STEAM教育理念下初中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)策略研究

傅衛(wèi)軍

【摘要】“跨學(xué)科”是新課標(biāo)反復(fù)強(qiáng)調(diào)的概念，要求教師打破學(xué)科壁壘，促進(jìn)多學(xué)科整合教學(xué).STEAM教育關(guān)注不同學(xué)科知識(shí)之間的影響與整合，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向，將生活與社會(huì)問題融入學(xué)習(xí)主題之中，與“跨學(xué)科”概念不謀而合.文章將STEAM教育理念運(yùn)用于初中數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)際中，以“自制學(xué)具—立體幾何模型”“設(shè)計(jì)制作長(zhǎng)方體形狀的包裝盒”平面直角坐標(biāo)系為例，探討如何展開初中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)，并提出了在STEAM教育理念下實(shí)現(xiàn)初中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)發(fā)展的策略，以供廣大教師借鑒與參考.

【關(guān)鍵詞】STEAM；初中數(shù)學(xué)；跨學(xué)科；教學(xué)策略

【項(xiàng)目基金】福建省基礎(chǔ)教育課程教學(xué)研究課題《基于STEAM教育理念的通用技術(shù)學(xué)科學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究》（立項(xiàng)編號(hào)：MJYKT2021-199）

現(xiàn)階段，中學(xué)一直以來都是采用分科式教學(xué)，故而導(dǎo)致學(xué)科與學(xué)科之間壁壘分明，這一現(xiàn)象極大地阻礙了通用技術(shù)學(xué)科綜合性的發(fā)展，也在一定程度上制約著各學(xué)科信息化教學(xué)改革.STEAM教育理念和跨學(xué)科教學(xué)，打破了學(xué)科之間的壁壘，使各學(xué)科知識(shí)得以整合，為初中數(shù)學(xué)的教學(xué)方式提供新思路.筆者正是基于這一觀點(diǎn)，在探索初中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐之中引入了STEAM教育理念開展課程實(shí)踐，利用STEAM教育“模糊學(xué)科間的界限，提高學(xué)科間的聯(lián)系度，并以問題解決或項(xiàng)目學(xué)習(xí)的形式將其運(yùn)用到真實(shí)的問題情境中”的特點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為切入點(diǎn)，通過教學(xué)實(shí)踐開展實(shí)際的課堂教學(xué)，對(duì)初中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)、STEAM教學(xué)模式及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的理論和實(shí)踐研究進(jìn)行補(bǔ)充，還對(duì)相關(guān)策略進(jìn)行了思考.

一、選定項(xiàng)目，運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)強(qiáng)化學(xué)生空間觀念

STEAM教育，即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的融合.在STEAM教育理念下，初中數(shù)學(xué)教師應(yīng)該將數(shù)學(xué)教育與其他學(xué)科結(jié)合起來，注重學(xué)生對(duì)幾何概念的理解和把握，加強(qiáng)對(duì)數(shù)學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí).教師可以通過多種方式引入數(shù)學(xué)概念，如利用高中通用技術(shù)課程“怎樣挑選材料”，選定與規(guī)劃“自制學(xué)具—立體幾何模型”項(xiàng)目，輔助學(xué)生認(rèn)識(shí)、了解三維立體空間，強(qiáng)化學(xué)生們的空間觀念.具體步驟如下：

第一，項(xiàng)目選定.“設(shè)計(jì)制作長(zhǎng)方體形狀的包裝盒”這一初中數(shù)學(xué)綜合與實(shí)踐活動(dòng)，要求學(xué)生經(jīng)歷長(zhǎng)方體形狀包裝盒問題的形成過程，在實(shí)踐中嘗試解決問題，但直接仿照書本上的內(nèi)容制作長(zhǎng)方體形狀的包裝盒，顯然無法強(qiáng)化學(xué)生的空間觀念，在后續(xù)學(xué)習(xí)中學(xué)生可能由于缺乏空間立體感，在知識(shí)學(xué)習(xí)、解題時(shí)會(huì)感到吃力.并且，高中通用信息技術(shù)“怎樣挑選材料”這一節(jié)教材中廣告燈箱的例子并不日常，不利于學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象正確選擇材料.鑒于此，筆者選定并規(guī)劃了“自制學(xué)具—立體幾何模型”項(xiàng)目，在整合了通用技術(shù)“設(shè)計(jì)的一般過程”“材料性能與規(guī)劃”及“結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)”等章節(jié)內(nèi)容基礎(chǔ)上，融入物理、工程等學(xué)科知識(shí)，為學(xué)生空間觀念形成、幾何模型學(xué)習(xí)提供支持.

第二，跨學(xué)科知識(shí)運(yùn)用.確定項(xiàng)目后，筆者按照教學(xué)流程設(shè)計(jì)了具體的學(xué)習(xí)活動(dòng)，以指引學(xué)生如何利用跨學(xué)科知識(shí)與方法解決實(shí)際問題，展開跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生此過程中建構(gòu)知識(shí)，形成素養(yǎng)，具體如表1所示.

第三，教輔資源設(shè)計(jì).教師應(yīng)該提前準(zhǔn)備充足的教學(xué)資源，包括各種實(shí)驗(yàn)用的材料、零部件、電腦、3D打印機(jī)、木工工具等，并且要精心設(shè)計(jì)出詳盡的活動(dòng)記錄表，以便更好地了解材料的特性、規(guī)劃、作品的設(shè)計(jì)、制作過程以及評(píng)估結(jié)果.通過收集這些詳盡的資源和過程性資料，筆者可以確保項(xiàng)目活動(dòng)能夠有條理、高效的進(jìn)行，同時(shí)能夠幫助學(xué)生們更好地回顧整個(gè)學(xué)習(xí)過程，從而更好地總結(jié)、反思，提升學(xué)生思維能力，并且培養(yǎng)出良好的素養(yǎng).

二、活用通用信息技術(shù)，打破多學(xué)科知識(shí)壁壘

在初中數(shù)學(xué)課堂上，教師通過利用通用信息技術(shù)，如幾何畫板、PPT、Flash等，將抽象晦澀乏味的數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)變得生動(dòng)活潑形象，讓學(xué)生產(chǎn)生更加深入的理解，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們發(fā)散思維，引導(dǎo)學(xué)生自主探索和解答問題，從而培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，最終形成自己獨(dú)特的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方法.因此，數(shù)學(xué)教師應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到培養(yǎng)在日常生活中運(yùn)用數(shù)學(xué)意識(shí)的重要性，同時(shí)應(yīng)充分利用教材，努力挖掘?qū)嶋H應(yīng)用，并設(shè)計(jì)有效的教學(xué)情境，讓學(xué)生在潛移默化中體會(huì)到數(shù)學(xué)教育在實(shí)際生活中的重要性.

例如，在“二次函數(shù)”的學(xué)習(xí)中，初中數(shù)學(xué)教師通過使用Flash制造一段動(dòng)畫片來展示表達(dá)式f（x）=ax2+bx+c（a不為零，且a，b，c是實(shí)數(shù)）的開放走向，以此來幫助學(xué)生更好地了解函數(shù)圖像表示的開放走向，并得以更有效地使用數(shù)學(xué)理論來解答現(xiàn)實(shí)提問.

又如，在“黃金分割”這一內(nèi)容教學(xué)中，教師借助通用信息技術(shù)，以“跨學(xué)科”的方式將美術(shù)等學(xué)科知識(shí)融入數(shù)學(xué)教學(xué)之中，面向?qū)W生展開多樣化的實(shí)踐活動(dòng).

師：黃金分割是指將整體一分為二，較大部分與整體部分的比值等于較小部分與較大部分的比值，達(dá)芬奇的作品《蒙娜麗莎》和《最后的晚餐》都運(yùn)用了黃金分割，著名雕像斷臂維納斯，金字塔，巴黎圣母院，埃菲爾鐵塔，巴特農(nóng)神廟，都有黃金分割的痕跡.你們有了解過嗎？（一邊說一邊用多媒體展示圖1）.

學(xué)生A：不清楚.

學(xué)生B：聽過一點(diǎn).

（板書：黃金分割點(diǎn)）

教師通過介紹與美術(shù)中相關(guān)例題的練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)如何利用黃金分割解決實(shí)際問題，充分體現(xiàn)了跨學(xué)科教學(xué)的教育理念，綜合發(fā)展學(xué)生的能力.在整個(gè)跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)中，無論是跨的學(xué)科、跨的維度，還是跨的教學(xué)環(huán)節(jié)都符合初中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)的概念，突出了數(shù)學(xué)學(xué)科中心，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo).

三、借助圖形案例編碼，設(shè)計(jì)跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)

教學(xué)內(nèi)容：平面直角坐標(biāo)系，針對(duì)七年級(jí)學(xué)生，設(shè)置2課時(shí).

學(xué)情分析：大多數(shù)學(xué)生都掌握了數(shù)軸的概念，并且能夠?qū)⑺鼈兣c“確定位置”聯(lián)系起來.此外，隨著Scratch、Python等編程技術(shù)的普及，一部分學(xué)生也開始掌握這些技能，并運(yùn)用這些技術(shù)解決實(shí)際問題.在這門課上，筆者將采用HBuilder這個(gè)編程HTML5，利用HTML5的Canvas標(biāo)簽來進(jìn)行STEAM的教學(xué).這些Canvas的特征、函數(shù)都非常類似于Python的Turtle庫里的指令.因此，筆者希望能夠借此引導(dǎo)學(xué)生更好地掌握平面直角坐標(biāo)的概念.

教學(xué)目標(biāo)：①掌握平面直角坐標(biāo)系的基本概念，包括橫、縱坐標(biāo)、原點(diǎn)和坐標(biāo)；熟練繪制出該坐標(biāo)系的圖形；熟練掌握從圖形上提取每個(gè)點(diǎn)的位置，并用該圖形表示其所屬的坐標(biāo)；深入了解“有序?qū)崝?shù)對(duì)”圖形上的每個(gè)點(diǎn)的特征，并建立起它們的映射關(guān)系.②Canvas技術(shù)可以幫助學(xué)生更好地理解平面直角坐標(biāo)系的概念，并將其應(yīng)用到日常的工作當(dāng)中.此外，教師還可以幫助他們提高STEAM的素質(zhì).

4.教學(xué)準(zhǔn)備：①教師需要提供兩份多媒體資源，一份導(dǎo)學(xué)案，一份練習(xí)冊(cè)，一份評(píng)估表.學(xué)生需要完成一些預(yù)設(shè)的作業(yè)，包括：根據(jù)老師的要求，創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的繪畫主題，例如，畫出漂亮的衣物、玩一個(gè)有趣的小船、亮起LED燈.提供多種學(xué)習(xí)工具，包括：方格練習(xí)本、直尺、三角板、草稿紙.此外，教師還提供了一些經(jīng)典的例題，幫助學(xué)生了解不同的學(xué)科，并能夠更好地進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí).②學(xué)生需要做好充足的準(zhǔn)備，包括復(fù)習(xí)課程資料，完成導(dǎo)學(xué)案的相關(guān)章節(jié)，清楚地理解學(xué)科知識(shí)，提升自身的學(xué)習(xí)能力，同時(shí)，需要做好針對(duì)性的復(fù)習(xí)，如完成測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、演示等.

5.教學(xué)環(huán)節(jié)：①通過展示一段五子棋的視頻，教師可以幫助學(xué)生更好地理解平面直角坐標(biāo)系的概念，最終，教師可以提出一個(gè)實(shí)際的問題，即這一概念能否被廣泛地運(yùn)用到日常的工作和生活當(dāng)中？②通過使用多種方式，教師可詳細(xì)介紹平面直角坐標(biāo)系的關(guān)鍵概念和Canvas技巧，并回復(fù)學(xué)生在課前遇到的疑惑.接下來，教師將會(huì)向大家呈現(xiàn)一個(gè)完整的代碼，并詳細(xì)說明這些概念.

③教師可將學(xué)生分成不同小組，讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行合作.小組成員應(yīng)該明確各自的職責(zé)，然后開始制作作品.每個(gè)小組應(yīng)該選擇一位演講者，上臺(tái)演示并進(jìn)行匯報(bào).在演講過程中，教師應(yīng)該在評(píng)估表格上給出評(píng)分.

④教師對(duì)每個(gè)小組的作品進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)價(jià)，并公布了它們的得分，最后總結(jié)了所有涉及的知識(shí)點(diǎn)，并回顧了整個(gè)課堂.

結(jié) 語

STEAM教學(xué)主張采用跨學(xué)科方法以處理現(xiàn)實(shí)生活中富有挑戰(zhàn)性的問題，融入了社會(huì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等四門課程的基礎(chǔ)知識(shí)和思維方法，并注重于通過處理實(shí)際問題、跨學(xué)科學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合看待問題、解決實(shí)際問題的能力.基于STEAM教育理念，初中數(shù)學(xué)教師在初中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)探索過程中，要切實(shí)地把數(shù)學(xué)課程內(nèi)容和日常生活實(shí)踐密切結(jié)合在一起，以現(xiàn)實(shí)生活中案例或是多學(xué)科知識(shí)整合起來，引導(dǎo)初中生在現(xiàn)實(shí)生活、信息技術(shù)以及通用信息技術(shù)學(xué)習(xí)平臺(tái)的輔助下，逐步進(jìn)入數(shù)學(xué)的世界，體會(huì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的魅力.

【參考文獻(xiàn)】

[1]李倩.基于STEAM教育理念的初中數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].數(shù)理化解題研究，2022（26）：3.

[2]譚佳玥，王洪凱，馮曉青.基于STEAM教育理念的初中數(shù)學(xué)應(yīng)用題教學(xué)策略研究[J].中學(xué)課程資源，2021，17（9）：4.

[3]張超.基于STEAM教育理念的初中數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].新課程研究，2020，000（004）：P.109-111.

[4]顏勇.STEAM教育背景下初中數(shù)學(xué)教學(xué)的實(shí)踐和反思[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2020，000（012）：29.

[5]李峰.新時(shí)代下初中數(shù)學(xué)信息化教學(xué)的實(shí)踐與思考[J].今天，2022（3）：0119-0120.

[6]王紅梅.教育信息化：初中數(shù)學(xué)高質(zhì)量教學(xué)“新支架”[J].基礎(chǔ)教育論壇，2022（21）：2.

[7]朱卉斌.淺談“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代初中數(shù)學(xué)信息化教學(xué)的問題及優(yōu)化措施[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）教育科學(xué)，2022（1）：4.