STEM理念下數(shù)學(xué)教學(xué)優(yōu)化策略
——以初中數(shù)學(xué)幾何圖形教學(xué)為例

文∣江增庚

數(shù)學(xué)在學(xué)生學(xué)習(xí)生活中具有重要地位，如何打造高質(zhì)量數(shù)學(xué)課堂歷來(lái)成為廣大數(shù)學(xué)教師關(guān)心關(guān)注的課題。2019年出臺(tái)的《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見》指出：“探索基于學(xué)科的課程綜合化教學(xué)，開展研究型、項(xiàng)目化、合作式學(xué)習(xí)?！盨TEM教育，正是倡導(dǎo)項(xiàng)目化、合作式學(xué)習(xí)，培育學(xué)生自主創(chuàng)新能力、合作意識(shí)和跨學(xué)科解決問(wèn)題能力的教育理念。在數(shù)學(xué)教學(xué)中，STEM理念正日益受到關(guān)注和改革實(shí)踐，逐漸成為中小學(xué)課程改革的切入點(diǎn)和突破口。本文從 STEM 的角度設(shè)計(jì)相關(guān)教學(xué)，闡釋 STEM 教學(xué)意義的同時(shí)，提供教學(xué)優(yōu)化策略，供教師同行借鑒參考。

STEM即“科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)”的英文首字母，是一種跨學(xué)科教育理念，鼓勵(lì)學(xué)生跨學(xué)科發(fā)展，培育學(xué)生自主創(chuàng)新能力、合作意識(shí)、跨學(xué)科解決實(shí)際問(wèn)題能力等綜合素養(yǎng)。相較于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，STEM理念指導(dǎo)下的教學(xué)課堂，是針對(duì)課程內(nèi)容提出的項(xiàng)目式、主題式學(xué)習(xí)過(guò)程，由學(xué)生圍繞教師提煉的主題或問(wèn)題，以合作的方式進(jìn)行探究，在探究的同時(shí)開展小組分工合作，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、整理、推斷和分析，綜合應(yīng)用各學(xué)科相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)出解決實(shí)際問(wèn)題的方案。因此，STEM教育具有情景性、趣味性、體驗(yàn)性、跨學(xué)科等特點(diǎn)。正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，STEM 理念指導(dǎo)下的教學(xué)課堂能較大程度調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的積極性主動(dòng)性，強(qiáng)化了學(xué)生的自我認(rèn)知，學(xué)生更加主動(dòng)梳理知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，教師輔以有效的探究方法和思維模式，幫助學(xué)生找到當(dāng)前問(wèn)題的突破口和最優(yōu)解決方案，從而有效培養(yǎng)學(xué)生自主思考和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

一、傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師對(duì)教學(xué)目標(biāo)不明確、把握不到位。多數(shù)數(shù)學(xué)教師雖然能按大綱要求制定教學(xué)目標(biāo)，但制定的目標(biāo)缺乏科學(xué)分析和針對(duì)性研究，未必符合學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知特點(diǎn)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力、培養(yǎng)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)不一定能夠發(fā)揮導(dǎo)向作用。

傳統(tǒng)教學(xué)的模式較為單一。由于受到應(yīng)試教育的影響，當(dāng)下很多數(shù)學(xué)教師仍然把提高學(xué)生考試成績(jī)作為核心教學(xué)目標(biāo)，把重點(diǎn)都集中放在強(qiáng)化學(xué)生知識(shí)技能、提高學(xué)生考試成績(jī)上，在教學(xué)中采取“死記硬背”“題海戰(zhàn)術(shù)”等方式。在這樣的課堂中，學(xué)生雖然記住了相關(guān)知識(shí)，能夠解決一些程序化、機(jī)械式的數(shù)學(xué)問(wèn)題，但并沒(méi)有完全調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的主觀能動(dòng)性，不利于其數(shù)學(xué)邏輯思維能力和對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的靈活應(yīng)用能力。

傳統(tǒng)教學(xué)中，跨學(xué)科串聯(lián)深度學(xué)習(xí)缺失。大多數(shù)學(xué)教師缺乏跨學(xué)科教學(xué)理念，沒(méi)有將數(shù)學(xué)與各學(xué)科進(jìn)行串聯(lián)學(xué)習(xí)，未能為學(xué)生綜合應(yīng)用多方面知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題創(chuàng)設(shè)情境、提供條件，不利于培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來(lái)社會(huì)需要的核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力。

傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)不重視、不合理。一方面，多數(shù)教師不重視教學(xué)評(píng)價(jià)，具體表現(xiàn)為對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)存在偏差，主要對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果有進(jìn)行評(píng)價(jià)，較少對(duì)教師教學(xué)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。另一方面，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)將成績(jī)作為重要標(biāo)準(zhǔn)甚至是唯一標(biāo)準(zhǔn)，這樣片面沒(méi)有針對(duì)性的評(píng)價(jià)不利于學(xué)生的發(fā)展。

二、基于STEM理念的數(shù)學(xué)教學(xué)

針對(duì)當(dāng)前數(shù)學(xué)教學(xué)存在的問(wèn)題，基于STEM理念，筆者嘗試以初中數(shù)學(xué)幾何圖形知識(shí)板塊中的“全等三角形”為例，闡釋STEM理念下數(shù)學(xué)教學(xué)的優(yōu)化策略。

(一)教學(xué)目標(biāo)的制定

STEM教育關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，著眼于學(xué)生未來(lái)可持續(xù)發(fā)展，重視培養(yǎng)提升學(xué)生的終生學(xué)習(xí)能力。由此，基于STEM的數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)應(yīng)突出兩個(gè)主要方向。其一是“授之以魚”；幫助學(xué)生理解、掌握知識(shí)，并能夠應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。其二是“授之以漁”;教給學(xué)生學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)思維方式，使之具有終身學(xué)習(xí)的能力。要達(dá)成這樣的目標(biāo)，教師需對(duì)課時(shí)情況、信息化資源以及學(xué)生的知識(shí)水平、年齡特點(diǎn)等因素進(jìn)行綜合分析，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)要立足生活生產(chǎn)實(shí)際，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與活動(dòng)的積極性，創(chuàng)設(shè)情境條件啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、探究，豐富學(xué)生的數(shù)學(xué)實(shí)踐，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生學(xué)以致用、終生學(xué)習(xí)的能力。

本文以人教版八年級(jí)數(shù)學(xué)上冊(cè)第十二章“全等三角形”的教學(xué)內(nèi)容——利用全等三角形測(cè)距離為例。學(xué)生學(xué)習(xí)這節(jié)內(nèi)容之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了全等三角形的性質(zhì)和全等三角形的判定條件等相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也學(xué)習(xí)了利用尺規(guī)作三角形和圖案設(shè)計(jì)的方法。本節(jié)課的STEM設(shè)計(jì)要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，進(jìn)一步幫助學(xué)生鞏固和加深對(duì)三角形全等的性質(zhì)及判定的掌握理解，通過(guò)動(dòng)手操作探究、利用三角形全等解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生在情境活動(dòng)中學(xué)會(huì)觀察、討論、推理、驗(yàn)證，養(yǎng)成獨(dú)立思考、自主探究等數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣，體會(huì)化歸與轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)思想。為完成預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合STEM特點(diǎn)，本課設(shè)計(jì)與生活實(shí)際聯(lián)系緊密的三個(gè)主題學(xué)習(xí)活動(dòng)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)動(dòng)手實(shí)操、分析討論、推理驗(yàn)證、合作交流的空間和時(shí)間，讓學(xué)生有自主探究中將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，綜合運(yùn)用所學(xué)分析解決問(wèn)題，培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣。

(二)實(shí)際教學(xué)過(guò)程

根據(jù)STEM的特點(diǎn)，本節(jié)課按“數(shù)學(xué)+”的導(dǎo)向設(shè)計(jì)教學(xué)，以數(shù)學(xué)為主、其他相關(guān)學(xué)科(科學(xué)、技術(shù)、工程等)或知識(shí)為輔，教學(xué)過(guò)程實(shí)行“四步”教學(xué)法，即“提出問(wèn)題—合作探究—訓(xùn)練鞏固—拓展遷移”。教師不是將現(xiàn)成的知識(shí)灌輸給學(xué)生，而是通過(guò)精心設(shè)置的項(xiàng)目化、主題式學(xué)習(xí)活動(dòng)，在教師提出具體明確的問(wèn)題或任務(wù)的引導(dǎo)下，學(xué)生以小組形式自主探索、合作交流、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。

1.提出問(wèn)題，情境導(dǎo)入

STEM重視建立知識(shí)與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)之間的聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)知識(shí)是學(xué)生通過(guò)與生活化的學(xué)習(xí)情境進(jìn)行互動(dòng)而建構(gòu)的產(chǎn)物，只有當(dāng)學(xué)習(xí)處于在應(yīng)用該知識(shí)的情境之中，有意義的學(xué)習(xí)才可能發(fā)生。因此，在設(shè)計(jì)融入STEM教育的初中數(shù)學(xué)教學(xué)時(shí)，要立足生活實(shí)際，充分挖掘教材的生活化素材，讓學(xué)生真切體驗(yàn)“所學(xué)即所用”。本課以一次抗日戰(zhàn)役中我軍士兵巧用三角形全等測(cè)距離、成功炸毀敵人碉堡的故事引入(同時(shí)播放抗日有關(guān)戰(zhàn)爭(zhēng)視頻)，教師提問(wèn)：當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有測(cè)量工具，我軍士兵怎樣運(yùn)用三角形全等測(cè)出距離呢？這樣通過(guò)學(xué)生感興趣的戰(zhàn)爭(zhēng)故事引入，建立生活與數(shù)學(xué)的聯(lián)系，能更大限度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2. 合作探究，探索新知

將引入的戰(zhàn)爭(zhēng)故事取名為“智取碉堡”，教師描述我軍士兵的測(cè)量方法，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位思考并出示任務(wù)。如根據(jù)故事情節(jié)畫出幾何圖形，嘗試?yán)盟鶎W(xué)知識(shí)來(lái)解釋聰明戰(zhàn)士測(cè)碉堡距離的數(shù)學(xué)原理，各小組派代表總結(jié)匯報(bào)解決此類問(wèn)題的一般步驟。教師借助多媒體對(duì)各小組作圖及證明情況進(jìn)行拍照上傳，在學(xué)生表達(dá)的基礎(chǔ)上，解釋相關(guān)原理，小結(jié)解決此類問(wèn)題的一般步驟?！爸侨〉锉ぁ睂W(xué)習(xí)活動(dòng)由教師通過(guò)故事講述，引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際問(wèn)題抽象為數(shù)學(xué)問(wèn)題，提出問(wèn)題任務(wù)讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)操、討論交流，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型，把不可測(cè)量的距離，轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的距離，體會(huì)化歸與轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)思想，培養(yǎng)學(xué)生觀察、操作、推理、驗(yàn)證的學(xué)習(xí)習(xí)慣，同時(shí)為后續(xù)自主探究活動(dòng)打下基礎(chǔ)。

3. 訓(xùn)練鞏固，深化理解

STEM教育具有跨學(xué)科的明顯特征，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用各方面知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為此，基于STEM理念的初中數(shù)學(xué)教學(xué)要突出綜合性原則，要在教學(xué)中啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用多方面知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)操和解決問(wèn)題的能力。本課在鞏固環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)“我會(huì)量?jī)?nèi)徑”主題學(xué)習(xí)活動(dòng)。以小組為單位，讓學(xué)生利用手上的測(cè)量工具測(cè)出一種空心圓形物品的內(nèi)徑，要求各小組進(jìn)行成員分工、作結(jié)果匯報(bào)、對(duì)其他小組進(jìn)行評(píng)價(jià)(教師和學(xué)生共同提出評(píng)價(jià)要素，如分工合理、明確，測(cè)量記錄、圖形及有關(guān)驗(yàn)證過(guò)程書寫清晰、工整等)，待小組探究并匯報(bào)結(jié)果后，教師適時(shí)點(diǎn)評(píng)、小結(jié)。該活動(dòng)在進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)全等三角形性質(zhì)判定的理解與掌握的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了讓學(xué)生借助工具，自已動(dòng)手測(cè)量、計(jì)算、推理、驗(yàn)證，綜合運(yùn)用技術(shù)、代數(shù)、幾何等知識(shí)解決問(wèn)題的目標(biāo)，培養(yǎng)了學(xué)生數(shù)學(xué)思維方法，提高了數(shù)學(xué)素養(yǎng)。

4. 拓展遷移，強(qiáng)化運(yùn)用

教師設(shè)計(jì)“我是小小工程師”主題學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生用所學(xué)方法解決生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題。如市政府要在荷包嶺車站對(duì)面的大鵬山山段開一條隧道，以緩解市內(nèi)交道擁堵現(xiàn)狀?，F(xiàn)需要測(cè)量?jī)啥怂淼揽谥g的距離。你能提出測(cè)量方案嗎？讓活動(dòng)讓學(xué)生再次體驗(yàn)數(shù)學(xué)與生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系，并對(duì)三角形全等的應(yīng)用進(jìn)行深層次的學(xué)習(xí)探究，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

(三)教學(xué)評(píng)價(jià)

STEM教育推行趣味性的項(xiàng)目化、主題式學(xué)習(xí)活動(dòng)，以增強(qiáng)學(xué)生理解并應(yīng)用知識(shí)及鍛煉思維能力等效果，所以STEM更加強(qiáng)調(diào)對(duì)教學(xué)的總結(jié)與反思，從而讓教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，改進(jìn)教學(xué)策略。就“利用全等三角形測(cè)距離”一課來(lái)說(shuō)，在教師教學(xué)評(píng)價(jià)方面，優(yōu)點(diǎn)在于以活動(dòng)為載體、以學(xué)生自主參與為主開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生綜合運(yùn)用有關(guān)知識(shí)和方法解決問(wèn)題，問(wèn)題意識(shí)、應(yīng)用意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)得到培養(yǎng)，活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)得到積累，解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力得到提高。優(yōu)化后的教學(xué)仍存在一些不足之處。對(duì)學(xué)生測(cè)量過(guò)程中存在誤差情況的關(guān)注不夠，而且在“我會(huì)量?jī)?nèi)徑”活動(dòng)中，測(cè)量的方法是多種的，由于時(shí)間關(guān)系，教師沒(méi)有讓學(xué)生充分思考更多方法，沒(méi)有進(jìn)一步拓寬學(xué)生的思路。

在學(xué)生評(píng)價(jià)方面，在“訓(xùn)練鞏固”環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)情況的評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)在教師指導(dǎo)下，學(xué)生也參與了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定，這種基于STEM設(shè)計(jì)的學(xué)生評(píng)價(jià)方式，能夠讓學(xué)生更加深入地參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)中，鞏固相關(guān)知識(shí)；通過(guò)自已設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)自已的學(xué)習(xí)方式方法。通過(guò)師生共同討論，從“分工是否明確、過(guò)程記錄是否清晰、測(cè)量方法及結(jié)果是否正確準(zhǔn)確、匯報(bào)是否有條理”四個(gè)方面對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。此標(biāo)準(zhǔn)更為全面，更能客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)程度。

三、結(jié)束語(yǔ)

STEM理念下的數(shù)學(xué)教學(xué)策略，提出了以數(shù)學(xué)課程內(nèi)容為載體、以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)為主要構(gòu)件、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和跨學(xué)科解決問(wèn)題能力的教學(xué)模式。在教學(xué)過(guò)程中貫徹STEM理念，要以科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)能夠使學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生在探究實(shí)踐中習(xí)得知識(shí)、鍛煉思維、提升能力，同時(shí)要優(yōu)化教學(xué)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)，改進(jìn)教與學(xué)雙邊行為，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。