初中STEM教育：跨學科融合與學生創造性思維培養

張躍

【摘要】隨著素質教育的不斷發展，培養學生的創造性思維能力愈發重要.因此，數學教師應更新教育理念，創新教學方法，重點培養學生的創造性思維與綜合素養，以實現新課標學科育人的目的.文章簡述了STEM教育的內涵與初中數學融入STEM教育的內在價值，深入探究了基于STEM教育的跨學科融合教育與學生創造性思維培養的優化路徑，旨在促進學生綜合素養的提升，為初中教學發展貢獻力量.

【關鍵詞】初中數學；STEM教育；跨學科融合；創造性思維

STEM教育強調跨學科融合，涵蓋科學、技術、工程、數學四個學科知識，對于培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力具有重要作用.目前的初中數學教學中，受陳舊教學觀念和教學方式的影響，一些教師過于強調數學知識的傳授，而忽略了培養學生數學素養和創造性思維的重要性.這導致了教學效果的下降，難以滿足當前教學不斷發展的需求.因此，在當前的教育背景下，教師應更新教學理念，有效提升教學質量，教給初中學生更廣泛的知識和技能，培養學生的創造性思維和解決實際問題的能力，為他們的未來發展打下堅實的基礎.

一、STEM教育的內涵

STEM教育是一種跨學科的綜合教育理念，其包括四個關鍵領域：科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）.STEM教育旨在將這四個領域有機融合，培養學生的綜合能力和創造性思維.數學是STEM教育的核心，它提供了分析、建模和解決問題的工具，由此強調了學習數學的重要性.STEM教育能夠培養學生的批判性思維、團隊合作能力、創新和創造性思維等關鍵技能，能促進學生的全面發展，提高他們的應用能力，從而更好地適應不斷變化的社會需求.

二、初中數學融入STEM教育的內在價值

（一）培養學生的創造性思維

數學作為STEM教育的核心組成部分，為學生提供了抽象思維和問題解決的關鍵工具，這對于培養學生的創性思維至關重要.在STEM教育中，數學鼓勵學生面對復雜問題時運用抽象和邏輯思維解決問題.這種思維方式可激發學生的創新潛力，促使他們提出新的方法和觀點，而不僅僅是套用已有的解決方案.此外，數學強調模型的構建和問題的抽象化，這是培養學生創新意識的關鍵.學生需要將現實問題轉化為數學問題，然后使用數學工具進行解決.這個過程鼓勵學生從多個角度思考問題，尋找不同的解決路徑，促進了其創造性思維的發展.最重要的是，數學可以使學生在科學、技術和工程領域發揮創新的關鍵作用.學生可以應用數學知識改進技術，設計工程方案，從而解決實際問題.這不僅加深了他們對數學的理解，還使他們認識到數學在現實生活中的實際應用價值，激發了他們創新的熱情.

（二）促進學生全面發展

STEM教育通過多學科融合，使學生有機會接觸和參與科學、技術、工程和數學等不同領域的知識，這有助于培養學生的綜合能力，包括認知、實踐、創造和合作等.第一，STEM教育強調跨學科合作，鼓勵學生在團隊中共同解決復雜問題.這種團隊合作不僅提高了他們的社交技能，還培養了他們的領導才能和溝通技巧，使他們能夠更好地適應未來職業和社交環境.第二，STEM教育能培養學生的實踐技能，使學生通過實驗、項目設計和工程應用等將理論知識應用到實際中.這種實踐經驗有助于學生理解知識的實際價值，激發其對學習的興趣，并增強學科之間的關聯性.第三，多學科融合還能為學生提供更廣闊的知識視野，幫助學生理解世界的復雜性和多樣性.這有助于培養學生的跨文化意識和全球視野，使他們更具國際競爭力.這一內在價值將為學生提供更豐富的學習經驗，使他們在各個領域都能有所突破.

（三）推動教育多元化與公平性

STEM教育鼓勵學校和教育機構采用創新的教學方法和新穎的教育資源.通過跨學科融合，學校可以更好地組織課程教學，提供跨學科的學習體驗，讓學生接觸到多樣化的知識領域.這有助于拓寬學生的學科視野，提供更多的學科選擇，滿足不同學生的需求.與此同時，STEM教育強調實踐和實驗，這可以促使學校更加注重對資源的應用，包括實驗室設備、工程項目和科學技術設備等，同時可以鼓勵政府和學校管理者為教師提供更多的實驗設備和資源，以提高教學質量.此外，STEM教育有助于培養學生的知識應用能力，使他們更容易適應未來的社會需求.這將推動初中數學教育的多元化，使學生更具發展力與競爭力.

三、初中數學跨學科融合教學中培養學生創造性思維的有效路徑

（一）掌握數學方法，培養數學思維

數學作為一門綜合性學科，在STEM教育中扮演著重要的角色.它具有高度的抽象性和邏輯性，需要學生掌握廣泛的基礎知識和方法，包括代數、幾何、統計學等，更為關鍵的是，學生需要理解這些數學方法之間的聯系和相互作用.以教學蘇教版八年級數學上冊中的“軸對稱圖形”為例，在這一節課中，學生不僅需要了解軸對稱圖形的基本性質，還需要運用幾何知識深入分析這些圖形的對稱性.學生需要探究如何通過旋轉或折疊來實現對稱性，這涉及幾何中的旋轉對稱和折疊對稱.這種方法不僅能加深學生對軸對稱概念的理解，還展示了不同數學領域之間的聯系.學生還可以運用代數知識驗證軸對稱圖形的性質.通過構建數學表達式，學生可以定量描述軸對稱圖形的特征，如對稱軸的方程，而這需要代數中的符號運算和方程求解技巧.將幾何和代數知識結合起來，學生可以全面理解軸對稱與軸對稱圖形的概念，并將其應用于實際問題的解決.

教師在這個過程中起關鍵作用.教師可以設計問題和任務，要求學生綜合運用不同的數學方法解決問題.通過這種方式，學生將思考如何將代數與幾何相結合，如何將概率與統計相聯系，以便更好地理解和解決復雜的問題.教師還可以提供實際問題，鼓勵學生運用數學方法進行解決，從而使他們認識到數學的實際應用價值.此外，教師需要引導學生形成解決問題的良好習慣.這包括培養學生提出問題、分析問題、提出解決方案、驗證解決方案的過程.通過反復練習，學生將逐漸掌握這一思維過程，不僅能夠應對數學問題，還能將這一思維方式應用到其他學科和實際生活中.

（二）挖掘科學問題，培養發現思維

在初中STEM教育中，挖掘科學問題并將其融入數學教學是一種有效的教學路徑，其可以培養學生的創造性思維，特別是發現思維.這一方法在數學教學中具有重要意義，因為它能將數學與科學領域（如物理和化學）進行有機結合，激發學生的好奇心和解決問題的積極性.教師在數學課堂上可以引入與科學領域相關的實際問題或現象，這些問題可以涉及物理學、化學等領域的概念，如速度、質量、化學反應等，通過引入這些問題，激發學生對科學現象的研究興趣，同時培養他們尋找數學解決方法的能力.

（三）應用技術手段，培養創造思維

《義務教育數學課程標準（2022年版）》明確強調：“要促進信息技術與數學課程融合”“促進數學教學方式方法的變革”.應用技術手段進行教學在初中STEM教育中發揮著關鍵作用，特別是在培養學生創造性思維方面.通過將信息技術融入數學教學，教師可以引導學生積極應用資源，培養他們的創造性思維.在教學實踐中，教師可以借助信息技術工具（如計算機、互聯網和教育軟件）為學生提供豐富的學習資源，包括電子教材、模擬工具、在線教程等，讓學生通過在線資源獲取不同的數學知識和解題方法.這種資源的廣泛應用不僅激發了學生的學習興趣，還為他們提供了更多探索數學的機會.

信息技術的應用可以使學生更好地理解和掌握數學知識，并讓學生更好地參與到問題的解決過程中.學生可以使用電子設備和軟件模擬實驗、收集數據、分析結果，這種實際參與激發了學生的主動性，使他們能提出新的問題，研究新的解決方案，并進行實驗性學習.這種實際參與還培養了學生的創造性思維和問題解決能力.

以蘇教版八年級下冊“數據的收集、整理、描述”的教學為例，教師可以引入數據分析工具來指導學生深入學習.比如，教師可以設置學習任務“收集并分析班級同學的身高數據，并制作數據圖表”，讓學生使用電子表格軟件（如Excel）或在線調查工具來記錄同學的身高數據.學生可以創建一個表格，其中包括同學的姓名和身高，這可以通過電子表格軟件的數據輸入功能輕松完成.在電子表格中，學生可以使用各種功能來整理數據，如排序、篩選和去重，這有助于學生更好地理解數據的分布和特點.學生還可以使用電子表格中的圖表工具創建不同類型的圖表，如柱狀圖或折線圖，以可視化表示數據，這些圖表可以幫助他們更好地傳達數據信息.同時，學生可以使用電子表格軟件的統計功能來計算數據的各種統計量，如平均值、中位數、眾數和標準差等，這可幫助他們更好地了解數據的中心趨勢和分散度.通過融合信息技術，學生可以用更豐富的形式學習數學，更好地理解抽象概念，更多地參與問題解決過程.這有助于培養學生的創造性思維和解決問題的能力，使他們更好地應對未來的挑戰.

（四）開發數學工程，培養應用能力

數學與工程之間存在著緊密的聯系，數學常常是工程和解決實際問題的基礎.在初中STEM教育中，將數學與工程相結合，可以幫助學生更好地理解數學的實際應用，培養他們的應用能力和創造性思維.在教學實踐中，教師可以設計具體的項目或工程任務，要求學生應用數學知識進行解決.這些任務可以涉及工程、科學實驗、數據分析等多個領域.通過對項目的實際探究，學生不再將數學知識視為抽象概念，而是將其視為解決實際問題的有力工具.學生在項目中會運用數學知識設計、分析和解決問題，這鍛煉了他們的知識應用技能，使他們學會如何選擇適當的數學方法，如何進行數據收集和分析，如何優化工程設計，以及如何進行實驗和模擬.這些技能對學生未來的職業和學術發展都具有重要意義.同時，在實際的項目操作過程中，學生可能會面臨復雜的問題和挑戰，需要創造性地解決它們.這就鼓勵學生提出新的想法，嘗試不同的解決方法，并在實際操作中驗證解決方法.這一過程可培養學生的創新思維和解決問題的能力.

以蘇教版八年級數學上冊“勾股定理的簡單應用”的教學為例，教師可以在課堂上設置學習項目，如“設計一座斜拉橋模型，確保橋的支撐結構和橋梁滿足勾股定理”.在這個項目中，學生要設計一座斜拉橋模型，包括支撐結構和橋梁，需要考慮橋的長度、高度、支撐點的位置以及橋梁的形狀等.這個設計過程需要將勾股定理應用于確定各個部分的尺寸和角度.接著，學生需要在模型場地上進行測量，以確定支撐結構的位置和橋梁的尺寸，可以使用測量工具（如測量尺和角度儀）獲取精確的數據.接下來，學生可以將勾股定理應用于計算橋梁各部分的長度和角度.他們需要確保勾股定理的條件得到滿足，以確保橋的穩定性.在設計和建造斜拉橋后，學生可以進行模擬和測試，以確保橋的結構是安全和穩定的.他們可以模擬不同的負載和條件，以驗證他們的設計是否符合實際需要.這種實際應用的學習方式可以激發學生的學習興趣，同時鍛煉他們的創造性思維和解決問題的能力，為未來的學業發展打下堅實的基礎.

結 語

STEM教育不僅為學生提供了全面發展的機會，還為他們提供了應對現實挑戰的強大工具.教師通過讓學生掌握數學方法、挖掘科學問題、應用技術手段及開發數學工程探究學習等STEM教育路徑，可以有效培養學生的創造性思維與數學核心素養.這一教育模式的推廣和深化將對初中數學教學的發展產生積極影響.

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