基于STEAM教育理念的初中數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

［摘 要］ STEAM教育理念是一種創(chuàng)新教育理念，其以實(shí)際問(wèn)題為背景，關(guān)注學(xué)科間的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展與提升. 基于STEAM理念的數(shù)學(xué)教學(xué)更能凸顯數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)有效學(xué)習(xí)和數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的落實(shí).

［關(guān)鍵詞］ STEAM教育理念；應(yīng)用能力；創(chuàng)新能力

在新時(shí)代背景下，數(shù)學(xué)建模的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力已成為數(shù)學(xué)教學(xué)的一項(xiàng)基本任務(wù). 不過(guò)，受應(yīng)試教育的束縛，初中生的數(shù)學(xué)建模能力較為薄弱. 在實(shí)際教學(xué)中，教師常常有這樣的感嘆，學(xué)生平時(shí)對(duì)單一知識(shí)的理解和掌握還不錯(cuò)，但是在考試時(shí)，雖然能夠通過(guò)閱讀找到有效信息，但是卻很難將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，更不用提應(yīng)用數(shù)學(xué)模型解決問(wèn)題了，可見(jiàn)，學(xué)生的建模能力直接影響了解題效果. 其實(shí)影響學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力提升的原因有很多，但是教師的“教”是主因，在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師重視定義、定理、結(jié)論等現(xiàn)有知識(shí)的教授，忽略引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷數(shù)學(xué)知識(shí)抽象的過(guò)程，加之沒(méi)有對(duì)數(shù)學(xué)建模方法給予有效地指導(dǎo)，所以學(xué)生在面對(duì)一些陌生的題型或者與生活緊密聯(lián)系的問(wèn)題時(shí)就顯得束手無(wú)策. 因此，在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)重視數(shù)學(xué)建模能力的培養(yǎng). 筆者在教學(xué)“勾股定理的應(yīng)用”時(shí)，以STEAM教育理念為指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷將實(shí)際問(wèn)題抽象成幾何圖形的數(shù)學(xué)過(guò)程，發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)建模意識(shí).

STEAM教育理念融于數(shù)學(xué)教學(xué)的意義

隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才的需求越來(lái)越高. 為了培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才，STEAM教育理念得到了廣泛的關(guān)注. STEAM教育理念作為一種新型的教育理念，其重視跨學(xué)科融合，注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng). 在具體教學(xué)中，以項(xiàng)目或者數(shù)學(xué)問(wèn)題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷數(shù)學(xué)知識(shí)抽象過(guò)程，通過(guò)跨學(xué)科知識(shí)的遷移與應(yīng)用，發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng). 將STEAM教育理念與數(shù)學(xué)建模相融合，能夠推動(dòng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的提升，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科實(shí)踐能力與自我學(xué)習(xí)、探究能力的發(fā)展，彰顯數(shù)學(xué)“學(xué)以致用”的本質(zhì).

STEAM教育理念在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用

STEAM教育理念下的數(shù)學(xué)建模教學(xué)應(yīng)重視實(shí)際問(wèn)題的解決，充分體現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)科的本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的發(fā)展. 教學(xué)中，教師要認(rèn)真研究教學(xué)內(nèi)容，梳理知識(shí)與技能要點(diǎn)，明確教學(xué)重難點(diǎn)，找到各學(xué)科的融合點(diǎn)，并制定相應(yīng)的STEAM教學(xué)活動(dòng)，以此促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展. 在“勾股定理的應(yīng)用”教學(xué)中，教師認(rèn)真研究教學(xué)，以STEAM教育理念為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)如下教學(xué)活動(dòng).

1. 教學(xué)目標(biāo)

（1）知識(shí)與技能

①學(xué)會(huì)應(yīng)用勾股定理及其逆定理解決簡(jiǎn)單的生活實(shí)際問(wèn)題；

②學(xué)會(huì)應(yīng)用數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問(wèn)題.

（2）過(guò)程與方法

①引導(dǎo)學(xué)生親歷數(shù)學(xué)知識(shí)抽象過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模意識(shí)；

②通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐、自主探究和合作交流等方式體會(huì)數(shù)學(xué)知識(shí)形成、發(fā)展與抽象等過(guò)程，體會(huì)“曲化直”轉(zhuǎn)化思想，發(fā)展學(xué)生空間觀念.

（3）情感、態(tài)度和價(jià)值觀

①體驗(yàn)數(shù)學(xué)探究的樂(lè)趣，幫助學(xué)生養(yǎng)成勤于思考、樂(lè)于探究的品質(zhì)；

②體會(huì)數(shù)學(xué)知識(shí)在解決實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用價(jià)值，感受數(shù)學(xué)文化的魅力.

2. 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：應(yīng)用勾股定理及其逆定理解決實(shí)際問(wèn)題.

難點(diǎn)：構(gòu)建直角三角形模型.

3. 教學(xué)過(guò)程

（1）創(chuàng)設(shè)情境

師：課前已經(jīng)讓大家收集了關(guān)于葛藤的相關(guān)資料，現(xiàn)在我們一起來(lái)看一下這個(gè)豆科藤蔓類植物（教師投影展示葛藤圖片）. 葛藤的腰莖不硬，常常攀附在灌木和樹(shù)干上. 認(rèn)真觀察葛藤會(huì)發(fā)現(xiàn)，它總是沿著最短路徑攀爬，這樣螺旋上升（教師投影展示葛藤的攀爬路徑）. 請(qǐng)嘗試制作它的路徑模型，并思考“為什么葛藤的攀爬路徑是最短路徑？”

教師提供時(shí)間讓學(xué)生自主交流，并制作路徑模型.

設(shè)計(jì)意圖 教師以現(xiàn)實(shí)生活為背景，通過(guò)創(chuàng)設(shè)有趣的問(wèn)題情境來(lái)激發(fā)學(xué)生的探究欲. 課前教師讓學(xué)生查閱資料，以此拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生收集和整理信息的能力. 同時(shí)，在此過(guò)程中，教師鼓勵(lì)學(xué)生合作交流、動(dòng)手實(shí)踐，在思考與交流中豐富學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，提高動(dòng)手操作能力. 通過(guò)以上活動(dòng)的安排，有助于學(xué)生直觀想象和數(shù)學(xué)抽象素養(yǎng)的培養(yǎng).

（2）問(wèn)題分析

師：誰(shuí)來(lái)說(shuō)一說(shuō)，你是如何繪制路徑模型的呢？你能否將空間圖形轉(zhuǎn)化為平面圖形呢？

問(wèn)題給出后，教師預(yù)留充足的時(shí)間讓學(xué)生合作交流，教師巡視，并投影展示學(xué)生的探究結(jié)果. 教師投影展示路徑模型，如圖1.

師：結(jié)合圖1談一談，你是如何理解最短路徑的呢？

生1：兩點(diǎn)間的連線中，線段最短.

設(shè)計(jì)意圖 通過(guò)小組合作交流拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力. 同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷實(shí)際問(wèn)題的抽象過(guò)程，發(fā)展學(xué)生空間觀念，培養(yǎng)學(xué)生模型意識(shí)，發(fā)展學(xué)生藝術(shù)素養(yǎng).

（3）自主探究

師：如何求解最短路徑呢？

教師啟發(fā)學(xué)生利用“兩點(diǎn)之間線段最短”來(lái)構(gòu)建直角三角形模型，讓學(xué)生運(yùn)用勾股定理解決問(wèn)題，體會(huì)由曲化直思想方法的應(yīng)用.

設(shè)計(jì)意圖 教學(xué)中，教師以問(wèn)題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建直角三角形模型，并應(yīng)用勾股定理解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模意識(shí)，提高學(xué)生解題技能. 在此過(guò)程中，教師沒(méi)有直接講授，而是預(yù)留時(shí)間讓學(xué)生自主探究，啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題，發(fā)散模型思維，體會(huì)“曲化直”的轉(zhuǎn)化思想. 通過(guò)以上問(wèn)題的探究有助于學(xué)生自主探究能力的提升，促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展.

（4）遷移應(yīng)用

如圖2，MN是我國(guó)領(lǐng)海線，MN東面為公海，西面為我國(guó)領(lǐng)海. 上午10時(shí)30分，一艘走私船C準(zhǔn)備偷渡到我國(guó)領(lǐng)海. 船C以13海里/時(shí)的速度向正西方向行駛，該船引起了我國(guó)在MN線上巡邏船B和一艘正在我國(guó)領(lǐng)海巡查的巡邏船A的注意. 已知巡邏船A到走私船C的距離為13海里，巡邏船B到走私船C的距離為12海里，A、B兩船的距離是5海里. 若走私船的速度保持不變，它何時(shí)會(huì)到達(dá)我國(guó)領(lǐng)海？

問(wèn)題給出后，教師讓學(xué)生獨(dú)立思考，然后呈現(xiàn)學(xué)生的思考過(guò)程.

師：對(duì)于此題，你是怎么想的？

生1：解題的關(guān)鍵就是求出CE的長(zhǎng)度，這樣就能求出最早時(shí)間.

師：很好，如何求CE的長(zhǎng)度呢？

生2：已知AB，BC，AC的長(zhǎng)度分別為5海里、12海里、13海里，它們正好是一組勾股數(shù)，所以△ABC為直角三角形. 又BE⊥AC，根據(jù)三角形面積公式可以求出BE的長(zhǎng)度，繼而根據(jù)勾股定理求出CE的長(zhǎng)度.

師：非常好，還有其他方法嗎？

生3：我是通過(guò)列方程的方法計(jì)算的，設(shè)CE的長(zhǎng)為x海里，則AE=（13-x）海里，根據(jù)勾股定理可知AB2-AE 2=BC 2-CE 2，代入值后可以求出CE的長(zhǎng).

師：非常好，利用方程的思想方法解決了問(wèn)題.

設(shè)計(jì)意圖 教學(xué)中，教師以生活情境為依托，在檢測(cè)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況的同時(shí)，讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)數(shù)學(xué)在生活中的實(shí)際價(jià)值，改變?yōu)槌煽?jī)而學(xué)的錯(cuò)誤觀念，樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)觀. 同時(shí)，在此過(guò)程中，教師鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用不同的方法解決問(wèn)題，讓學(xué)生體會(huì)解題方法的多樣性，提升學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng).

（5）課堂評(píng)價(jià)

在本環(huán)節(jié)，教師讓學(xué)生自主總結(jié)歸納本節(jié)課的所學(xué)、所獲，然后通過(guò)組內(nèi)評(píng)價(jià)、組間評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)等方式對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理完善，以此優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，建構(gòu)個(gè)體的知識(shí)體系.

設(shè)計(jì)意圖 STEAM課堂評(píng)價(jià)不同于傳統(tǒng)課堂評(píng)價(jià)，它不僅關(guān)注知識(shí)的掌握和技能的提升，而且關(guān)注創(chuàng)新思維的提升和數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的落實(shí). 在此環(huán)節(jié)，教師將傳統(tǒng)教師評(píng)價(jià)和學(xué)生評(píng)價(jià)相結(jié)合，預(yù)留時(shí)間讓學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)反思，并鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的所思、所想、所獲，切實(shí)改變以師為主的被動(dòng)接受模式，讓學(xué)生成為課堂真正的主人. 另外，在此過(guò)程中，教師要設(shè)計(jì)多維評(píng)價(jià)指標(biāo)，要對(duì)知識(shí)技能、情感態(tài)度、STEAM素養(yǎng)和學(xué)科素養(yǎng)等內(nèi)容進(jìn)行全面的、綜合的評(píng)價(jià)，了解學(xué)生的真實(shí)發(fā)展水平，從而為后續(xù)教學(xué)活動(dòng)的順利開(kāi)展保駕護(hù)航.

總之，STEAM理念應(yīng)用于數(shù)學(xué)教學(xué)中，有利于發(fā)展跨學(xué)科知識(shí)能力，有利于提升學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng). 在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)將STEAM教育理念融于課堂，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開(kāi)展一些課外實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生在活動(dòng)中去理解知識(shí)，應(yīng)用知識(shí). 另外，教學(xué)中，教師還應(yīng)該重視模型思想的滲透，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問(wèn)題，幫助學(xué)生樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)觀念，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)高效教學(xué).