依托STEAM教育理念，優化初中數學實驗教學

劉建鳳

摘要

STEAM教育理念建立了從感知到積累、從應用到辨析的全新教學框架，注重學生思維意識與學習能力的同步開發。數學實驗可以依托STEAM教育理念， 以科學為跳板，以技術為載體，以藝術為靈感，以數學為本源，以工程為模板，進行優化改進，從而逐步提升學科教學質量。

關鍵詞

STEAM教育理念 初中數學 實驗教學 應用

STEAM教育理念在整合科學、技術、藝術、數學和工程等元素的同時，以學科特點和教學目標為出發點，將教學的重點放在問題的解答、學生思維能力的培養上，強調學生個體宏觀思維在教學活動中的綜合表現，不對單一的問題、知識點進行過度強調。教師依托STEAM教育理念優化初中數學實驗教學，需要對教學內容、教學周期、教學時長與教學方法進行調整，讓學生在主觀情感上接受數學教學，提高學生的數學實驗意識。

一、以科學為跳板，激發數學實驗興趣

受傳統教學模式的限制，以往的初中數學教學以數學問題、數學理論為落實教學工作的第一要素。在教學過程中，數學實驗雖然表現出了較強的科學性、互動性與真實性特點，但由于對相關教學內容缺乏了解，學生并不愿意主動參與或發起實驗活動。在這種情況下，數學問題與數學理論的地位依舊“千年不倒”，僵硬而單調的教學模式很難做出改變。在STEAM教育理念下，教師可嘗試圍繞“科學”這一話題導入數學實驗，讓學生在數學實驗中用數學眼光發現科學知識，激發學生的數學學習興趣。

以蘇科版數學七年級上冊“三視圖”的教學為例。教師為學生準備正方體、長方體等圖形，要求學生進行觀察。在觀察之后，教師通過圖片設計實驗，給出不同的長方形與正方形，要求學生將其組成幾何體。學生根據先前的經驗對平面圖形進行自由組合，但在組合之后發現，組成的圖形與幾何體的形狀并不相同，此時，學生根據實驗結果提出問題：為何制作的新幾何體與原來的幾何體之間存在如此大的差別？學生從觀察、操作等活動入手，總結數學結論：正方體的六個面相同，所以只要得知其一個面的形狀特點即可組成一個一樣的正方體;但長方體的長、寬、高可能包含著三個數據，需要至少掌握三個面的平面特點，才能組成一個一樣的長方體。讓學生在實驗的過程中科學發散思維，獨立挖掘數學知識，能夠逐步調動學生的數學實驗興趣。

二、以技術為載體，掌握數學實驗方法

部分數學實驗操作流程復雜，計算量較大，其很難在數學教學中得到應用，但現代信息技術的發展將不可能變成了可能。在STEAM教育理念下，教師可圍繞STEAM教育理念中的“技術”開展數學實驗教學，構建實驗教學的新思路。

以蘇科版數學九年級下冊“正切”的教學為例。在實驗教學中，以“探究正切函數的單調性”為第一目的開展。教師可要求學生結合以往經驗探究，獨立設計實驗方案。此時，學生從繪圖、計算等角度入手，繪制大小為30°、45°和60°的角，發現特殊角的正切值隨著角度增大而增大。一些學生指出，研究應該嚴謹規范，不能以偏概全，可以從特殊到一般，從定義出發。于是有以下探究。如圖1，在[△ABC]中，tanA=[ab]。隨著∠A的變大，tanA如何變化？

根據定義，兩個變量a、b若同時發生改變， [ab]的比值變化不容易判斷。因此，需要控制其中一個變量。學生自主分組，討論控制哪個變量。控制變量b的學生，利用幾何畫板，繪制圖2。點B是射線CM上的一個動點，觀察[ab]的比值：隨著∠A增大，b不變，a增大，則tanA=[ab]隨之增大。由此，一部分學生開始理性分析：如果要控制變量a，即需保證∠A的對邊不變，即點B到AC的距離是定值，所以點B在平行于AC的直線上，從而繪制了圖3并提出：隨著∠A的變大，a不變，b變小，tanA=[ab]也隨之增大。

借助信息技術，利用幾何畫板，學生可以繪制正切函數的圖像，從而更直觀地感受正切函數自變量的取值范圍及單調性。后續我們還會研究正弦、余弦函數，對于這些相關數學知識的學習，我們同樣可以借助數學實驗引導學生進行探究。

三、以藝術為靈感，享受數學實驗樂趣

對于現代審美教育與數學教育活動來說，數學以一種獨特的方式來詮釋美學。教師可結合數學實驗幫助學生感受數學中的藝術，感知數學的美感，提升學生的審美能力，在STEAM教育理念下，強調藝術與數學之間的關聯性，激發學生的數學學習熱情。

以蘇科版數學九年級下冊“黃金分割”的教學為例。教師在教學過程中展示芭蕾舞演員圖片（圖4），芭蕾舞演員身體各部分之間適當的比例給人以勻稱、協調的美感。美感產生于恰當的比例，什么樣的比例才具有美感？激發學生探究[BCAB]與[ABAC]的比值均約等于0.618，即我們所說的黃金比。學生從生活背景中抽象出數學模型（圖5），探究黃金比。學習黃金分割不僅僅實現了線段比例學習的要求，更體現了數學的文化價值。繼續請學生欣賞名畫《蒙娜麗莎》。為什么蒙娜麗莎的微笑會這么迷人呢？蒙娜麗莎的臉型接近黃金矩形，頭寬和肩寬的比接近黃金比例。如果我們畫一條黃金螺旋線，這條黃金螺旋線可以經過蒙娜麗莎的鼻孔、下巴、頭頂和手等重要部位。對于什么是黃金螺旋線？如何繪制黃金螺旋線？教師可以順其自然地為學生普及。

學生在測量、計算、繪制、欣賞中學習數學，強化了動手能力，感受到數學在現實生活中的作用，逐步激發出參與實驗的興趣。

四、以數學為本源，開發數學實驗價值

數學實驗不能脫離數學教育而存在。在數學教學中，教師必須強調數學實驗與數學教學之間的從屬關系，圍繞數學課程的理性特點、學科特點落實教學工作，對學生的數學思維與表達能力進行開發，幫助學生掌握數學學習的一般思路，讓“數學”成為數學實驗的指路明燈，為學生打開新的數學學習思路。

在蘇科版數學九年級上冊“二次根式”的教學中，教師可嘗試利用STEAM教育理念構建數學實驗教學模式。圍繞“數學”這一關鍵性元素，教師將STEAM教育理念引入數學實驗課堂，要求學生配合實驗證明“二次根式”的一般特點。部分學生通過列舉數字，指出根式下的數字必然無法被整除，如[2]、[3]等;一些學生則給出否定意見：[4]也屬于二次根式，但其能夠化簡為2，從而發現這一結論是不正確的。至此，學生對“二次根式滿足什么條件才能夠化簡成整數”這一話題展開互動，并進行數學實驗。一些學生認為，將兩個二次根式相乘，如果所得的數字能夠化為兩個相同有理數的乘積，則證明原二次根式能夠化為整數，并利用[2]、[3]進行檢驗。學生的實驗看似走了彎路，但其實是對數學知識的大膽應用，應該給予鼓勵。

五、以工程為模板，借助數學實驗育人

STEAM教育理念將“工程”這一概念帶入教學活動中，對于初中數學實驗來說，其所指的是標準化、一般化的實驗流程，是對“如工程一般嚴謹的教學模式”的強調。在開發初中數學實驗的過程中，對 “工程”元素加以利用，能夠使課程更好地發揮出育人功能。

以蘇科版數學九年級下冊“銳角三角函數”的教學為例，探究銳角三角函數，教師可要求學生結合以往的數學經驗學習相關數學知識，對銳角三角函數進行歸納、整理，要求學生獨立設計實驗方案。此時，學生的實驗從繪圖、計算等角度入手，繪制大小為30°、45°和60°的角，觀察角與對邊的關系。部分學生認為，雖然銳角三角函數的值已經確定，但在不同的三角形中，銳角三角函數會隨之發生變化，于是利用計算機技術進行探究。隨著實驗的逐步深入，學生開始接受銳角三角函數的一般特點，但會將注意力轉移到直角三角函數、鈍角三角函數當中。對于更加復雜的數學知識，學生在數學實驗過程中，對觀點進行論證分析，以此得出數學實驗的一般思路，積累實驗經驗。

總之，STEAM教育理念打開了初中數學實驗教學的新思路，但單元化的實驗教學制度并不能取得預期教學效果。在STEAM教育理念下，教師應嘗試對科學、技術、工程、藝術和數學等元素進行應用，實現數學實驗的全覆蓋，讓學生在教學活動中感受到數學之外的客觀知識，提高學生的學習熱情，提升學生的數學素養。

（作者單位：江蘇省常州市武進區前黃實驗學校）