学实验的一般思路，积累实验经验。

总之，STEAM教育理念打开了初中数学实验教学的新思路，但单元化的实验教学制度并不能取得预期教学效果。在STEAM教育理念下，教师应尝试对科学、技术、工程、艺术和数学等元素进行应用，实现数学实验的全覆盖，让学生在教学活动中感受到数学之外的客观知识，提高学生的学习热情，提升学生的数学素养。