運用STEAM教育理念提升立體幾何空間構建理解能力

摘 要：高中數(shù)學中的立體幾何空間構建理解一直是學生所頭疼的一個難點，與其他考點相比，不僅是數(shù)字的加減乘除運算或是公式的套用，還需要學生的空間想象能力、動手繪圖等。不難看出，STEAM教育理念與立體幾何理解難點是“相輔相成”的關系，因此，在這一難點問題上，教師應該發(fā)揮STEAM教育理念的優(yōu)勢，從而提升高中數(shù)學的立體幾何理解能力。

關鍵詞：高中數(shù)學;立體幾何;理解能力

隨著時代的日新月異，教育需要對自身進行改革以適應社會的發(fā)展，教育理念的不斷創(chuàng)新是所有教育部門、教研人員和教師所關注的焦點。從教育部《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見〈征求意見稿〉》首次明確提出STEAM教育以來，多省將STEAM教育科目列入教學、考試體系，把“軟任務”升級“硬指標”，成為必修課，形成同步輔助應試教育的K12+教育新賽道，是融合了科學、技術、工程、藝術、數(shù)字等多元學科的綜合教育。

一、 STEAM教育理念的概念

STEAM教育理念最早是美國政府提出的教育倡議，STEAM是五個單詞的縮寫：Science（科學），Technology（技術），Engineering（工程），Arts（藝術），Maths（數(shù)學）。STEAM教育理念是一種注重實踐的超學科教育理念，有別于傳統(tǒng)的單學科、重書本知識的教育方式。STEAM教育理念打破常規(guī)學科界限，不同學科不再是分割的一座座孤島，而是注重跨學科學習。STEAM課程不是簡單的五門（多元）學科課程單純疊加，課程建設必須要在“融合”兩個字下功夫。相比于傳統(tǒng)的教育理念，STEAM教育理念具有跨學科、趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設計性、藝術性、實證性、技術增強性等特點。

二、 高中生解數(shù)學立體幾何空間題所存在的問題

（一）缺乏空間想象能力

平面圖形是直觀的，學生較為容易理解，而對立體幾何的抽象性和復雜性卻無從下手，只能停留在表面淺顯的文字理解。由于缺乏對立體幾何空間的想象能力，學生大腦很難準確地構建立體幾何模型，進而在解題過程中，出現(xiàn)不會作圖或者是作圖有誤的現(xiàn)象，比如“空間四邊形”，空間想象能力弱的同學，就會認為兩組相對的棱是平面四邊形中相交的對角線。

（二）思維邏輯能力較差

語文是考查學生閱讀理解的能力，而數(shù)學專注的是學生思維邏輯的能力，相比之下，數(shù)學是不少學生從小學到高中的一個老大難問題。學生往往需要從已知的條件中推導出隱藏的條件，這是立體幾何空間構建理解的關鍵點，但由于思維較為混亂、邏輯層次欠缺，這個關鍵點成為學生的難點，學生解題時無法順利進行。長此以往，理解立體幾何空間構建，從而解決立體幾何相關問題作為高中數(shù)學必考重點，成為高中生高頻率失分、空題的部分。

（三）以往相關知識的負面影響

學無止境，不管哪門學科，知識都是隨著年齡增長不斷累積的，高中數(shù)學的立體幾何知識是在初中數(shù)學相關知識上的一個延伸、拓展。因此，學生在做立體幾何空間題時，會受到以前所學知識的影響，尤其是平面圖相關知識局限了學生學習立體幾何知識。

三、 STEAM教育理念對提升立體幾何空間構建理解能力的重要性

（一）提高教學質(zhì)量，深化教學方式

對于講解立體幾何的相關知識，傳統(tǒng)的教學模式和STEAM教學模式可謂是“天壤之別”。傳統(tǒng)的教學是一種灌輸式教學方法——將課本中晦澀難懂的例題展示在黑板上，循規(guī)蹈矩地講解并得出結論傳送給學生——極其地注重課本。立體幾何空間是一種三維空間，簡單的板書和生硬的知識點讓學生在解決立體幾何的基礎題會出現(xiàn)“卡殼”和“無從下手”的情況。而STEAM教學是一種綜合教育，尤為重視實踐參與，是對學生綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)。STEAM教育將科學、技術、工程、藝術與數(shù)學融合，使高中數(shù)學中的立體幾何知識更加生動化、具體化，枯燥無味的知識轉(zhuǎn)化為活靈活現(xiàn)的虛擬模型。STEAM教育理念推動了現(xiàn)代信息化教育的發(fā)展，推進了教育資源的優(yōu)化整合，教學方式也隨之不斷創(chuàng)新、深化以適應不同時期的社會發(fā)展，進而提高了教學質(zhì)量。

（二）激發(fā)學習興趣，促進全面發(fā)展

數(shù)學是不少學生最為薄弱的學科，也是不少學生最為害怕的學科。數(shù)學是一門邏輯思維的學科，可以說是偏理科類，但不同于物理、化學，數(shù)學學科幾乎沒有實驗課，這就導致大多數(shù)學生對數(shù)學學科產(chǎn)生畏懼心理。STEAM教學是一種多元化教學，使數(shù)學學科和其他學科融合——以數(shù)學學科為主，以其他學科為輔，甚至利用某些教學工具或者是現(xiàn)代信息技術將某些數(shù)學例題（例如：立體幾何題）以實驗課的形式講授，讓每個學生能動手參與，有利于激發(fā)學生對數(shù)學學科的積極性，推動學生由“學習機器”向“學習攀登者”轉(zhuǎn)變，同時，促進學生思維發(fā)散、實踐能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

（三）推動信息技術現(xiàn)代化教學，培養(yǎng)綜合素質(zhì)型人才

科技是第一生產(chǎn)力。隨著電子白板、投影儀等現(xiàn)代儀器進入教室，我國教學方式逐步依賴現(xiàn)代信息技術，隨著教育的改革和科技的創(chuàng)新，大部分地區(qū)已實現(xiàn)信息技術現(xiàn)代化教學，而這種教學方式與STEAM教育理念可謂是“不謀而合”。不僅僅只在于講解立體幾何的相關知識，甚至于其他知識，教師都不可避免地需要運用到信息技術對知識進行演練、延伸，STEAM教育理念與信息技術教學正好“吻合”，雙管齊下，必然會取得事半功倍的良好效果。在知識經(jīng)濟時代，人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略成為推動國家發(fā)展、提高綜合國力的重要保障。STEAM教育理念是培養(yǎng)綜合型、創(chuàng)新型、應用型人才，相比于“只會考試”的學生，我國（就目前發(fā)展狀況及國際環(huán)境影響）更需要綜合素質(zhì)型人才。

四、 STEAM教育理念在提升立體幾何空間構建理解能力中的應用

（一）整合教學資源，創(chuàng)設STEAM情境

在高中數(shù)學立體幾何的教學中應用STEAM教育理念，教師需要將教學知識同科學、技術、工程、藝術等學科知識相結合。因此，基于學生的認識基礎和認識能力，從實際情況出發(fā)，教師不單單局限于立體幾何知識的牢籠，而是整合、優(yōu)化資源，建設課堂課程多元化，創(chuàng)建良好的教學情境，培養(yǎng)學生主動聯(lián)系知識的意識，促進學生數(shù)學素質(zhì)的發(fā)展。在教師的指導下，學生利用現(xiàn)代信息技術操控立體模型，并發(fā)現(xiàn)立體幾何的特點，自身參與、感受，在STEAM教育情境下，學生自身的空間想象能力也會逐步提高。

（二）科學分組，發(fā)展思維能力

隨著經(jīng)濟、文化的不斷發(fā)展，社會需要的不僅僅是具有深厚知識儲備的人才，還需要團隊合作能力。在STEAM教育理念的指導下，教師需要培養(yǎng)學生的合作意識和合作能力，積極引導學生開展合作研究，這樣學生既能獨立思考問題，也能合作分析、解決問題，能夠鍛煉學生的數(shù)學思維，有利于學生綜合素質(zhì)的發(fā)展。比如，在講解對立體幾何空間構建的理解時，教師將學生分成若干小組（分組需要平衡各組成員能力，實現(xiàn)“以優(yōu)帶差”的效果），“三個臭皮匠，勝過諸葛亮”，教師一步步地指引學生去發(fā)現(xiàn)題目中的隱藏點，讓學生在合作、交流中自我發(fā)現(xiàn)解題思路，尤其對于需要作輔助線的題，許多學生對“作輔助線”感到困難，而小組中成員之間的互幫互助，會讓學生逐步找到“作輔助線”的一些好的方法。這種以“學生自我主導”的方式不僅鍛煉了學生的動手能力，也讓學生意識到合作學習可以共同推動數(shù)學學習的進步。

（三）貼近生活，激發(fā)創(chuàng)新能力

大多數(shù)學生覺得數(shù)學離生活過于遙遠，除了小學所學的“加減乘除運算”能運用到生活之中，似乎其他所學的數(shù)學知識與生活毫無相關。STEAM教育理念中的科學、技術、工程、藝術與生活息息相關，唯獨數(shù)學讓人覺得格格不入，這是一種錯誤的思想。因此，教師需要將數(shù)學與生活的距離拉近，讓學生意識到數(shù)學與生活緊密相連。對于提高立體幾何空間構建理解能力，許多學生因為基礎知識的混亂而遇上瓶頸，所以，教師需要夯實好學生學習立體幾何的基礎點，運用STEAM教學，讓學生課前準備一些立體幾何模型（例如：乒乓球、魔方等），讓學生從生活中發(fā)現(xiàn)立體幾何模型，這樣一來，學生對立體幾何的結構認識、空間幾何的三視圖等內(nèi)容就會有較為深刻的印象。學生每時每刻都能從生活中感受到立體幾何的魅力，激發(fā)了學生的求知欲望，促進學生在自我探究的過程中思考，發(fā)散自我思維。

五、 STEAM教育理念在提升立體幾何空間構建理解能力中面臨的挑戰(zhàn)

（一）STEAM教育理念的發(fā)展現(xiàn)狀

STEAM教育的發(fā)起者美國在1986年提出“使美國下一代成為世界科學和技術的領導者”，顯而易見，美國各大高校積極運用STEAM教育理念培養(yǎng)人才并取得了顯著的成效。德國、英國、日本等發(fā)達國家也紛紛效仿，我國也已邁入STEAM教育的課程改革國際行列。但我國長期以來一直處于應試教育的模式下，發(fā)展STEAM的教育模式還是“道阻且長”。

（二）STEAM教育理念實施的困境

盡管STEAM教育理念與高中數(shù)學立體幾何知識較為吻合，但在實際操作中，不可避免會受到客觀條件的限制。首先，STEAM教育理念作為新事物，教師和學生需要時間去接受它，在未形成一個較為完整的STEAM教育體系之前，這種新方式存在一定風險，將數(shù)學與科學、技術、工程、藝術相結合，并不是一個簡單的事，教師或者教研人員需要花費時間和精力去達到不同學科的平衡點。第二，教師在STEAM教育理念的指導下，帶領學生破解立體幾何空間構建理解難題的過程中，需要依靠信息電子技術，但對于某些教師而言，信息技術是需要學習才能知道如何去操控、如何去更好展示幾何空間模型，這需要教師對操控電子設備進行學習，然而，對年紀較大的教師，這無疑是一種挑戰(zhàn)。最后，我國教育雖然已經(jīng)整體現(xiàn)代化，但在某些落后地區(qū)仍存在沒有電子設備教學的情況，久而久之，地區(qū)之間的差距會越拉越大。

六、 總結

學生是教育的主體，教師是教育的引導者，STEAM教育理念深刻體現(xiàn)了這一特點。在高中數(shù)學階段，立體幾何空間構建難題是常考點，也是大多數(shù)學生的難點，但是學好立體幾何對學生的空間想象能力、思維邏輯能力起到了良好的鍛煉作用。因為兩者的相似點，高中數(shù)學教師可以將STEAM教育理念運用到破解立體幾何空間構建理解難題之中，學生在學習的過程中也能推動自身全面發(fā)展。

參考文獻：

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作者簡介：陳丹，福建省福州市，福州銅盤中學。