STEM教育視角下的初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”教學(xué)設(shè)計(jì)的研究

【摘要】數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”是“綜合與實(shí)踐”在初中階段的呈現(xiàn)方式，是選取生活中的數(shù)學(xué)問(wèn)題為“課題”，以學(xué)生自主參與為主的一種學(xué)習(xí)活動(dòng).不同于章節(jié)知識(shí)的理論特點(diǎn)，“課題學(xué)習(xí)”的實(shí)踐性較強(qiáng)，這與STEM教育的創(chuàng)新實(shí)踐要求一致.在實(shí)施“課題學(xué)習(xí)”的過(guò)程中，有效的教學(xué)設(shè)計(jì)策略可以較好地訓(xùn)練學(xué)生的工程意識(shí)、動(dòng)手能力和微型科研能力，提高他們的綜合應(yīng)用能力.文章對(duì)STEM教育視角下的初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”教學(xué)設(shè)計(jì)的策略展開(kāi)研究.

【關(guān)鍵詞】STEM教育;初中數(shù)學(xué);課題學(xué)習(xí);教學(xué)設(shè)計(jì)

【基金項(xiàng)目】本文是增城區(qū)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度課題“STEM教育視角下初中數(shù)學(xué)課程綜合化設(shè)計(jì)與實(shí)施研究”zc2019080的研究成果

一、研究背景

新課程標(biāo)準(zhǔn)在初中數(shù)學(xué)中增加了“綜合與實(shí)踐”這部分內(nèi)容，旨在引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能參與并體驗(yàn)到一定的研究性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究的精神，發(fā)展數(shù)學(xué)研究能力.為了實(shí)現(xiàn)課改目標(biāo)，人教版初中數(shù)學(xué)教材（七—九年級(jí)）29個(gè)章節(jié)里面，共設(shè)置了9個(gè)“課題學(xué)習(xí)”（見(jiàn)表1）.應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)與方法來(lái)解決一些實(shí)際問(wèn)題是課題學(xué)習(xí)的主要方式.隨著新課改的深入進(jìn)行，初中數(shù)學(xué)教師越來(lái)越重視課題學(xué)習(xí)的教學(xué)研究，逐漸改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式采用以學(xué)生為主體的課堂模式，比如：生本教學(xué)、小組合作學(xué)習(xí)等.

不同于章節(jié)知識(shí)的理論特點(diǎn)，“課題學(xué)習(xí)”的實(shí)踐性較強(qiáng)，這與STEM教育的實(shí)踐要求一致.在實(shí)施“課題學(xué)習(xí)”的過(guò)程中，有效的教學(xué)設(shè)計(jì)策略可以較好地訓(xùn)練學(xué)生的工程意識(shí)、動(dòng)手能力和微型科研能力，提高他們的綜合應(yīng)用能力.STEM課程采用綜合化教學(xué)的方式，將實(shí)際案例作為載體，使得多學(xué)科知識(shí)在這個(gè)實(shí)際案例中融合在一起，共同發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐能力.新課程標(biāo)準(zhǔn)中的“綜合與實(shí)踐”，讓初中數(shù)學(xué)教學(xué)采用“課題學(xué)習(xí)”的方式，通過(guò)具體的實(shí)踐活動(dòng)促使學(xué)生在跨學(xué)科綜合的情境中提取數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)科切入STEM課程教育的目的.

二、STEM教育與“課題學(xué)習(xí)”整合——“數(shù)學(xué)+”模式的教學(xué)流程

初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”部分最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)在于教學(xué)設(shè)計(jì).STEM教育理念與初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”模塊整合，就是要將科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)教育融合在一起.筆者結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出“數(shù)學(xué)+”的教學(xué)模式，即“數(shù)學(xué)+科學(xué)”“數(shù)學(xué)+技術(shù)”“數(shù)學(xué)+工程”的教學(xué)設(shè)計(jì)模式（見(jiàn)圖1），嘗試新的初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”教學(xué)方式，力求達(dá)到綜合教育的目的.

圖1“數(shù)學(xué)+”的框架

在“數(shù)學(xué)+”想法的基礎(chǔ)上，我們?cè)谠O(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，需要經(jīng)歷“分析-提取”→“設(shè)計(jì)-融入”→“開(kāi)發(fā)-整合”→“實(shí)施-測(cè)試”→“評(píng)價(jià)-效應(yīng)”五個(gè)教學(xué)階段（見(jiàn)圖2）.“分析-提取”階段，就是先分析，后提取，分析包括學(xué)習(xí)需求分析、學(xué)習(xí)者特征分析以及學(xué)習(xí)內(nèi)容分析;“設(shè)計(jì)-融入”階段，就是在確定教學(xué)目標(biāo)和制定數(shù)學(xué)教學(xué)策略時(shí)要融入STEM教育其他三要素;“開(kāi)發(fā)-整合”階段，就是對(duì)教學(xué)內(nèi)容的安排，要結(jié)合教學(xué)資源和教學(xué)用具、材料等便于體現(xiàn)STEM理念四要素;“實(shí)施-測(cè)試”階段，就是指在“課題學(xué)習(xí)”教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中，要將STEM理念完全展示出來(lái)，力求課程內(nèi)容達(dá)到綜合性目標(biāo)，可與其他學(xué)科知識(shí)，比如物理、生物、地理、化學(xué)等綜合起來(lái)實(shí)施課程內(nèi)容;“評(píng)估-效應(yīng)”階段，是指通過(guò)問(wèn)卷、訪談等形式來(lái)調(diào)查STEM教育開(kāi)展初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”的效果，從STEM各個(gè)要素目標(biāo)達(dá)成情況以及學(xué)生的興趣、收獲和教學(xué)實(shí)施方面設(shè)計(jì)調(diào)查內(nèi)容.

三、STEM教育視角下的初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”教學(xué)設(shè)計(jì)的策略

初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”主要分為三大類，分別是數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)調(diào)查及分析和數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，這三類課題學(xué)習(xí)是相互滲透、交叉使用的.這些課題給學(xué)生提供了一個(gè)載體，可以將所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用在一個(gè)具體的案例中，方式靈活多樣，學(xué)生可以充分體會(huì)知識(shí)的實(shí)踐性、探索性和研究性.在STEM教育視角下采用“數(shù)學(xué)+”模式的教學(xué)過(guò)程中，教師采取有效的教學(xué)設(shè)計(jì)策略能激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng).文章介紹了比較常用的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)策略、小組教學(xué)和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)三個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)策略在STEM教育中的使用情況.

（一）數(shù)學(xué)與多學(xué)科知識(shí)的整合——基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)方式

STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，注重生活性、實(shí)踐性和情境性，尤其提倡利用學(xué)科間產(chǎn)生的共同聯(lián)系解決實(shí)際問(wèn)題.因此在加強(qiáng)學(xué)科聯(lián)系、運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)綜合分析和解決有關(guān)問(wèn)題方面，初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”可與英語(yǔ)、物理、化學(xué)、地理、生物、綜合實(shí)踐、科技等學(xué)科聯(lián)系起來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容.教師在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，可設(shè)置“問(wèn)題串”，以問(wèn)題為導(dǎo)向，用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式將數(shù)學(xué)與其他學(xué)科的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生多角度分析、解決問(wèn)題.比如九（上）中“鍵盤上字母的排列規(guī)律”，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，建議采用以下“問(wèn)題串”：

問(wèn)題1：計(jì)算機(jī)或打字機(jī)的鍵盤上英文字母是如何排列的？是按照字母表順序從A依次排列到Z嗎？

問(wèn)題2：鍵盤有多少個(gè)按鍵，主要?jiǎng)澐譃槟男﹨^(qū)域？

問(wèn)題3：（搜集和分析數(shù)據(jù)，小組合作完成）選擇一篇英語(yǔ)文章段落，統(tǒng)計(jì)其中的26個(gè)英文字母出現(xiàn)的頻率，并將字母按出現(xiàn)的頻率從小到大的順序排列出來(lái).

問(wèn)題4：出現(xiàn)頻率較高的字母的位置一般放在哪里？出現(xiàn)頻率低的字母呢？為什么會(huì)這樣安排？

問(wèn)題5：空格鍵為什么要放置在鍵盤的下方正中央且最大？

問(wèn)題6：鍵盤打字的指法跟字母的出現(xiàn)頻率有什么聯(lián)系？

問(wèn)題7：請(qǐng)總結(jié)出鍵盤操作的正確姿勢(shì).

在九年級(jí)上冊(cè)的數(shù)學(xué)課本中，學(xué)生們學(xué)習(xí)了用“頻率估計(jì)概率”的基本概念，在課題學(xué)習(xí)活動(dòng)中，教師選取英語(yǔ)課本中的一個(gè)段落為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)設(shè)置問(wèn)題串，讓學(xué)生帶著這些疑問(wèn)開(kāi)展STEM理念下的實(shí)踐探究.

（二）小組教學(xué)整合STEM——面向體驗(yàn)的學(xué)習(xí)方式

隨著新課改進(jìn)程的不斷深入，小組教學(xué)模式已經(jīng)比較成熟，學(xué)生們?cè)诜纸M合作學(xué)習(xí)交流上經(jīng)驗(yàn)比較豐富.在STEM教育視角下開(kāi)展數(shù)學(xué)“課題活動(dòng)”時(shí)，教師采用小組教學(xué)模式，這種比較成熟的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的方式有助于體現(xiàn)STEM教育理念的工程性、科學(xué)性和技術(shù)性.以七（上）“設(shè)計(jì)制作長(zhǎng)方體形狀的包裝紙盒”為例，按照小組教學(xué)模式將學(xué)生分組，每小組6人，學(xué)生之間通過(guò)明確的分工、適時(shí)交流合作完成任務(wù)，可以兩人或者多人合作設(shè)計(jì)一個(gè)長(zhǎng)方體紙盒，也可以一個(gè)人獨(dú)立完成.在學(xué)習(xí)小組制作長(zhǎng)方體包裝紙盒的過(guò)程中，組員之間可以互相討論交流，互相幫助，最終共同完成任務(wù).小組教學(xué)模式整合STEM教育，采取學(xué)生之間分組合作的方式，較好地體現(xiàn)了STEM教育的工程性.在設(shè)計(jì)制作長(zhǎng)方體過(guò)程中，學(xué)生如何選材以及尺寸的設(shè)計(jì)等體現(xiàn)了STEM的科學(xué)性和技術(shù)性.小組教學(xué)整合STEM教育，既能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)活動(dòng)的興趣，又能夠充分發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性，并且能夠照顧后進(jìn)生及一些特殊學(xué)生，讓每位學(xué)生都能體驗(yàn)數(shù)學(xué)知識(shí)所帶來(lái)的樂(lè)趣.

（三）“課題”活動(dòng)項(xiàng)目整合STEM——基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論以及多元智力理論為主要理論依據(jù)，提倡學(xué)生在給定的時(shí)間內(nèi)以小組為單位，采用一個(gè)真實(shí)的主題，利用各種工具搜集和篩選學(xué)習(xí)資源.在這個(gè)過(guò)程中教師要鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、思考內(nèi)化和探索創(chuàng)新，從而掌握完整而具體的知識(shí)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生專門技能并獲得全面發(fā)展能力的目的.其顯著特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為載體、教師來(lái)引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中能主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新，是一種實(shí)踐性的教學(xué)模式.STEM教育視角下的“課題活動(dòng)”項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)方式，可以有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)中的主動(dòng)性，培養(yǎng)他們的工程能力，幫助學(xué)生形成初步的科學(xué)思維，發(fā)展學(xué)生的動(dòng)手能力，提升學(xué)生的技術(shù)能力.比如八（下）“體質(zhì)健康測(cè)試中的數(shù)據(jù)分析”，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，STEM教育方式整合項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)方式流程如下：

（1）科學(xué)籌劃，精心準(zhǔn)備

首先，明確項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的主題，如測(cè)試某學(xué)校八年級(jí)4個(gè)班180人的體質(zhì).其次，讓學(xué)生了解、完成此次學(xué)習(xí)任務(wù)需要完成的工作及預(yù)期成果，包括查閱資料、采訪、資料的收集和整理、匯報(bào)學(xué)習(xí)情況等.最后，綜合制定方案.

（2）自主組隊(duì)選題，科學(xué)制定方案

教師鼓勵(lì)學(xué)生自由組合，成立小組，并自主推選項(xiàng)目負(fù)責(zé)人.比如可以選擇搜集“男生50米跑”“女生立定跳遠(yuǎn)”“女生800米跑”“女生仰臥起坐”“男生1000米跑”等數(shù)據(jù)為項(xiàng)目，制定方案.教師可以開(kāi)展全班的活動(dòng)方案分享交流會(huì)，鼓勵(lì)小組之間互相借鑒學(xué)習(xí)，分享技術(shù)和方法，使得他們制定的方案操作性更強(qiáng).

（3）落實(shí)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，展示學(xué)習(xí)成果.

學(xué)生根據(jù)方案進(jìn)行分工，分別搜集整理該校八年級(jí)學(xué)生對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的體質(zhì)健康數(shù)據(jù)，制作成條形統(tǒng)計(jì)圖、扇形統(tǒng)計(jì)圖等，以PPT的形式在全班交流.

（4）解決問(wèn)題，終結(jié)性評(píng)價(jià)

大家根據(jù)收集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)該校八年級(jí)學(xué)生的體質(zhì)健康提出參考性建議.在評(píng)

價(jià)方面采取個(gè)人自評(píng)、組間互評(píng)和教師評(píng)價(jià)三種形式.

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)整合STEM教育的策略開(kāi)展初中數(shù)學(xué)“課題學(xué)習(xí)”，有助于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，也提升了學(xué)生們搜集資料與處理資料等多項(xiàng)技能，為培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力奠定了基礎(chǔ).

四、結(jié)論

在STEM教育視角下，初中數(shù)學(xué)教學(xué)可以把各個(gè)學(xué)科的知識(shí)和實(shí)踐巧妙地融為一體，將科學(xué)、技術(shù)、工程、物理、美學(xué)、通用技術(shù)等多學(xué)科與數(shù)學(xué)有機(jī)融合，達(dá)到有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的，融會(huì)貫通各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)問(wèn)題化、問(wèn)題項(xiàng)目化，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、應(yīng)用能力和分工合作意識(shí)，可以有效地改善當(dāng)前?？平虒W(xué)的一些問(wèn)題.在STEM教育視角下的初中數(shù)學(xué)教學(xué)，以終結(jié)性評(píng)價(jià)方式，將學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐能力有機(jī)結(jié)合起來(lái)，可以有效促進(jìn)各個(gè)層次學(xué)生的發(fā)展，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并讓不同層次的學(xué)生得到均衡的發(fā)展機(jī)會(huì).

【參考文獻(xiàn)】

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