數學跨學科整合培養學生科學素養的實踐路徑

張磊

初中數學是培養學生科學素養的重要學科之一，它涉及數學、自然科學、社會科學等多個學科的知識與技能。初中數學跨學科整合可以促進學生對科學知識的理解，提高他們的創新思維能力和實際應用能力，從而提升他們的科學素養，使他們更好地理解和應用數學知識，更好地適應未來的發展需求。因此，教師應重視初中數學跨學科整合，利用豐富的教學資源和多樣的活動，提高學生的知識水平和能力，從而增強教學效果。同時，學生也應該積極主動地參與跨學科整合的學習中，從中獲得更多的知識和經驗，提高自己的學習能力。

一、初中數學跨學科整合的意義

跨學科整合對于教育改革和推進素質教育具有重要意義，它不僅能夠培養人們崇尚科研、了解科研、進一步發展科研的意識，而且還能夠為經濟社會的蓬勃發展提供支撐。數學本身是一種重要的工具，它不僅可以幫助學生認識客觀、真實的世界，而且還可以推動物理、化學、天文等學科的蓬勃發展，為解決實際問題提供有力的支持。跨學科整合的運用是當今社會蓬勃發展的必然趨勢，數學教師可以結合其他學科，設計出具有吸引力的教學內容，開闊學生的眼界和思路，從而提升學生的科學素養。

（一）增強各學科之間聯系

跨學科整合以數學與其他學科的交叉點為載體，將各學科的知識相融合，增強各學科之間的聯系，促進教師之間的合作，各學科教師可以共同探索跨學科整合的有效路徑。對于學生而言，每個學科都不是獨立存在的，教師在設計教學內容時，可以融合各個學科的知識點，打造趣味課堂，能有效提高學生的知識應用能力，幫助學生運用所學知識解決實際生活中的問題，提升學生的學科素養。

（二）提高學生的學習興趣

在傳統教學中，學生知識體系的構建具有一定的局限性，這對學生創新性思維能力的發展有一定的限制。跨學科整合通過跨學科的方式將學科之間的知識點進行整合，能夠提高數學知識的趣味性，讓學生體會到數學學習的樂趣。教師將數學知識與實際應用相結合，學生能夠感受到數學與生活的密切聯系，提高對數學的學習興趣。

（三）培養學生的創新思維

跨學科整合這一教學方式可以促進各學科教師之間的協作，從而培養學生的創新意識。同時，不同學科教師之間的頭腦風暴可以幫助教師突破教學瓶頸，從而增強教學效果。通過跨學科整合，教師可以為學生提供不同的解題思路，發展學生的發散思維并設計出多角度的解決方案，從而提高他們的創新能力，培養他們的創新思維。

二、數學跨學科整合的建議

（一）適當控制整合難度

部分學生的數學基礎不夠扎實，跨學科整合教學可能會增加他們的學習負擔。在進行初中數學跨學科整合時，教師需要注意整合的難度和程度，逐步引導學生理解跨學科整合教學的重要性。同時，教師也要充分考慮學生認知水平的差異，適當控制整合難度，讓學生逐步掌握數學知識。

（二）提升教師的專業素養

部分教師缺乏跨學科授課的經驗，還有部分教師教育觀念落后，認為跨學科授課無法有效提高學生的學習能力。筆者認為，學校可以通過成立跨學科備考組、開展跨學科課堂教學實踐活動、組織教師參加跨學科教學專家講座等方式，加強各科教師之間的交流與合作，讓他們更好地了解和掌握跨學科整合方面的知識，提升自身的專業素養，從而提高學生的學習積極性，增強教學效果。

三、數學跨學科整合以促進學生科學素養的課堂教學案例

（一）教學內容

以初中數學“正比例函數和反比例函數”中第一節知識點的教學為例，這一課的教學目標是引導學生深入探討函數及其相關的定義，并通過實例分析和討論，幫助學生更好地理解函數的性質和特征，從而提升學生的數學素養。函數是數學中非常重要的基本概念之一，它揭示了真實生活中數量關系之間互相依存和變化的實質。筆者以“天宮一號”載人航天工程為背景，在這節課中，首先利用視頻導入給學生介紹了變數和常量的概念；其次，筆者結合例題，讓學生了解變數相互之間的聯系，概括出函數的核心概念“變數相互之間的關聯”；最后，筆者通過布置作業和知識回顧環節幫助學生鞏固函數的概念，加深學生對所學知識的印象，并讓他們明白科學與數學之間的關系。

（二）教學目標

這一節課的教學重點是讓學生理解變量、常量、自變量、函數和函數解析式的概念，教學難點是使學生理解變量之間的相互依賴關系。這一節課的教學目標如下：一是經過對“天宮一號”的數量分析，引導學生更好地了解數量的意義，并知道常用的數量；二是根據實例，使學生能區分變數和常量這兩個概念，并能夠以運動和變化的觀點看待相關數量關系；三是引導學生理解函數、自變量、函數解析式的概念，了解函數不同的表示方法。

（三）教學過程

1.課程導入環節。筆者帶領學生觀看了四季交替、花朵綻放、天宮一號發射的相關視頻。在這個環節中，筆者以科學實例和生活情景為載體，創設了科學情境，以引出數量的概念，讓學生體會“數”與“量”的關系，同時培養學生探索科學的興趣，從而提升學生的科學素養。

2.學習探索環節。在這個環節中，筆者創設了如下問題情境：地球上的赤道是一個大圓，半徑r0≈6.378×106米，設想天宮一號環繞赤道飛行一周，其軌道是與赤道在同一個平面且同圓心的圓E，如果圓E的周長為a米，那么圓E的半徑r是多少米。結合上述問題情境，筆者給學生設計了以下問題：在這個變化過程中，體現了哪些數量；哪些量是保持不變的，哪些量是可以根據需要進行調整的；變量r和變量a有怎樣的聯系；在這個變化的過程中，當變量a取一個確定的值時，變量r的值是否可以確定；變量a是否可以取任意值，其原因是什么。

在“天宮一號”載人航天工程的背景下，筆者以問題串的形式引導學生深入探討了變量與常量之間的關系，讓學生更加清楚變量之間的依賴關系，了解自變量的取值范圍，從而培養學生分析、解決問題的重要技能。在教學過程中，筆者通過創設問題情境，讓學生試圖掌握函數的概念，加深對函數知識點的理解，促使他們學會用數學的眼光觀察世界、運用數學思維探索世界。

3.作業布置環節。筆者給學生布置了以下練習題：某地某日的氣溫變化情況如圖所示（見圖1），請根據圖1，得出這天的最高氣溫和最低氣溫；如果在圖像上取一個點，請問這個點代表什么意思。這個環節旨在跨學科整合的引領下，通過攝氏度、華氏度之間的轉換和氣溫的變化關系，促使學生利用數學知識來分析、解決問題，幫助學生鞏固所學知識點。

4.知識回顧環節。在知識回顧環節，筆者詢問學生：“在這節課中，你們學到了什么？關于這節課你們還想知道什么？”有學生回答道：“在這節課中，我掌握了函數的概念，了解了關于‘天宮一號載人航天工程的相關科學知識，還有攝氏度與華氏度的轉換公式，還學會了讀取圖像信息的方法。我還想知道更多的與航天有關的資料，爭取以后成為一個對社會有用的人。”通過知識回顧環節，學生表達了自己的想法。在該環節中，教師不僅要幫助學生鞏固所學知識點，加深他們的記憶，還要讓他們明白，科學與數學是相互促進的，數學是科學研究的基礎和主要工具，要想深入研究科學技術，就必須學好數學。

結語

筆者以“天宮一號”載人航天工程為教學背景，實施跨學科融合，旨在讓學生了解科學、認識科學，從而培養學生的科學興趣，促使他們愛上科學，進而提升他們的科學素養。在整個初中數學中，還有許多課程內容可以進行跨學科整合，如“百分比的應用”“科學計數法”“勾股定理”“一次函數的應用”等，教師應該借助其他學科的知識，實施跨學科整合教學，避免使數學學習枯燥無味，讓學生帶著興趣去了解和學習數學知識。教師應該提高自身跨學科整合的教學水平，創設有意義且符合生活實際的教學情境，將數學思想和核心概念與其他學科相融合，以培養學生的創造性思維，提高他們的獨立思考能力和自主探索能力，從而促進他們成長和發展。

（作者單位：上海市奉賢區實驗中學）