STEM 教育与小学数学的融合教学初探——以《风筝轴对称结构》一课教学为例

蔡梅珍 陈 蓉

（厦门市民立小学，福建 厦门 361001）

传统的数学课堂通常是按照教材内容创设情境，解析出相应的知识点，通过一定的案例进行重难点的剖析，最后借助大量习题巩固，使学生掌握该知识点。但学生学到的知识往往是碎片化的，在生活中很难将学过的知识融会贯通，达到学以致用、培养创造力的目的。［1］《义务教育数学课程标准（2011 年版）》指出，开展数学教学活动要打破学科限制，将其他相关的学科内容融入其中，丰富教学内容，使学生融会贯通，并提出培养学生数学能力的要求。

STEM 教育强调学科间的交叉和融合，将培养学生的思维能力、实践能力、创新能力作为重点，与数学课程标准中提出的教学要求不谋而合。余胜泉教授曾说过，STEM 教育实质上是一种面向真实问题的跨学科学习。［2］所以，在数学课堂上，教师要创设包含数学知识的综合性项目，以基于项目的学习提出关键性问题，让学生接触到所需要运用的数学概念；基于学情细化为驱动性问题，通过搭建脚手架形成问题主线，［3］为学生提供多种交流的机会；通过创设实践探究环节让学生亲身经历过程，使其思维具有可见性；最后让学生回归问题本身，运用所学概念解决现实问题，使知识应用得以深化。

厦门市民立小学2018 年起开展以项目化学习为基础的STEM 课程的研究，探索STEM 教育视域下的跨学科学习。下面以《风筝轴对称结构》一课为例，探讨STEM 教育与小学数学的融合教学。

一、链接生活，融入数学概念，创设综合性项目

STEM 教育主张引导学生运用所学概念解决现实问题。在教学时，为了让学生充分经历数学活动，教师应在生活中寻找与学科知识相关联的题材，建立学科知识与生活的链接，创设综合性项目，营造运用数学知识解决问题的环境，打通学科间的壁垒。这使得学生在真实情境中产生学习数学的兴趣，能够运用数学知识、模型、思想方法初步解决生活问题，使数学知识的学习有具体的承载模型，更加立体化与生动化。

《风筝轴对称结构》一课从放风筝活动开始，在放飞风筝的过程中，学生观察到：风筝面摇摇摆摆，一到拐弯处，风筝就落了下来。通过分析与思考，得出三个结论：（1）放飞风筝要到四周无高大建筑、物体的地方放飞；（2）风向要稳定，要逆向飞行；（3）风筝结构要对称、稳定。自然产生问题：“要保证顺利飞行，风筝需要什么样的结构？”从而提出设计一款结构对称的风筝的现实性问题，将数学轴对称知识融入设计风筝的项目中，使学习即不脱离数学学科本身，又能进一步体现数学的价值。

二、搭建脚手架，形成问题主线，驱动问题交流

STEM 教育强调在开展教学活动的过程中，学生要迁移知识和经验，使新旧知识相互碰撞，实现知识间的融会贯通。教师围绕驱动问题，在学生学习的障碍、困难处搭建脚手架，形成递进的一系列问题。引导学生沿着问题主线，在小组中交流互动，探寻本质特征，迁移运用知识经验。教师通过对内容、方法、思路等方面的追问，让学生进行充分的思辨与表达，拓展学生的探索空间，发展学生的思维能力。［4］

《风筝轴对称结构》一课中，当学生提出设计一款结构对称的风筝的现实性问题时，必然思考什么是轴对称图形，它有什么特征？在大脑中搜寻关于轴对称的已有知识或经验。此时，教师通过诺尔曼.L.韦伯博士的认知的深度等级工具来构建课堂中的提问，搭建以下脚手架，帮助学生自主学习：（1）观察轴对称图形，想一想它们有什么共同特点？（2）对折成功飞行的风筝，你有什么新的发现？（3）说一说，如何在方格图上绘制一个轴对称图形？（4）如果没有方格纸，如何保证对应点到对称轴的距离相等？（5）将原图旋转后，你还能找出对应点吗？通过一系列问题，引发学生产生更多的问题与想法，由浅入深地明晰轴对称图形的特征，把握轴对称的概念本质，从而构建新知。

三、创设探究环节，亲历体验过程，实现思维可见化

深度学习理论认为，学生要成为学习的主体，就要有“活动”的机会，有“亲身经历”与“实践探究”知识发现（发明）、形成、发展的过程的机会。［4］因此，教师应将教学内容转化成可操作的“教学材料”，为学生创设亲历体验的过程，让学生以主动、独立思考的方式参与学习，给学生提供清晰观察自己的学习机会，在不断拓宽经验和知识的基础上，亲自动手操作。动手操作活动是数学探究的具体体现，也是学生思维发展外显的具体表现。

《风筝轴对称结构》一课，通过信息技术手段开展探究性学习，运用H5 动画软件制作了四道闯关活动，为学生创设多角度探索、理解数学的情境。第一关，用数方格的方法绘制轴对称图形“菱形”；第二关，在方格上绘制轴对称图形“圣诞树”；第三关，运用轴对称的方法，在空白窗口绘制轴对称图形“圣诞树”；第四关，任意旋转圣诞树的左半边图形，完成轴对称图形的绘制。在计算机上通过鼠标描点、连线、移动三角板等实践操作活动，完成轴对称图形的绘制。通过四重由浅入深的实践探究过程，为学生提供个体学习的机会，驱动学生开展多样化探究，从而清晰地展现学生对轴对称知识的认知与思考过程，使其思维从直观发展至抽象，真正理解轴对称图形的特征，掌握轴对称图形的绘制方法，从而丰富数学视角，提高数学素养。

四、回归项目，应用概念解决问题，提升综合能力

新时代背景下，学生不仅要具备解决问题的能力，还要有找到解决问题方法的能力。STEM 教育要求学生从原来的过度强调记忆信息的学习状态，转向学会获得运用信息并根据自己的观察分析来创造新的方法。在数学课堂上，教师应引导学生在获取相应的数学概念后，以项目为载体，以解决问题为驱动力，主动搜寻解决问题的方法策略，融会贯通地应用概念解决现实生活中的现实问题，真正做到学以致用。

《风筝轴对称结构》一课，在学习轴对称的新知后，教师让学生回归到课前的现实问题：运用所学知识，设计一款结构对称的风筝。这种回归式的教学，在一定程度上再次触发学生为解决问题而主动求知，促进学生在既定目标下，针对性地提出具体的设计思路及解决问题的方案，为学生创设释放创意的空间。学生在裁剪风筝骨架及风筝面时，不再是随意而忙乱的，而会拿出三角板测量长度，寻找对称轴，运用画笔描绘对应点，经过反复比对后再进行裁剪。他们小心翼翼地相互协作，将骨架贴在风筝面上，以确保风筝左右对称，从而解决问题，将所学知识转化为自身综合实践的能力，发展应用意识和解决问题的能力。

总之，STEM 视域下小学数学的融合教学，需要教师在STEM 教育理念下，将现实问题与学科知识充分融合，通过驱动性任务引出数学问题，使学生亲身经历，在实践探究知识的过程中，既能扎实地掌握知识概念，又能发展学科的核心素养，提升应对未来需求的学习力。