高中數學教學活動中STEAM理念的應用策略

STEAM教育理念以激發興趣愛好為切入點，鼓勵學生在學習中自主探究，尋找解決策略，提高綜合能力。本文研究如何將STEAM素養融入高中數學教學實踐，本質上是整合高中數學的學科知識，使整個學習過程變得立體、有層次——以學科學習為主要內容，從知識、技能、情商、智力、價值觀等滲透點向外無限輻射。教師依據本區域的教學現狀，從學生的能力、興趣、關注點出發設計教學過程，激發學生的自主學習能力，促進學生在學習過程中發揮主觀能動性，進而培養學生的數學核心素養。

一、高中數學教學活動與STEAM理念融合過程分析

本節課是探討空間直線與平面之間關系的起點，其中蘊含了眾多深刻的數學思想，如將空間問題轉化為平面問題，或者將無限問題轉化為有限問題等。這些思想為后續學習面與面之間的平行關系，以及線與面之間的垂直關系提供了必要的理論知識和方法論基礎。

傳統教學忽視了學生“發現過程”的重要性，導致學生在學習過程中只會生搬硬套，無法靈活運用定理解決問題，因此教師將STEAM理念融入教學勢在必行。為了深化學生的實踐操作技能，激發他們的創新思維，筆者精心設計了以“折紙藝術”為核心的探究活動。這些活動將工程技術（S）的核心理念融入其中，有效鍛煉學生的空間想象能力，提升其數學建模素養。此外，筆者將藝術（A）與數學理念相融合，在思辨環節著重提升學生的邏輯推理能力。

二、高中數學教學活動中STEAM理念應用分析

（一）教學目標

1.明確如何判斷直線與平面呈平行關系（判定定理）并靈活應用，利用藝術、工程等理念實現學科融合。

2.通過折紙試驗明晰定理的由來過程，提升空間想象力和邏輯思維能力。

3.在折紙的過程中學會將立體幾何問題轉化為平面問題，掌握轉化能力，體會化歸思想。

（二）設計理念

在本次課程的設計中，筆者精心構建了三個主要環節（如圖1所示），旨在引領學生經歷一場知識內化的過程。這一設計不僅揭示了直線與平面平行判定定理的探索過程，還激勵學生自主探索，獨立完成知識體系的構建。在此過程中，學生能夠提升自身的數學建模能力，強化自己的空間想象力、邏輯推理等數學核心素養。

（三）教學過程

任務一：通過生活事例激發空間感知能力

教師：在三維空間中，直線與平面之間存在哪些可能的位置關系？

學生：二者平行、二者相交、一條直線在平面上。

教師：在日常生活中，我們能找到哪些例子，讓我們直觀地感受到線面平行的概念呢？

學生：例如，教室里的日光燈棒與地面，或是足球門框上沿所在的直線與操場地面，都是線面的平行現象。

教師：那么，我們如何去判定一條直線是否與一個平面平行呢？（用多媒體展示圖2），讓我們來觀察直線a與平面α的關系。直線a是否與平面α平行？請闡述你的觀點和理由。

學生1：不平行，它倆雖然現在沒相交，但是將直線延長之后肯定會和平面相交的。

學生2：通過肉眼觀察沒辦法判定它們倆是不是平行的，萬一是角度造成的錯位呢？

（設計意圖：當前學生已經掌握了直線與平面平行的基本概念：兩者無公共點，但是圖2引發了激烈的討論，學生意識到直接觀察無法驗證圖形之間的關系，因為直線與平面都是無限延伸的。這種認知上的矛盾促使學生認識到學習本節課的重要性，為知識體系的構建奠定了堅實的基礎。）

任務二：設計實驗，帶動主動探究

（用多媒體展示圖3）

教師：請仔細觀察屏幕上的圖片。你們感覺線段AB與平面α是什么關系？

學生：如果單純用眼睛看的話好像是平行的，但我不敢確定。

教師：沒錯，從數學角度來說，圖形之間的關系必須通過一系列證明才能得出結論，那么我們現在共同做一個小實驗，來驗證一下這條線和平面是否平行。

實驗指導：現在請大家拿出我們準備好的卡紙，將這張紙的四個點標注為A點、B點、C點和D點，接下來把這張卡紙平放在桌面上，現在我們以立體幾何的角度來觀察桌面，將桌面標注為平面α。接下來，請你們動動手，隨便折一下這張紙，隨后在折痕的兩端標記上點E、F。

教師：現在請大家以小組的形式探究兩組問題：

（1）在我們的這張紙上線段CD是否與折痕EF平行呢？線段CD與平面α是否平行呢？如果是，請說明原因。

（2）折疊能讓線段CD與平面α平行嗎？具體原因是什么呢？

（學生小組討論，教師巡視）

教師選取兩組學生進行示范。

（設計意圖：折紙實驗是數學思想與技術理念的融合，引導學生學會建立模型分析問題，培養學生運用抽象思維解決實際問題的能力。此外，小組合作的形式使學生能夠在交流和討論中互相學習、共同進步，有效豐富學生的學習生活，為他們未來的人生道路奠定堅實的基礎。）

任務三：展示成果，總結歸納定理

學生（小組代表）：我們觀察到折痕EF與CD不平行時，四邊形CDEF便呈現出梯形的形狀。在這樣的情況下，梯形的兩條腰DC和EF如果被延長，它們必定會在某一點上相交。假設這個交點是M，那么點M就會位于直線EF上。由此，我們可以推斷出點M同樣位于平面α內，這表明直線CD與平面α發生了相交（如圖4所示）。

教師：你們小組完成得非常棒，接下來我要找一個小組回答第二個問題，我們該怎樣讓CD與平面α保持平行呢？說出具體操作方法和原因。

學生（小組代表二）：折痕EF與CD保持平行時就意味著直線CD與平面α之間存在平行關系，具體原因我也解釋不清楚……

教師：沒關系，這也是我們本節課學習的重點，接下來我們一起探討一下。

教師：判定線段CD平行于平面α的依據是什么？

學生：我們之前學的平面和直線存在平行關系的定義。

教師：要精確地定義直線CD與平面α的平行關系，我們必須確定它們之間不存在任何交點。換句話說，平面α上的任意一點都不會位于直線CD上。

（學生舉手表示要進行詳細說明）

學生：這張紙上的折痕也就是EF與CD是平行關系，也就是說這兩條線不會產生交點，換句話說，折痕EF也不會和平面α內的任何一點相交，這個時候我們在平面α上做一條與EF平行的線，只要證明該平行線和CD平行，就能證明EF平行于CD了。

教師：你說的完全正確，在探討直線與平面平行的條件時，我們可以依據定義來闡述這一概念。那么你能根據定義總結一下什么情況下直線與平面平行嗎？

學生：直線和平面在三維空間中沒有任何公共點，即直線上的任何一點都不在平面內，直線與平面沒有任何交點，也就是說，直線完全位于平面的另一側。如果直線上的兩點都在平面外，那么過這兩點的直線與平面平行。

（設計意圖：折紙實驗的引入，不僅豐富了教學手段，更讓學生在動手操作中直觀地理解了線面平行的條件，為后續幾何學的學習打下了堅實的基礎。）

三、高中數學教學活動中STEAM理念應用實踐思考

（一）立足STEAM理念制訂教學目標

過去，教師經常將精力集中于單獨學科的知識和能力傳授，這種做法過于強調結果的重要性，忽視了學習過程的價值，無法通過課堂教學促進學生發散思維，更遑論培養其創新能力。相比之下，STEAM教育理念則提倡多學科的深度融合，突出跨學科知識和技能的綜合運用。教師若能立足于STEAM理念，教學目標的設定將更加全面且精確，促使高中數學課堂從單純的知識技能傳遞轉變為學生能力和素養的提升。通過這種轉變，學生能迅速掌握必要的知識，同時發展其理論知識的綜合應用能力和創新精神，為未來的學習和生活打下堅實的基礎。

（二）依據STEAM理念設計探究活動

在STEAM教育理念中，動手操作結合思維活動是其核心特征之一。在上述教學內容中，學生面臨的主要挑戰是掌握教材中涉及的“降維”概念，就是將空間中線面平行的復雜問題轉化為更為簡單的線線平行問題，需要具備一定的空間想象力。本節課通過折紙、自主探究等實踐活動將抽象的空間形式具體化、形象化，從而在學生的大腦中形成清晰的空間印象。學生通過親手制作模型，不僅能直觀地觀察到空間形式的轉換，還能將復雜問題簡單化，親歷探究數學問題的完整流程。從知識的發現到生成，每一個步驟都鍛煉了學生的思維能力。在這個過程中，學生不僅學習了教材中的知識，更重要的是體會到了其中所蘊含的思想方法，并揭示了數學知識的理性思維和教育價值，為未來的學習和生活打下堅實的基礎。

（三）運用STEAM理念提升學生素養

在STEAM教育理念指導下，小組合作成為課堂學習的基石，帶動學生展開自主探究式學習。在探索直線與平面平行性的過程中，學生與教師互動頻繁，共同探討問題，思想的火花在討論中不斷迸發，不同的觀點相互碰撞，充分調動了自身的主觀能動性。在實踐中動手操作和深入反思論證中，學生逐漸掌握發現問題并解決問題的技能，如將復雜問題簡化、空間問題平面化等，從而有效地增強了在模型建立、空間想象和思辨推理等領域的素養。STEAM教育理念視域下的教學并不是對傳統教學方法的徹底摒棄，而是學科融合基礎上的教育升華。在這種融合教學模式中，立體幾何的教學超越了簡單的知識傳授，轉而以學生的主動探索為活動中心，通過知識的傳授與拓展來構建課程，清晰地體現了STEAM教育探究性和開放性的特點，進而全面提升學生的綜合能力。

（作者單位：甘肅省慶陽市慶城縣驛馬中學）

編輯：陳鮮艷

作者簡介：劉俊琴（1971—），女，漢族，甘肅慶城人，本科，高級教師，研究方向：中學數學教育教學。