STEM教育理念與小學數學教學融合的實踐

邱劍銳

STEM教育是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式。它將學科內容組合成有機整體，培養學生的創新精神和實踐能力。STEM教育理念及其學習方式的滲透能有效提升學生的學習能力，對提升學生的數學素養有著重要的作用。本文以人教版小學數學五年級下冊第三單元“長方體和正方體”教學為例，探討如何在STEM教育理念指導下增強學生的空間觀念，在活動過程中培養學生的空間思維能力和空間想象能力。

一、引入STEM教育理念，促思維生活化

STEM教育理念強調數學知識內容要貼近學生的生活實際，使其更生活化、具體化。因此，教師在教學過程中要根據教學重點和難點，創設適合學生學習的素材，讓知識點具有可操作性。教師在教學過程中可以引用項目式學習方式，選取學生能自主完成的數學項目任務，在活動過程中提升他們的學習能力。如在教學 “觀察物體（三）”這一課時，要有意識地培養學生的空間觀念，先讓學生自主學習，然后完成老師布置的作業，具體要求如下：

擺一擺：

（1）如果從正面看到的是，用5個小正方體可以怎樣擺？

（2）如果從上面看到的是，你能確定這5個小正方體是怎樣擺的嗎？

（3）思考：你為什么要這樣擺？你在擺的過程中發現了什么規律？

筆者當時只是提供了題目，并沒有要求用什么工具，只要答案合理即可。從學生交上來的作業來看，學生在家中找了各種素材充當正方體，并擺出正確的形狀。從學生交上來的作品當中可以發現每個孩子的空間思維能力參差不齊，但通過動手操作，基本上都能達到教學的基本要求。有的學生利用身邊的物品，有的學生自制學具，而空間思維能力比較好的學生能直接從二維空間聯想到三維空間。學生通過以上的動手操作活動，將看到的平面圖形還原成立體圖形，積累了大量的感性經驗，懂得在生活中運用素材去解決問題，提升生活化的思維能力。

二、引入STEM教育理念，使思維信息化

隨著教學設備的不斷更新和完善，在教學過程中應用多媒體輔助教學已經是普遍現象，STEM教育理念也強調在教學過程應用多媒體教學設備，將教學內容信息化。教學內容的信息化可以將抽象的知識具體化，將枯燥的知識生動化。靈活運用多媒體課件、幾何畫板等現代教育技術能讓課堂教學起到事半功倍的效果。將STEM教育理念融入課堂，教師要根據教材特點、學生的心理活動創設情景，在情景中調動學生的學習積極性，培養創造性思維。

觀察長方體時，學生觀察結果雖不錯，但由于年齡階段帶來的局限性，觀察結果還不夠全面。如學習能力一般的學生雖然能說出長方體的特征，但語言不夠精準，這有可能會成為后續學習的阻礙。因此，筆者在教學“長方體和正方體的認識”時，回歸圖形的本質，從“點-線-面-體”入手，利用多媒體動畫演示，結合講解，讓學生對長方體有一個基本的認識。基礎心理學研究表明：短時記憶系統中的信息經過復述后，進入長時記憶系統時能更長久地保存。因此，為了促進學生更好地理解有關長方體的表述，應該讓學生結合長方體找一找、摸一摸，指出其中的點、線、面等，以加深印象。

在學生感受完長方體各部分的特征后，要充分利用教材，讓學生再一次觀察并將觀察結果記錄在表格中。教師結合多媒體的透視圖（圖1），以動態的演變過程演示給學生看，指出相應的面、棱和相對的面的關系。借助透視圖的功能改變長方體的長，使其變成一個特殊的長方體，讓學生在直觀的過程中理解為什么有4個相同的長方形。這一動態變化過程，也讓學生在腦海中形成一個動畫，為后續學習“長方體的長發生變化會引起哪些面的變化”作鋪墊。

實踐操作和觀察對比是小學生獲得幾何知識、發展空間觀念的主要途徑。因此，教師要以教材為根本，創設貼近學生生活經驗的情境，讓學生從實際生活中探索新知，積累活動經驗，增強空間想象能力。在實踐過程中，善于將空間知識轉換成具體的信息，讓思維具體化，提升空間思維能力。

三、引入STEM教育理念，助學習多元化

數學是一門有規律的學科，要善于總結，把新舊知識串聯起來，構建知識體系，當學生掌握了數學知識體系后，解決綜合問題的能力也得到了提升。為更好地將STEM教學理念與教學實際相結合，在備課時，教師應當有效結合教學內容和學生的心理活動特點，將教學內容層次化。

以人教版教材的練習為例（圖2），這是一道綜合性比較強的題目，初次接觸這道題無從下手的學生，其中一個原因就是沒有將前面學習的“觀察物體（三）”和本單元內容有效結合，沒有建立起豐富的空間觀念，所以不會作答。

如何在解決這道題的基礎上拓展學生的空間思維？筆者采用了一題多解的教學策略，給學生提供了不同的解題策略并進行比對。

1. 求站臺前后面的面積。如圖3所示，大部分學生都按常規方法分別計算站臺前、后面的面積，此方法按部就班，說明學生已經初步掌握了組合圖形的基本特點。因此，筆者在學生觀察的基礎上拋出問題：“能不能用更簡單的方法算出前后面的面積？”以問題引導學生自主找出第二種解題思路，很快就有學生提出：因為三個長方體的底面是一樣的，可以將其摞起來，組成一個新的長方體。這時可借助多媒體進行演示（如圖4），一下就打破了學生的定勢思維，原來還可以在不改變面積大小的前提下，將圖形進行變化，從而更快地計算出表面積。

2. 求站臺左右兩側的面積。有了上述的解題經驗，有學生已經知道了可以利用平移求面積，如圖5所示，在不改變表面積大小的前提下，利用相對的面面積相等這一特點，將其中一個面進行動態平移，從而得到一個完整的面，使計算更加簡單。欣喜的是，在解決完右側面的面積后，已經有不少學生提出左邊的面積和右邊的面積一樣。追問理由，學生說相對的面面積相等。從簡單的一句話當中，可以知道這些學生已經具備一定的“透視”能力，他們的空間觀念得到了提高。

鑒于此情況，我適時地給學生提供了第二種方法，讓學習能力強的學生得到進一步發展，中下層次的學生做一個補充了解，豐富知識經驗。

如圖6所示，因為站臺上面以及左右四個側面寬都是一樣的長方形，因此，將這幾個側面展開后可以得到一個寬為40cm的長方形。為使學生更直觀地理解展開后得到一個長方形，我采用動態展開的過程，讓學生深刻地理解空間圖形轉換的思維過程。

直觀的動畫演示，一題多解的方法，讓不同層次的學生的能力在原有的基礎上得到了提升。在師生、生生之間的交流探討的過程中，學生領悟了多樣化的解題方法，數學思維能力得到了多元化發展。學生的觀察能力、解決問題能力、創新意識和空間想象能力都在此過程中得到提升。

總之，將STEM教育理念融入教學，教師要有效結合學生的生活經驗，根據學情設計出有效的教學活動來豐富學生的認知。學生在觀察、操作、比較、記錄數據信息等過程中，既豐富感性認識，積累豐富的空間感知經驗，同時也拓寬了知識面，懂得多角度思考問題，讓思維多元化，從而有效提高解決實際問題的能力。