基于STEM教育的初中數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐探索
——以三角形的穩(wěn)定性為例

黎娜娜

（興義民族師范學(xué)院數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院 貴州·興義 562400）

0 引言

STEM教育是集科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合教育，是將四門學(xué)科內(nèi)容組合形成有機(jī)整體，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的教育。STEM 教育模式實(shí)現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、工程以及數(shù)學(xué)各個(gè)學(xué)科的整合，強(qiáng)調(diào)在學(xué)科整合過程中培養(yǎng)學(xué)生的素養(yǎng)與能力，在科學(xué)理論與工程領(lǐng)域之間實(shí)現(xiàn)融合，在技術(shù)概念與工程項(xiàng)目之間合并。STEM教學(xué)包括做中學(xué)、科學(xué)探究與工具使用、跨學(xué)科整合、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)等內(nèi)容。目前STEM在全世界得到普遍應(yīng)用，取得豐碩成果[1-4]。如嚴(yán)美霞[1]研究了STEAM教育理念在初中數(shù)學(xué)“圖形與幾何”教學(xué)實(shí)踐的可行性。李雪琴等[2]研究STEM教育理念下初中數(shù)學(xué)“綜合與實(shí)踐”教學(xué)的融合。但從查閱的文獻(xiàn)可以看出，目前對(duì)STEM的研究主要是理論研究多，實(shí)踐檢驗(yàn)少。基于此，加強(qiáng)STEM實(shí)踐教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)有重要的實(shí)踐意義。

1 STEM教育與初中數(shù)學(xué)

數(shù)學(xué)是研究數(shù)量關(guān)系以及空間形式的科學(xué)。數(shù)學(xué)跟物理、化學(xué)、生物等學(xué)科不同，這些學(xué)科可以通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，而數(shù)學(xué)要通過嚴(yán)密的邏輯方法才能得出結(jié)論，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬓?。?shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、物理、化學(xué)、生物等學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)、推理等相融合，不僅在數(shù)學(xué)教學(xué)上創(chuàng)造了價(jià)值，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生STEM素養(yǎng)。

1.1 “數(shù)與代數(shù)”與STEM教育

初中數(shù)學(xué)數(shù)與代數(shù)主要包括數(shù)與式、方程與不等式、函數(shù)的內(nèi)容。要求掌握數(shù)與式的計(jì)算法則，能利用函數(shù)圖像解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問題。數(shù)與代數(shù)教學(xué)以STEM教育情境性、多學(xué)科融合性作為指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造情境和運(yùn)用其他學(xué)科知識(shí)解決數(shù)與代數(shù)問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)和創(chuàng)造力。

1.2 “圖形與幾何”與STEM教育

初中數(shù)學(xué)中“圖形與幾何”包括“圖形的性質(zhì)”“圖形變化”“圖形與坐標(biāo)”的內(nèi)容。要求學(xué)生探索并掌握相交線、平行線、三角形、四邊形和圓形的基本性質(zhì)與判定，掌握基本證明方法和基本做圖技巧，認(rèn)識(shí)并理解平面圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、軸對(duì)稱在平面直角坐標(biāo)系中的運(yùn)用，簡(jiǎn)單了解視圖和投影。此部分內(nèi)容較為抽象，不易理解。將“圖形與幾何”與信息技術(shù)和STEM教育理念相融合，讓學(xué)生更直觀的理解“圖形與幾何”的相關(guān)知識(shí)。

1.3 “統(tǒng)計(jì)與概率”與STEM教育

“統(tǒng)計(jì)與概率”包括“統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)”“抽樣與數(shù)據(jù)分析”“事件的發(fā)生”“事件的概率”。要求學(xué)生體驗(yàn)數(shù)據(jù)收集、處理、分析和推理，理解抽樣方法，體驗(yàn)用樣本估計(jì)總體的過程，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)隨機(jī)現(xiàn)象并計(jì)算簡(jiǎn)單事件的概率。STEM 教育教學(xué)能將抽象、復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單問題。

1.4 “綜合與實(shí)踐”與STEM教育

“綜合與實(shí)踐”是指一類以問題為載體、學(xué)生自主參與為主體的學(xué)習(xí)活動(dòng)。其教學(xué)注重學(xué)生主動(dòng)參與過程，重視學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手、動(dòng)口能力，在教學(xué)中具有學(xué)科性、綜合性、實(shí)踐性和過程性等特點(diǎn)。STEM教育具有跨學(xué)科整合、融合性、綜合性、體驗(yàn)性、情境性等特征。二者都強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)生活情境、問題式教學(xué)、模型思想等增加課堂的趣味性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)實(shí)踐能力。

2 基于STEM教育的初中數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐探索

2.1 實(shí)踐對(duì)象

本實(shí)踐以某中學(xué)八年級(jí)學(xué)生作為研究對(duì)象，內(nèi)容為人教版八年級(jí)上冊(cè)“三角形的穩(wěn)定性”。

2.2 研究思路

實(shí)踐過程為“提出方案、確定方案、方案準(zhǔn)備、方案實(shí)施、結(jié)論分析、重設(shè)問題”。

2.3 實(shí)踐步驟及教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)踐步驟分為“確定實(shí)踐主題、預(yù)期效果分析、方案實(shí)施、實(shí)踐結(jié)果分析”幾個(gè)步驟。

2.4 教學(xué)實(shí)踐

2.4.1 實(shí)踐主題

主題：三角形的穩(wěn)定性（八年級(jí)上冊(cè)第十一章第一節(jié)第三課）。

實(shí)施準(zhǔn)備。（1）確立教學(xué)目標(biāo)。

S（科學(xué)）：用三根小棒構(gòu)造一個(gè)任意三角形，它的形狀不變，即：三角形的穩(wěn)定性原理。

T（技術(shù)）：利用三角形穩(wěn)定性原理，根據(jù)視頻圖紙小組合作共同設(shè)計(jì)制作三角形木架和埃菲爾鐵塔模型。

E（工程）：制作三角形木架、完成埃菲爾鐵塔模型的搭建，制作的埃菲爾鐵塔模型具有穩(wěn)定性，讓學(xué)生感受做小小建造師的喜悅。

M（數(shù)學(xué)）：利用三角形的判定：三角形的兩邊之和大于第三邊，兩邊之差小于第三邊，來構(gòu)造三角形；在構(gòu)造三角形時(shí)需準(zhǔn)確的測(cè)量三角形三邊的長(zhǎng)度。

（2）教學(xué)重難點(diǎn)。

重點(diǎn)：讓學(xué)生通過體會(huì)制作模型的過程理解三角形的穩(wěn)定性。難點(diǎn)：利用三角形的穩(wěn)定性，探究自己構(gòu)建的模型，從而體會(huì)生活中建筑物的穩(wěn)定性。

（3）教學(xué)具準(zhǔn)備：小棒若干、小刀、尺子、繩子、膠水、膠布、圖紙。

2.4.2 方案預(yù)期效果

讓學(xué)生體會(huì)數(shù)學(xué)聯(lián)系生活，通過活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新精神和合作精神。

2.4.3 方案實(shí)施

活動(dòng)1：創(chuàng)設(shè)情境。同學(xué)們，在我們的日常生活中見過那些三角形的框架或者是建筑呢？

設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)生的回答引出課題。

活動(dòng)2：分組合作。以四個(gè)同學(xué)為一組探究問題。

（1）將三根小棒用繩子綁成一個(gè)三腳架，然后扭動(dòng)它，它的形狀會(huì)改變嗎？（2）將四根小棒綁成一個(gè)四邊形木架，然后扭動(dòng)它，它的形狀會(huì)改變嗎？

設(shè)計(jì)意圖：通過觀察、推理、實(shí)際操作，獲得數(shù)學(xué)猜想與經(jīng)驗(yàn)，體會(huì)數(shù)學(xué)的探索性和創(chuàng)造性。

各小組通過驗(yàn)證后匯報(bào)結(jié)論。

生1：三角形木架的形狀沒有發(fā)生改變，而四邊形的發(fā)生改變了。生2：三角形具有穩(wěn)定性、四邊形不穩(wěn)定了。

活動(dòng)3：播放埃菲爾鐵塔模型的制作過程視頻，并讓學(xué)生們根據(jù)自己準(zhǔn)備的工具，邊看視頻并設(shè)計(jì)自己小組制作埃菲爾鐵塔模型。（學(xué)生小組分工合作，動(dòng)手實(shí)踐）。

設(shè)計(jì)意圖：聯(lián)系實(shí)際創(chuàng)設(shè)情境，把枯燥的數(shù)學(xué)課堂生動(dòng)化，趣味化，便于學(xué)生知識(shí)的遷移。學(xué)生利用物理知識(shí)，以小組形式進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，便于學(xué)生之間的交流和分享自己的想法。

活動(dòng)4：模型展示。小組1：制作的模型站不穩(wěn)；小組2：制作的模型容易變形；小組3：成功制作模型。

小結(jié)：經(jīng)過學(xué)生們制造模型的展示總結(jié)三角形不易變形的原因：三角形第三條邊，如果其中兩邊受力，那么另一邊會(huì)起到推力的作用；如果三角形的頂點(diǎn)受力，下面的邊就起到了拉力的作用。因此三角形是通過三邊相互的擠壓和推動(dòng)來保持它的穩(wěn)定性。

2.4.4 課堂總結(jié)

在本次教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生能全身心的投入到教學(xué)中，通過小組合作交流，掌握了三角形具有穩(wěn)定性相關(guān)知識(shí)并能獨(dú)立的制造模型。

2.5 效果

通過分析，超過65%的學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)產(chǎn)生興趣和好奇，80%的學(xué)生喜歡本次教學(xué)實(shí)踐的課堂氛圍，超過90%的學(xué)生能基本掌握課堂內(nèi)容，32.8%的學(xué)生能獨(dú)立提出問題并解決問題。

3 小結(jié)反思

此次實(shí)踐，涉及到工程、設(shè)計(jì)、科學(xué)、數(shù)學(xué)和物理的受力問題。突出學(xué)生主體，教師主導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神和生活實(shí)踐能力?；顒?dòng)內(nèi)容趨于生活化，與其他學(xué)科融合得當(dāng)，重難點(diǎn)突出。采用合作探究式教學(xué)方式將STEM教育與數(shù)學(xué)教學(xué)結(jié)合，重視學(xué)生的課堂參與度，培養(yǎng)學(xué)生STEM素養(yǎng)的同時(shí)強(qiáng)化實(shí)踐能力和動(dòng)手操作能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。