STEM教育視角下的初中數(shù)學“課題學習”教學設計的研究

【摘要】數(shù)學“課題學習”是“綜合與實踐”在初中階段的呈現(xiàn)方式，是選取生活中的數(shù)學問題為“課題”，以學生自主參與為主的一種學習活動.不同于章節(jié)知識的理論特點，“課題學習”的實踐性較強，這與STEM教育的創(chuàng)新實踐要求一致.在實施“課題學習”的過程中，有效的教學設計策略可以較好地訓練學生的工程意識、動手能力和微型科研能力，提高他們的綜合應用能力.文章對STEM教育視角下的初中數(shù)學“課題學習”教學設計的策略展開研究.

【關鍵詞】STEM教育;初中數(shù)學;課題學習;教學設計

【基金項目】本文是增城區(qū)教育科學“十三五”規(guī)劃2019年度課題“STEM教育視角下初中數(shù)學課程綜合化設計與實施研究”zc2019080的研究成果

一、研究背景

新課程標準在初中數(shù)學中增加了“綜合與實踐”這部分內(nèi)容，旨在引導學生在學習過程中能參與并體驗到一定的研究性，進而培養(yǎng)學生主動探究的精神，發(fā)展數(shù)學研究能力.為了實現(xiàn)課改目標，人教版初中數(shù)學教材（七—九年級）29個章節(jié)里面，共設置了9個“課題學習”（見表1）.應用數(shù)學知識與方法來解決一些實際問題是課題學習的主要方式.隨著新課改的深入進行，初中數(shù)學教師越來越重視課題學習的教學研究，逐漸改變傳統(tǒng)的教學方式采用以學生為主體的課堂模式，比如：生本教學、小組合作學習等.

不同于章節(jié)知識的理論特點，“課題學習”的實踐性較強，這與STEM教育的實踐要求一致.在實施“課題學習”的過程中，有效的教學設計策略可以較好地訓練學生的工程意識、動手能力和微型科研能力，提高他們的綜合應用能力.STEM課程采用綜合化教學的方式，將實際案例作為載體，使得多學科知識在這個實際案例中融合在一起，共同發(fā)展學生的實踐能力.新課程標準中的“綜合與實踐”，讓初中數(shù)學教學采用“課題學習”的方式，通過具體的實踐活動促使學生在跨學科綜合的情境中提取數(shù)學模型，并運用數(shù)學知識解決問題，實現(xiàn)數(shù)學學科切入STEM課程教育的目的.

二、STEM教育與“課題學習”整合——“數(shù)學+”模式的教學流程

初中數(shù)學“課題學習”部分最關鍵的環(huán)節(jié)在于教學設計.STEM教育理念與初中數(shù)學“課題學習”模塊整合，就是要將科學、技術、工程與數(shù)學教育融合在一起.筆者結合實際教學經(jīng)驗，提出“數(shù)學+”的教學模式，即“數(shù)學+科學”“數(shù)學+技術”“數(shù)學+工程”的教學設計模式（見圖1），嘗試新的初中數(shù)學“課題學習”教學方式，力求達到綜合教育的目的.

圖1“數(shù)學+”的框架

在“數(shù)學+”想法的基礎上，我們在設計教學內(nèi)容時，需要經(jīng)歷“分析-提取”→“設計-融入”→“開發(fā)-整合”→“實施-測試”→“評價-效應”五個教學階段（見圖2）.“分析-提取”階段，就是先分析，后提取，分析包括學習需求分析、學習者特征分析以及學習內(nèi)容分析;“設計-融入”階段，就是在確定教學目標和制定數(shù)學教學策略時要融入STEM教育其他三要素;“開發(fā)-整合”階段，就是對教學內(nèi)容的安排，要結合教學資源和教學用具、材料等便于體現(xiàn)STEM理念四要素;“實施-測試”階段，就是指在“課題學習”教學開展過程中，要將STEM理念完全展示出來，力求課程內(nèi)容達到綜合性目標，可與其他學科知識，比如物理、生物、地理、化學等綜合起來實施課程內(nèi)容;“評估-效應”階段，是指通過問卷、訪談等形式來調(diào)查STEM教育開展初中數(shù)學“課題學習”的效果，從STEM各個要素目標達成情況以及學生的興趣、收獲和教學實施方面設計調(diào)查內(nèi)容.

三、STEM教育視角下的初中數(shù)學“課題學習”教學設計的策略

初中數(shù)學“課題學習”主要分為三大類，分別是數(shù)學建模、數(shù)學調(diào)查及分析和數(shù)學實驗，這三類課題學習是相互滲透、交叉使用的.這些課題給學生提供了一個載體，可以將所學的數(shù)學知識應用在一個具體的案例中，方式靈活多樣，學生可以充分體會知識的實踐性、探索性和研究性.在STEM教育視角下采用“數(shù)學+”模式的教學過程中，教師采取有效的教學設計策略能激發(fā)學生對數(shù)學的學習興趣，同時也能培養(yǎng)學生的科學精神，提升學生的數(shù)學核心素養(yǎng).文章介紹了比較常用的問題驅動策略、小組教學和項目式學習三個教學設計策略在STEM教育中的使用情況.

（一）數(shù)學與多學科知識的整合——基于問題驅動的學習方式

STEM教育強調(diào)跨學科融合，注重生活性、實踐性和情境性，尤其提倡利用學科間產(chǎn)生的共同聯(lián)系解決實際問題.因此在加強學科聯(lián)系、運用多學科知識綜合分析和解決有關問題方面，初中數(shù)學“課題學習”可與英語、物理、化學、地理、生物、綜合實踐、科技等學科聯(lián)系起來設計教學內(nèi)容.教師在設計教學內(nèi)容時，可設置“問題串”，以問題為導向，用任務驅動的方式將數(shù)學與其他學科的知識聯(lián)系起來，引導學生多角度分析、解決問題.比如九（上）中“鍵盤上字母的排列規(guī)律”，教師在設計教學內(nèi)容時，建議采用以下“問題串”：

問題1：計算機或打字機的鍵盤上英文字母是如何排列的？是按照字母表順序從A依次排列到Z嗎？

問題2：鍵盤有多少個按鍵，主要劃分為哪些區(qū)域？

問題3：（搜集和分析數(shù)據(jù)，小組合作完成）選擇一篇英語文章段落，統(tǒng)計其中的26個英文字母出現(xiàn)的頻率，并將字母按出現(xiàn)的頻率從小到大的順序排列出來.

問題4：出現(xiàn)頻率較高的字母的位置一般放在哪里？出現(xiàn)頻率低的字母呢？為什么會這樣安排？

問題5：空格鍵為什么要放置在鍵盤的下方正中央且最大？

問題6：鍵盤打字的指法跟字母的出現(xiàn)頻率有什么聯(lián)系？

問題7：請總結出鍵盤操作的正確姿勢.

在九年級上冊的數(shù)學課本中，學生們學習了用“頻率估計概率”的基本概念，在課題學習活動中，教師選取英語課本中的一個段落為實驗內(nèi)容，通過設置問題串，讓學生帶著這些疑問開展STEM理念下的實踐探究.

（二）小組教學整合STEM——面向體驗的學習方式

隨著新課改進程的不斷深入，小組教學模式已經(jīng)比較成熟，學生們在分組合作學習交流上經(jīng)驗比較豐富.在STEM教育視角下開展數(shù)學“課題活動”時，教師采用小組教學模式，這種比較成熟的團隊學習的方式有助于體現(xiàn)STEM教育理念的工程性、科學性和技術性.以七（上）“設計制作長方體形狀的包裝紙盒”為例，按照小組教學模式將學生分組，每小組6人，學生之間通過明確的分工、適時交流合作完成任務，可以兩人或者多人合作設計一個長方體紙盒，也可以一個人獨立完成.在學習小組制作長方體包裝紙盒的過程中，組員之間可以互相討論交流，互相幫助，最終共同完成任務.小組教學模式整合STEM教育，采取學生之間分組合作的方式，較好地體現(xiàn)了STEM教育的工程性.在設計制作長方體過程中，學生如何選材以及尺寸的設計等體現(xiàn)了STEM的科學性和技術性.小組教學整合STEM教育，既能夠激發(fā)學生對數(shù)學活動的興趣，又能夠充分發(fā)揮學生的獨創(chuàng)性，并且能夠照顧后進生及一些特殊學生，讓每位學生都能體驗數(shù)學知識所帶來的樂趣.

（三）“課題”活動項目整合STEM——基于項目的學習方式

項目式學習以建構主義學習理論以及多元智力理論為主要理論依據(jù)，提倡學生在給定的時間內(nèi)以小組為單位，采用一個真實的主題，利用各種工具搜集和篩選學習資源.在這個過程中教師要鼓勵學生動手實踐、思考內(nèi)化和探索創(chuàng)新，從而掌握完整而具體的知識，達到培養(yǎng)學生專門技能并獲得全面發(fā)展能力的目的.其顯著特點是“以項目為載體、教師來引導、學生為主體”，學生在這個過程中能主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新，是一種實踐性的教學模式.STEM教育視角下的“課題活動”項目式的學習方式，可以有效地激發(fā)學生學習中的主動性，培養(yǎng)他們的工程能力，幫助學生形成初步的科學思維，發(fā)展學生的動手能力，提升學生的技術能力.比如八（下）“體質(zhì)健康測試中的數(shù)據(jù)分析”，教師在設計教學內(nèi)容時，STEM教育方式整合項目式的學習方式流程如下：

（1）科學籌劃，精心準備

首先，明確項目式學習的主題，如測試某學校八年級4個班180人的體質(zhì).其次，讓學生了解、完成此次學習任務需要完成的工作及預期成果，包括查閱資料、采訪、資料的收集和整理、匯報學習情況等.最后，綜合制定方案.

（2）自主組隊選題，科學制定方案

教師鼓勵學生自由組合，成立小組，并自主推選項目負責人.比如可以選擇搜集“男生50米跑”“女生立定跳遠”“女生800米跑”“女生仰臥起坐”“男生1000米跑”等數(shù)據(jù)為項目，制定方案.教師可以開展全班的活動方案分享交流會，鼓勵小組之間互相借鑒學習，分享技術和方法，使得他們制定的方案操作性更強.

（3）落實項目內(nèi)容，展示學習成果.

學生根據(jù)方案進行分工，分別搜集整理該校八年級學生對應項目的體質(zhì)健康數(shù)據(jù)，制作成條形統(tǒng)計圖、扇形統(tǒng)計圖等，以PPT的形式在全班交流.

（4）解決問題，終結性評價

大家根據(jù)收集的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對該校八年級學生的體質(zhì)健康提出參考性建議.在評

價方面采取個人自評、組間互評和教師評價三種形式.

項目式學習整合STEM教育的策略開展初中數(shù)學“課題學習”，有助于培養(yǎng)學生團結協(xié)作能力，也提升了學生們搜集資料與處理資料等多項技能，為培養(yǎng)學生的綜合能力奠定了基礎.

四、結論

在STEM教育視角下，初中數(shù)學教學可以把各個學科的知識和實踐巧妙地融為一體，將科學、技術、工程、物理、美學、通用技術等多學科與數(shù)學有機融合，達到有效激發(fā)學生學習興趣的目的，融會貫通各個知識點，實現(xiàn)知識問題化、問題項目化，培養(yǎng)學生的科學思維、應用能力和分工合作意識，可以有效地改善當前專科教學的一些問題.在STEM教育視角下的初中數(shù)學教學，以終結性評價方式，將學生的學習效果和實踐能力有機結合起來，可以有效促進各個層次學生的發(fā)展，提高學生學習的積極性，并讓不同層次的學生得到均衡的發(fā)展機會.

【參考文獻】

[1]曹俊玲.初中“最短路徑問題”課題學習的教學研究[D].廣州：廣州大學，2019.

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