依托STEAM教育理念，優(yōu)化初中數(shù)學實驗教學

劉建鳳

摘要

STEAM教育理念建立了從感知到積累、從應用到辨析的全新教學框架，注重學生思維意識與學習能力的同步開發(fā)。數(shù)學實驗可以依托STEAM教育理念， 以科學為跳板，以技術(shù)為載體，以藝術(shù)為靈感，以數(shù)學為本源，以工程為模板，進行優(yōu)化改進，從而逐步提升學科教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞

STEAM教育理念 初中數(shù)學 實驗教學 應用

STEAM教育理念在整合科學、技術(shù)、藝術(shù)、數(shù)學和工程等元素的同時，以學科特點和教學目標為出發(fā)點，將教學的重點放在問題的解答、學生思維能力的培養(yǎng)上，強調(diào)學生個體宏觀思維在教學活動中的綜合表現(xiàn)，不對單一的問題、知識點進行過度強調(diào)。教師依托STEAM教育理念優(yōu)化初中數(shù)學實驗教學，需要對教學內(nèi)容、教學周期、教學時長與教學方法進行調(diào)整，讓學生在主觀情感上接受數(shù)學教學，提高學生的數(shù)學實驗意識。

一、以科學為跳板，激發(fā)數(shù)學實驗興趣

受傳統(tǒng)教學模式的限制，以往的初中數(shù)學教學以數(shù)學問題、數(shù)學理論為落實教學工作的第一要素。在教學過程中，數(shù)學實驗雖然表現(xiàn)出了較強的科學性、互動性與真實性特點，但由于對相關(guān)教學內(nèi)容缺乏了解，學生并不愿意主動參與或發(fā)起實驗活動。在這種情況下，數(shù)學問題與數(shù)學理論的地位依舊“千年不倒”，僵硬而單調(diào)的教學模式很難做出改變。在STEAM教育理念下，教師可嘗試圍繞“科學”這一話題導入數(shù)學實驗，讓學生在數(shù)學實驗中用數(shù)學眼光發(fā)現(xiàn)科學知識，激發(fā)學生的數(shù)學學習興趣。

以蘇科版數(shù)學七年級上冊“三視圖”的教學為例。教師為學生準備正方體、長方體等圖形，要求學生進行觀察。在觀察之后，教師通過圖片設計實驗，給出不同的長方形與正方形，要求學生將其組成幾何體。學生根據(jù)先前的經(jīng)驗對平面圖形進行自由組合，但在組合之后發(fā)現(xiàn)，組成的圖形與幾何體的形狀并不相同，此時，學生根據(jù)實驗結(jié)果提出問題：為何制作的新幾何體與原來的幾何體之間存在如此大的差別？學生從觀察、操作等活動入手，總結(jié)數(shù)學結(jié)論：正方體的六個面相同，所以只要得知其一個面的形狀特點即可組成一個一樣的正方體;但長方體的長、寬、高可能包含著三個數(shù)據(jù)，需要至少掌握三個面的平面特點，才能組成一個一樣的長方體。讓學生在實驗的過程中科學發(fā)散思維，獨立挖掘數(shù)學知識，能夠逐步調(diào)動學生的數(shù)學實驗興趣。

二、以技術(shù)為載體，掌握數(shù)學實驗方法

部分數(shù)學實驗操作流程復雜，計算量較大，其很難在數(shù)學教學中得到應用，但現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展將不可能變成了可能。在STEAM教育理念下，教師可圍繞STEAM教育理念中的“技術(shù)”開展數(shù)學實驗教學，構(gòu)建實驗教學的新思路。

以蘇科版數(shù)學九年級下冊“正切”的教學為例。在實驗教學中，以“探究正切函數(shù)的單調(diào)性”為第一目的開展。教師可要求學生結(jié)合以往經(jīng)驗探究，獨立設計實驗方案。此時，學生從繪圖、計算等角度入手，繪制大小為30°、45°和60°的角，發(fā)現(xiàn)特殊角的正切值隨著角度增大而增大。一些學生指出，研究應該嚴謹規(guī)范，不能以偏概全，可以從特殊到一般，從定義出發(fā)。于是有以下探究。如圖1，在[△ABC]中，tanA=[ab]。隨著∠A的變大，tanA如何變化？

根據(jù)定義，兩個變量a、b若同時發(fā)生改變， [ab]的比值變化不容易判斷。因此，需要控制其中一個變量。學生自主分組，討論控制哪個變量?？刂谱兞縝的學生，利用幾何畫板，繪制圖2。點B是射線CM上的一個動點，觀察[ab]的比值：隨著∠A增大，b不變，a增大，則tanA=[ab]隨之增大。由此，一部分學生開始理性分析：如果要控制變量a，即需保證∠A的對邊不變，即點B到AC的距離是定值，所以點B在平行于AC的直線上，從而繪制了圖3并提出：隨著∠A的變大，a不變，b變小，tanA=[ab]也隨之增大。

借助信息技術(shù)，利用幾何畫板，學生可以繪制正切函數(shù)的圖像，從而更直觀地感受正切函數(shù)自變量的取值范圍及單調(diào)性。后續(xù)我們還會研究正弦、余弦函數(shù)，對于這些相關(guān)數(shù)學知識的學習，我們同樣可以借助數(shù)學實驗引導學生進行探究。

三、以藝術(shù)為靈感，享受數(shù)學實驗樂趣

對于現(xiàn)代審美教育與數(shù)學教育活動來說，數(shù)學以一種獨特的方式來詮釋美學。教師可結(jié)合數(shù)學實驗幫助學生感受數(shù)學中的藝術(shù)，感知數(shù)學的美感，提升學生的審美能力，在STEAM教育理念下，強調(diào)藝術(shù)與數(shù)學之間的關(guān)聯(lián)性，激發(fā)學生的數(shù)學學習熱情。

以蘇科版數(shù)學九年級下冊“黃金分割”的教學為例。教師在教學過程中展示芭蕾舞演員圖片（圖4），芭蕾舞演員身體各部分之間適當?shù)谋壤o人以勻稱、協(xié)調(diào)的美感。美感產(chǎn)生于恰當?shù)谋壤裁礃拥谋壤啪哂忻栏?？激發(fā)學生探究[BCAB]與[ABAC]的比值均約等于0.618，即我們所說的黃金比。學生從生活背景中抽象出數(shù)學模型（圖5），探究黃金比。學習黃金分割不僅僅實現(xiàn)了線段比例學習的要求，更體現(xiàn)了數(shù)學的文化價值。繼續(xù)請學生欣賞名畫《蒙娜麗莎》。為什么蒙娜麗莎的微笑會這么迷人呢？蒙娜麗莎的臉型接近黃金矩形，頭寬和肩寬的比接近黃金比例。如果我們畫一條黃金螺旋線，這條黃金螺旋線可以經(jīng)過蒙娜麗莎的鼻孔、下巴、頭頂和手等重要部位。對于什么是黃金螺旋線？如何繪制黃金螺旋線？教師可以順其自然地為學生普及。

學生在測量、計算、繪制、欣賞中學習數(shù)學，強化了動手能力，感受到數(shù)學在現(xiàn)實生活中的作用，逐步激發(fā)出參與實驗的興趣。

四、以數(shù)學為本源，開發(fā)數(shù)學實驗價值

數(shù)學實驗不能脫離數(shù)學教育而存在。在數(shù)學教學中，教師必須強調(diào)數(shù)學實驗與數(shù)學教學之間的從屬關(guān)系，圍繞數(shù)學課程的理性特點、學科特點落實教學工作，對學生的數(shù)學思維與表達能力進行開發(fā)，幫助學生掌握數(shù)學學習的一般思路，讓“數(shù)學”成為數(shù)學實驗的指路明燈，為學生打開新的數(shù)學學習思路。

在蘇科版數(shù)學九年級上冊“二次根式”的教學中，教師可嘗試利用STEAM教育理念構(gòu)建數(shù)學實驗教學模式。圍繞“數(shù)學”這一關(guān)鍵性元素，教師將STEAM教育理念引入數(shù)學實驗課堂，要求學生配合實驗證明“二次根式”的一般特點。部分學生通過列舉數(shù)字，指出根式下的數(shù)字必然無法被整除，如[2]、[3]等;一些學生則給出否定意見：[4]也屬于二次根式，但其能夠化簡為2，從而發(fā)現(xiàn)這一結(jié)論是不正確的。至此，學生對“二次根式滿足什么條件才能夠化簡成整數(shù)”這一話題展開互動，并進行數(shù)學實驗。一些學生認為，將兩個二次根式相乘，如果所得的數(shù)字能夠化為兩個相同有理數(shù)的乘積，則證明原二次根式能夠化為整數(shù)，并利用[2]、[3]進行檢驗。學生的實驗看似走了彎路，但其實是對數(shù)學知識的大膽應用，應該給予鼓勵。

五、以工程為模板，借助數(shù)學實驗育人

STEAM教育理念將“工程”這一概念帶入教學活動中，對于初中數(shù)學實驗來說，其所指的是標準化、一般化的實驗流程，是對“如工程一般嚴謹?shù)慕虒W模式”的強調(diào)。在開發(fā)初中數(shù)學實驗的過程中，對 “工程”元素加以利用，能夠使課程更好地發(fā)揮出育人功能。

以蘇科版數(shù)學九年級下冊“銳角三角函數(shù)”的教學為例，探究銳角三角函數(shù)，教師可要求學生結(jié)合以往的數(shù)學經(jīng)驗學習相關(guān)數(shù)學知識，對銳角三角函數(shù)進行歸納、整理，要求學生獨立設計實驗方案。此時，學生的實驗從繪圖、計算等角度入手，繪制大小為30°、45°和60°的角，觀察角與對邊的關(guān)系。部分學生認為，雖然銳角三角函數(shù)的值已經(jīng)確定，但在不同的三角形中，銳角三角函數(shù)會隨之發(fā)生變化，于是利用計算機技術(shù)進行探究。隨著實驗的逐步深入，學生開始接受銳角三角函數(shù)的一般特點，但會將注意力轉(zhuǎn)移到直角三角函數(shù)、鈍角三角函數(shù)當中。對于更加復雜的數(shù)學知識，學生在數(shù)學實驗過程中，對觀點進行論證分析，以此得出數(shù)學實驗的一般思路，積累實驗經(jīng)驗。

總之，STEAM教育理念打開了初中數(shù)學實驗教學的新思路，但單元化的實驗教學制度并不能取得預期教學效果。在STEAM教育理念下，教師應嘗試對科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學等元素進行應用，實現(xiàn)數(shù)學實驗的全覆蓋，讓學生在教學活動中感受到數(shù)學之外的客觀知識，提高學生的學習熱情，提升學生的數(shù)學素養(yǎng)。

（作者單位：江蘇省常州市武進區(qū)前黃實驗學校）