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(yǎng)學生的創(chuàng)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(yǎng)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(yǎng)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(chuàng)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(yǎng)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(yè)，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(fā)現了什么規(guī)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(yè)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(fā)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(lián)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(chuàng)設情景，在情景中調動學生的學習積極性，培養(yǎng)創(chuàng)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(xù)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(tǒng)中的信息經過復述后，進入長時記憶系統(tǒng)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(tài)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(tài)變化過程，也讓學生在腦海中形成一個動畫，為后續(xù)學習“長方體的長發(fā)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(fā)展空間觀念的主要途徑。因此，教師要以教材為根本，創(chuàng)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(guī)律的學科，要善于總結，把新舊知識串聯(lián)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(guī)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(tài)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(fā)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(tài)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(fā)展。學生的觀察能力、解決問題能力、創(chuàng)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。