STEAM教育理念下初中數學圖形與幾何教學設計與應用研究

車文亮

科技創新是人類社會和國家發展的第一驅動力，當下經濟社會發展在創造力方面對有著明顯優勢的技術型人才的需求逐漸增加。STEAM教育理念打破了學科的界限，學生可以通過對學科知識的融合與遷移解決各種實際問題，這一優勢也逐漸進入了初中階段的數學教學工作者的視野。本文基于初中數學中的幾何和圖形部分知識的視角，簡單探討了傳統初中數學教學工作中暴露的各種不足，將STEAM教育理念在初中幾何與圖形中的應用作為基礎，設計具體設計環節，從問題的多維度思考并探索理論知識和實踐生活的有效融合策略。在我國素質教育工作逐漸深化的影響下，初中階段的數學教學工作需要同時面向現代、未來以及世界，逐漸滿足現實生活在人才方面的需求。STEAM作為一種跨學科知識，融合了現代化教育理念，集合了科學、技術、工程、藝術、數學等多個領域的綜合能力，確保學生能夠在知識學習、遷移應用中了解基礎知識及學科知識之間的關聯，對學生自主學習、創新能力的發展有非常重要的作用。

一、傳統初中數學教學工作中暴露出的不足

第一，結合教學內容生成的教學目標缺乏明確性。初中數學教學大綱是教師備課以及落實各部分知識教學的理論指導。教師可以依賴大綱提出的要求以及真實教學內容生成課堂教學目標，但并未在目標制定之前開展相應的針對性分析，這意味著最終形成的教學目標和學生的認知特點、認知思維發展能力等方面存在脫節甚至于沖突，影響教學目標在學生綜合能力培養方面導向作用的發揮。

第二，慣用的數學教學模式單一化。我國素質教育要求教育工作者摒棄之前用單一分數評論學生優劣的思想。但實際上，數學作為學生中考和高考的重要學科，考慮到初中階段的學生面臨著高中升學的較大壓力，教師的工作中心通常集中在學生基礎知識技能的強化以及考試分數提升兩方面，理論知識灌輸以及課后習題機械化訓練等方法的應用極為普遍。雖然學生能夠運用相關基礎知識解決程序化問題，但學生的學習主觀能動性受到明顯阻礙，對學生的思維和邏輯發展產生的影響深遠，也就是“會學不會用”。

第三，教師對數學知識的教學尚未和其他學科之間建立關聯。現如今，部分教師的教學視野單純局限在自己所處專業的教學中，尚未建立完善的學科跨越式教學理念，并未將數學與工程、技術、藝術等多個專業的領域知識進行串聯。學生只能解決有關教材和試卷上的各種抽象化問題，對于實際生活觀念的真實問題卻無法靈活運用基礎知識進行解答，這對學生核心素養和經濟發展所需的關鍵能力培養都會產生明顯的負面影響。

二、初中數學圖形與幾何知識教學中應用STEAM交易理念的可行性

（一）理念內涵貼近學科知識邏輯性要求

同為理科學科的物理、化學能夠借助實驗推論方式得出最終的結論，以各種邏輯方法辨別基礎探索理論知識的真偽。數學知識本身對邏輯方面的要求極高，只有問題的解決邏輯嚴密到無懈可擊，方能得出正確的結論，尤其是在初中數學的圖形和幾何知識中體現得最為明顯。數學知識的遷移應用以及現實問題的解決對學生在數學常識理解方面的要求相對較高，需要學生完全掌握數學學科知識的邏輯。STEAM教育理念要求學生在親身探索、解決的過程中對不同學科知識點的聯系進行感受，對知識的遷移以及綜合使用產生持續的反思、糾正和發展，確保學生在思想上認識到數學知識固有的邏輯性。

（二）理念貼合數學知識抽象的需求

與小學階段的基礎數學知識相比，初中階段教材中的各項數學內容僅僅是將知識體系中最為單純的數量、空間進行了保留，要求學生根據自身的思維和邏輯想象探索出基礎概念。學生對幾何和圖形知識體系中黃金分割和位似理解和記憶的難度較大，這與教師慣用的理論知識灌輸教學模式有著不可分割的聯系。即便學生能夠憑借自己的理解強行記憶位似的價值和作用，但在問題解決過程中的知識應用機械化、刻板特征十分明顯。STEAM教育理念本質上是科學、技術、藝術、工程、數學五大學科的結合，要求學生對專業基礎知識以跨學科的形式理解，并在現實問題中進行靈活遷移應用，確保學生能夠在親身數學實踐中得出正確的結論，對學生綜合能力的發展有著良好的促進作用。

三、初中階段的數學圖形與幾何中的STEAM教育理念設計和應用思路

（一）總體理念的應用思路

結合教育界對STEAM理念的研究成果發現，在教學工作中的設計與應用通常可以將最熟悉的項目式教學作為出發點。教師要綜合考量學生在基礎知識的理解和積累方面的具體情況，基于學科關鍵問題和核心素養的要求，提出學習項目及核心問題，將目前學生能夠接觸到的課程和學科內容進行項目式的轉化。總體而言，基于STEAM教育理念在初中數學幾何和圖形教學中應用，首先，教師需要結合學生的學習需求，創設與核心素養和學科核心問題密切關聯的真實生活情境，確保學生能夠在教師的引導下自行發掘需要解決的真實問題，明確本堂課學習的重要任務。其次，教師可以科學合理劃分學習小組，帶領學生根據基礎知識逐漸生成相應的問題解決方案，確保學生能夠將已經成型的解決方案進行貫徹實施，配合小組成員之間的相互溝通以及交流，形成相應的問題答案。最后，教師需要對學生在課堂學習中的具體態度行為和最終的結果進行全方位的評價和反饋。

（二）具體的設計環節

一般而言，幾何和圖形中STEAM教育理念的具體應用，需要教師要優先明確課堂教學的具體任務以及主題，并以教材內容和課程大綱的要求作為出發點，確立符合學生認知特點的教學目標，并落實各項準備和教學過程的設計工作，配合后續教學評價工作機制，引領學生親身經歷整個數學知識形成和應用的過程。

比如，“測量旗桿的高度”是初中數學幾何和圖形內容的學習結束之后的綜合性實踐活動，學生對相似三角形基礎知識的理解、認知基本達到了初步的要求。教師以這種綜合實踐活動作為項目主題，確保學生能夠在實踐問題解決的過程中，對于章節中涉及的各項基礎知識進行二次復習和理解，以此促進學生現實生活問題科學探究以及知識遷移能力的提升。

作為教材學習完成之后的實踐活動，旗桿高度測量的內容是為了幫助學生結合已有的相似三角形知識體系形成旗桿測量活動的合理方案，具體的教學目標是通過學生小組活動的實施對相似三角形的判定因素、基礎性質進行應用和二次復習，確保學生的數學學習能力和實踐問題解決能力能夠得到提升。首先，教師需要將天安門廣場每日升國旗儀式的視頻通過多媒體設備進行播放，引出核心的問題，讓同學們思考五星紅旗的具體高度，學生會優先想到需要測量旗桿的高度。教師則可以以此為契機引領學生借助已有的相似知識體系進行學校旗桿高度的測量。其次，教師需要將學生劃分成多個學習小組，針對小組測量方案的缺陷給出針對性的指導，并為學生小組提供必要的測量工具，幫助學生掌握這些工具的正確使用方法，保證后續結果的測量精準性。在學生進行旗桿高度測量實踐活動中，教師在巡查的同時，需要為學生提供必要的幫助，并對學生在實踐中的方案整理、過程實施和創新狀況給予初步判斷，這也是后續多元化評價不可或缺的重要內容。最后，在項目完成之后，教師需要邀請各學生小組匯報自己的成果，對各個小組成員提出的各種建議和優劣勢進行適當給予補充，也可以將小組以及成員之間的自我評價、相互評價和教師評價結果進行收集、整理和反思。

四、初中階段數學圖形與幾何中STEAM理念應用的策略

（一）促進學生對問題的多維度思考和探索

考慮到進入初中階段的學生正處于青春期，自我意識逐漸覺醒，并且對于自己存在的各種優缺點能夠形成較為客觀全面的認知，在思想方面不希望受到來自家長和教師的約束，STEAM教育理念則是解決了傳統教育工作方法的單一問題，教師尊重和認可學生在知識學習過程中的多元化選擇，并且可以將各種創意元素逐步融入課堂教學，確保學生能夠在快樂的氛圍下對同一個問題進行多維度的思考。

比如，在幾何圖形這部分知識的學習后，教材的探究性問題要求學生從多個層面觀察9個正方體拼成的立體圖形，思考可以得出的平面圖形種類。實際上，這一探究問題是平面與立體幾何之間進行相互轉化的典型例題。首先，教師可以將學生日常生活中最為常見的各種立體藝術作品、手工作品、建筑模型作為知識拓展的基礎，將學生進行小組劃分，引導學生結合已有的想象力和創造力對各種工具和幾何圖形進行相應的立體結合創作和思考。比如喜愛建筑模型的學生小組可以利用各種紙質幾何圖形搭建自己想象中的或者是世界上有名的建筑物，并在建立的過程中思考建筑物具體的抽象幾何圖形來源以及展開圖的具體表現和特征；偏好手工藝術愛好方面的學生可以利用廢紙、塑料和3D打印等資源設計、創作手工藝術作品。其次，在全體小組完成作品設計后，教師可集中收集、展示不同小組的手工成品，讓不同的小組成員之間進行相互評價，包括幾何圖形的特點以及與本組手工產品之間的區別。這種教學方法很好地發揮了STEAM教育理念在信息技術、手工制作、繪畫等方面的優勢，學生能夠針對這種體積和平面相互轉化的問題從多個層面進行思考，這對學生綜合能力的發展和培養具有十分顯著的促進作用。

（二）實現理論知識和實踐生活的有效融合

STEAM教育理念是集工程、技術、藝術、數學等多種學科知識的現代化教育理念，提倡學生在理論知識的學習、理解和記憶之后，與實踐生活問題進行關聯，確保靈活運用各種基礎知識，解決現實生活中的問題，以此將傳統數學知識學習存在的時間和空間局限全面打破，在日常生活中逐漸形成時刻應變、探索創新、自主思考等方面的數學綜合能力，這也是后續高中數學和高等數學持續學習的必要基礎條件。

比如，在帶領學生共同學習幾何圖形這方面知識時，教師需要以現實生活中存在的各種事物作為出發點，幫助學生將圖形知識中包含的內涵進行發掘、探索和理解。同時，教師在課堂環節中也可以讓學生向其他同學展示自己在課前搜集到的各種幾何形狀的物體，并基于幾何物體提出趣味性問題，配合學生的積極討論設置知識競賽活動，確保學生在知識學習和問題探索方面保持積極性，讓學生成為課堂知識學習和應用的主人，學生彼此之間也要進行知識的相互交流和探索，也可以幫助其保持對知識技能學習和應用的敏感性。

五、結語

總體而言，集成化、綜合化的STEAM教育理念與初中數學階段的幾何和圖形知識的融合需教師結合教學大綱以及教學內容，從教學目標的確立以及課堂環節的設計、活動方案的實施、活動評價等方面進行優化，確保學生能夠以教師的引導和數學教材作為出發點，針對同一個問題進行綜合思考和動手實踐，真正建立起理論知識和現實生活之間的關聯，讓數學知識回歸于生活。