STEM理念下數學教學優化策略

周雄

【摘要】STEM教育理念自2007年開始引入我國至今已有十余年的時間，且經過十余年的發展，STEM教育理念在教育教學領域中的應用逐漸演變為“STEM+”教育、“STEM”教育.該教育理念強調科學、技術、工程、數學四類領域的跨學科融合，基于STEM理念下的學科教學，有利于教師培養復合型STEM人才，符合現階段國內新課改政策對學科人才培養所提出的要求.本文將STEM理念在學科教學中的應用作為研究背景，以初中學段數學學科中的幾何圖形教學內容為例，從融合可行性與融合優勢、應用策略兩個維度展開分析，旨在提升初級中學段數學學科“教”與“學”的有效性.

【關鍵詞】STEM理念；初中數學；幾何圖形

將STEM理念應用于學科教學實踐中，“STEM”所代表的是一種跨學科的、學科整合的教育觀念，并非僅局限于科學、技術、工程與數學學科間的簡單相加.基于STEM教育理念的學科教學實踐強調學生能夠運用多學科知識解決具體的問題，并從探索視角開展學習活動.STEM教育理念下的學科教學具備體驗性、情境性、協作性以及設計性的特點，與此同時，STEM教育理念倡導知識與能力的地位相等、倡導教學問題的設計與教學活動的設計以生活為基礎.

1STEM理念融合數學教學的優勢

初中數學教學貫徹實施STEM理念具備較多的優勢，其一在于能夠促進學生思考，STEM理念下的數學教學實踐，教師需要在教學環節中或多或少地向學生滲透其他學科知識，而教師做跨學科滲透的過程即是促進學生思考的過程，學生可以在教師的教學引導下通過思考了解數學知識與其他學科之間的緊密聯系，學生也可以將幾何圖形相關內容中的平面直角坐標系知識作為基礎解決科學領域中的物理學知識，如利用坐標圖象探究圖象中所隱藏的物理量關系.其二在于能夠提升學生解決問題的能力，在以往的初中數學教學實踐中教師大多以概念呈現→典型例題講解→教學總結為主線開展教學，在課時安排相對緊張的條件下此種教學模式雖然能夠保證學生的知識獲得，但并不利于培養學生解決問題的能力，而STEM理念下的數學教學，更為側重學生的自主探究，要求教師為學生創設探究具體問題的情境，并鼓勵學生投入至問題探究之中.

2STEM理念下數學教學優化策略

2.1構建STEM教育框架

將現有的與STEM教育相關的理論研究作為基礎，構建STEM教育框架，見下圖1所示.

由圖1所示的STEM教育框架可知，于框架的最頂端為STEM的教育目標，即通過開學可教育培養復合型、應用型的STEM人才.分析該教育目標，其本質是為了能夠擴大學生的知識面，使學生在一個特定的問題情境之中接觸和掌握更多的知識，由此可見學科融合是STEM教育理念最為顯著的特點.在初中數學教學實踐中可供任課教師實現學科融合的切入點主要在于教學目標、教學內容、教學引導、教學延伸四個維度，教師可以將多學科知識融合成為教學內容，幫助學生構建更為全面的知識體系，也可以通過教學設問引導學生思考與學習內容相關的其他領域知識，亦或是將數學知識作為基礎向學生延伸與學習內容相關的其他學科知識.

2.2梳理STEM教學思路

本節將上文的STEM教育框架作為基礎基于STEM理念的跨學科特點從教學目標、教學內容、教學引導、教學延伸四個維度概述STEM理念下的數學課堂教學思路：

其一，教學目標跨學科.STEM理念下的教學目標跨學科需要教師在設定教學目標的過程中融入STEM教育所涵蓋的科學、工程、技術三個領域.

例如教師在執教“最短路徑問題”一課中，本節課程的教學目標為學生能夠利用最短路徑規律解決較為簡單的路徑問題，那么在教學目標設定環節中教師則可以設定跨工程學科的教學目標，并基于這一目標于具體的教學環節中融入道路橋梁工程中的道路選址、橋梁選址問題，從而使跨工程學科的教學目標為教師在課堂教學實踐中貫徹STEM教育提供明確的指引.

其二，教學內容跨學科.STEM理念下的教學內容跨學科需要教師在教學實踐中關注跨學科領域教學資源的搜集，一般情況下，教材所給出的教學資源并不能夠支撐教師開展STEM教育，所以建議教師利用互聯網渠道與優秀教學案例、網絡資源之中篩選與課堂教學內容相關的跨學科資源.

例如教師在執教“投影”一課中，可以將光線照射三角尺形成中心投影/平行投影的微視頻作為教學資源，于課堂教學初始階段利用教室內的多媒體設備為學生呈現出來，實現數學教學內容跨物理學科知識，一方面強化數學知識與物理知識之間的聯系拓展學生的知識視野，另一方面為學生后續的正投影學習奠定認知基礎.

其三，教學引導跨學科.STEM理念下的教學引導跨學科需要教師在教學實踐中重視引導學生思考數學問題或學習任務在其他領域中的應用.

例如教師在執教“平行線的性質”一課中，待學生掌握了平行線基本性質后，教師可以利用課堂教學冗余時間向學生滲透與道路工程相關的交通信號燈安裝知識，使學生了解信號燈的基準軸與地面平行的道路工程相關知識，實現數學教學引導跨工程領域知識，一方面強化數學知識與工程領域知識之間的聯系，另一方面拓展學生的視野拉近數學知識與實際生活之間的距離.

其四，教學延伸跨學科.STEM理念下的教學延伸需要教師將側重點放在教學總結與課后作業布置兩個方面.

例如教師在執教“角的平分線的性質”一課中，于課堂教學總結環節可以向學生延伸平分角工具在工程建筑領域中的應用知識，使學生了解可以應用平分角工具測量房屋屋頂、門窗、櫥柜框架等的角度是否符合技術標準，實現數學教學延伸跨工程學科知識拓展學生的視野.于本節課程結束后教師還可以布置制作角平分工具，并應用所制作的角平分工具測量家中門窗、櫥柜框架角度是否符合技術標準的作業，一方面促使數學知識向實際生活的過渡，另一方面使學生掌握較為簡單的工程測量技術.

2.3優化STEM教學實踐

為詳盡分析，本節以九上“圖案設計”一課為例論述STEM理念下的數學課堂教學實踐，具體的操作程序見下文內容：

2.3.1課前準備

課前準備是教師開展課堂教學活動的關鍵，而STEM理念下的課前準備，教師除需要把握教情學情外，還需對本節課程的跨學科知識分布進行梳理.首先，在教情方面，本節課程的教學重難點在于學生能夠利用平移、軸對稱以及旋轉的圖形變換方法設計圖案；在學情方面，學生學習本節課程之前已經掌握了圖形平移、軸對稱的相關知識，同時也了解了圖形旋轉的性質.但諸如上述知識在實際生活中的具體應用，學生接觸較少、能力有待提升.其次，在跨學科知識分布方面，結合本節課程的教學內容，基于“STEM”進行知識劃分，具體如下：

S：學生在進行圖案設計的過程中需要客觀地思考，并融入科學的想法與理念；

T：學生需要掌握幾何畫板的應用技術，并應用幾何畫板完成圖案設計；

E：在圖案設計環節中學生組內討論，并對所設計的圖案進行嚴密的計算，保證每一步操作的規范性；

M：學生在圖案設計環節中需選擇初始圖形及圖形變換方式，學生能夠體驗圖形變換的過程并獲得一個精美的圖案.

2.3.2課中教學

首先，教師于多媒體大屏幕上呈現新冠病毒圖片（下圖2）與敦煌洞窟與中歐教堂圖片（下圖3），并提出“觀看大屏幕中各個圖案的特征，思考這些圖案是怎樣形成的”的教學問題，在教學內容方面跨生物學科知識與建筑工程學科知識，利用圖案呈現幫助學生回顧圖形平移、圖形旋轉與圖形軸對稱的特征.

其次，教師于多媒體大屏幕上呈現多種圖案，如圖4，并設置“結合上述圖案結合各個圖案形成的規律畫出每一個圖案的基本圖形”的學習任務，在教學引導方面跨科學學科知識，使學生能夠以科學嚴謹的態度基于圖形變換特性將各個圖案的基本圖形再現出來.

最后，教師指導班級學生應用智能手機下載幾何畫板APP，并鼓勵學生應用幾何畫板APP的相關功能，結合自己的偏好選擇一個基礎圖形進行圖案設計，通過教學引導在達成教學目標的基礎上為學生體驗圖案設計技術、幾何畫板應用技術創設契機.待圖案設計結束后教師可以要求班級學生以小組為單位對所設計的圖案，其基礎圖形是否符合旋轉、抽對稱、平移的圖形變換特性進行周密地計算.

3結語

綜上所述，本文以初中數學幾何圖形部分教學內容為例概述了STEM理念融合初中數學教學的可行性與優勢，分析了STEM理念下初中數學教學優化的策略.通過本文上述的理論研究得以明確STEM理念在初中數學教學中的融合具備可行性，且在初中數學“教”與“學”兩個方面均具備融合的優勢.總體來看，STEM理念下的初中數學教學實踐教師需要將STEM理念的跨學科特點作為切入點，除構建STEM教育框架、梳理STEM教育實施思路、做好STEM教育實踐外教師還需主動提升自身的跨學科資源收集能力，通過科學、工程與技術學科知識與數學學科知識的有機融合拓展學生的認知視野，強化學生的知識運用能力.

參考文獻：

[1]趙群.初中數學教學中幾何圖形折疊問題的解題探討[J].求知導刊，2022，（32）：86-88+115.

[2]方淑芬.探究初中數學幾何圖形教學問題[J].學苑教育，2022，（32）：52-53+56.

[3]戴麗麗.讓學引思理念下數學教學優化策略[J].數學大世界（上旬），2020，（09）：48.

[4]馬健.對話教學理念下小學數學教師提問行為的優化策略[J].中國校外教育，2020，（20）：30+32.