高中數(shù)學(xué)教學(xué)活動中STEAM理念的應(yīng)用策略

STEAM教育理念以激發(fā)興趣愛好為切入點(diǎn)，鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)中自主探究，尋找解決策略，提高綜合能力。本文研究如何將STEAM素養(yǎng)融入高中數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐，本質(zhì)上是整合高中數(shù)學(xué)的學(xué)科知識，使整個(gè)學(xué)習(xí)過程變得立體、有層次——以學(xué)科學(xué)習(xí)為主要內(nèi)容，從知識、技能、情商、智力、價(jià)值觀等滲透點(diǎn)向外無限輻射。教師依據(jù)本區(qū)域的教學(xué)現(xiàn)狀，從學(xué)生的能力、興趣、關(guān)注點(diǎn)出發(fā)設(shè)計(jì)教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮主觀能動性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

一、高中數(shù)學(xué)教學(xué)活動與STEAM理念融合過程分析

本節(jié)課是探討空間直線與平面之間關(guān)系的起點(diǎn)，其中蘊(yùn)含了眾多深刻的數(shù)學(xué)思想，如將空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題，或者將無限問題轉(zhuǎn)化為有限問題等。這些思想為后續(xù)學(xué)習(xí)面與面之間的平行關(guān)系，以及線與面之間的垂直關(guān)系提供了必要的理論知識和方法論基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)教學(xué)忽視了學(xué)生“發(fā)現(xiàn)過程”的重要性，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只會生搬硬套，無法靈活運(yùn)用定理解決問題，因此教師將STEAM理念融入教學(xué)勢在必行。為了深化學(xué)生的實(shí)踐操作技能，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，筆者精心設(shè)計(jì)了以“折紙藝術(shù)”為核心的探究活動。這些活動將工程技術(shù)（S）的核心理念融入其中，有效鍛煉學(xué)生的空間想象能力，提升其數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)。此外，筆者將藝術(shù)（A）與數(shù)學(xué)理念相融合，在思辨環(huán)節(jié)著重提升學(xué)生的邏輯推理能力。

二、高中數(shù)學(xué)教學(xué)活動中STEAM理念應(yīng)用分析

（一）教學(xué)目標(biāo)

1.明確如何判斷直線與平面呈平行關(guān)系（判定定理）并靈活應(yīng)用，利用藝術(shù)、工程等理念實(shí)現(xiàn)學(xué)科融合。

2.通過折紙?jiān)囼?yàn)明晰定理的由來過程，提升空間想象力和邏輯思維能力。

3.在折紙的過程中學(xué)會將立體幾何問題轉(zhuǎn)化為平面問題，掌握轉(zhuǎn)化能力，體會化歸思想。

（二）設(shè)計(jì)理念

在本次課程的設(shè)計(jì)中，筆者精心構(gòu)建了三個(gè)主要環(huán)節(jié)（如圖1所示），旨在引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷一場知識內(nèi)化的過程。這一設(shè)計(jì)不僅揭示了直線與平面平行判定定理的探索過程，還激勵學(xué)生自主探索，獨(dú)立完成知識體系的構(gòu)建。在此過程中，學(xué)生能夠提升自身的數(shù)學(xué)建模能力，強(qiáng)化自己的空間想象力、邏輯推理等數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

（三）教學(xué)過程

任務(wù)一：通過生活事例激發(fā)空間感知能力

教師：在三維空間中，直線與平面之間存在哪些可能的位置關(guān)系？

學(xué)生：二者平行、二者相交、一條直線在平面上。

教師：在日常生活中，我們能找到哪些例子，讓我們直觀地感受到線面平行的概念呢？

學(xué)生：例如，教室里的日光燈棒與地面，或是足球門框上沿所在的直線與操場地面，都是線面的平行現(xiàn)象。

教師：那么，我們?nèi)绾稳ヅ卸ㄒ粭l直線是否與一個(gè)平面平行呢？（用多媒體展示圖2），讓我們來觀察直線a與平面α的關(guān)系。直線a是否與平面α平行？請闡述你的觀點(diǎn)和理由。

學(xué)生1：不平行，它倆雖然現(xiàn)在沒相交，但是將直線延長之后肯定會和平面相交的。

學(xué)生2：通過肉眼觀察沒辦法判定它們倆是不是平行的，萬一是角度造成的錯(cuò)位呢？

（設(shè)計(jì)意圖：當(dāng)前學(xué)生已經(jīng)掌握了直線與平面平行的基本概念：兩者無公共點(diǎn)，但是圖2引發(fā)了激烈的討論，學(xué)生意識到直接觀察無法驗(yàn)證圖形之間的關(guān)系，因?yàn)橹本€與平面都是無限延伸的。這種認(rèn)知上的矛盾促使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)本節(jié)課的重要性，為知識體系的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。）

任務(wù)二：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，帶動主動探究

（用多媒體展示圖3）

教師：請仔細(xì)觀察屏幕上的圖片。你們感覺線段AB與平面α是什么關(guān)系？

學(xué)生：如果單純用眼睛看的話好像是平行的，但我不敢確定。

教師：沒錯(cuò)，從數(shù)學(xué)角度來說，圖形之間的關(guān)系必須通過一系列證明才能得出結(jié)論，那么我們現(xiàn)在共同做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證一下這條線和平面是否平行。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)：現(xiàn)在請大家拿出我們準(zhǔn)備好的卡紙，將這張紙的四個(gè)點(diǎn)標(biāo)注為A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)，接下來把這張卡紙平放在桌面上，現(xiàn)在我們以立體幾何的角度來觀察桌面，將桌面標(biāo)注為平面α。接下來，請你們動動手，隨便折一下這張紙，隨后在折痕的兩端標(biāo)記上點(diǎn)E、F。

教師：現(xiàn)在請大家以小組的形式探究兩組問題：

（1）在我們的這張紙上線段CD是否與折痕EF平行呢？線段CD與平面α是否平行呢？如果是，請說明原因。

（2）折疊能讓線段CD與平面α平行嗎？具體原因是什么呢？

（學(xué)生小組討論，教師巡視）

教師選取兩組學(xué)生進(jìn)行示范。

（設(shè)計(jì)意圖：折紙實(shí)驗(yàn)是數(shù)學(xué)思想與技術(shù)理念的融合，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會建立模型分析問題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用抽象思維解決實(shí)際問題的能力。此外，小組合作的形式使學(xué)生能夠在交流和討論中互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步，有效豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)生活，為他們未來的人生道路奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。）

任務(wù)三：展示成果，總結(jié)歸納定理

學(xué)生（小組代表）：我們觀察到折痕EF與CD不平行時(shí)，四邊形CDEF便呈現(xiàn)出梯形的形狀。在這樣的情況下，梯形的兩條腰DC和EF如果被延長，它們必定會在某一點(diǎn)上相交。假設(shè)這個(gè)交點(diǎn)是M，那么點(diǎn)M就會位于直線EF上。由此，我們可以推斷出點(diǎn)M同樣位于平面α內(nèi)，這表明直線CD與平面α發(fā)生了相交（如圖4所示）。

教師：你們小組完成得非常棒，接下來我要找一個(gè)小組回答第二個(gè)問題，我們該怎樣讓CD與平面α保持平行呢？說出具體操作方法和原因。

學(xué)生（小組代表二）：折痕EF與CD保持平行時(shí)就意味著直線CD與平面α之間存在平行關(guān)系，具體原因我也解釋不清楚……

教師：沒關(guān)系，這也是我們本節(jié)課學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，接下來我們一起探討一下。

教師：判定線段CD平行于平面α的依據(jù)是什么？

學(xué)生：我們之前學(xué)的平面和直線存在平行關(guān)系的定義。

教師：要精確地定義直線CD與平面α的平行關(guān)系，我們必須確定它們之間不存在任何交點(diǎn)。換句話說，平面α上的任意一點(diǎn)都不會位于直線CD上。

（學(xué)生舉手表示要進(jìn)行詳細(xì)說明）

學(xué)生：這張紙上的折痕也就是EF與CD是平行關(guān)系，也就是說這兩條線不會產(chǎn)生交點(diǎn)，換句話說，折痕EF也不會和平面α內(nèi)的任何一點(diǎn)相交，這個(gè)時(shí)候我們在平面α上做一條與EF平行的線，只要證明該平行線和CD平行，就能證明EF平行于CD了。

教師：你說的完全正確，在探討直線與平面平行的條件時(shí)，我們可以依據(jù)定義來闡述這一概念。那么你能根據(jù)定義總結(jié)一下什么情況下直線與平面平行嗎？

學(xué)生：直線和平面在三維空間中沒有任何公共點(diǎn)，即直線上的任何一點(diǎn)都不在平面內(nèi)，直線與平面沒有任何交點(diǎn)，也就是說，直線完全位于平面的另一側(cè)。如果直線上的兩點(diǎn)都在平面外，那么過這兩點(diǎn)的直線與平面平行。

（設(shè)計(jì)意圖：折紙實(shí)驗(yàn)的引入，不僅豐富了教學(xué)手段，更讓學(xué)生在動手操作中直觀地理解了線面平行的條件，為后續(xù)幾何學(xué)的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。）

三、高中數(shù)學(xué)教學(xué)活動中STEAM理念應(yīng)用實(shí)踐思考

（一）立足STEAM理念制訂教學(xué)目標(biāo)

過去，教師經(jīng)常將精力集中于單獨(dú)學(xué)科的知識和能力傳授，這種做法過于強(qiáng)調(diào)結(jié)果的重要性，忽視了學(xué)習(xí)過程的價(jià)值，無法通過課堂教學(xué)促進(jìn)學(xué)生發(fā)散思維，更遑論培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。相比之下，STEAM教育理念則提倡多學(xué)科的深度融合，突出跨學(xué)科知識和技能的綜合運(yùn)用。教師若能立足于STEAM理念，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定將更加全面且精確，促使高中數(shù)學(xué)課堂從單純的知識技能傳遞轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生能力和素養(yǎng)的提升。通過這種轉(zhuǎn)變，學(xué)生能迅速掌握必要的知識，同時(shí)發(fā)展其理論知識的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新精神，為未來的學(xué)習(xí)和生活打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）依據(jù)STEAM理念設(shè)計(jì)探究活動

在STEAM教育理念中，動手操作結(jié)合思維活動是其核心特征之一。在上述教學(xué)內(nèi)容中，學(xué)生面臨的主要挑戰(zhàn)是掌握教材中涉及的“降維”概念，就是將空間中線面平行的復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為更為簡單的線線平行問題，需要具備一定的空間想象力。本節(jié)課通過折紙、自主探究等實(shí)踐活動將抽象的空間形式具體化、形象化，從而在學(xué)生的大腦中形成清晰的空間印象。學(xué)生通過親手制作模型，不僅能直觀地觀察到空間形式的轉(zhuǎn)換，還能將復(fù)雜問題簡單化，親歷探究數(shù)學(xué)問題的完整流程。從知識的發(fā)現(xiàn)到生成，每一個(gè)步驟都鍛煉了學(xué)生的思維能力。在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了教材中的知識，更重要的是體會到了其中所蘊(yùn)含的思想方法，并揭示了數(shù)學(xué)知識的理性思維和教育價(jià)值，為未來的學(xué)習(xí)和生活打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）運(yùn)用STEAM理念提升學(xué)生素養(yǎng)

在STEAM教育理念指導(dǎo)下，小組合作成為課堂學(xué)習(xí)的基石，帶動學(xué)生展開自主探究式學(xué)習(xí)。在探索直線與平面平行性的過程中，學(xué)生與教師互動頻繁，共同探討問題，思想的火花在討論中不斷迸發(fā)，不同的觀點(diǎn)相互碰撞，充分調(diào)動了自身的主觀能動性。在實(shí)踐中動手操作和深入反思論證中，學(xué)生逐漸掌握發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的技能，如將復(fù)雜問題簡化、空間問題平面化等，從而有效地增強(qiáng)了在模型建立、空間想象和思辨推理等領(lǐng)域的素養(yǎng)。STEAM教育理念視域下的教學(xué)并不是對傳統(tǒng)教學(xué)方法的徹底摒棄，而是學(xué)科融合基礎(chǔ)上的教育升華。在這種融合教學(xué)模式中，立體幾何的教學(xué)超越了簡單的知識傳授，轉(zhuǎn)而以學(xué)生的主動探索為活動中心，通過知識的傳授與拓展來構(gòu)建課程，清晰地體現(xiàn)了STEAM教育探究性和開放性的特點(diǎn)，進(jìn)而全面提升學(xué)生的綜合能力。

（作者單位：甘肅省慶陽市慶城縣驛馬中學(xué)）

編輯：陳鮮艷

作者簡介：劉俊琴（1971—），女，漢族，甘肅慶城人，本科，高級教師，研究方向：中學(xué)數(shù)學(xué)教育教學(xué)。