基于STEM理論下的數(shù)學(xué)教學(xué)

黃雨萌

摘 要：隨著科技發(fā)展和社會進(jìn)步，各科學(xué)領(lǐng)域的合作越來越密切，只對單一學(xué)科進(jìn)行研究早就不適用了。為了培養(yǎng)復(fù)合型人才，美國在20世紀(jì)80年代提出了STEM教育模式。文章通過對STEM理論以及相關(guān)文獻(xiàn)的研究，得出結(jié)論：將STEM教育理論融入數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中可以培養(yǎng)學(xué)生的手腦結(jié)合能力及實踐探究精神，提高學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)，為學(xué)生將來全面發(fā)展打下基礎(chǔ)。文章以“平面與平面平行的判定”為例，分析如何基于STEM理論進(jìn)行數(shù)學(xué)教學(xué)，怎樣將此理論更好地融入數(shù)學(xué)課堂中。

關(guān)鍵詞：STEM教育理論;學(xué)科融合;數(shù)學(xué)教學(xué)

一、簡談“STEM”教育模式

（一）STEM教育的概念

簡單地說，STEM就是科學(xué)science、技術(shù)technology、工程engineering、數(shù)學(xué)mathematics的縮寫。其中，科學(xué)素養(yǎng)即運用科學(xué)知識（如物理、化學(xué)、生物科學(xué)和地球空間科學(xué)等）理解自然界并參與影響自然界的過程;技術(shù)素養(yǎng)即應(yīng)用，也就是使用、管理、理解和評價技術(shù)的能力;工程素養(yǎng)即對工程設(shè)計及開發(fā)過程的理解;數(shù)學(xué)素養(yǎng)也就是學(xué)生發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決多種情景下的數(shù)學(xué)問題的能力。

（二）STEM教育的特征

STEM教育就是跨學(xué)科的創(chuàng)新教育，通過教學(xué)創(chuàng)新將多門學(xué)科進(jìn)行融合，以適應(yīng)未來社會的發(fā)展。因此，STEM主要具有以下三種特征：

1.以學(xué)生為主體，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為導(dǎo)向。STEM教育模式是希望學(xué)生在動手操作的過程中理解知識的實質(zhì)甚至是知識產(chǎn)生的過程，促使學(xué)生保持探究的欲望，提升發(fā)現(xiàn)問題的能力。

2.以項目活動為支撐——體現(xiàn)“在做中學(xué)”。盡可能地將數(shù)學(xué)知識放入真實的情境中，讓學(xué)生通過教具或是身邊的實際物體進(jìn)行實際操作，完成對問題的探究，讓學(xué)生在操作過程中去體會、去發(fā)現(xiàn)，既在活動中學(xué)到知識，又體會了學(xué)習(xí)的樂趣。

二、如何實現(xiàn)學(xué)科知識的融合

（一）目標(biāo)明確

STEM教育的目的是要培養(yǎng)全面發(fā)展的、適應(yīng)未來社會發(fā)展的高素質(zhì)人才，而這就需要對知識進(jìn)行多學(xué)科的融合處理來實現(xiàn)。從小學(xué)開始就要有意識地讓學(xué)生進(jìn)行簡單的動手實驗，教師可以在教學(xué)一門課程的時候加上其他有聯(lián)系的課程作為輔助，幫助學(xué)生更好地理解，或者是在學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握牢固之后再進(jìn)行知識的融合。

（二）主體明確

STEM教育的主體是學(xué)生，教師主要起引導(dǎo)作用，因此在教學(xué)過程中要積極地讓學(xué)生參與進(jìn)來，把課堂還給學(xué)生，教師只需要幫助學(xué)生整理思路，捋清知識點。

三、以“平面與平面平行的判定”為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)目標(biāo)

1.知識與技能

科學(xué)方面：要求學(xué)生能掌握各科的知識。

技術(shù)方面：有基本的動手操作能力，能夠在教師的指導(dǎo)下運用學(xué)具或借助多媒體來學(xué)習(xí)知識。

工程方面：能夠合理地規(guī)劃自己的學(xué)習(xí)。

數(shù)學(xué)方面：學(xué)生通過一系列的問題指引，能夠探究出平面與平面平行的判定定理，并且熟練地運用此判定定理來解決相關(guān)的數(shù)學(xué)問題或?qū)嶋H問題。

2.過程與方法

科學(xué)方面：在學(xué)生探究本節(jié)課的內(nèi)容時，能夠有意識地運用各科所學(xué)的知識來解決問題，最后得到相關(guān)的結(jié)論。

技術(shù)方面：學(xué)生能夠根據(jù)已有的知識和準(zhǔn)備好的材料對平面與平面平行的判定進(jìn)行探究。

工程方面：學(xué)生通過小組交流合作體驗探究的過程，提高語言表達(dá)能力。

數(shù)學(xué)方面：學(xué)生在教師的引導(dǎo)下通過自己的實際操作和多媒體的展示得到平面與平面平行的判定定理，并且會用文字、圖形以及符號語言這三種方式來表達(dá)。

3.情感態(tài)度與價值觀

讓學(xué)生在觀察、操作探究和合作學(xué)習(xí)中感受知識的產(chǎn)生過程，體會數(shù)學(xué)的魅力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)的自信心，提高學(xué)生的自我效能感。

（二）教學(xué)設(shè)計

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入新知

學(xué)具準(zhǔn)備：三角板，矩形硬紙板，由紙棍拼接成的兩個相同的長方體模型，若干根小紙棍。

提問：（1）哪位同學(xué)來說一下前幾節(jié)課我們學(xué)習(xí)的直線與平面平行的判定定理是什么？

（2）同學(xué)們有沒有想過平面與平面的平行我們要怎么判定呢？這節(jié)課讓我們一起對這一問題進(jìn)行學(xué)習(xí)。

設(shè)計意圖：先帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)一下之前直線與平面平行的判定定理，為之后對面面平行的判定以及面面問題向線面問題的轉(zhuǎn)化做好鋪墊。

2.動手操作，探究結(jié)論

（1）提出猜想：①若平面α平行于平面β，則α內(nèi)所有直線是否都平行于平面β？

②反之，若平面α內(nèi)所有的直線都平行于β，那么平面α和β是否平行？

提問：你從中得到了什么啟示？

（2）問題引導(dǎo)：探究一，請同學(xué)們將桌面收拾干凈，拿出準(zhǔn)備好的矩形硬紙片，將紙片的兩條長邊所在的直線分別記為a和b，它們都平行于桌面（如圖1所示），那么硬紙片與桌面平行嗎？

探究二，請同學(xué)們拿出三角尺，將兩個相鄰的邊記為c和d，它們都和桌面平行（如圖2所示），那么三角尺和桌面平行嗎？

工程支撐：請大家按照分好的學(xué)習(xí)小組，對這兩種情況用改變硬紙板和三角板位置的方法進(jìn)行探究。

設(shè)計意圖：學(xué)生們此時已經(jīng)具備了一定的空間想象力以及邏輯推理能力，再加上教具的輔助，能夠更好地進(jìn)行探究，對抽象的問題進(jìn)行理解。

（3）學(xué)生通過改變硬紙片與三角板的位置會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)直線a、b、c、d都與桌面平行時，硬紙板不一定與桌面平行，但是三角尺一定與桌面平行。

（4）提問：這是面面平行判定定理的文字表達(dá)，那請同學(xué)們思考一下，如何用圖形和符號語言來進(jìn)行描述呢？

設(shè)計意圖：根據(jù)之前對于線面位置關(guān)系的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道了判定定理可以用文字、圖形及符號三種語言來進(jìn)行表述，通過這樣三種表達(dá)方式的轉(zhuǎn)化可以增強(qiáng)學(xué)生的符號表達(dá)能力，也為書寫平面與平面平行的例證過程做好鋪墊。

四、結(jié)語

截止到今天，高中數(shù)學(xué)課程已經(jīng)經(jīng)過了多次改革，課程標(biāo)準(zhǔn)也經(jīng)過了多次修訂，教學(xué)的重點從傳授書本知識轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。但是大多數(shù)的教師在教學(xué)時還是以灌輸?shù)男问剑驅(qū)W生傳遞概念定理，忽略了讓學(xué)生了解知識的來源與發(fā)展，所以將STEM教育模式融入高中教學(xué)是至關(guān)重要的一步，可以讓學(xué)生在掌握數(shù)學(xué)知識的同時發(fā)展數(shù)學(xué)素養(yǎng)，學(xué)會用數(shù)學(xué)的眼光看世界，解決實際問題。

參考文獻(xiàn)

[1]殷德秀.基于STEM教育的高中數(shù)學(xué)課程設(shè)計研究[D].重慶：西南大學(xué)，2020：21-35.

[2]徐婷.STEM視角下的數(shù)學(xué)項目化學(xué)習(xí)[J].教育觀察，2020，9（27）：54-55，69.

[3]尚穎異.基于STEM理念的數(shù)學(xué)探究式教學(xué)模式的實踐探究[D].南昌：江西師范大學(xué)，2020：6-12.