STEM教育理念在初中數學教學設計中的應用

【摘 要】要想使學生的思維、能力、知識、價值觀等方面都得到正向發展，且在教學過程中實現多學科的交叉融合，構建適合我國學生發展的學科體系，傳統的單一式、灌輸式的教學模式顯然行不通。基于此，筆者提出將STEM教育理念融入數學課堂中，旨在激發學生的學習興趣和學習熱情，提高學生的學習能力。STEM教育理念強調各學科的相互滲透以及實踐與理論的結合，能夠更好地促進學生全面發展。本文以STEM教育理念為指導，嘗試以初中數學中的“平面直角坐標系”為例進行教學設計。

【關鍵詞】STEM教育;平面直角坐標系;教學設計;初中數學

【中圖分類號】G633.6? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2021）28-0237-03

我國在基礎教育方面仍普遍存在各學科知識缺乏有效整合的現象，而且教師往往采取灌輸式的教學方式，導致學生只是通過死記硬背來學習，并沒有真正理解所學知識，不能將不同學科的知識融會貫通，這嚴重影響了學生的學習效果。美國教育家杜威指出，教育就是學生經驗的不斷改造和重新組織，并且提出了“從做中學”的教學方法。學生只有親自參與到知識的探索過程中，才能夠有效吸收知識并且靈活應用[1]。為了更好地促進學生的全面發展，我國的數學課標也已將原來的“雙基”（基礎知識和基本技能）、“雙能”（分析問題和解決問題的能力）改為現在的“四基”（基礎知識、基本技能、基本思想、基本活動經驗）、“四能”（發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力）[2]，其原因就是在新時代的背景下，傳統數學中的“雙基”已不能適應現代數學教學，甚至影響著數學教學的改革和發展，而“四基”“四能”的提出能夠有效培養學生的思維能力和數學素養。

1? ?STEM教育理念概述

STEM是由科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四個英文單詞的首字母組合而成，STEM教育理念提倡以跨學科的方式解決問題，整合了科學、技術、工程和數學四門學科的基礎知識和思維方法，強調學生動手、動腦、參與學習過程，使學生不僅能獲得結果性知識，還能獲得過程性知識[3]。學生在教師的合理引導下，完成獨立思考、動手操作、小組合作解決問題的學習過程，這樣學生所獲得的知識是自己自主構建的，而非來自于外部的灌輸。STEM教育的目標正是要幫助學生獲得直接經驗，強調學生在做和學中發展多元智能，培養學生發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力，這與課標提出的“四基”“四能”是相符的。總之，STEM教育的最終目的是將學生的學習變被動為主動，充分發揮學生的想象力和創造力。本文以人教版初中數學七年級下冊第七章“平面直角坐標系”為例，制定了基于STEM教育理念的教學設計方案。

2? ?基于STEM理念的“平面直角坐標系”的教學設計

2.1? 教材分析

平面直角坐標系是初中生必學的教學內容，中學數學課程教材研究開發中心經過合理地設計，將其安排在初中數學七年級下冊第七章中。本節內容是在學生已經掌握了數軸的相關知識的基礎上展開的，直角坐標系是數軸的延伸，它建立了平面內的點與有序實數對的一一對應關系。學好平面直角坐標系的相關知識是學生后面學習函數知識和空間直角坐標系的可靠基礎，所以平面直角坐標系起著承上啟下的作用。本節內容要求學生認識有序數對，認識并會建平面直角坐標系，掌握橫軸、縱軸、原點、象限等概念，學會建立點與坐標的一一對應關系。平面直角坐標系在中考中占有很大比重，通常是與函數結合起來對學生進行考查，選擇題、填空題、解答題都會涉及，是學生需要掌握的一個重要知識點。

2.2? 學情分析

（1）學生已有基礎：一是平面直角坐標系以數軸為基礎，學生在七年級上冊第一章學習有理數知識時開始接觸數軸相關知識，已經具備了數形結合的基本思想，對于任意給定的某一實數，學生都能夠很快在數軸上找到其位置。二是經歷了數年的數學學習，學生在探索、研究、對比和發現的過程中慢慢地形成了一定的觀察能力、歸納能力、概括能力和運算能力，為本節課的學習打下了良好的基礎。

（2）學生認知困難：與在數軸上表示點不同的是，平面直角坐標系中的點是一對有序實數，許多學生經常將橫坐標與縱坐標的位置寫反，故理解坐標的含義對學生學好平面直角坐標系至關重要。

2.3? 教學目標

S（科學）：融合了地理中方位、經度、緯度等學科知識，讓學生體會到數學在地理學發展中的作用。

T（技術）：按照教師的要求動手做實驗;會建直角坐標系。

E（工程）：運用工程的思維進行項目實施。

M（數學）：學會記錄數據;理解坐標的意義。

2.4? 教學重難點

重點：認識平面直角坐標系，理解點的坐標含義。

難點：會建平面直角坐標系，會找對應點。

2.5? 教學過程

2.5.1? 情境導入

教師創設問題情境，讓學生完成下面的事件：

事件1：請同學們用手指出課本第72頁第4行文字;事件2：請同學們說出操場的位置;事件3：×××同學，你能幫老師取一下作業本嗎？在教師辦公室第二排第一列的辦公桌上;事件4：請同學們將課本翻到71頁，然后找到“指揮員”一詞的位置。

（對于上述事件，學生都能輕而易舉地完成）

師：同學們發現剛才老師提到的四個事件有什么共同特點嗎？

生：都是要找某一物的準確位置。

2.5.2? 探索新知

活動1：“點兵點將”

教師示范：我們規定橫向為“排”，縱向為“列”。如同學I的座位，我們可以說是第二排第三列，用點

（2，3）表示，我們習慣上把“排”寫在前面，把“列”寫在后面;再如同學X的座位，我們可以說是第四排第六列，用點（4，6）表示。

師：下面請同桌2人為一小組，采取“一人提問另一人作答”的模式，指出班上部分同學的座位號，要求說明是第幾排第幾列并用點（a，b）表示。然后兩人調換，重復這一實驗，并做好記錄。（教師提前將記錄卡發下去，每位學生一張，如表1所示）

學生活動：小組合作、分工明確、執行任務。

活動2：在地球儀上確定我國任一城市的位置

教師先向學生介紹地球儀上的經線和緯線知識，并向學生介紹如何用英文首字母表示“東南西北”。

師：同學們試著在地球儀上找出北緯30度有我國哪些城市？

生：有成都、重慶、杭州、上海和寧波等城市。

師：同學們再試著在地球儀上找出東經110度有我國哪些省份？

生：有海南、廣東、廣西、湖南、湖北、陜西、內蒙古等。

師：只知道經度或者是緯度能確定某一地區的具體位置嗎？

生：不能。

師：若同時知道經度和緯度能確定某一地區的具體位置嗎？

教師示范：我們先在地球儀上找到北京的位置，發現它在北緯39.9度、東經116.3度，則可用點（39.9N，116.3E）表示，我們習慣上把緯度寫在前面，把經度寫在后面;再如武漢位于北緯30.5度，東經114.3度，用點（30.5N，114.3E）表示。

師：下面請同桌2人為一小組，同樣采取“一人提問另一人作答”的模式，指出我國部分城市的具體位置，要求說明經緯度各是多少并用點（a，b）表示，然后兩人調換身份，重復這一實驗，并做好記錄。（教師提前將記錄卡發下去，每位學生一張，如表2所示）

學生活動：小組合作、分工明確、執行任務。

設計目的：以活動的方式讓學生親自參與知識的探索過程，提高了學生的學習興趣和積極性，教師可以由此引出“有序數對”的定義，為接下來引出平面直角坐標系做鋪墊。

有序數對：如第二排第三列，第四排第六列，北緯39.9度、東經116.3度，北緯30.5度、東經114.3度這樣含有兩個數來表示一個確定的位置，其中兩個數各表示不同的含義，我們把這種有順序的兩個數a與b組成的數對，叫做有序數對，記作（a，b）[4]。

引出平面直角坐標系：對于教室中各學生的座位或是地球儀中各地區的位置，類似于這樣不在同一條直線上的研究對象，再利用數軸的知識來確定其位置就行不通了。（如圖1所示）

師：若我們將第三排看成是一個數軸，以學生O為原點，取右方向為正方向，相鄰學生間距為1個單位，則學生Q和學生M分別在哪個位置？

生：學生Q在數軸上坐標為2的點上;學生M在數軸上坐標為?2的點上。

師：那學生H呢？學生d呢？他們的位置又該如何表示？此時利用一個數軸還能準確表示他們的位置嗎？

學生活動：學生四人為一小組展開討論，在教師的引導、前面的活動的啟發下，學生得出結論：針對在同一條直線上的研究對象，可以用畫數軸的方式表示其位置，而在平面上的研究對象，則需要兩個數才能確定其位置，并且這兩個數所表示的含義不同。某小組引出兩條相互垂直、原點重合的數軸，取第三排為x軸，取向右方向為正方向，取第三列為 y軸，取向上方向為正方向，將相鄰學生間距看作為1個單位，并用有序數對來表示學生位置，將學生O用點（0，0）表示，學生H用點（?1，1）表示，學生d用點（3，?2）表示。

接著教師向全班學生介紹平面直角坐標系，并向學生介紹坐標軸、原點、象限等知識。

師：還有別的表示方法嗎？是否一定要以學生O為原點呢？

各小組積極探討，給出了不同的表示方法。（讓學生學會建立平面直角坐標系）

2.5.3? 例題講解

例：在同一平面直角坐標系中描出下列各點：A（0，3）、B（?4，0）、C（2，3）、D（3，2）、E（?3，3）、F（?2，?3）、H（4，?5）。

教師給出例題，讓學生先獨立思考并動手操作，可與同桌討論。然后教師在黑板上進行示范，歸納解題思路和步驟。

2.5.4? 課堂小結

教師通過口頭提問的方式幫助學生回顧本節課所學的知識，強調重點和難點。指出容易混淆的地方，再次強調橫坐標與縱坐標的含義[5]。

2.5.5? 作業布置

基礎題：習題7.1中的第1、第4兩題。

思考題：①x軸和 y軸上的點各有什么特征？②第一、第二、第三、第四象限的點各有什么特征？

作業分基礎題和思考題，由簡到難，符合學生認知規律和接受能力。基礎題有利于幫助學生鞏固本節知識，思考題也符合學生最近發展區，能夠培養學生的觀察能力。

基于STEM教育理論對“平面直角坐標系”進行教學設計，目的在于提高課堂教學質量和學生對知識的吸收率。教師通過引導學生參與探索知識的活動，激發學生的學習熱情，讓學生在做中學，在學中做。這樣的教學能豐富學生的直接經驗，培養學生的創新能力，使學生真正理解學習內容。

【參考文獻】

[1]張建偉，孫燕青.從“做中學”到建構主義—探究學習的理論軌跡[J].教育理論與實踐，2006（4）.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中數學課程標準（2011年版）[M].北京：人民教育出版社，2011.

[3]管光海.STEM教育實踐中的問題與建議[J].中國民族教育，2018（Z1）.

[4]中學數學課程教材研究開發中心.義務教育教科書七年級（下冊）[M].北京：人民教育出版社，2012.

[5]匡麗媛.基于STEAM教育理念的數學活動的開發[D].上海：上海師范大學，2018.

【作者簡介】

石舢（1995～），男，漢族，安徽安慶人，喀什大學數學與統計學院學科數學專業2020級碩士研究生。研究方向：中小學數學課程教學研究。