STEM理念下数学教学优化策略

周雄

【摘要】STEM教育理念自2007年开始引入我国至今已有十余年的时间，且经过十余年的发展，STEM教育理念在教育教学领域中的应用逐渐演变为“STEM+”教育、“STEM”教育.该教育理念强调科学、技术、工程、数学四类领域的跨学科融合，基于STEM理念下的学科教学，有利于教师培养复合型STEM人才，符合现阶段国内新课改政策对学科人才培养所提出的要求.本文将STEM理念在学科教学中的应用作为研究背景，以初中学段数学学科中的几何图形教学内容为例，从融合可行性与融合优势、应用策略两个维度展开分析，旨在提升初级中学段数学学科“教”与“学”的有效性.

【关键词】STEM理念；初中数学；几何图形

将STEM理念应用于学科教学实践中，“STEM”所代表的是一种跨学科的、学科整合的教育观念，并非仅局限于科学、技术、工程与数学学科间的简单相加.基于STEM教育理念的学科教学实践强调学生能够运用多学科知识解决具体的问题，并从探索视角开展学习活动.STEM教育理念下的学科教学具备体验性、情境性、协作性以及设计性的特点，与此同时，STEM教育理念倡导知识与能力的地位相等、倡导教学问题的设计与教学活动的设计以生活为基础.

1STEM理念融合数学教学的优势

初中数学教学贯彻实施STEM理念具备较多的优势，其一在于能够促进学生思考，STEM理念下的数学教学实践，教师需要在教学环节中或多或少地向学生渗透其他学科知识，而教师做跨学科渗透的过程即是促进学生思考的过程，学生可以在教师的教学引导下通过思考了解数学知识与其他学科之间的紧密联系，学生也可以将几何图形相关内容中的平面直角坐标系知识作为基础解决科学领域中的物理学知识，如利用坐标图象探究图象中所隐藏的物理量关系.其二在于能够提升学生解决问题的能力，在以往的初中数学教学实践中教师大多以概念呈现→典型例题讲解→教学总结为主线开展教学，在课时安排相对紧张的条件下此种教学模式虽然能够保证学生的知识获得，但并不利于培养学生解决问题的能力，而STEM理念下的数学教学，更为侧重学生的自主探究，要求教师为学生创设探究具体问题的情境，并鼓励学生投入至问题探究之中.

2STEM理念下数学教学优化策略

2.1构建STEM教育框架

将现有的与STEM教育相关的理论研究作为基础，构建STEM教育框架，见下图1所示.

由图1所示的STEM教育框架可知，于框架的最顶端为STEM的教育目标，即通过开学可教育培养复合型、应用型的STEM人才.分析该教育目标，其本质是为了能够扩大学生的知识面，使学生在一个特定的问题情境之中接触和掌握更多的知识，由此可见学科融合是STEM教育理念最为显著的特点.在初中数学教学实践中可供任课教师实现学科融合的切入点主要在于教学目标、教学内容、教学引导、教学延伸四个维度，教师可以将多学科知识融合成为教学内容，帮助学生构建更为全面的知识体系，也可以通过教学设问引导学生思考与学习内容相关的其他领域知识，亦或是将数学知识作为基础向学生延伸与学习内容相关的其他学科知识.

2.2梳理STEM教学思路

本节将上文的STEM教育框架作为基础基于STEM理念的跨学科特点从教学目标、教学内容、教学引导、教学延伸四个维度概述STEM理念下的数学课堂教学思路：

其一，教学目标跨学科.STEM理念下的教学目标跨学科需要教师在设定教学目标的过程中融入STEM教育所涵盖的科学、工程、技术三个领域.

例如教师在执教“最短路径问题”一课中，本节课程的教学目标为学生能够利用最短路径规律解决较为简单的路径问题，那么在教学目标设定环节中教师则可以设定跨工程学科的教学目标，并基于这一目标于具体的教学环节中融入道路桥梁工程中的道路选址、桥梁选址问题，从而使跨工程学科的教学目标为教师在课堂教学实践中贯彻STEM教育提供明确的指引.

其二，教学内容跨学科.STEM理念下的教学内容跨学科需要教师在教学实践中关注跨学科领域教学资源的搜集，一般情况下，教材所给出的教学资源并不能够支撑教师开展STEM教育，所以建议教师利用互联网渠道与优秀教学案例、网络资源之中筛选与课堂教学内容相关的跨学科资源.

例如教师在执教“投影”一课中，可以将光线照射三角尺形成中心投影/平行投影的微视频作为教学资源，于课堂教学初始阶段利用教室内的多媒体设备为学生呈现出来，实现数学教学内容跨物理學科知识，一方面强化数学知识与物理知识之间的联系拓展学生的知识视野，另一方面为学生后续的正投影学习奠定认知基础.

其三，教学引导跨学科.STEM理念下的教学引导跨学科需要教师在教学实践中重视引导学生思考数学问题或学习任务在其他领域中的应用.

例如教师在执教“平行线的性质”一课中，待学生掌握了平行线基本性质后，教师可以利用课堂教学冗余时间向学生渗透与道路工程相关的交通信号灯安装知识，使学生了解信号灯的基准轴与地面平行的道路工程相关知识，实现数学教学引导跨工程领域知识，一方面强化数学知识与工程领域知识之间的联系，另一方面拓展学生的视野拉近数学知识与实际生活之间的距离.

其四，教学延伸跨学科.STEM理念下的教学延伸需要教师将侧重点放在教学总结与课后作业布置两个方面.

例如教师在执教“角的平分线的性质”一课中，于课堂教学总结环节可以向学生延伸平分角工具在工程建筑领域中的应用知识，使学生了解可以应用平分角工具测量房屋屋顶、门窗、橱柜框架等的角度是否符合技术标准，实现数学教学延伸跨工程学科知识拓展学生的视野.于本节课程结束后教师还可以布置制作角平分工具，并应用所制作的角平分工具测量家中门窗、橱柜框架角度是否符合技术标准的作业，一方面促使数学知识向实际生活的过渡，另一方面使学生掌握较为简单的工程测量技术.

2.3优化STEM教学实践

为详尽分析，本节以九上“图案设计”一课为例论述STEM理念下的数学课堂教学实践，具体的操作程序见下文内容：

2.3.1课前准备

课前准备是教师开展课堂教学活动的关键，而STEM理念下的课前准备，教师除需要把握教情学情外，还需对本节课程的跨学科知识分布进行梳理.首先，在教情方面，本节课程的教学重难点在于学生能够利用平移、轴对称以及旋转的图形变换方法设计图案；在学情方面，学生学习本节课程之前已经掌握了图形平移、轴对称的相关知识，同时也了解了图形旋转的性质.但诸如上述知识在实际生活中的具体应用，学生接触较少、能力有待提升.其次，在跨学科知识分布方面，结合本节课程的教学内容，基于“STEM”进行知识划分，具体如下：

S：学生在进行图案设计的过程中需要客观地思考，并融入科学的想法与理念；

T：学生需要掌握几何画板的应用技术，并应用几何画板完成图案设计；

E：在图案设计环节中学生组内讨论，并对所设计的图案进行严密的计算，保证每一步操作的规范性；

M：学生在图案设计环节中需选择初始图形及图形变换方式，学生能够体验图形变换的过程并获得一个精美的图案.

2.3.2课中教学

首先，教师于多媒体大屏幕上呈现新冠病毒图片（下图2）与敦煌洞窟与中欧教堂图片（下图3），并提出“观看大屏幕中各个图案的特征，思考这些图案是怎样形成的”的教学问题，在教学内容方面跨生物学科知识与建筑工程学科知识，利用图案呈现帮助学生回顾图形平移、图形旋转与图形轴对称的特征.

其次，教师于多媒体大屏幕上呈现多种图案，如图4，并设置“结合上述图案结合各个图案形成的规律画出每一个图案的基本图形”的学习任务，在教学引导方面跨科学学科知识，使学生能够以科学严谨的态度基于图形变换特性将各个图案的基本图形再现出来.

最后，教师指导班级学生应用智能手机下载几何画板APP，并鼓励学生应用几何画板APP的相关功能，结合自己的偏好选择一个基础图形进行图案设计，通过教学引导在达成教学目标的基础上为学生体验图案设计技术、几何画板应用技术创设契机.待图案设计结束后教师可以要求班级学生以小组为单位对所设计的图案，其基础图形是否符合旋转、抽对称、平移的图形变换特性进行周密地计算.

3结语

综上所述，本文以初中数学几何图形部分教学内容为例概述了STEM理念融合初中数学教学的可行性与优势，分析了STEM理念下初中数学教学优化的策略.通过本文上述的理论研究得以明确STEM理念在初中数学教学中的融合具备可行性，且在初中数学“教”与“学”两个方面均具备融合的优势.总体来看，STEM理念下的初中数学教学实践教师需要将STEM理念的跨学科特点作为切入点，除构建STEM教育框架、梳理STEM教育实施思路、做好STEM教育实践外教师还需主动提升自身的跨学科资源收集能力，通过科学、工程与技术学科知识与数学学科知识的有机融合拓展学生的认知视野，强化学生的知识运用能力.

参考文献：

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