STEM理念與初中數學學科融合的課程實踐研究

■李 李

STEM教育理念源自美國，強調跨學科以及與實際生活的聯系，注重學習過程。

當前，義務教育階段的STEM課程強調創新，教學內容要求跨學科，如果缺乏主線引領，知識點就很分散，在實際實施過程中不易操作，所以，要有相對系統的教學課程和安排。融合數學學科的STEM創新課程旨在打通學科之間的壁壘，將創新教育融入其中，啟迪學生更深入地理解數學，從而達到對數學的有效應用。基于STEM教育理念，如何進行初中數學教學實踐呢？切入點又在哪里呢？

一、理解二維、三維世界的數學之美

本課程將平面設計與數學學科相結合，包括七巧板、Logo設計、烙畫、版畫、勾股定理、華容道等子課程，旨在讓學生從數學、幾何學的角度理解二維、三維世界的數學之美，從歷史以及美學的角度，解讀數學在人類文化發展中的重要作用。

比如，從數學角度讓學生觀察、認識七巧板的構成，啟發學生的數學創造思維；借助經典勾股定理的證明，讓學生從幾何學角度理解二維世界的數學之美；借助華容道益智游戲，培養學生邏輯分析的能力；使用木工加工工具，打造一款蘊含黃金分割比例的作品，探究數學在藝術創作中的重要性；模擬創作一些視覺作品，從視覺的角度領略數學的神奇；借助3D打印筆，將心跳的頻率打印出來，探究數學與健康的關系，等等。

學生通過平面創作的課程還會習得多種設計工具的操作技巧。實際操作中，課程可以以傳統生活中的木藝制品為案例進行導入，如烙畫、版畫等，引導學生掌握3D打印筆、桌面型安全機床、手動木工工具等工作原理，掌握其使用技巧，建立目標，進行主題式創作，激發創意。教師還可以設置比賽，讓學生通過團隊合作，將創意打造成作品，并通過分享、點評的方式，交流創意，將學到的知識進行遷移，學以致用。

二、制作機器人，激發數學興趣

本課程以PBL項目式學習以及設計思維的模式來進行設計，通過機器人案例進行課程導入。使用機器人技術組件、傳感器、馬達、齒輪等來制作全智能機器人，可以將其作為數學學科知識的延展與應用，幫助學生建立立體空間感，培養學生的邏輯思維能力。

比如，教師介紹機器人的基本組成與功能，引導學生用樂高積木塊自主設計、搭建一個機器人小伙伴，通過創意拼搭探究數學與機器人結構的問題；讓學生了解編程邏輯，探究數學在機器人領域中的重要性；學習舵機的工作原理、結構、應用及其圖形化編程控制，學會控制一個舵機使其轉到固定角度，并配合樂高積木塊，設計并嘗試制作一個切菜機器人，領略數字控制的魅力；和小伙伴們共同搭建一個“機器人狂歡趴”主題場景，自由設計一款超能機器人；為自己的機器人設計一張說明書，共同討論未來機器人發展方向，探究數學在機器人領域的應用；等等。

該系列課程開設的目的是激發青少年對科學技術、數學的興趣。學生通過學習、體驗以及對一個個功能型作品的練習，可促進對材料、編程知識的理解，后續也可以進行主題式的創作。

三、激發創意，感受數學魅力

該課程以設計思維貫穿始終，結合STEM教育理念，以生活中常見用品作為創意思維案例進行導入；集科學技術與趣味人文為一體，以簡單的機械原理為基礎知識支撐，以傳感器、開源硬件模塊等為技術支持；從機械原理，到簡單的邏輯電路，再到圖形化編程的智能控制，層層遞進，逐步深入，課程之間具有一定的連貫性和階梯感。

比如，以數學的角度，從齒輪的發明到齒輪結構的變遷，了解科學的進步，探究齒輪中的數學知識，并通過3D打印、激光切割等技術探究齒輪結構；利用數學、物理知識，結合開源硬件、編程技術，設計機械傳動裝置，探究機械傳動里的數學知識；發揮空間想象力，設計一條立體的小球軌道，使小球從軌道起點到達軌道終點的過程變得精彩；利用開源硬件、3D打印、激光切割等快速成型技術，將立體軌道加以改造，使其更加智能，富有科技感，從而升級為更復雜的聯動機關。

課程以故事主題為引導，啟發學生的創意。學生在自主創意、動手制作的過程中感受知識的魅力，自主設計具有故事情節的“小球馬拉松”軌道；掌握簡單的機械原理知識和基本造物工具的使用方法，突破創新設計的瓶頸，學會從工程學角度解決問題；學會與人的溝通與配合，鍛煉動手造物的能力，同時提高了自身的環保意識，開發舊物的新功能、新價值，學會變廢為寶。教師還可設置“創客馬拉松”大賽，綜合考查學生對知識技能的掌握程度，提升學生的團隊合作能力，培養學生的集體榮譽感；配以學習任務單，引導學生進行作品展示，總結學習、制作過程中遇到的問題及解決方法。

“雙減”背景下，秉承“為學生的幸福成長奠基”的教育理念，融合數學學科知識的初中STEM教育創新課程設計旨在為學生提供良好的課程學習環境，激發學生自主學習動力，讓學生在做中學，從而全面提升學生在科學、技術、工程、數學、設計、人文藝術、領導力、媒介整合力等多方面的技能與素養。此外，在課外開展一些以創客體驗為主題的創客文化活動，支持學生參加一些創客比賽，鼓勵學生在活動中分享交流知識經驗，同樣能發揮學生的創新能力、造物技能、團隊協作精神，發揮STEM理念的核心優勢，搭建創新人才教育培養的“立交橋”，從而為學生成長為全方位的創新型人才奠定堅實基礎。