STEM教育模式在正比例函數(shù)教學中的應用

劉愛琳

摘 要：與傳統(tǒng)的教育觀念不同， STEM 課程教育成為一個新的教育觀念，作為教育模式的一種，它不再僅僅是單純關注書本知識而已。與傳統(tǒng)的填鴨式教學相反，它更多地強調(diào)跨科的學習，擺脫了傳統(tǒng)書本知識，轉向?qū)嶋H問題，探索解決問題的方法和辦法，強調(diào)知識綜合運用和培養(yǎng)學生創(chuàng)新思想，注重人才培養(yǎng)的綜合性。本文結合STEM教育模式，對初中數(shù)學八年級第十九章的正比函數(shù)進行了重新設計，并將這種教育方式應用于正比函數(shù)的教學設計中。

關鍵詞：教學設計;正比例函數(shù);STEM教育模式

一、STEM教育模式概念的提出

STEM教育提出以跨科學的方法來解決現(xiàn)實世界的問題，STEM將科學、技術、工程和數(shù)學四個專業(yè)的基本知識與思維方式整合起來。通過解決實際問題、跨學科進行研究，培養(yǎng)了學生綜合審視問題、解決問題的能力。STEM教育理念是指導中學課堂的一種新形態(tài)，幫助學生破除教師“一言堂”的現(xiàn)象，不再僅僅是用簡單的方式來解決問題，而是使學生脫離了禁錮，把知識融合在各個學科中，通過探究掌握知識，培養(yǎng)STEM素養(yǎng)。目前，我國小學教育取得了很好的成就。那么，作為一門基礎課程的數(shù)學專業(yè)，STEM模式是否能夠改變初中的數(shù)學課程模式呢？作為一名教師，如何將STEM模型整合起來運用于教學，引發(fā)人們的思考。

二、STEM教育模式與數(shù)學課程教育之間的聯(lián)系

學生們的數(shù)學能力非常強，但從他們的視角來看，應明白“數(shù)學能否應用到現(xiàn)實生活中”，知道“我們究竟為什么學數(shù)學”“數(shù)學與我們?nèi)粘Ｉ钣袥]有聯(lián)系”。STEM能激發(fā)孩子對數(shù)學的興趣。

三、課題：以“正比例函數(shù)”為例，探究STEM教育模式在中學數(shù)學課程中的應用

（一）課標分析

正比例函數(shù)是8年級上學期的第14章內(nèi)容，從兩個數(shù)量的比值中得到一個定價，從而得出兩個數(shù)量成正比的概念。在以前的課堂上，學生們已經(jīng)掌握了一定的知識，例如比例意義和性質(zhì)。在此基礎上，學生們對于正比例函數(shù)的概念不那么熟悉，從正比例到正比例函數(shù)，兩個變量之間相互連接，在變化過程中具有互相依從、互相約束的關系，教師可以借此初步引出函數(shù)概念。

（二）教學設計理念

本內(nèi)容在初中數(shù)學教育中起著承上啟下的作用，函數(shù)思想是重要的數(shù)學理念，它體現(xiàn)了運動的變化與對立的觀念，體現(xiàn)了建模與數(shù)形的結合，體現(xiàn)了建模與數(shù)形的思想，對于第一次接觸函數(shù)的學生來說，理解函數(shù)是一個難題。因此，我設計了這門課，試圖向?qū)W生展示人們的生命變量，并通過組合實驗研究變量的存在，使學生了解函數(shù)定義。

（三）教學目標

通過學習幾節(jié)課，學生對實際問題的變量、函數(shù)之間的關系、運用數(shù)形結合思想思考問題，也有了一定的體驗。學生對數(shù)學思想進行了深入的研究，對給出的實際問題進行了列代數(shù)或列方程的訓練。本節(jié)課還將再一次引導學生體驗數(shù)形聯(lián)結思考的方式，通過一系列的實驗激發(fā)學生對數(shù)學產(chǎn)生濃厚的興趣，培養(yǎng)他們學習數(shù)學的主動性。

（四）對教學環(huán)境和資源的準備

準備彈簧測力計、不同粗糙程度的木板（光滑的木板、剛從水中撈出來的光滑木板、鋪滿牛皮紙的粗糙木板）、記錄的表格和筆。

（五）課時規(guī)劃

1.活動教學情境導入：教師創(chuàng)造發(fā)現(xiàn)問題的教學情境，引導全體學生不斷發(fā)現(xiàn)新的問題。

設計目的：STEM活動的設計，就是教師按照課程安排、教學標準、教學環(huán)境靈活地選擇課程工具和設計教學方法，不再是傳統(tǒng)教育的一言堂。每種教育方式各不相同，每一種教育方式都有其獨立的活動步驟，如何運用中學的數(shù)學教育課程，如何巧妙地安排教育課程，使學生能夠在活動中通過引入問題的情況，自己找到問題，在這里我們常用的也是中小學生日常生活中與摩擦力密不可分的幾個問題。受到摩擦力不同的物品，摩擦力與哪些因素有關呢？創(chuàng)設問題情境的目的是讓同學快速從閑散的狀態(tài)中集中注意力，引發(fā)學生的思考，調(diào)動他們的積極性。傳統(tǒng)的教學模式注重的是知識的掌握，而STEM注重的是學生各方面綜合能力的培養(yǎng)，正處在十幾歲青春期的孩子都有好奇的特點，小車、木板吸引了他們的注意，他們自然就會對本節(jié)課的內(nèi)容產(chǎn)生期待，積極地參與到實驗中來。

2.合作探究：以問題為中心，小組合作探究。

設計的意圖：STEM教育模式并不是獨立存在的，它更強調(diào)培養(yǎng)學生在參與學習過程中的動手動腦能力。如，摩擦力與接觸面的粗糙度有關，在保持其他因素不變的情況下，分別讓車輛在光滑木板上、沾有水的木板上、鋪滿牛皮紙的粗糙木板上滑動，是否對讀數(shù)有影響？STEM教育的模式已不再是灌輸式填鴨教學，而是鼓勵學生獨立思考、多動手、多交流，同時記錄數(shù)據(jù)。在這些教育方式中，STEM的教育模式體現(xiàn)出了“整合”，不僅僅是學科間的融合，更是在不同的觀點和不同的想法之間發(fā)生碰撞和激起火花。合作實驗在控制好教學秩序的情況下，讓學生自由發(fā)表觀點，得出數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了STEM教育模式的特點。

3.討論觀點，數(shù)學推導，得出結論。

設置問題一：在控制其他變量不變的情況下，更換不同質(zhì)量的小車，讀出彈簧測力計的讀數(shù)。

設置問題二：在控制其他變量的不變情況下，換接觸面粗糙度不同的木板，此時可測出彈簧測力儀的讀數(shù)。

設置問題三：在控制其他變量不變的情況下，改變小車跟木板的接觸面積，彈簧測力計的讀數(shù)又是怎么變化的呢？各小組將得出的數(shù)據(jù)加以整合，畫出圖像，得出結論：摩擦力=動摩擦因數(shù)與正壓力的乘積，其中正摩擦因數(shù)包括材料、接觸面的粗糙程度。通過實驗，引出正比例函數(shù)的解析式，畫出圖像。

4.學習評價。在評價環(huán)節(jié)，教師要對整節(jié)課進行評價總結，除對學生獨特的方案、創(chuàng)新觀點提出表揚之外，還應該合理分析在這次探究中出現(xiàn)的錯誤以及需要注意的地方，學生的思維中有很多固有概念，這些思維定勢往往來源于學生日常生活中積累的經(jīng)驗，有些具有明顯的錯誤。STEM教育模式的發(fā)展，不僅是通過自學或老師的教育方式來提供抽象知識，更強調(diào)教師的動手能力、腦力活動。初中數(shù)學是初等數(shù)學轉向高等數(shù)學的過渡期，也是高等數(shù)學發(fā)展的基本條件。與《普通初中數(shù)學課程標準》所提出的三維目標相比，STEM教育模式綜合了各個方面的教育目標，以問題為導向，讓學生體驗認知沖突，產(chǎn)生好奇感，實驗研究、問題的設計和得出結論的過程。在STEM教育模式下，數(shù)學課堂實驗工具的獲得性、實驗安全度、難易度和課堂上所花費的時間，都是教師必須考慮的問題。日常生活中的問題會引起學生認知沖突，從而激發(fā)學生的求知欲望，教師可以指導學生尋找周圍的、所知道的材料，從而最大程度地培養(yǎng)他們的動手能力、合作研究能力，讓學生主動提出問題、認真考慮問題，或者通過團隊合作來解決問題，發(fā)揮出STEM教育模式在課程中的最大優(yōu)勢。

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