STEAM教育理念下初中数学图形与几何教学设计与应用研究

车文亮

科技创新是人类社会和国家发展的第一驱动力，当下经济社会发展在创造力方面对有着明显优势的技术型人才的需求逐渐增加。STEAM教育理念打破了学科的界限，学生可以通过对学科知识的融合与迁移解决各种实际问题，这一优势也逐渐进入了初中阶段的数学教学工作者的视野。本文基于初中数学中的几何和图形部分知识的视角，简单探讨了传统初中数学教学工作中暴露的各种不足，将STEAM教育理念在初中几何与图形中的应用作为基础，设计具体设计环节，从问题的多维度思考并探索理论知识和实践生活的有效融合策略。在我国素质教育工作逐渐深化的影响下，初中阶段的数学教学工作需要同时面向现代、未来以及世界，逐渐满足现实生活在人才方面的需求。STEAM作为一种跨学科知识，融合了现代化教育理念，集合了科学、技术、工程、艺术、数学等多个领域的综合能力，确保学生能够在知识学习、迁移应用中了解基础知识及学科知识之间的关联，对学生自主学习、创新能力的发展有非常重要的作用。

一、传统初中數学教学工作中暴露出的不足

第一，结合教学内容生成的教学目标缺乏明确性。初中数学教学大纲是教师备课以及落实各部分知识教学的理论指导。教师可以依赖大纲提出的要求以及真实教学内容生成课堂教学目标，但并未在目标制定之前开展相应的针对性分析，这意味着最终形成的教学目标和学生的认知特点、认知思维发展能力等方面存在脱节甚至于冲突，影响教学目标在学生综合能力培养方面导向作用的发挥。

第二，惯用的数学教学模式单一化。我国素质教育要求教育工作者摒弃之前用单一分数评论学生优劣的思想。但实际上，数学作为学生中考和高考的重要学科，考虑到初中阶段的学生面临着高中升学的较大压力，教师的工作中心通常集中在学生基础知识技能的强化以及考试分数提升两方面，理论知识灌输以及课后习题机械化训练等方法的应用极为普遍。虽然学生能够运用相关基础知识解决程序化问题，但学生的学习主观能动性受到明显阻碍，对学生的思维和逻辑发展产生的影响深远，也就是“会学不会用”。

第三，教师对数学知识的教学尚未和其他学科之间建立关联。现如今，部分教师的教学视野单纯局限在自己所处专业的教学中，尚未建立完善的学科跨越式教学理念，并未将数学与工程、技术、艺术等多个专业的领域知识进行串联。学生只能解决有关教材和试卷上的各种抽象化问题，对于实际生活观念的真实问题却无法灵活运用基础知识进行解答，这对学生核心素养和经济发展所需的关键能力培养都会产生明显的负面影响。

二、初中数学图形与几何知识教学中应用STEAM交易理念的可行性

（一）理念内涵贴近学科知识逻辑性要求

同为理科学科的物理、化学能够借助实验推论方式得出最终的结论，以各种逻辑方法辨别基础探索理论知识的真伪。数学知识本身对逻辑方面的要求极高，只有问题的解决逻辑严密到无懈可击，方能得出正确的结论，尤其是在初中数学的图形和几何知识中体现得最为明显。数学知识的迁移应用以及现实问题的解决对学生在数学常识理解方面的要求相对较高，需要学生完全掌握数学学科知识的逻辑。STEAM教育理念要求学生在亲身探索、解决的过程中对不同学科知识点的联系进行感受，对知识的迁移以及综合使用产生持续的反思、纠正和发展，确保学生在思想上认识到数学知识固有的逻辑性。

（二）理念贴合数学知识抽象的需求

与小学阶段的基础数学知识相比，初中阶段教材中的各项数学内容仅仅是将知识体系中最为单纯的数量、空间进行了保留，要求学生根据自身的思维和逻辑想象探索出基础概念。学生对几何和图形知识体系中黄金分割和位似理解和记忆的难度较大，这与教师惯用的理论知识灌输教学模式有着不可分割的联系。即便学生能够凭借自己的理解强行记忆位似的价值和作用，但在问题解决过程中的知识应用机械化、刻板特征十分明显。STEAM教育理念本质上是科学、技术、艺术、工程、数学五大学科的结合，要求学生对专业基础知识以跨学科的形式理解，并在现实问题中进行灵活迁移应用，确保学生能够在亲身数学实践中得出正确的结论，对学生综合能力的发展有着良好的促进作用。

三、初中阶段的数学图形与几何中的STEAM教育理念设计和应用思路

（一）总体理念的应用思路

结合教育界对STEAM理念的研究成果发现，在教学工作中的设计与应用通常可以将最熟悉的项目式教学作为出发点。教师要综合考量学生在基础知识的理解和积累方面的具体情况，基于学科关键问题和核心素养的要求，提出学习项目及核心问题，将目前学生能够接触到的课程和学科内容进行项目式的转化。总体而言，基于STEAM教育理念在初中数学几何和图形教学中应用，首先，教师需要结合学生的学习需求，创设与核心素养和学科核心问题密切关联的真实生活情境，确保学生能够在教师的引导下自行发掘需要解决的真实问题，明确本堂课学习的重要任务。其次，教师可以科学合理划分学习小组，带领学生根据基础知识逐渐生成相应的问题解决方案，确保学生能够将已经成型的解决方案进行贯彻实施，配合小组成员之间的相互沟通以及交流，形成相应的问题答案。最后，教师需要对学生在课堂学习中的具体态度行为和最终的结果进行全方位的评价和反馈。

（二）具体的设计环节

一般而言，几何和图形中STEAM教育理念的具体应用，需要教师要优先明确课堂教学的具体任务以及主题，并以教材内容和课程大纲的要求作为出发点，确立符合学生认知特点的教学目标，并落实各项准备和教学过程的设计工作，配合后续教学评价工作机制，引领学生亲身经历整个数学知识形成和应用的过程。

比如，“测量旗杆的高度”是初中数学几何和图形内容的学习结束之后的综合性实践活动，学生对相似三角形基础知识的理解、认知基本达到了初步的要求。教师以这种综合实践活动作为项目主题，确保学生能够在实践问题解决的过程中，对于章节中涉及的各项基础知识进行二次复习和理解，以此促进学生现实生活问题科学探究以及知识迁移能力的提升。

作为教材学习完成之后的实践活动，旗杆高度测量的内容是为了帮助学生结合已有的相似三角形知识体系形成旗杆测量活动的合理方案，具体的教学目标是通过学生小组活动的实施对相似三角形的判定因素、基础性质进行应用和二次复习，确保学生的数学学习能力和实践问题解决能力能够得到提升。首先，教师需要将天安门广场每日升国旗仪式的视频通过多媒体设备进行播放，引出核心的问题，让同学们思考五星红旗的具体高度，学生会优先想到需要测量旗杆的高度。教师则可以以此为契机引领学生借助已有的相似知识体系进行学校旗杆高度的测量。其次，教师需要将学生划分成多个学习小组，针对小组测量方案的缺陷给出针对性的指导，并为学生小组提供必要的测量工具，帮助学生掌握这些工具的正确使用方法，保证后续结果的測量精准性。在学生进行旗杆高度测量实践活动中，教师在巡查的同时，需要为学生提供必要的帮助，并对学生在实践中的方案整理、过程实施和创新状况给予初步判断，这也是后续多元化评价不可或缺的重要内容。最后，在项目完成之后，教师需要邀请各学生小组汇报自己的成果，对各个小组成员提出的各种建议和优劣势进行适当给予补充，也可以将小组以及成员之间的自我评价、相互评价和教师评价结果进行收集、整理和反思。

四、初中阶段数学图形与几何中STEAM理念应用的策略

（一）促进学生对问题的多维度思考和探索

考虑到进入初中阶段的学生正处于青春期，自我意识逐渐觉醒，并且对于自己存在的各种优缺点能够形成较为客观全面的认知，在思想方面不希望受到来自家长和教师的约束，STEAM教育理念则是解决了传统教育工作方法的单一问题，教师尊重和认可学生在知识学习过程中的多元化选择，并且可以将各种创意元素逐步融入课堂教学，确保学生能够在快乐的氛围下对同一个问题进行多维度的思考。

比如，在几何图形这部分知识的学习后，教材的探究性问题要求学生从多个层面观察9个正方体拼成的立体图形，思考可以得出的平面图形种类。实际上，这一探究问题是平面与立体几何之间进行相互转化的典型例题。首先，教师可以将学生日常生活中最为常见的各种立体艺术作品、手工作品、建筑模型作为知识拓展的基础，将学生进行小组划分，引导学生结合已有的想象力和创造力对各种工具和几何图形进行相应的立体结合创作和思考。比如喜爱建筑模型的学生小组可以利用各种纸质几何图形搭建自己想象中的或者是世界上有名的建筑物，并在建立的过程中思考建筑物具体的抽象几何图形来源以及展开图的具体表现和特征；偏好手工艺术爱好方面的学生可以利用废纸、塑料和3D打印等资源设计、创作手工艺术作品。其次，在全体小组完成作品设计后，教师可集中收集、展示不同小组的手工成品，让不同的小组成员之间进行相互评价，包括几何图形的特点以及与本组手工产品之间的区别。这种教学方法很好地发挥了STEAM教育理念在信息技术、手工制作、绘画等方面的优势，学生能够针对这种体积和平面相互转化的问题从多个层面进行思考，这对学生综合能力的发展和培养具有十分显著的促进作用。

（二）实现理论知识和实践生活的有效融合

STEAM教育理念是集工程、技术、艺术、数学等多种学科知识的现代化教育理念，提倡学生在理论知识的学习、理解和记忆之后，与实践生活问题进行关联，确保灵活运用各种基础知识，解决现实生活中的问题，以此将传统数学知识学习存在的时间和空间局限全面打破，在日常生活中逐渐形成时刻应变、探索创新、自主思考等方面的数学综合能力，这也是后续高中数学和高等数学持续学习的必要基础条件。

比如，在带领学生共同学习几何图形这方面知识时，教师需要以现实生活中存在的各种事物作为出发点，帮助学生将图形知识中包含的内涵进行发掘、探索和理解。同时，教师在课堂环节中也可以让学生向其他同学展示自己在课前搜集到的各种几何形状的物体，并基于几何物体提出趣味性问题，配合学生的积极讨论设置知识竞赛活动，确保学生在知识学习和问题探索方面保持积极性，让学生成为课堂知识学习和应用的主人，学生彼此之间也要进行知识的相互交流和探索，也可以帮助其保持对知识技能学习和应用的敏感性。

五、结语

总体而言，集成化、综合化的STEAM教育理念与初中数学阶段的几何和图形知识的融合需教师结合教学大纲以及教学内容，从教学目标的确立以及课堂环节的设计、活动方案的实施、活动评价等方面进行优化，确保学生能够以教师的引导和数学教材作为出发点，针对同一个问题进行综合思考和动手实践，真正建立起理论知识和现实生活之间的关联，让数学知识回归于生活。