STEM視角下初中數(shù)學(xué)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知能力的策略

◎王婷婷

(甘肅省白銀市第十中學(xué)，甘肅 白銀 730900)

在創(chuàng)新理念的大力推進(jìn)下，教師紛紛將新理念、新策略和新方法應(yīng)用于數(shù)學(xué)教學(xué)中，積極探尋最有助于學(xué)生認(rèn)知能力發(fā)展的新資源和新途徑，借助創(chuàng)新性的課堂教學(xué)模式促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)積累、能力訓(xùn)練與素質(zhì)發(fā)展.在此過(guò)程中，STEM理念逐漸興起，并在數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中展示出強(qiáng)大的兼容性、多元性和先進(jìn)性，因而慢慢成為數(shù)學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中的新內(nèi)容，同時(shí)也極大地促進(jìn)了學(xué)生認(rèn)知能力的提升，數(shù)學(xué)課堂教學(xué)煥然一新.

一、STEM理念的概念介紹

STEM理念來(lái)源于科學(xué)(Science)、科技(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Maths)這四大課程的有效整合和內(nèi)容關(guān)聯(lián)，以此形成一個(gè)高質(zhì)量、高水平、高層次的整合性課堂教學(xué)的指導(dǎo)思想.也就是說(shuō)，STEM理念就是課程融合理念，研究者站在一個(gè)知識(shí)點(diǎn)上去關(guān)聯(lián)其他學(xué)科的相關(guān)知識(shí)來(lái)重新解釋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行兩次或多次不同角度的解釋.因此，在STEM理念的幫助下，學(xué)生在數(shù)學(xué)認(rèn)知過(guò)程中能夠獲得某一數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)的兩種或多種不同類型的課程解釋，因而有助于發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知能力.

二、STEM理念與學(xué)生認(rèn)知能力的契合性

第一，STEM理念具有多元性和整合性.STEM理念能夠?yàn)閷W(xué)生的數(shù)學(xué)認(rèn)知提供兩種或多種課程的多角度講解，因而能夠幫助學(xué)生積累課程知識(shí)、思維方式與解決方法，有助于學(xué)生認(rèn)知能力的厚積薄發(fā)，切實(shí)促進(jìn)學(xué)生課程知識(shí)之間的融會(huì)貫通、觸類旁通.

第二，STEM理念具有先進(jìn)性和探究性.STEM理念能夠?yàn)閷W(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)帶來(lái)一種全新的認(rèn)知，在“一點(diǎn)多解”中為學(xué)生多次演示抽象思維與邏輯思維的具體展開過(guò)程和實(shí)際探究過(guò)程，有助于發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知能力，也有助于學(xué)生發(fā)散思維.

第三，STEM理念具有知識(shí)性和體系性.STEM理念能夠?yàn)閷W(xué)生的數(shù)學(xué)認(rèn)知帶來(lái)豐富的區(qū)域知識(shí)闡述和局部體系構(gòu)建，能夠在“自圓其說(shuō)”中利用不同的課程知識(shí)為學(xué)生解釋一個(gè)問(wèn)題，能夠有效拓展學(xué)生的認(rèn)知視野，讓學(xué)生獲得完整的知識(shí)體系.

三、STEM理念下數(shù)學(xué)教學(xué)的開展策略

STEM理念是數(shù)學(xué)課堂的“興奮劑”，不但能夠有效拓寬學(xué)生的視野、改變學(xué)生的思維方式，還能夠有效增加數(shù)學(xué)課堂的趣味性和探究性.

(一)STEM理念在課前預(yù)習(xí)中的應(yīng)用

課前預(yù)習(xí)是學(xué)生預(yù)習(xí)知識(shí)、儲(chǔ)備信息的基礎(chǔ)性活動(dòng)，也是訓(xùn)練和發(fā)展學(xué)生認(rèn)知能力的重要區(qū)域.

1.STEM理念激發(fā)認(rèn)知興趣

STEM理念具有創(chuàng)新性，與傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)不同，它能夠?qū)⒁粋€(gè)數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的科學(xué)技術(shù)、背景知識(shí)完整地呈現(xiàn)出來(lái).因此，初次接觸STEM理念的學(xué)生不知道教師會(huì)在講解知識(shí)點(diǎn)的過(guò)程中引入哪一課程的新觀點(diǎn)和新解釋，更不知道教師的思維會(huì)跳到哪一課程中.學(xué)生具有強(qiáng)烈的獵奇心理，因而對(duì)于STEM理念能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知興趣、求知?jiǎng)訖C(jī)和參與意識(shí).而這些主體因素是在數(shù)學(xué)課堂上驅(qū)動(dòng)學(xué)生積極參與、主動(dòng)思考、自覺探究、大膽創(chuàng)新的生命活力，能夠推動(dòng)學(xué)生認(rèn)知能力的持續(xù)發(fā)展.

例如，在講解“正數(shù)和負(fù)數(shù)”的過(guò)程中，教師首先引導(dǎo)學(xué)生探究正數(shù)、零和負(fù)數(shù)在數(shù)軸上的空間分布與排列順序，使學(xué)生產(chǎn)生初步的感知.然后，教師又從物理學(xué)的“溫度”再次引導(dǎo)學(xué)生感知“正數(shù)和負(fù)數(shù)”，用實(shí)際例子幫助學(xué)生理解“溫度”與“正數(shù)和負(fù)數(shù)”之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生有效掌握“正數(shù)和負(fù)數(shù)”知識(shí).因此，教師在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中立足數(shù)學(xué)知識(shí)與物理知識(shí)范疇?zhēng)椭鷮W(xué)生感知“正數(shù)和負(fù)數(shù)”，有助于實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)此內(nèi)容的深度學(xué)習(xí)，達(dá)到推動(dòng)學(xué)生科學(xué)發(fā)展的教學(xué)目的.

2.STEM理念培養(yǎng)認(rèn)知能力

在課前預(yù)習(xí)或翻轉(zhuǎn)教學(xué)過(guò)程中，教師將自己的教學(xué)設(shè)計(jì)和STEM理念融合到課件中，在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)發(fā)放給學(xué)生.這樣，教師可以借助教學(xué)課件指導(dǎo)學(xué)生在課下自主學(xué)習(xí)，訓(xùn)練、提升學(xué)生的認(rèn)知能力，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣與認(rèn)知習(xí)慣.預(yù)習(xí)活動(dòng)能夠?yàn)檎n上的合作探究積累學(xué)習(xí)收獲與交流信息，有助于學(xué)生課堂交流與合作探究.

例如，在講解“圓的有關(guān)性質(zhì)”的過(guò)程中，圓心到圓周上任意一點(diǎn)的距離都相等，即實(shí)際距離就是半徑的長(zhǎng)度.也就是說(shuō)，圓心也是圓的幾何重心.因此，教師在教學(xué)課件中可以利用物理中“重心知識(shí)”為學(xué)生做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)備一支削尖了的鉛筆，將鉛筆直立在桌子上，讓鉛筆尖朝上；然后，教師拿著一個(gè)提前剪好的硬紙板做成的圓，且圓上明確標(biāo)出“圓心”的具體位置.最后，教師將硬紙板平穩(wěn)地放在鉛筆尖上.教師利用數(shù)學(xué)的“圓心”和物理的“重心”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了學(xué)生的認(rèn)知興趣、求知?jiǎng)訖C(jī)和發(fā)展意識(shí)，提升了學(xué)生的認(rèn)知能力.

(二)STEM理念在課堂交流中的應(yīng)用

課堂教學(xué)是STEM理念應(yīng)用于數(shù)學(xué)教學(xué)的主陣地，也是STEM理念推動(dòng)學(xué)生認(rèn)知能力發(fā)展的核心區(qū)域，更是STEM理念教育價(jià)值最主要的展現(xiàn)空間.

1.STEM理念支持下的知識(shí)講解

數(shù)學(xué)知識(shí)具有抽象性、復(fù)雜性.因此，教師對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的詳細(xì)講解能夠幫助學(xué)生全面剖析數(shù)學(xué)知識(shí)的真實(shí)內(nèi)涵和外向拓展，還能夠?yàn)閷W(xué)生展示教師的切入角度、思維方式、邏輯推理方法，為培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力提供范例.STEM理念的加入更為數(shù)學(xué)課堂注入了新鮮血液，給予學(xué)生全新的認(rèn)知體驗(yàn)，極大地提升學(xué)生的認(rèn)知興趣和求知?jiǎng)訖C(jī).

例如，在講解“軸對(duì)稱圖形”時(shí)，“軸對(duì)稱圖形”是數(shù)學(xué)領(lǐng)域中非常具有觀賞性的美圖，能夠?yàn)閷W(xué)生帶來(lái)非常美好的認(rèn)知體驗(yàn).在“軸對(duì)稱圖形”中，對(duì)稱軸兩邊的對(duì)應(yīng)點(diǎn)到對(duì)稱軸的距離相等，因此，“軸對(duì)稱圖形”與物理學(xué)中的“平面鏡成像”完全一致，教師可以借助“平面鏡成像”的知識(shí)為學(xué)生講解“軸對(duì)稱圖形”，讓學(xué)生獲得一堂帶有濃重“物理味道”的“軸對(duì)稱圖形”課程.在此過(guò)程中，教師可以分別講解“平面鏡成像”與“軸對(duì)稱圖形”兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，不但讓學(xué)生明白二者的內(nèi)在聯(lián)系，還讓學(xué)生在兩次知識(shí)講解中獲得更好的認(rèn)知效果.由此可見，STEM理念在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了一舉兩得的教學(xué)效果，讓學(xué)生學(xué)會(huì)了“軸對(duì)稱圖形”的數(shù)學(xué)知識(shí)，也讓學(xué)生明白了“平面鏡成像”的物理知識(shí).因此，學(xué)生能夠在數(shù)學(xué)課堂上得到兩種知識(shí)的認(rèn)知體驗(yàn)，有助于學(xué)生認(rèn)知能力的可持續(xù)發(fā)展.

2.STEM理念指導(dǎo)下的主體探究

在數(shù)學(xué)課堂上，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)認(rèn)知，還要讓學(xué)生直接感知STEM理念，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng).因此，數(shù)學(xué)課堂教學(xué)要借助STEM理念，實(shí)現(xiàn)多元課程的融會(huì)貫通.教師還要引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中積極踐行STEM理念解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)與強(qiáng)化學(xué)生的STEM理念，將STEM理念融入學(xué)生的認(rèn)知思維之中，有效提升學(xué)生的思維能力.

例如，在講解“勾股定理”時(shí)，“勾股定理”是數(shù)學(xué)知識(shí)領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)非常著名的公式和定理，也非常廣泛地應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域.如工廠提供一個(gè)零件，需要讓學(xué)生利用直尺去測(cè)量后判定這個(gè)零件的角度是不是90度，以此判斷這個(gè)零件是否合格.判定零件的角度的工具只有一把直尺，直尺與角的度數(shù)之間并沒有直接聯(lián)系，這個(gè)問(wèn)題看似無(wú)法完成.但是，“勾股定理”能夠在數(shù)值與圖形之間搭建了一個(gè)橋梁，學(xué)生能夠利用“勾股定理”的知識(shí)去判定一個(gè)角是不是90度.例如，學(xué)生測(cè)量一個(gè)邊是3厘米，另一個(gè)邊是4厘米，再測(cè)量第三邊是不是5厘米.如果第三邊是5厘面，那么第三邊對(duì)應(yīng)的角就是90度；如果第三邊大于5厘米，第三邊所對(duì)的角的角度就大于90度；如果第三邊小于5厘米，第三邊所對(duì)的角的角度就小于90度.這樣，學(xué)生能夠在STEM理念的指導(dǎo)下借助“勾股定理知識(shí)”解決一個(gè)“工程”問(wèn)題，以此實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)的相互兼容、融會(huì)貫通、觸類旁通.

(三)STEM理念在課后鞏固中的應(yīng)用

學(xué)生不僅要在課前預(yù)習(xí)中訓(xùn)練和提升自己的認(rèn)知能力和思維能力，還要在教師安排的課后鞏固中再次創(chuàng)新思維.課后鞏固也是學(xué)生進(jìn)行知識(shí)積累、思維拓展、課程融合、能力訓(xùn)練與素質(zhì)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是學(xué)生接觸、感知、掌握、應(yīng)用STEM理念的主體實(shí)踐平臺(tái)與科學(xué)發(fā)展途徑.因此，教師要注意開發(fā)課后鞏固的實(shí)踐性、強(qiáng)化性、拓展性與創(chuàng)新性，以此促進(jìn)學(xué)生更好地掌握STEM理念.

例如，在講解“角的平分線的性質(zhì)”時(shí)，在數(shù)學(xué)范疇中，三角形的角平分線的交點(diǎn)是三角形的內(nèi)心，而三角形的內(nèi)心具有一個(gè)非常特殊的性質(zhì)，內(nèi)心到三邊的距離都相等.因此，教師可以讓學(xué)生從“工程學(xué)”的角度去看待三角形的內(nèi)心，內(nèi)心與三個(gè)頂點(diǎn)的連線都能夠表現(xiàn)出該角的對(duì)稱性.學(xué)生在課后鞏固中慢慢借助教師在課上提供的數(shù)學(xué)知識(shí)和STEM理念創(chuàng)造性地看待三角形的內(nèi)心，在STEM理念和創(chuàng)新思維的共同驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生就會(huì)對(duì)三角形的內(nèi)心逐漸產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)和新的解讀.

由此可見，學(xué)生在對(duì)三角形的內(nèi)心的自主學(xué)習(xí)與合作探究過(guò)程中能夠有效調(diào)動(dòng)個(gè)人的思維能力、想象能力、推理能力、假設(shè)能力、創(chuàng)新能力和審美能力.學(xué)生能夠借助三角形的內(nèi)心的知識(shí)放飛個(gè)人的想象力、審美力、思維力、探究力，極大地推動(dòng)了學(xué)生認(rèn)知能力、思維能力與創(chuàng)新能力的發(fā)展.

結(jié)束語(yǔ)

教師不僅是數(shù)學(xué)教學(xué)的引導(dǎo)者、設(shè)計(jì)者，也是STEM理念的研究者、踐行者和推廣者，更是學(xué)生認(rèn)知能力培養(yǎng)的關(guān)注者、指導(dǎo)者和促進(jìn)者.因此，教師以STEM理念為研究對(duì)象，以數(shù)學(xué)教學(xué)為研究平臺(tái)，積極開發(fā)STEM理念對(duì)于學(xué)生認(rèn)知興趣、認(rèn)知狀態(tài)和認(rèn)知能力的作用，并通過(guò)課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)和課后鞏固這三個(gè)階段進(jìn)行實(shí)踐探究，積極探究STEM理念在這三個(gè)階段對(duì)于學(xué)生認(rèn)知能力、思維能力的促進(jìn)作用，切實(shí)推動(dòng)學(xué)生思維能力的發(fā)展.