引入STEM教育理念 助力教師對教學重難點的深度講解

◇王 瑩（甘肅：涇川縣豐臺鎮伍仲小學）

三角形穩定性問題源于小學數學四年級下冊中的“三角形”知識點。穩定性是三角形相對于其他圖形而言的特殊性質，適用范圍廣泛，實用性較強。同時，三角形穩定性的分析與驗證也是小學數學教學中的重點難點。在傳統教學中，由于找不到準確的切入方式，教師無法深入細致地講解其原理。因而，只能簡單講解該知識點內容，要求學生記住即可。STEM 教育理念的引入，為教師的深度講解提供了理論依據及必要條件。

一、參照STEM教育理念，導入問題基本情境

STEM 教育理念源于20世紀中期的美國，是科學、技術、工程與數學四個英文單詞首字母的組合。其理念就是將這四門學科及其所屬領域進行教育綜合，以相互促進、共同發展的思維開展教學。

在具體的教學之前，教師首先要弄清三角形穩定性的基本概念以及與STEM 教育理念之間的必然聯系。通過教材中《三角形》的知識點，可以得知三角形的特殊性質：三角形具有唯一性，構成一個三角形的三條直線并不是隨意的，而是必須滿足一定的條件；三角形具有穩定性，一個構建好的三角形其形狀不會輕易發生改變。然而，在已知定理的前提之下，學生常常會思考：為什么三角形具有穩定性，而其他圖形卻不具有？教材是以什么作為依據得出這個結論的？似乎在現實中，也存在一些特殊例子，并不遵循這個規律。STEM 教育理念強調，學生對未知事物要保持探索的心理，利用一切有利條件，對設想進行檢驗，提升自己，并對社會做出貢獻。因此，STEM 教育理念為三角形穩定性的探索提供了可靠的理論支持。在此基礎上開展教學實踐，必然能達到意想不到的效果。

二、運用STEM教育理念，合理開展實踐設計

對于小學生而言，探索三角形穩定性，難度較高，不易操作。因此，教師在實踐設計的過程中，必須運用STEM 教育理念，將實踐開展的每一步驟都立足于STEM 教育理念之上，以保證學生能通過已學的知識內容及現有的生活經驗，有效進行實踐探究。

（一）明確發展目標，注重思維培養

教學實踐的開展，必須建立在明確的發展目標之上。小學階段，正是學生確立發展方向、鋪設發展道路的最佳時期。STEM 教育理念已經為我們指出了學生個人發展的主要目標：“培養個人創新精神與實踐能力，通過研究探索，最終能為社會的發展貢獻力量。”當然，在初級階段，教師可以將目標進行分層，基于學生當前的實際情況，制定一系列的實踐策略。

開拓創新，往往建立在發現的基礎上，因此，“善于發現”可以作為學生的第一發展目標。以三角形的穩定性為例，教師開展教學實踐的第一步，就是讓學生觀察生活中存在的三角形應用并進行歸類，查找哪一類應用到了三角形穩定性的原理，而哪些則沒有應用。在此基礎上，有學生展開了探索，發現了三角形生活應用如下：

房子的房頂設計一般都為三角形，風箏的形狀多數為三角形，平時吃的零食有許多也為三角形（妙脆角、面包等），路邊的指示牌許多也都呈三角形。

在發現了這些事物之后，教師就可以引導學生首先根據自己的生活經驗及第一感覺進行初步判斷，如房頂設計成三角形主要用途應該是便于排水，與穩定性關系不大；風箏必須足夠牢固，在飛行中才不容易散架，應該與“三角形穩定性”有一定聯系；零食的設計主要是為了美觀、增強食欲；指示牌設計，應該是為了視覺效果，看上去更醒目一些。有了這些直觀判斷之后，教師再組織學生進行實踐驗證更具目的性、指向性，有利于教學的高效開展。

小學階段的數學探索不僅僅局限于這一個問題上。針對其他現象產生的問題，教師也可以引導學生以同種思維展開探索，打牢基礎部分，明確發展目標，從小培養學生的探索構建意識，強化學生思維能力。

（二）引入問題難點，制定實踐方案

發現問題難點、找到突破方向，是STEM 教學方向之一。三角形穩定性問題的難點，在于其過于抽象，難以直接觀察。雖然學生已經羅列出了上述三角形在生活中的應用，也進行了一定的猜想，但這并不能作為實踐的結論來判定，必須找到充足的依據。如何有效避開難點，巧妙設計實踐，是教學實踐中不可缺少的環節。為此，教師可以組織學生進行分組討論，商討各組的實踐策略。

學生經過充分的討論，確定了以下幾個基本方案。

方案一：利用現有的工具進行簡單驗證。準備若干鉛筆及一個透明膠帶，將鉛筆用透明膠帶固定成三角形、平行四邊形、長方形、正方形、梯形等不同圖形。固定后用力拉扯，觀察其形狀變化。如果三角形的性質正確，那么結果應該是只有三角形未變形，而其他圖形都發生了明顯的變化。

方案二：對生活中已有設計進行改動，增強實踐的可靠性。小學生操作精確度有限，自行制作的圖形往往存在許多漏洞。因此，可以對生活中常常會用的物品進行簡單改裝，觀察物體穩定性的變化。就以家中常見的凳子為例，為了讓凳子更加平穩，在設計時常常會在其每一底腳與凳面的連接處加上一條“固定板”以構成四個相同的“三角形”。學生可以拆除部分或全部“固定板”，再檢驗凳子穩定性的變化。如三角形穩定性性質成立，則拆除“固定板”后，凳子的穩定性會顯著下降，出現搖晃的現象。

方案三：充分利用各種資源，以理論查找與實踐相結合的方式，為結論提供多方面的依據。例如，學生可以在網上搜集有關三角形穩定性的資料進行分析，采用一些適合自身的實踐方案。最好能從源頭出發，找到人類發現三角形特殊性質并簡單運用的歷史時期，將自身代入其中。這樣一來，能帶給學生更多體驗感。當然，學生也可以進行社會調查，從一些勞動者的口中，得知他們在工作中對三角形穩定性的應用，并加以記錄。假設“穩定性”成立，那么這些方面的實踐應該能得到類似的結果。

方案一是對三角形穩定性最基本的探索，建立基礎模型，設計簡單，容易進行，但是存在一定的局限性，無法作為實踐的最終結論。方案二的設計就有一定的生活聯系，用具體的事物進行實踐，相對而言，效果較好，依據也較為充分，可以作為學生開展實踐的參照方案之一。但是，該方案還有待完善，最好從多種不同的事物出發，通過其共性得出結論。方案三結合了信息化時代的產物，理念較為先進，可操作性也較強。其不僅有理論依據，也巧借“他人之手”完成實踐活動，體現了學生很強的思維創新性，值得教師在教學中進行推廣。

由此可見，好的方案設計對教學實踐的開展，能起到重要的引導作用。教師也要鼓勵學生進行思維上的創新，能夠依據現有條件大膽構想，達到STEM教育理念促進學生思維發展的要求。

（三）組織實踐活動，提高學生操作能力

提升學生的認知水平與實際能力是STEM 教育理念的最終目標。為此，教學不能光有理論依據與方案設計，還要幫助學生開展實踐活動。在上述方案的支持下，學生已經有了大體的實踐方向，教師只要稍加改動、適當提點即可。

為了充分體現STEM 教育理念及確保學生在實踐中的安全，使學生實踐效果最大化，教師采用了學生方案三的實踐計劃，并做出了以下改動。

改變學生實踐模式，由個人進行實踐轉變為小組協作，通力完成任務，將全班學生以三至五人為一組，分成若干個小組。

明確分工，強調團隊協作性，選取一名學習成績突出、組織能力較強的學生擔任小組長，總體指揮實踐的開展。一名學生負責資料搜集，借助網絡工具，從各類網站中查找信息，摘抄相關理論，為實踐做好鋪墊。另外兩名學生在保證自身安全的前提下，進行社會調查，找到與三角形穩定性原理有關的工作者，從他們口中得到具體的實踐運用。最好能夠實地觀察，例如，工人如何加工桌子、凳子，房屋的屋頂是如何建造的。可拍攝相關照片，突出結論的可靠性。

整理相關調查結果，得出較為完善的結論，并能夠在課堂上分享小組成果。每一小組實踐的內容和方向都存在一定的差別，為了方便教師評價與判斷，可以要求學生整理出實踐結果，讓各小組長在課堂中分享本組實踐的過程及結果。最后，教師從不同角度對學生的實踐進行綜合評定，選出表現最佳的一組或幾組學生進行重點表揚。當然，教師也可以設定學生評委，在每組中抽取一名學生對各組的實踐結果進行評價，并說出評價的理由。

通過上述實踐探究，不僅體現了學生之間的團結協作性，提升了實踐效率，也能集合學生的智慧，增強實踐的可操作性，以補充小學生各項能力的不足。該教學模式同時符合了STEM 教育理念的多項要求，是STEM教法的一次有效運用。

三、結合STEM核心特征，教學回顧充分整合

在STEM 教育理念中，包含著多項“新教育”應具備的核心特征。這些特征不僅是該理念活性的源泉，也是教學革新的重要依據。教師應將其與教學回顧充分整合，使實踐促進學生發展的成效得到最大化體現。

（一）擺脫學科限制，緊密學科間聯系

學科融合性是STEM 教育理念的核心特征。分析本次教學實踐之所以能夠順利進行，主要原因在于其運用到了小學階段多個學科的知識點內容及解決問題的方法策略。

小學數學四年級下冊中的“三角形”知識點，是本次教學實踐的理論基礎以及問題的源頭所在。而小學科學第一冊中的《觀察物體》以及第二冊中的《工具的科學》，分別為學生提供了發現事物的方法及生活中各種工具的實際原理，對實踐的開展有一定的導向作用。學生實踐查找資料的過程中使用到的網絡就是“技術”這一學習內容的集中體現，只有在學好“技術”的前提下，學生才能有效使用信息化工具，對實踐的開展起到一定的輔助作用。學生進行社會調查，對施工環節的實地考察，則是“工程”這一領域的具體表現。任何數學及科學原理，都要運用到“工程”中，才能發揮其最大的價值。同樣，“工程”的開展也是檢驗原理正確與否的最好途徑，它們之間有著相互影響、共同進退的關系，這也是學生在學習時應該考慮的方向。

通過對四者之間相互聯系的分析，能使學生更好地理解STEM 教育理念與自身學習之間的關系，更有利于學生在今后的自主學習中，更多地結合STEM的學科特性，讓自身得到全面發展。

（二）培養嚴謹意識，強調證實要求

教師在STEM 教學實踐的開展中，必須培養學生“嚴謹”的意識，如此才能保證實踐的有效性與正確性。為此，在結束教學實踐后，教師還應組織學生對實踐的過程進行回顧反思，找出并證實遺留的問題，不漏一點，以體現STEM 核心特征對學生實踐“證實性”的要求。

例如有學生一開始就提出了這樣的問題：三角形具有穩定性，就表明三角形在任何情況下都不會發生改變嗎？為什么在有些情況下，能夠很輕易地改變三角形的形狀？例如，用一根繩子圍成一個三角形，只要稍微觸碰，就能改變其形狀。

在STEM 教育理念的要求下，針對這類問題，教師應做出科學、系統的解釋，幫助學生建立對特殊情況的認識。以該問題為例，教師可以從三角形穩定性的材料要求方面進行解釋，使得學生能夠清楚“理論”與“實際情況”之間的偏差，以強化學生對實踐的理解。

綜上所述，STEM 教育理念是一種理論完備、邏輯清晰、方向明確的先進教學理念。STEM 教育理念的引用能幫助教師適應時代發展，提升自身教學水平。