基于STEAM教育理念的初中數學教學活動設計

［摘 要］ STEAM教育理念是一種創新教育理念，其以實際問題為背景，關注學科間的聯系，關注學生應用能力、創新能力和數學素養的發展與提升. 基于STEAM理念的數學教學更能凸顯數學的應用價值，促進有效學習和數學核心素養的落實.

［關鍵詞］ STEAM教育理念；應用能力；創新能力

在新時代背景下，數學建模的運用越來越廣泛，培養學生數學建模能力已成為數學教學的一項基本任務. 不過，受應試教育的束縛，初中生的數學建模能力較為薄弱. 在實際教學中，教師常常有這樣的感嘆，學生平時對單一知識的理解和掌握還不錯，但是在考試時，雖然能夠通過閱讀找到有效信息，但是卻很難將實際問題轉化為數學問題，更不用提應用數學模型解決問題了，可見，學生的建模能力直接影響了解題效果. 其實影響學生數學建模能力提升的原因有很多，但是教師的“教”是主因，在數學教學中，教師重視定義、定理、結論等現有知識的教授，忽略引導學生經歷數學知識抽象的過程，加之沒有對數學建模方法給予有效地指導，所以學生在面對一些陌生的題型或者與生活緊密聯系的問題時就顯得束手無策. 因此，在數學教學中，教師應重視數學建模能力的培養. 筆者在教學“勾股定理的應用”時，以STEAM教育理念為指導，引導學生經歷將實際問題抽象成幾何圖形的數學過程，發展學生的數學建模意識.

STEAM教育理念融于數學教學的意義

隨著時代的發展，現代社會對人才的需求越來越高. 為了培養應用型、復合型、技能型人才，STEAM教育理念得到了廣泛的關注. STEAM教育理念作為一種新型的教育理念，其重視跨學科融合，注重對學生實踐能力和創新思維的培養. 在具體教學中，以項目或者數學問題為導向，引導學生經歷數學知識抽象過程，通過跨學科知識的遷移與應用，發展學生數學核心素養. 將STEAM教育理念與數學建模相融合，能夠推動學生數學建模能力的提升，促進學生學科實踐能力與自我學習、探究能力的發展，彰顯數學“學以致用”的本質.

STEAM教育理念在數學建模中的應用

STEAM教育理念下的數學建模教學應重視實際問題的解決，充分體現數學學科的本質，促進學生綜合能力的發展. 教學中，教師要認真研究教學內容，梳理知識與技能要點，明確教學重難點，找到各學科的融合點，并制定相應的STEAM教學活動，以此促進學生數學核心素養的發展. 在“勾股定理的應用”教學中，教師認真研究教學，以STEAM教育理念為導向，設計如下教學活動.

1. 教學目標

（1）知識與技能

①學會應用勾股定理及其逆定理解決簡單的生活實際問題；

②學會應用數學模型解決實際問題.

（2）過程與方法

①引導學生親歷數學知識抽象過程，培養學生數學建模意識；

②通過動手實踐、自主探究和合作交流等方式體會數學知識形成、發展與抽象等過程，體會“曲化直”轉化思想，發展學生空間觀念.

（3）情感、態度和價值觀

①體驗數學探究的樂趣，幫助學生養成勤于思考、樂于探究的品質；

②體會數學知識在解決實際問題中的應用價值，感受數學文化的魅力.

2. 教學重難點

重點：應用勾股定理及其逆定理解決實際問題.

難點：構建直角三角形模型.

3. 教學過程

（1）創設情境

師：課前已經讓大家收集了關于葛藤的相關資料，現在我們一起來看一下這個豆科藤蔓類植物（教師投影展示葛藤圖片）. 葛藤的腰莖不硬，常常攀附在灌木和樹干上. 認真觀察葛藤會發現，它總是沿著最短路徑攀爬，這樣螺旋上升（教師投影展示葛藤的攀爬路徑）. 請嘗試制作它的路徑模型，并思考“為什么葛藤的攀爬路徑是最短路徑？”

教師提供時間讓學生自主交流，并制作路徑模型.

設計意圖 教師以現實生活為背景，通過創設有趣的問題情境來激發學生的探究欲. 課前教師讓學生查閱資料，以此拓寬學生的視野，提高學生收集和整理信息的能力. 同時，在此過程中，教師鼓勵學生合作交流、動手實踐，在思考與交流中豐富學生的認知結構，提高動手操作能力. 通過以上活動的安排，有助于學生直觀想象和數學抽象素養的培養.

（2）問題分析

師：誰來說一說，你是如何繪制路徑模型的呢？你能否將空間圖形轉化為平面圖形呢？

問題給出后，教師預留充足的時間讓學生合作交流，教師巡視，并投影展示學生的探究結果. 教師投影展示路徑模型，如圖1.

師：結合圖1談一談，你是如何理解最短路徑的呢？

生1：兩點間的連線中，線段最短.

設計意圖 通過小組合作交流拓寬學生的視野，提高學生的語言表達能力. 同時引導學生經歷實際問題的抽象過程，發展學生空間觀念，培養學生模型意識，發展學生藝術素養.

（3）自主探究

師：如何求解最短路徑呢？

教師啟發學生利用“兩點之間線段最短”來構建直角三角形模型，讓學生運用勾股定理解決問題，體會由曲化直思想方法的應用.

設計意圖 教學中，教師以問題為導向，引導學生構建直角三角形模型，并應用勾股定理解決現實問題，培養學生數學建模意識，提高學生解題技能. 在此過程中，教師沒有直接講授，而是預留時間讓學生自主探究，啟發學生應用所學知識解決問題，發散模型思維，體會“曲化直”的轉化思想. 通過以上問題的探究有助于學生自主探究能力的提升，促進學生數學核心素養的發展.

（4）遷移應用

如圖2，MN是我國領海線，MN東面為公海，西面為我國領海. 上午10時30分，一艘走私船C準備偷渡到我國領海. 船C以13海里/時的速度向正西方向行駛，該船引起了我國在MN線上巡邏船B和一艘正在我國領海巡查的巡邏船A的注意. 已知巡邏船A到走私船C的距離為13海里，巡邏船B到走私船C的距離為12海里，A、B兩船的距離是5海里. 若走私船的速度保持不變，它何時會到達我國領海？

問題給出后，教師讓學生獨立思考，然后呈現學生的思考過程.

師：對于此題，你是怎么想的？

生1：解題的關鍵就是求出CE的長度，這樣就能求出最早時間.

師：很好，如何求CE的長度呢？

生2：已知AB，BC，AC的長度分別為5海里、12海里、13海里，它們正好是一組勾股數，所以△ABC為直角三角形. 又BE⊥AC，根據三角形面積公式可以求出BE的長度，繼而根據勾股定理求出CE的長度.

師：非常好，還有其他方法嗎？

生3：我是通過列方程的方法計算的，設CE的長為x海里，則AE=（13-x）海里，根據勾股定理可知AB2-AE 2=BC 2-CE 2，代入值后可以求出CE的長.

師：非常好，利用方程的思想方法解決了問題.

設計意圖 教學中，教師以生活情境為依托，在檢測學生基礎知識掌握情況的同時，讓學生切實體會數學在生活中的實際價值，改變為成績而學的錯誤觀念，樹立正確的學習觀. 同時，在此過程中，教師鼓勵學生應用不同的方法解決問題，讓學生體會解題方法的多樣性，提升學生數學素養.

（5）課堂評價

在本環節，教師讓學生自主總結歸納本節課的所學、所獲，然后通過組內評價、組間評價和教師評價等方式對所學內容進行梳理完善，以此優化學生的認知結構，建構個體的知識體系.

設計意圖 STEAM課堂評價不同于傳統課堂評價，它不僅關注知識的掌握和技能的提升，而且關注創新思維的提升和數學核心素養的落實. 在此環節，教師將傳統教師評價和學生評價相結合，預留時間讓學生對課堂內容進行總結反思，并鼓勵學生提出自己的所思、所想、所獲，切實改變以師為主的被動接受模式，讓學生成為課堂真正的主人. 另外，在此過程中，教師要設計多維評價指標，要對知識技能、情感態度、STEAM素養和學科素養等內容進行全面的、綜合的評價，了解學生的真實發展水平，從而為后續教學活動的順利開展保駕護航.

總之，STEAM理念應用于數學教學中，有利于發展跨學科知識能力，有利于提升學生數學素養. 在數學教學中，教師應將STEAM教育理念融于課堂，根據教學內容開展一些課外實踐活動，讓學生在活動中去理解知識，應用知識. 另外，教學中，教師還應該重視模型思想的滲透，讓學生學會用數學模型解決實際問題，幫助學生樹立正確的學習觀念，形成良好的學習習慣，實現高效教學.