基于STEM教育的初中数学教学实践探索——以三角形的稳定性为例

黎娜娜

（兴义民族师范学院数学科学学院 贵州·兴义 562400）

0 引言

STEM教育是集科学、技术、工程、数学多学科融合的综合教育，是将四门学科内容组合形成有机整体，培养学生创新精神和实践能力的教育。STEM 教育模式实现科学、技术、工程以及数学各个学科的整合，强调在学科整合过程中培养学生的素养与能力，在科学理论与工程领域之间实现融合，在技术概念与工程项目之间合并。STEM教学包括做中学、科学探究与工具使用、跨学科整合、基于项目的学习等内容。目前STEM在全世界得到普遍应用，取得丰硕成果[1-4]。如严美霞[1]研究了STEAM教育理念在初中数学“图形与几何”教学实践的可行性。李雪琴等[2]研究STEM教育理念下初中数学“综合与实践”教学的融合。但从查阅的文献可以看出，目前对STEM的研究主要是理论研究多，实践检验少。基于此，加强STEM实践教学对培养学生综合素质有重要的实践意义。

1 STEM教育与初中数学

数学是研究数量关系以及空间形式的科学。数学跟物理、化学、生物等学科不同，这些学科可以通过实验得出结论，而数学要通过严密的逻辑方法才能得出结论，具有严谨的逻辑性。数学与计算机技术、物理、化学、生物等学科中的实验、推理等相融合，不仅在数学教学上创造了价值，也有利于培养学生的学习兴趣和提高学生STEM素养。

1.1 “数与代数”与STEM教育

初中数学数与代数主要包括数与式、方程与不等式、函数的内容。要求掌握数与式的计算法则，能利用函数图像解决简单的实际问题。数与代数教学以STEM教育情境性、多学科融合性作为指导，引导学生创造情境和运用其他学科知识解决数与代数问题，有利于培养学生的STEM素养和创造力。

1.2 “图形与几何”与STEM教育

初中数学中“图形与几何”包括“图形的性质”“图形变化”“图形与坐标”的内容。要求学生探索并掌握相交线、平行线、三角形、四边形和圆形的基本性质与判定，掌握基本证明方法和基本做图技巧，认识并理解平面图形的平移、旋转、轴对称在平面直角坐标系中的运用，简单了解视图和投影。此部分内容较为抽象，不易理解。将“图形与几何”与信息技术和STEM教育理念相融合，让学生更直观的理解“图形与几何”的相关知识。

1.3 “统计与概率”与STEM教育

“统计与概率”包括“统计数据”“抽样与数据分析”“事件的发生”“事件的概率”。要求学生体验数据收集、处理、分析和推理，理解抽样方法，体验用样本估计总体的过程，进一步认识随机现象并计算简单事件的概率。STEM 教育教学能将抽象、复杂问题转化为简单问题。

1.4 “综合与实践”与STEM教育

“综合与实践”是指一类以问题为载体、学生自主参与为主体的学习活动。其教学注重学生主动参与过程，重视学生动脑、动手、动口能力，在教学中具有学科性、综合性、实践性和过程性等特点。STEM教育具有跨学科整合、融合性、综合性、体验性、情境性等特征。二者都强调创设生活情境、问题式教学、模型思想等增加课堂的趣味性，调动学生的主动性，培养学生的创新意识和社会实践能力。

2 基于STEM教育的初中数学教学实践探索

2.1 实践对象

本实践以某中学八年级学生作为研究对象，内容为人教版八年级上册“三角形的稳定性”。

2.2 研究思路

实践过程为“提出方案、确定方案、方案准备、方案实施、结论分析、重设问题”。

2.3 实践步骤及教学设计

实践步骤分为“确定实践主题、预期效果分析、方案实施、实践结果分析”几个步骤。

2.4 教学实践

2.4.1 实践主题

主题：三角形的稳定性（八年级上册第十一章第一节第三课）。

实施准备。（1）确立教学目标。

S（科学）：用三根小棒构造一个任意三角形，它的形状不变，即：三角形的稳定性原理。

T（技术）：利用三角形稳定性原理，根据视频图纸小组合作共同设计制作三角形木架和埃菲尔铁塔模型。

E（工程）：制作三角形木架、完成埃菲尔铁塔模型的搭建，制作的埃菲尔铁塔模型具有稳定性，让学生感受做小小建造师的喜悦。

M（数学）：利用三角形的判定：三角形的两边之和大于第三边，两边之差小于第三边，来构造三角形；在构造三角形时需准确的测量三角形三边的长度。

（2）教学重难点。

重点：让学生通过体会制作模型的过程理解三角形的稳定性。难点：利用三角形的稳定性，探究自己构建的模型，从而体会生活中建筑物的稳定性。

（3）教学具准备：小棒若干、小刀、尺子、绳子、胶水、胶布、图纸。

2.4.2 方案预期效果

让学生体会数学联系生活，通过活动培养学生的动手能力、创新精神和合作精神。

2.4.3 方案实施

活动1：创设情境。同学们，在我们的日常生活中见过那些三角形的框架或者是建筑呢？

设计意图：通过学生的回答引出课题。

活动2：分组合作。以四个同学为一组探究问题。

（1）将三根小棒用绳子绑成一个三脚架，然后扭动它，它的形状会改变吗？（2）将四根小棒绑成一个四边形木架，然后扭动它，它的形状会改变吗？

设计意图：通过观察、推理、实际操作，获得数学猜想与经验，体会数学的探索性和创造性。

各小组通过验证后汇报结论。

生1：三角形木架的形状没有发生改变，而四边形的发生改变了。生2：三角形具有稳定性、四边形不稳定了。

活动3：播放埃菲尔铁塔模型的制作过程视频，并让学生们根据自己准备的工具，边看视频并设计自己小组制作埃菲尔铁塔模型。（学生小组分工合作，动手实践）。

设计意图：联系实际创设情境，把枯燥的数学课堂生动化，趣味化，便于学生知识的迁移。学生利用物理知识，以小组形式进行合作学习，便于学生之间的交流和分享自己的想法。

活动4：模型展示。小组1：制作的模型站不稳；小组2：制作的模型容易变形；小组3：成功制作模型。

小结：经过学生们制造模型的展示总结三角形不易变形的原因：三角形第三条边，如果其中两边受力，那么另一边会起到推力的作用；如果三角形的顶点受力，下面的边就起到了拉力的作用。因此三角形是通过三边相互的挤压和推动来保持它的稳定性。

2.4.4 课堂总结

在本次教学实践中，学生能全身心的投入到教学中，通过小组合作交流，掌握了三角形具有稳定性相关知识并能独立的制造模型。

2.5 效果

通过分析，超过65%的学生对数学产生兴趣和好奇，80%的学生喜欢本次教学实践的课堂氛围，超过90%的学生能基本掌握课堂内容，32.8%的学生能独立提出问题并解决问题。

3 小结反思

此次实践，涉及到工程、设计、科学、数学和物理的受力问题。突出学生主体，教师主导，培养学生科学探究精神和生活实践能力。活动内容趋于生活化，与其他学科融合得当，重难点突出。采用合作探究式教学方式将STEM教育与数学教学结合，重视学生的课堂参与度，培养学生STEM素养的同时强化实践能力和动手操作能力，激发了学生学习兴趣。