基于STEM教育的初中數(shù)學教學實踐探索
——以三角形的穩(wěn)定性為例

黎娜娜

（興義民族師范學院數(shù)學科學學院 貴州·興義 562400）

0 引言

STEM教育是集科學、技術、工程、數(shù)學多學科融合的綜合教育，是將四門學科內(nèi)容組合形成有機整體，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的教育。STEM 教育模式實現(xiàn)科學、技術、工程以及數(shù)學各個學科的整合，強調(diào)在學科整合過程中培養(yǎng)學生的素養(yǎng)與能力，在科學理論與工程領域之間實現(xiàn)融合，在技術概念與工程項目之間合并。STEM教學包括做中學、科學探究與工具使用、跨學科整合、基于項目的學習等內(nèi)容。目前STEM在全世界得到普遍應用，取得豐碩成果[1-4]。如嚴美霞[1]研究了STEAM教育理念在初中數(shù)學“圖形與幾何”教學實踐的可行性。李雪琴等[2]研究STEM教育理念下初中數(shù)學“綜合與實踐”教學的融合。但從查閱的文獻可以看出，目前對STEM的研究主要是理論研究多，實踐檢驗少。基于此，加強STEM實踐教學對培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)有重要的實踐意義。

1 STEM教育與初中數(shù)學

數(shù)學是研究數(shù)量關系以及空間形式的科學。數(shù)學跟物理、化學、生物等學科不同，這些學科可以通過實驗得出結論，而數(shù)學要通過嚴密的邏輯方法才能得出結論，具有嚴謹?shù)倪壿嬓浴?shù)學與計算機技術、物理、化學、生物等學科中的實驗、推理等相融合，不僅在數(shù)學教學上創(chuàng)造了價值，也有利于培養(yǎng)學生的學習興趣和提高學生STEM素養(yǎng)。

1.1 “數(shù)與代數(shù)”與STEM教育

初中數(shù)學數(shù)與代數(shù)主要包括數(shù)與式、方程與不等式、函數(shù)的內(nèi)容。要求掌握數(shù)與式的計算法則，能利用函數(shù)圖像解決簡單的實際問題。數(shù)與代數(shù)教學以STEM教育情境性、多學科融合性作為指導，引導學生創(chuàng)造情境和運用其他學科知識解決數(shù)與代數(shù)問題，有利于培養(yǎng)學生的STEM素養(yǎng)和創(chuàng)造力。

1.2 “圖形與幾何”與STEM教育

初中數(shù)學中“圖形與幾何”包括“圖形的性質(zhì)”“圖形變化”“圖形與坐標”的內(nèi)容。要求學生探索并掌握相交線、平行線、三角形、四邊形和圓形的基本性質(zhì)與判定，掌握基本證明方法和基本做圖技巧，認識并理解平面圖形的平移、旋轉、軸對稱在平面直角坐標系中的運用，簡單了解視圖和投影。此部分內(nèi)容較為抽象，不易理解。將“圖形與幾何”與信息技術和STEM教育理念相融合，讓學生更直觀的理解“圖形與幾何”的相關知識。

1.3 “統(tǒng)計與概率”與STEM教育

“統(tǒng)計與概率”包括“統(tǒng)計數(shù)據(jù)”“抽樣與數(shù)據(jù)分析”“事件的發(fā)生”“事件的概率”。要求學生體驗數(shù)據(jù)收集、處理、分析和推理，理解抽樣方法，體驗用樣本估計總體的過程，進一步認識隨機現(xiàn)象并計算簡單事件的概率。STEM 教育教學能將抽象、復雜問題轉化為簡單問題。

1.4 “綜合與實踐”與STEM教育

“綜合與實踐”是指一類以問題為載體、學生自主參與為主體的學習活動。其教學注重學生主動參與過程，重視學生動腦、動手、動口能力，在教學中具有學科性、綜合性、實踐性和過程性等特點。STEM教育具有跨學科整合、融合性、綜合性、體驗性、情境性等特征。二者都強調(diào)創(chuàng)設生活情境、問題式教學、模型思想等增加課堂的趣味性，調(diào)動學生的主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和社會實踐能力。

2 基于STEM教育的初中數(shù)學教學實踐探索

2.1 實踐對象

本實踐以某中學八年級學生作為研究對象，內(nèi)容為人教版八年級上冊“三角形的穩(wěn)定性”。

2.2 研究思路

實踐過程為“提出方案、確定方案、方案準備、方案實施、結論分析、重設問題”。

2.3 實踐步驟及教學設計

實踐步驟分為“確定實踐主題、預期效果分析、方案實施、實踐結果分析”幾個步驟。

2.4 教學實踐

2.4.1 實踐主題

主題：三角形的穩(wěn)定性（八年級上冊第十一章第一節(jié)第三課）。

實施準備。（1）確立教學目標。

S（科學）：用三根小棒構造一個任意三角形，它的形狀不變，即：三角形的穩(wěn)定性原理。

T（技術）：利用三角形穩(wěn)定性原理，根據(jù)視頻圖紙小組合作共同設計制作三角形木架和埃菲爾鐵塔模型。

E（工程）：制作三角形木架、完成埃菲爾鐵塔模型的搭建，制作的埃菲爾鐵塔模型具有穩(wěn)定性，讓學生感受做小小建造師的喜悅。

M（數(shù)學）：利用三角形的判定：三角形的兩邊之和大于第三邊，兩邊之差小于第三邊，來構造三角形；在構造三角形時需準確的測量三角形三邊的長度。

（2）教學重難點。

重點：讓學生通過體會制作模型的過程理解三角形的穩(wěn)定性。難點：利用三角形的穩(wěn)定性，探究自己構建的模型，從而體會生活中建筑物的穩(wěn)定性。

（3）教學具準備：小棒若干、小刀、尺子、繩子、膠水、膠布、圖紙。

2.4.2 方案預期效果

讓學生體會數(shù)學聯(lián)系生活，通過活動培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新精神和合作精神。

2.4.3 方案實施

活動1：創(chuàng)設情境。同學們，在我們的日常生活中見過那些三角形的框架或者是建筑呢？

設計意圖：通過學生的回答引出課題。

活動2：分組合作。以四個同學為一組探究問題。

（1）將三根小棒用繩子綁成一個三腳架，然后扭動它，它的形狀會改變嗎？（2）將四根小棒綁成一個四邊形木架，然后扭動它，它的形狀會改變嗎？

設計意圖：通過觀察、推理、實際操作，獲得數(shù)學猜想與經(jīng)驗，體會數(shù)學的探索性和創(chuàng)造性。

各小組通過驗證后匯報結論。

生1：三角形木架的形狀沒有發(fā)生改變，而四邊形的發(fā)生改變了。生2：三角形具有穩(wěn)定性、四邊形不穩(wěn)定了。

活動3：播放埃菲爾鐵塔模型的制作過程視頻，并讓學生們根據(jù)自己準備的工具，邊看視頻并設計自己小組制作埃菲爾鐵塔模型。（學生小組分工合作，動手實踐）。

設計意圖：聯(lián)系實際創(chuàng)設情境，把枯燥的數(shù)學課堂生動化，趣味化，便于學生知識的遷移。學生利用物理知識，以小組形式進行合作學習，便于學生之間的交流和分享自己的想法。

活動4：模型展示。小組1：制作的模型站不穩(wěn)；小組2：制作的模型容易變形；小組3：成功制作模型。

小結：經(jīng)過學生們制造模型的展示總結三角形不易變形的原因：三角形第三條邊，如果其中兩邊受力，那么另一邊會起到推力的作用；如果三角形的頂點受力，下面的邊就起到了拉力的作用。因此三角形是通過三邊相互的擠壓和推動來保持它的穩(wěn)定性。

2.4.4 課堂總結

在本次教學實踐中，學生能全身心的投入到教學中，通過小組合作交流，掌握了三角形具有穩(wěn)定性相關知識并能獨立的制造模型。

2.5 效果

通過分析，超過65%的學生對數(shù)學產(chǎn)生興趣和好奇，80%的學生喜歡本次教學實踐的課堂氛圍，超過90%的學生能基本掌握課堂內(nèi)容，32.8%的學生能獨立提出問題并解決問題。

3 小結反思

此次實踐，涉及到工程、設計、科學、數(shù)學和物理的受力問題。突出學生主體，教師主導，培養(yǎng)學生科學探究精神和生活實踐能力。活動內(nèi)容趨于生活化，與其他學科融合得當，重難點突出。采用合作探究式教學方式將STEM教育與數(shù)學教學結合，重視學生的課堂參與度，培養(yǎng)學生STEM素養(yǎng)的同時強化實踐能力和動手操作能力，激發(fā)了學生學習興趣。