STEM教育理念在初中數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【摘 要】要想使學(xué)生的思維、能力、知識(shí)、價(jià)值觀等方面都得到正向發(fā)展，且在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的交叉融合，構(gòu)建適合我國學(xué)生發(fā)展的學(xué)科體系，傳統(tǒng)的單一式、灌輸式的教學(xué)模式顯然行不通。基于此，筆者提出將STEM教育理念融入數(shù)學(xué)課堂中，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。STEM教育理念強(qiáng)調(diào)各學(xué)科的相互滲透以及實(shí)踐與理論的結(jié)合，能夠更好地促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。本文以STEM教育理念為指導(dǎo)，嘗試以初中數(shù)學(xué)中的“平面直角坐標(biāo)系”為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】STEM教育;平面直角坐標(biāo)系;教學(xué)設(shè)計(jì);初中數(shù)學(xué)

【中圖分類號(hào)】G633.6? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? 【文章編號(hào)】1671-8437（2021）28-0237-03

我國在基礎(chǔ)教育方面仍普遍存在各學(xué)科知識(shí)缺乏有效整合的現(xiàn)象，而且教師往往采取灌輸式的教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生只是通過死記硬背來學(xué)習(xí)，并沒有真正理解所學(xué)知識(shí)，不能將不同學(xué)科的知識(shí)融會(huì)貫通，這嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。美國教育家杜威指出，教育就是學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的不斷改造和重新組織，并且提出了“從做中學(xué)”的教學(xué)方法。學(xué)生只有親自參與到知識(shí)的探索過程中，才能夠有效吸收知識(shí)并且靈活應(yīng)用[1]。為了更好地促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，我國的數(shù)學(xué)課標(biāo)也已將原來的“雙基”（基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能）、“雙能”（分析問題和解決問題的能力）改為現(xiàn)在的“四基”（基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能、基本思想、基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)）、“四能”（發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力）[2]，其原因就是在新時(shí)代的背景下，傳統(tǒng)數(shù)學(xué)中的“雙基”已不能適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)學(xué)教學(xué)，甚至影響著數(shù)學(xué)教學(xué)的改革和發(fā)展，而“四基”“四能”的提出能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和數(shù)學(xué)素養(yǎng)。

1? ?STEM教育理念概述

STEM是由科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四個(gè)英文單詞的首字母組合而成，STEM教育理念提倡以跨學(xué)科的方式解決問題，整合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)和思維方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦、參與學(xué)習(xí)過程，使學(xué)生不僅能獲得結(jié)果性知識(shí)，還能獲得過程性知識(shí)[3]。學(xué)生在教師的合理引導(dǎo)下，完成獨(dú)立思考、動(dòng)手操作、小組合作解決問題的學(xué)習(xí)過程，這樣學(xué)生所獲得的知識(shí)是自己自主構(gòu)建的，而非來自于外部的灌輸。STEM教育的目標(biāo)正是要幫助學(xué)生獲得直接經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在做和學(xué)中發(fā)展多元智能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力，這與課標(biāo)提出的“四基”“四能”是相符的。總之，STEM教育的最終目的是將學(xué)生的學(xué)習(xí)變被動(dòng)為主動(dòng)，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。本文以人教版初中數(shù)學(xué)七年級(jí)下冊第七章“平面直角坐標(biāo)系”為例，制定了基于STEM教育理念的教學(xué)設(shè)計(jì)方案。

2? ?基于STEM理念的“平面直角坐標(biāo)系”的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1? 教材分析

平面直角坐標(biāo)系是初中生必學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，中學(xué)數(shù)學(xué)課程教材研究開發(fā)中心經(jīng)過合理地設(shè)計(jì)，將其安排在初中數(shù)學(xué)七年級(jí)下冊第七章中。本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生已經(jīng)掌握了數(shù)軸的相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上展開的，直角坐標(biāo)系是數(shù)軸的延伸，它建立了平面內(nèi)的點(diǎn)與有序?qū)崝?shù)對的一一對應(yīng)關(guān)系。學(xué)好平面直角坐標(biāo)系的相關(guān)知識(shí)是學(xué)生后面學(xué)習(xí)函數(shù)知識(shí)和空間直角坐標(biāo)系的可靠基礎(chǔ)，所以平面直角坐標(biāo)系起著承上啟下的作用。本節(jié)內(nèi)容要求學(xué)生認(rèn)識(shí)有序數(shù)對，認(rèn)識(shí)并會(huì)建平面直角坐標(biāo)系，掌握橫軸、縱軸、原點(diǎn)、象限等概念，學(xué)會(huì)建立點(diǎn)與坐標(biāo)的一一對應(yīng)關(guān)系。平面直角坐標(biāo)系在中考中占有很大比重，通常是與函數(shù)結(jié)合起來對學(xué)生進(jìn)行考查，選擇題、填空題、解答題都會(huì)涉及，是學(xué)生需要掌握的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。

2.2? 學(xué)情分析

（1）學(xué)生已有基礎(chǔ)：一是平面直角坐標(biāo)系以數(shù)軸為基礎(chǔ)，學(xué)生在七年級(jí)上冊第一章學(xué)習(xí)有理數(shù)知識(shí)時(shí)開始接觸數(shù)軸相關(guān)知識(shí)，已經(jīng)具備了數(shù)形結(jié)合的基本思想，對于任意給定的某一實(shí)數(shù)，學(xué)生都能夠很快在數(shù)軸上找到其位置。二是經(jīng)歷了數(shù)年的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生在探索、研究、對比和發(fā)現(xiàn)的過程中慢慢地形成了一定的觀察能力、歸納能力、概括能力和運(yùn)算能力，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

（2）學(xué)生認(rèn)知困難：與在數(shù)軸上表示點(diǎn)不同的是，平面直角坐標(biāo)系中的點(diǎn)是一對有序?qū)崝?shù)，許多學(xué)生經(jīng)常將橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的位置寫反，故理解坐標(biāo)的含義對學(xué)生學(xué)好平面直角坐標(biāo)系至關(guān)重要。

2.3? 教學(xué)目標(biāo)

S（科學(xué)）：融合了地理中方位、經(jīng)度、緯度等學(xué)科知識(shí)，讓學(xué)生體會(huì)到數(shù)學(xué)在地理學(xué)發(fā)展中的作用。

T（技術(shù)）：按照教師的要求動(dòng)手做實(shí)驗(yàn);會(huì)建直角坐標(biāo)系。

E（工程）：運(yùn)用工程的思維進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施。

M（數(shù)學(xué)）：學(xué)會(huì)記錄數(shù)據(jù);理解坐標(biāo)的意義。

2.4? 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：認(rèn)識(shí)平面直角坐標(biāo)系，理解點(diǎn)的坐標(biāo)含義。

難點(diǎn)：會(huì)建平面直角坐標(biāo)系，會(huì)找對應(yīng)點(diǎn)。

2.5? 教學(xué)過程

2.5.1? 情境導(dǎo)入

教師創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生完成下面的事件：

事件1：請同學(xué)們用手指出課本第72頁第4行文字;事件2：請同學(xué)們說出操場的位置;事件3：×××同學(xué)，你能幫老師取一下作業(yè)本嗎？在教師辦公室第二排第一列的辦公桌上;事件4：請同學(xué)們將課本翻到71頁，然后找到“指揮員”一詞的位置。

（對于上述事件，學(xué)生都能輕而易舉地完成）

師：同學(xué)們發(fā)現(xiàn)剛才老師提到的四個(gè)事件有什么共同特點(diǎn)嗎？

生：都是要找某一物的準(zhǔn)確位置。

2.5.2? 探索新知

活動(dòng)1：“點(diǎn)兵點(diǎn)將”

教師示范：我們規(guī)定橫向?yàn)椤芭拧?，縱向?yàn)椤傲小?。如同學(xué)I的座位，我們可以說是第二排第三列，用點(diǎn)

（2，3）表示，我們習(xí)慣上把“排”寫在前面，把“列”寫在后面;再如同學(xué)X的座位，我們可以說是第四排第六列，用點(diǎn)（4，6）表示。

師：下面請同桌2人為一小組，采取“一人提問另一人作答”的模式，指出班上部分同學(xué)的座位號(hào)，要求說明是第幾排第幾列并用點(diǎn)（a，b）表示。然后兩人調(diào)換，重復(fù)這一實(shí)驗(yàn)，并做好記錄。（教師提前將記錄卡發(fā)下去，每位學(xué)生一張，如表1所示）

學(xué)生活動(dòng)：小組合作、分工明確、執(zhí)行任務(wù)。

活動(dòng)2：在地球儀上確定我國任一城市的位置

教師先向?qū)W生介紹地球儀上的經(jīng)線和緯線知識(shí)，并向?qū)W生介紹如何用英文首字母表示“東南西北”。

師：同學(xué)們試著在地球儀上找出北緯30度有我國哪些城市？

生：有成都、重慶、杭州、上海和寧波等城市。

師：同學(xué)們再試著在地球儀上找出東經(jīng)110度有我國哪些省份？

生：有海南、廣東、廣西、湖南、湖北、陜西、內(nèi)蒙古等。

師：只知道經(jīng)度或者是緯度能確定某一地區(qū)的具體位置嗎？

生：不能。

師：若同時(shí)知道經(jīng)度和緯度能確定某一地區(qū)的具體位置嗎？

教師示范：我們先在地球儀上找到北京的位置，發(fā)現(xiàn)它在北緯39.9度、東經(jīng)116.3度，則可用點(diǎn)（39.9N，116.3E）表示，我們習(xí)慣上把緯度寫在前面，把經(jīng)度寫在后面;再如武漢位于北緯30.5度，東經(jīng)114.3度，用點(diǎn)（30.5N，114.3E）表示。

師：下面請同桌2人為一小組，同樣采取“一人提問另一人作答”的模式，指出我國部分城市的具體位置，要求說明經(jīng)緯度各是多少并用點(diǎn)（a，b）表示，然后兩人調(diào)換身份，重復(fù)這一實(shí)驗(yàn)，并做好記錄。（教師提前將記錄卡發(fā)下去，每位學(xué)生一張，如表2所示）

學(xué)生活動(dòng)：小組合作、分工明確、執(zhí)行任務(wù)。

設(shè)計(jì)目的：以活動(dòng)的方式讓學(xué)生親自參與知識(shí)的探索過程，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，教師可以由此引出“有序數(shù)對”的定義，為接下來引出平面直角坐標(biāo)系做鋪墊。

有序數(shù)對：如第二排第三列，第四排第六列，北緯39.9度、東經(jīng)116.3度，北緯30.5度、東經(jīng)114.3度這樣含有兩個(gè)數(shù)來表示一個(gè)確定的位置，其中兩個(gè)數(shù)各表示不同的含義，我們把這種有順序的兩個(gè)數(shù)a與b組成的數(shù)對，叫做有序數(shù)對，記作（a，b）[4]。

引出平面直角坐標(biāo)系：對于教室中各學(xué)生的座位或是地球儀中各地區(qū)的位置，類似于這樣不在同一條直線上的研究對象，再利用數(shù)軸的知識(shí)來確定其位置就行不通了。（如圖1所示）

師：若我們將第三排看成是一個(gè)數(shù)軸，以學(xué)生O為原點(diǎn)，取右方向?yàn)檎较?，相鄰學(xué)生間距為1個(gè)單位，則學(xué)生Q和學(xué)生M分別在哪個(gè)位置？

生：學(xué)生Q在數(shù)軸上坐標(biāo)為2的點(diǎn)上;學(xué)生M在數(shù)軸上坐標(biāo)為?2的點(diǎn)上。

師：那學(xué)生H呢？學(xué)生d呢？他們的位置又該如何表示？此時(shí)利用一個(gè)數(shù)軸還能準(zhǔn)確表示他們的位置嗎？

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生四人為一小組展開討論，在教師的引導(dǎo)、前面的活動(dòng)的啟發(fā)下，學(xué)生得出結(jié)論：針對在同一條直線上的研究對象，可以用畫數(shù)軸的方式表示其位置，而在平面上的研究對象，則需要兩個(gè)數(shù)才能確定其位置，并且這兩個(gè)數(shù)所表示的含義不同。某小組引出兩條相互垂直、原點(diǎn)重合的數(shù)軸，取第三排為x軸，取向右方向?yàn)檎较颍〉谌袨?y軸，取向上方向?yàn)檎较?，將相鄰學(xué)生間距看作為1個(gè)單位，并用有序數(shù)對來表示學(xué)生位置，將學(xué)生O用點(diǎn)（0，0）表示，學(xué)生H用點(diǎn)（?1，1）表示，學(xué)生d用點(diǎn)（3，?2）表示。

接著教師向全班學(xué)生介紹平面直角坐標(biāo)系，并向?qū)W生介紹坐標(biāo)軸、原點(diǎn)、象限等知識(shí)。

師：還有別的表示方法嗎？是否一定要以學(xué)生O為原點(diǎn)呢？

各小組積極探討，給出了不同的表示方法。（讓學(xué)生學(xué)會(huì)建立平面直角坐標(biāo)系）

2.5.3? 例題講解

例：在同一平面直角坐標(biāo)系中描出下列各點(diǎn)：A（0，3）、B（?4，0）、C（2，3）、D（3，2）、E（?3，3）、F（?2，?3）、H（4，?5）。

教師給出例題，讓學(xué)生先獨(dú)立思考并動(dòng)手操作，可與同桌討論。然后教師在黑板上進(jìn)行示范，歸納解題思路和步驟。

2.5.4? 課堂小結(jié)

教師通過口頭提問的方式幫助學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)的知識(shí)，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)和難點(diǎn)。指出容易混淆的地方，再次強(qiáng)調(diào)橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的含義[5]。

2.5.5? 作業(yè)布置

基礎(chǔ)題：習(xí)題7.1中的第1、第4兩題。

思考題：①x軸和 y軸上的點(diǎn)各有什么特征？②第一、第二、第三、第四象限的點(diǎn)各有什么特征？

作業(yè)分基礎(chǔ)題和思考題，由簡到難，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律和接受能力。基礎(chǔ)題有利于幫助學(xué)生鞏固本節(jié)知識(shí)，思考題也符合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。

基于STEM教育理論對“平面直角坐標(biāo)系”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，目的在于提高課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生對知識(shí)的吸收率。教師通過引導(dǎo)學(xué)生參與探索知識(shí)的活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生在做中學(xué)，在學(xué)中做。這樣的教學(xué)能豐富學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生真正理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張建偉，孫燕青.從“做中學(xué)”到建構(gòu)主義—探究學(xué)習(xí)的理論軌跡[J].教育理論與實(shí)踐，2006（4）.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：人民教育出版社，2011.

[3]管光海.STEM教育實(shí)踐中的問題與建議[J].中國民族教育，2018（Z1）.

[4]中學(xué)數(shù)學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書七年級(jí)（下冊）[M].北京：人民教育出版社，2012.

[5]匡麗媛.基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)活動(dòng)的開發(fā)[D].上海：上海師范大學(xué)，2018.

【作者簡介】

石舢（1995～），男，漢族，安徽安慶人，喀什大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院學(xué)科數(shù)學(xué)專業(yè)2020級(jí)碩士研究生。研究方向：中小學(xué)數(shù)學(xué)課程教學(xué)研究。