運(yùn)用STEAM教育理念提升立體幾何空間構(gòu)建理解能力

摘 要：高中數(shù)學(xué)中的立體幾何空間構(gòu)建理解一直是學(xué)生所頭疼的一個(gè)難點(diǎn)，與其他考點(diǎn)相比，不僅是數(shù)字的加減乘除運(yùn)算或是公式的套用，還需要學(xué)生的空間想象能力、動(dòng)手繪圖等。不難看出，STEAM教育理念與立體幾何理解難點(diǎn)是“相輔相成”的關(guān)系，因此，在這一難點(diǎn)問(wèn)題上，教師應(yīng)該發(fā)揮STEAM教育理念的優(yōu)勢(shì)，從而提升高中數(shù)學(xué)的立體幾何理解能力。

關(guān)鍵詞：高中數(shù)學(xué);立體幾何;理解能力

隨著時(shí)代的日新月異，教育需要對(duì)自身進(jìn)行改革以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，教育理念的不斷創(chuàng)新是所有教育部門(mén)、教研人員和教師所關(guān)注的焦點(diǎn)。從教育部《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見(jiàn)〈征求意見(jiàn)稿〉》首次明確提出STEAM教育以來(lái)，多省將STEAM教育科目列入教學(xué)、考試體系，把“軟任務(wù)”升級(jí)“硬指標(biāo)”，成為必修課，形成同步輔助應(yīng)試教育的K12+教育新賽道，是融合了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)字等多元學(xué)科的綜合教育。

一、 STEAM教育理念的概念

STEAM教育理念最早是美國(guó)政府提出的教育倡議，STEAM是五個(gè)單詞的縮寫(xiě)：Science（科學(xué)），Technology（技術(shù)），Engineering（工程），Arts（藝術(shù)），Maths（數(shù)學(xué)）。STEAM教育理念是一種注重實(shí)踐的超學(xué)科教育理念，有別于傳統(tǒng)的單學(xué)科、重書(shū)本知識(shí)的教育方式。STEAM教育理念打破常規(guī)學(xué)科界限，不同學(xué)科不再是分割的一座座孤島，而是注重跨學(xué)科學(xué)習(xí)。STEAM課程不是簡(jiǎn)單的五門(mén)（多元）學(xué)科課程單純疊加，課程建設(shè)必須要在“融合”兩個(gè)字下功夫。相比于傳統(tǒng)的教育理念，STEAM教育理念具有跨學(xué)科、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性、實(shí)證性、技術(shù)增強(qiáng)性等特點(diǎn)。

二、 高中生解數(shù)學(xué)立體幾何空間題所存在的問(wèn)題

（一）缺乏空間想象能力

平面圖形是直觀的，學(xué)生較為容易理解，而對(duì)立體幾何的抽象性和復(fù)雜性卻無(wú)從下手，只能停留在表面淺顯的文字理解。由于缺乏對(duì)立體幾何空間的想象能力，學(xué)生大腦很難準(zhǔn)確地構(gòu)建立體幾何模型，進(jìn)而在解題過(guò)程中，出現(xiàn)不會(huì)作圖或者是作圖有誤的現(xiàn)象，比如“空間四邊形”，空間想象能力弱的同學(xué)，就會(huì)認(rèn)為兩組相對(duì)的棱是平面四邊形中相交的對(duì)角線。

（二）思維邏輯能力較差

語(yǔ)文是考查學(xué)生閱讀理解的能力，而數(shù)學(xué)專注的是學(xué)生思維邏輯的能力，相比之下，數(shù)學(xué)是不少學(xué)生從小學(xué)到高中的一個(gè)老大難問(wèn)題。學(xué)生往往需要從已知的條件中推導(dǎo)出隱藏的條件，這是立體幾何空間構(gòu)建理解的關(guān)鍵點(diǎn)，但由于思維較為混亂、邏輯層次欠缺，這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)成為學(xué)生的難點(diǎn)，學(xué)生解題時(shí)無(wú)法順利進(jìn)行。長(zhǎng)此以往，理解立體幾何空間構(gòu)建，從而解決立體幾何相關(guān)問(wèn)題作為高中數(shù)學(xué)必考重點(diǎn)，成為高中生高頻率失分、空題的部分。

（三）以往相關(guān)知識(shí)的負(fù)面影響

學(xué)無(wú)止境，不管哪門(mén)學(xué)科，知識(shí)都是隨著年齡增長(zhǎng)不斷累積的，高中數(shù)學(xué)的立體幾何知識(shí)是在初中數(shù)學(xué)相關(guān)知識(shí)上的一個(gè)延伸、拓展。因此，學(xué)生在做立體幾何空間題時(shí)，會(huì)受到以前所學(xué)知識(shí)的影響，尤其是平面圖相關(guān)知識(shí)局限了學(xué)生學(xué)習(xí)立體幾何知識(shí)。

三、 STEAM教育理念對(duì)提升立體幾何空間構(gòu)建理解能力的重要性

（一）提高教學(xué)質(zhì)量，深化教學(xué)方式

對(duì)于講解立體幾何的相關(guān)知識(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式和STEAM教學(xué)模式可謂是“天壤之別”。傳統(tǒng)的教學(xué)是一種灌輸式教學(xué)方法——將課本中晦澀難懂的例題展示在黑板上，循規(guī)蹈矩地講解并得出結(jié)論傳送給學(xué)生——極其地注重課本。立體幾何空間是一種三維空間，簡(jiǎn)單的板書(shū)和生硬的知識(shí)點(diǎn)讓學(xué)生在解決立體幾何的基礎(chǔ)題會(huì)出現(xiàn)“卡殼”和“無(wú)從下手”的情況。而STEAM教學(xué)是一種綜合教育，尤為重視實(shí)踐參與，是對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)。STEAM教育將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)與數(shù)學(xué)融合，使高中數(shù)學(xué)中的立體幾何知識(shí)更加生動(dòng)化、具體化，枯燥無(wú)味的知識(shí)轉(zhuǎn)化為活靈活現(xiàn)的虛擬模型。STEAM教育理念推動(dòng)了現(xiàn)代信息化教育的發(fā)展，推進(jìn)了教育資源的優(yōu)化整合，教學(xué)方式也隨之不斷創(chuàng)新、深化以適應(yīng)不同時(shí)期的社會(huì)發(fā)展，進(jìn)而提高了教學(xué)質(zhì)量。

（二）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)全面發(fā)展

數(shù)學(xué)是不少學(xué)生最為薄弱的學(xué)科，也是不少學(xué)生最為害怕的學(xué)科。數(shù)學(xué)是一門(mén)邏輯思維的學(xué)科，可以說(shuō)是偏理科類，但不同于物理、化學(xué)，數(shù)學(xué)學(xué)科幾乎沒(méi)有實(shí)驗(yàn)課，這就導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科產(chǎn)生畏懼心理。STEAM教學(xué)是一種多元化教學(xué)，使數(shù)學(xué)學(xué)科和其他學(xué)科融合——以數(shù)學(xué)學(xué)科為主，以其他學(xué)科為輔，甚至利用某些教學(xué)工具或者是現(xiàn)代信息技術(shù)將某些數(shù)學(xué)例題（例如：立體幾何題）以實(shí)驗(yàn)課的形式講授，讓每個(gè)學(xué)生能動(dòng)手參與，有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科的積極性，推動(dòng)學(xué)生由“學(xué)習(xí)機(jī)器”向“學(xué)習(xí)攀登者”轉(zhuǎn)變，同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)散、實(shí)踐能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

（三）推動(dòng)信息技術(shù)現(xiàn)代化教學(xué)，培養(yǎng)綜合素質(zhì)型人才

科技是第一生產(chǎn)力。隨著電子白板、投影儀等現(xiàn)代儀器進(jìn)入教室，我國(guó)教學(xué)方式逐步依賴現(xiàn)代信息技術(shù)，隨著教育的改革和科技的創(chuàng)新，大部分地區(qū)已實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)現(xiàn)代化教學(xué)，而這種教學(xué)方式與STEAM教育理念可謂是“不謀而合”。不僅僅只在于講解立體幾何的相關(guān)知識(shí)，甚至于其他知識(shí)，教師都不可避免地需要運(yùn)用到信息技術(shù)對(duì)知識(shí)進(jìn)行演練、延伸，STEAM教育理念與信息技術(shù)教學(xué)正好“吻合”，雙管齊下，必然會(huì)取得事半功倍的良好效果。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略成為推動(dòng)國(guó)家發(fā)展、提高綜合國(guó)力的重要保障。STEAM教育理念是培養(yǎng)綜合型、創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才，相比于“只會(huì)考試”的學(xué)生，我國(guó)（就目前發(fā)展?fàn)顩r及國(guó)際環(huán)境影響）更需要綜合素質(zhì)型人才。

四、 STEAM教育理念在提升立體幾何空間構(gòu)建理解能力中的應(yīng)用

（一）整合教學(xué)資源，創(chuàng)設(shè)STEAM情境

在高中數(shù)學(xué)立體幾何的教學(xué)中應(yīng)用STEAM教育理念，教師需要將教學(xué)知識(shí)同科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等學(xué)科知識(shí)相結(jié)合。因此，基于學(xué)生的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)識(shí)能力，從實(shí)際情況出發(fā)，教師不單單局限于立體幾何知識(shí)的牢籠，而是整合、優(yōu)化資源，建設(shè)課堂課程多元化，創(chuàng)建良好的教學(xué)情境，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)聯(lián)系知識(shí)的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)素質(zhì)的發(fā)展。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生利用現(xiàn)代信息技術(shù)操控立體模型，并發(fā)現(xiàn)立體幾何的特點(diǎn)，自身參與、感受，在STEAM教育情境下，學(xué)生自身的空間想象能力也會(huì)逐步提高。

（二）科學(xué)分組，發(fā)展思維能力

隨著經(jīng)濟(jì)、文化的不斷發(fā)展，社會(huì)需要的不僅僅是具有深厚知識(shí)儲(chǔ)備的人才，還需要團(tuán)隊(duì)合作能力。在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，教師需要培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和合作能力，積極引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展合作研究，這樣學(xué)生既能獨(dú)立思考問(wèn)題，也能合作分析、解決問(wèn)題，能夠鍛煉學(xué)生的數(shù)學(xué)思維，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展。比如，在講解對(duì)立體幾何空間構(gòu)建的理解時(shí)，教師將學(xué)生分成若干小組（分組需要平衡各組成員能力，實(shí)現(xiàn)“以優(yōu)帶差”的效果），“三個(gè)臭皮匠，勝過(guò)諸葛亮”，教師一步步地指引學(xué)生去發(fā)現(xiàn)題目中的隱藏點(diǎn)，讓學(xué)生在合作、交流中自我發(fā)現(xiàn)解題思路，尤其對(duì)于需要作輔助線的題，許多學(xué)生對(duì)“作輔助線”感到困難，而小組中成員之間的互幫互助，會(huì)讓學(xué)生逐步找到“作輔助線”的一些好的方法。這種以“學(xué)生自我主導(dǎo)”的方式不僅鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，也讓學(xué)生意識(shí)到合作學(xué)習(xí)可以共同推動(dòng)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的進(jìn)步。

（三）貼近生活，激發(fā)創(chuàng)新能力

大多數(shù)學(xué)生覺(jué)得數(shù)學(xué)離生活過(guò)于遙遠(yuǎn)，除了小學(xué)所學(xué)的“加減乘除運(yùn)算”能運(yùn)用到生活之中，似乎其他所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)與生活毫無(wú)相關(guān)。STEAM教育理念中的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)與生活息息相關(guān)，唯獨(dú)數(shù)學(xué)讓人覺(jué)得格格不入，這是一種錯(cuò)誤的思想。因此，教師需要將數(shù)學(xué)與生活的距離拉近，讓學(xué)生意識(shí)到數(shù)學(xué)與生活緊密相連。對(duì)于提高立體幾何空間構(gòu)建理解能力，許多學(xué)生因?yàn)榛A(chǔ)知識(shí)的混亂而遇上瓶頸，所以，教師需要夯實(shí)好學(xué)生學(xué)習(xí)立體幾何的基礎(chǔ)點(diǎn)，運(yùn)用STEAM教學(xué)，讓學(xué)生課前準(zhǔn)備一些立體幾何模型（例如：乒乓球、魔方等），讓學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)立體幾何模型，這樣一來(lái)，學(xué)生對(duì)立體幾何的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)、空間幾何的三視圖等內(nèi)容就會(huì)有較為深刻的印象。學(xué)生每時(shí)每刻都能從生活中感受到立體幾何的魅力，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，促進(jìn)學(xué)生在自我探究的過(guò)程中思考，發(fā)散自我思維。

五、 STEAM教育理念在提升立體幾何空間構(gòu)建理解能力中面臨的挑戰(zhàn)

（一）STEAM教育理念的發(fā)展現(xiàn)狀

STEAM教育的發(fā)起者美國(guó)在1986年提出“使美國(guó)下一代成為世界科學(xué)和技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者”，顯而易見(jiàn)，美國(guó)各大高校積極運(yùn)用STEAM教育理念培養(yǎng)人才并取得了顯著的成效。德國(guó)、英國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家也紛紛效仿，我國(guó)也已邁入STEAM教育的課程改革國(guó)際行列。但我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)一直處于應(yīng)試教育的模式下，發(fā)展STEAM的教育模式還是“道阻且長(zhǎng)”。

（二）STEAM教育理念實(shí)施的困境

盡管STEAM教育理念與高中數(shù)學(xué)立體幾何知識(shí)較為吻合，但在實(shí)際操作中，不可避免會(huì)受到客觀條件的限制。首先，STEAM教育理念作為新事物，教師和學(xué)生需要時(shí)間去接受它，在未形成一個(gè)較為完整的STEAM教育體系之前，這種新方式存在一定風(fēng)險(xiǎn)，將數(shù)學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)相結(jié)合，并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的事，教師或者教研人員需要花費(fèi)時(shí)間和精力去達(dá)到不同學(xué)科的平衡點(diǎn)。第二，教師在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，帶領(lǐng)學(xué)生破解立體幾何空間構(gòu)建理解難題的過(guò)程中，需要依靠信息電子技術(shù)，但對(duì)于某些教師而言，信息技術(shù)是需要學(xué)習(xí)才能知道如何去操控、如何去更好展示幾何空間模型，這需要教師對(duì)操控電子設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)，然而，對(duì)年紀(jì)較大的教師，這無(wú)疑是一種挑戰(zhàn)。最后，我國(guó)教育雖然已經(jīng)整體現(xiàn)代化，但在某些落后地區(qū)仍存在沒(méi)有電子設(shè)備教學(xué)的情況，久而久之，地區(qū)之間的差距會(huì)越拉越大。

六、 總結(jié)

學(xué)生是教育的主體，教師是教育的引導(dǎo)者，STEAM教育理念深刻體現(xiàn)了這一特點(diǎn)。在高中數(shù)學(xué)階段，立體幾何空間構(gòu)建難題是常考點(diǎn)，也是大多數(shù)學(xué)生的難點(diǎn)，但是學(xué)好立體幾何對(duì)學(xué)生的空間想象能力、思維邏輯能力起到了良好的鍛煉作用。因?yàn)閮烧叩南嗨泣c(diǎn)，高中數(shù)學(xué)教師可以將STEAM教育理念運(yùn)用到破解立體幾何空間構(gòu)建理解難題之中，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中也能推動(dòng)自身全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]常振亮，孟建業(yè).構(gòu)造法解立體幾何問(wèn)題[J].高中數(shù)學(xué)教與學(xué)，2010（9）.

[2]吳希.基于STEAM教育理念的課程整合與創(chuàng)新：以信息技術(shù)基礎(chǔ)課程為例[J].湖北開(kāi)放職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2020（12）.

作者簡(jiǎn)介：陳丹，福建省福州市，福州銅盤(pán)中學(xué)。