STEAM教育理念下初中數(shù)學跨學科教學策略研究

傅衛(wèi)軍

【摘要】“跨學科”是新課標反復(fù)強調(diào)的概念，要求教師打破學科壁壘，促進多學科整合教學.STEAM教育關(guān)注不同學科知識之間的影響與整合，以項目學習、問題解決為導(dǎo)向，將生活與社會問題融入學習主題之中，與“跨學科”概念不謀而合.文章將STEAM教育理念運用于初中數(shù)學教學實際中，以“自制學具—立體幾何模型”“設(shè)計制作長方體形狀的包裝盒”平面直角坐標系為例，探討如何展開初中數(shù)學跨學科教學，并提出了在STEAM教育理念下實現(xiàn)初中數(shù)學跨學科教學發(fā)展的策略，以供廣大教師借鑒與參考.

【關(guān)鍵詞】STEAM；初中數(shù)學；跨學科；教學策略

【項目基金】福建省基礎(chǔ)教育課程教學研究課題《基于STEAM教育理念的通用技術(shù)學科學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究》（立項編號：MJYKT2021-199）

現(xiàn)階段，中學一直以來都是采用分科式教學，故而導(dǎo)致學科與學科之間壁壘分明，這一現(xiàn)象極大地阻礙了通用技術(shù)學科綜合性的發(fā)展，也在一定程度上制約著各學科信息化教學改革.STEAM教育理念和跨學科教學，打破了學科之間的壁壘，使各學科知識得以整合，為初中數(shù)學的教學方式提供新思路.筆者正是基于這一觀點，在探索初中數(shù)學跨學科教學實踐之中引入了STEAM教育理念開展課程實踐，利用STEAM教育“模糊學科間的界限，提高學科間的聯(lián)系度，并以問題解決或項目學習的形式將其運用到真實的問題情境中”的特點，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力為切入點，通過教學實踐開展實際的課堂教學，對初中數(shù)學跨學科教學、STEAM教學模式及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的理論和實踐研究進行補充，還對相關(guān)策略進行了思考.

一、選定項目，運用跨學科知識強化學生空間觀念

STEAM教育，即科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學（Mathematics）的融合.在STEAM教育理念下，初中數(shù)學教師應(yīng)該將數(shù)學教育與其他學科結(jié)合起來，注重學生對幾何概念的理解和把握，加強對數(shù)學本質(zhì)的認識.教師可以通過多種方式引入數(shù)學概念，如利用高中通用技術(shù)課程“怎樣挑選材料”，選定與規(guī)劃“自制學具—立體幾何模型”項目，輔助學生認識、了解三維立體空間，強化學生們的空間觀念.具體步驟如下：

第一，項目選定.“設(shè)計制作長方體形狀的包裝盒”這一初中數(shù)學綜合與實踐活動，要求學生經(jīng)歷長方體形狀包裝盒問題的形成過程，在實踐中嘗試解決問題，但直接仿照書本上的內(nèi)容制作長方體形狀的包裝盒，顯然無法強化學生的空間觀念，在后續(xù)學習中學生可能由于缺乏空間立體感，在知識學習、解題時會感到吃力.并且，高中通用信息技術(shù)“怎樣挑選材料”這一節(jié)教材中廣告燈箱的例子并不日常，不利于學生學會根據(jù)設(shè)計對象正確選擇材料.鑒于此，筆者選定并規(guī)劃了“自制學具—立體幾何模型”項目，在整合了通用技術(shù)“設(shè)計的一般過程”“材料性能與規(guī)劃”及“結(jié)構(gòu)及其設(shè)計”等章節(jié)內(nèi)容基礎(chǔ)上，融入物理、工程等學科知識，為學生空間觀念形成、幾何模型學習提供支持.

第二，跨學科知識運用.確定項目后，筆者按照教學流程設(shè)計了具體的學習活動，以指引學生如何利用跨學科知識與方法解決實際問題，展開跨學科教學活動，讓學生此過程中建構(gòu)知識，形成素養(yǎng)，具體如表1所示.

第三，教輔資源設(shè)計.教師應(yīng)該提前準備充足的教學資源，包括各種實驗用的材料、零部件、電腦、3D打印機、木工工具等，并且要精心設(shè)計出詳盡的活動記錄表，以便更好地了解材料的特性、規(guī)劃、作品的設(shè)計、制作過程以及評估結(jié)果.通過收集這些詳盡的資源和過程性資料，筆者可以確保項目活動能夠有條理、高效的進行，同時能夠幫助學生們更好地回顧整個學習過程，從而更好地總結(jié)、反思，提升學生思維能力，并且培養(yǎng)出良好的素養(yǎng).

二、活用通用信息技術(shù)，打破多學科知識壁壘

在初中數(shù)學課堂上，教師通過利用通用信息技術(shù)，如幾何畫板、PPT、Flash等，將抽象晦澀乏味的數(shù)學知識點變得生動活潑形象，讓學生產(chǎn)生更加深入的理解，激發(fā)他們的學習興趣，引導(dǎo)他們發(fā)散思維，引導(dǎo)學生自主探索和解答問題，從而培養(yǎng)他們的學習積極性和主動性，最終形成自己獨特的數(shù)學學習方法.因此，數(shù)學教師應(yīng)當認識到培養(yǎng)在日常生活中運用數(shù)學意識的重要性，同時應(yīng)充分利用教材，努力挖掘?qū)嶋H應(yīng)用，并設(shè)計有效的教學情境，讓學生在潛移默化中體會到數(shù)學教育在實際生活中的重要性.

例如，在“二次函數(shù)”的學習中，初中數(shù)學教師通過使用Flash制造一段動畫片來展示表達式f（x）=ax2+bx+c（a不為零，且a，b，c是實數(shù)）的開放走向，以此來幫助學生更好地了解函數(shù)圖像表示的開放走向，并得以更有效地使用數(shù)學理論來解答現(xiàn)實提問.

又如，在“黃金分割”這一內(nèi)容教學中，教師借助通用信息技術(shù)，以“跨學科”的方式將美術(shù)等學科知識融入數(shù)學教學之中，面向?qū)W生展開多樣化的實踐活動.

師：黃金分割是指將整體一分為二，較大部分與整體部分的比值等于較小部分與較大部分的比值，達芬奇的作品《蒙娜麗莎》和《最后的晚餐》都運用了黃金分割，著名雕像斷臂維納斯，金字塔，巴黎圣母院，埃菲爾鐵塔，巴特農(nóng)神廟，都有黃金分割的痕跡.你們有了解過嗎？（一邊說一邊用多媒體展示圖1）.

學生A：不清楚.

學生B：聽過一點.

（板書：黃金分割點）

教師通過介紹與美術(shù)中相關(guān)例題的練習，引導(dǎo)學生學會如何利用黃金分割解決實際問題，充分體現(xiàn)了跨學科教學的教育理念，綜合發(fā)展學生的能力.在整個跨學科教學設(shè)計中，無論是跨的學科、跨的維度，還是跨的教學環(huán)節(jié)都符合初中數(shù)學跨學科教學的概念，突出了數(shù)學學科中心，實現(xiàn)了教學目標.

三、借助圖形案例編碼，設(shè)計跨學科教學活動

教學內(nèi)容：平面直角坐標系，針對七年級學生，設(shè)置2課時.

學情分析：大多數(shù)學生都掌握了數(shù)軸的概念，并且能夠?qū)⑺鼈兣c“確定位置”聯(lián)系起來.此外，隨著Scratch、Python等編程技術(shù)的普及，一部分學生也開始掌握這些技能，并運用這些技術(shù)解決實際問題.在這門課上，筆者將采用HBuilder這個編程HTML5，利用HTML5的Canvas標簽來進行STEAM的教學.這些Canvas的特征、函數(shù)都非常類似于Python的Turtle庫里的指令.因此，筆者希望能夠借此引導(dǎo)學生更好地掌握平面直角坐標的概念.

教學目標：①掌握平面直角坐標系的基本概念，包括橫、縱坐標、原點和坐標；熟練繪制出該坐標系的圖形；熟練掌握從圖形上提取每個點的位置，并用該圖形表示其所屬的坐標；深入了解“有序?qū)崝?shù)對”圖形上的每個點的特征，并建立起它們的映射關(guān)系.②Canvas技術(shù)可以幫助學生更好地理解平面直角坐標系的概念，并將其應(yīng)用到日常的工作當中.此外，教師還可以幫助他們提高STEAM的素質(zhì).

4.教學準備：①教師需要提供兩份多媒體資源，一份導(dǎo)學案，一份練習冊，一份評估表.學生需要完成一些預(yù)設(shè)的作業(yè)，包括：根據(jù)老師的要求，創(chuàng)建一個獨立的繪畫主題，例如，畫出漂亮的衣物、玩一個有趣的小船、亮起LED燈.提供多種學習工具，包括：方格練習本、直尺、三角板、草稿紙.此外，教師還提供了一些經(jīng)典的例題，幫助學生了解不同的學科，并能夠更好地進行相應(yīng)的學習.②學生需要做好充足的準備，包括復(fù)習課程資料，完成導(dǎo)學案的相關(guān)章節(jié)，清楚地理解學科知識，提升自身的學習能力，同時，需要做好針對性的復(fù)習，如完成測驗、實驗、演示等.

5.教學環(huán)節(jié)：①通過展示一段五子棋的視頻，教師可以幫助學生更好地理解平面直角坐標系的概念，最終，教師可以提出一個實際的問題，即這一概念能否被廣泛地運用到日常的工作和生活當中？②通過使用多種方式，教師可詳細介紹平面直角坐標系的關(guān)鍵概念和Canvas技巧，并回復(fù)學生在課前遇到的疑惑.接下來，教師將會向大家呈現(xiàn)一個完整的代碼，并詳細說明這些概念.

③教師可將學生分成不同小組，讓學生以小組為單位進行合作.小組成員應(yīng)該明確各自的職責，然后開始制作作品.每個小組應(yīng)該選擇一位演講者，上臺演示并進行匯報.在演講過程中，教師應(yīng)該在評估表格上給出評分.

④教師對每個小組的作品進行了詳細的評價，并公布了它們的得分，最后總結(jié)了所有涉及的知識點，并回顧了整個課堂.

結(jié) 語

STEAM教學主張采用跨學科方法以處理現(xiàn)實生活中富有挑戰(zhàn)性的問題，融入了社會科學、技術(shù)、工程、數(shù)學等四門課程的基礎(chǔ)知識和思維方法，并注重于通過處理實際問題、跨學科學習，訓練學生綜合看待問題、解決實際問題的能力.基于STEAM教育理念，初中數(shù)學教師在初中數(shù)學跨學科教學探索過程中，要切實地把數(shù)學課程內(nèi)容和日常生活實踐密切結(jié)合在一起，以現(xiàn)實生活中案例或是多學科知識整合起來，引導(dǎo)初中生在現(xiàn)實生活、信息技術(shù)以及通用信息技術(shù)學習平臺的輔助下，逐步進入數(shù)學的世界，體會數(shù)學學習的魅力.

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