STEM理念下数学教学优化策略——以初中数学几何图形教学为例

文∣江增庚

数学在学生学习生活中具有重要地位，如何打造高质量数学课堂历来成为广大数学教师关心关注的课题。2019年出台的《中共中央国务院关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》指出：“探索基于学科的课程综合化教学，开展研究型、项目化、合作式学习。”STEM教育，正是倡导项目化、合作式学习，培育学生自主创新能力、合作意识和跨学科解决问题能力的教育理念。在数学教学中，STEM理念正日益受到关注和改革实践，逐渐成为中小学课程改革的切入点和突破口。本文从 STEM 的角度设计相关教学，阐释 STEM 教学意义的同时，提供教学优化策略，供教师同行借鉴参考。

STEM即“科学、技术、工程、数学”的英文首字母，是一种跨学科教育理念，鼓励学生跨学科发展，培育学生自主创新能力、合作意识、跨学科解决实际问题能力等综合素养。相较于传统课堂教学模式，STEM理念指导下的教学课堂，是针对课程内容提出的项目式、主题式学习过程，由学生围绕教师提炼的主题或问题，以合作的方式进行探究，在探究的同时开展小组分工合作，对相关数据信息进行收集、整理、推断和分析，综合应用各学科相关知识，设计出解决实际问题的方案。因此，STEM教育具有情景性、趣味性、体验性、跨学科等特点。正是因为这些特点，STEM 理念指导下的教学课堂能较大程度调动学生参与学习活动的积极性主动性，强化了学生的自我认知，学生更加主动梳理知识点之间的联系，教师辅以有效的探究方法和思维模式，帮助学生找到当前问题的突破口和最优解决方案，从而有效培养学生自主思考和独立解决问题的能力。

一、传统教学存在的问题

传统的数学教学中，教师对教学目标不明确、把握不到位。多数数学教师虽然能按大纲要求制定教学目标，但制定的目标缺乏科学分析和针对性研究，未必符合学生的学习认知特点，对培养学生解决问题的能力、培养数学核心素养不一定能够发挥导向作用。

传统教学的模式较为单一。由于受到应试教育的影响，当下很多数学教师仍然把提高学生考试成绩作为核心教学目标，把重点都集中放在强化学生知识技能、提高学生考试成绩上，在教学中采取“死记硬背”“题海战术”等方式。在这样的课堂中，学生虽然记住了相关知识，能够解决一些程序化、机械式的数学问题，但并没有完全调动学习数学的主观能动性，不利于其数学逻辑思维能力和对数学知识的灵活应用能力。

传统教学中，跨学科串联深度学习缺失。大多数学教师缺乏跨学科教学理念，没有将数学与各学科进行串联学习，未能为学生综合应用多方面知识解决实际问题创设情境、提供条件，不利于培养学生适应未来社会需要的核心素养和关键能力。

传统教学对教学评价不重视、不合理。一方面，多数教师不重视教学评价，具体表现为对教学评价认识存在偏差，主要对学生学习效果有进行评价，较少对教师教学情况进行评价。另一方面，对学生的评价将成绩作为重要标准甚至是唯一标准，这样片面没有针对性的评价不利于学生的发展。

二、基于STEM理念的数学教学

针对当前数学教学存在的问题，基于STEM理念，笔者尝试以初中数学几何图形知识板块中的“全等三角形”为例，阐释STEM理念下数学教学的优化策略。

(一)教学目标的制定

STEM教育关注学生对知识的理解和应用，着眼于学生未来可持续发展，重视培养提升学生的终生学习能力。由此，基于STEM的数学教学目标应突出两个主要方向。其一是“授之以鱼”；帮助学生理解、掌握知识，并能够应用所学知识解决生活中的实际问题。其二是“授之以渔”;教给学生学习方法，培养思维方式，使之具有终身学习的能力。要达成这样的目标，教师需对课时情况、信息化资源以及学生的知识水平、年龄特点等因素进行综合分析，设计教学活动时要立足生活生产实际，充分调动学生参与活动的积极性，创设情境条件启发、引导学生独立思考、探究，丰富学生的数学实践，开发学生的创造性思维，提高学生学以致用、终生学习的能力。

本文以人教版八年级数学上册第十二章“全等三角形”的教学内容——利用全等三角形测距离为例。学生学习这节内容之前已经学习了全等三角形的性质和全等三角形的判定条件等相关知识，同时也学习了利用尺规作三角形和图案设计的方法。本节课的STEM设计要在现有基础上，进一步帮助学生巩固和加深对三角形全等的性质及判定的掌握理解，通过动手操作探究、利用三角形全等解决生活中的实际问题，让学生在情境活动中学会观察、讨论、推理、验证，养成独立思考、自主探究等数学学习习惯，体会化归与转化的数学思想。为完成预期教学目标，结合STEM特点，本课设计与生活实际联系紧密的三个主题学习活动，为学生创设动手实操、分析讨论、推理验证、合作交流的空间和时间，让学生有自主探究中将所学知识点进行串联，综合运用所学分析解决问题，培养良好的思维习惯。

(二)实际教学过程

根据STEM的特点，本节课按“数学+”的导向设计教学，以数学为主、其他相关学科(科学、技术、工程等)或知识为辅，教学过程实行“四步”教学法，即“提出问题—合作探究—训练巩固—拓展迁移”。教师不是将现成的知识灌输给学生，而是通过精心设置的项目化、主题式学习活动，在教师提出具体明确的问题或任务的引导下，学生以小组形式自主探索、合作交流、发现问题、解决问题。

1.提出问题，情境导入

STEM重视建立知识与学生生活经验之间的联系，强调知识是学生通过与生活化的学习情境进行互动而建构的产物，只有当学习处于在应用该知识的情境之中，有意义的学习才可能发生。因此，在设计融入STEM教育的初中数学教学时，要立足生活实际，充分挖掘教材的生活化素材，让学生真切体验“所学即所用”。本课以一次抗日战役中我军士兵巧用三角形全等测距离、成功炸毁敌人碉堡的故事引入(同时播放抗日有关战争视频)，教师提问：当时现场没有测量工具，我军士兵怎样运用三角形全等测出距离呢？这样通过学生感兴趣的战争故事引入，建立生活与数学的联系，能更大限度激发学生的学习兴趣。

2. 合作探究，探索新知

将引入的战争故事取名为“智取碉堡”，教师描述我军士兵的测量方法，引导学生以小组为单位思考并出示任务。如根据故事情节画出几何图形，尝试利用所学知识来解释聪明战士测碉堡距离的数学原理，各小组派代表总结汇报解决此类问题的一般步骤。教师借助多媒体对各小组作图及证明情况进行拍照上传，在学生表达的基础上，解释相关原理，小结解决此类问题的一般步骤。“智取碉堡”学习活动由教师通过故事讲述，引导学生将实际问题抽象为数学问题，提出问题任务让学生动手实操、讨论交流，学会根据实际问题建立数学模型，把不可测量的距离，转化为可测量的距离，体会化归与转化的数学思想，培养学生观察、操作、推理、验证的学习习惯，同时为后续自主探究活动打下基础。

3. 训练巩固，深化理解

STEM教育具有跨学科的明显特征，强调培养学生综合运用各方面知识解决实际问题的能力。为此，基于STEM理念的初中数学教学要突出综合性原则，要在教学中启发、引导学生应用多方面知识解决实际问题，培养学生动手实操和解决问题的能力。本课在巩固环节设计“我会量内径”主题学习活动。以小组为单位，让学生利用手上的测量工具测出一种空心圆形物品的内径，要求各小组进行成员分工、作结果汇报、对其他小组进行评价(教师和学生共同提出评价要素，如分工合理、明确，测量记录、图形及有关验证过程书写清晰、工整等)，待小组探究并汇报结果后，教师适时点评、小结。该活动在进一步加深学生对全等三角形性质判定的理解与掌握的同时，实现了让学生借助工具，自已动手测量、计算、推理、验证，综合运用技术、代数、几何等知识解决问题的目标，培养了学生数学思维方法，提高了数学素养。

4. 拓展迁移，强化运用

教师设计“我是小小工程师”主题学习活动，让学生用所学方法解决生活中遇到的实际问题。如市政府要在荷包岭车站对面的大鹏山山段开一条隧道，以缓解市内交道拥堵现状。现需要测量两端隧道口之间的距离。你能提出测量方案吗？让活动让学生再次体验数学与生产生活的紧密联系，并对三角形全等的应用进行深层次的学习探究，培养学生的创造力和独立解决问题的能力。

(三)教学评价

STEM教育推行趣味性的项目化、主题式学习活动，以增强学生理解并应用知识及锻炼思维能力等效果，所以STEM更加强调对教学的总结与反思，从而让教师及时发现不足，优化教学设计，改进教学策略。就“利用全等三角形测距离”一课来说，在教师教学评价方面，优点在于以活动为载体、以学生自主参与为主开展学习活动。在学习活动中，学生综合运用有关知识和方法解决问题，问题意识、应用意识和创新意识得到培养，活动经验得到积累，解决现实问题的能力得到提高。优化后的教学仍存在一些不足之处。对学生测量过程中存在误差情况的关注不够，而且在“我会量内径”活动中，测量的方法是多种的，由于时间关系，教师没有让学生充分思考更多方法，没有进一步拓宽学生的思路。

在学生评价方面，在“训练巩固”环节设计了对学习活动情况的评价。该评价在教师指导下，学生也参与了评价标准的制定，这种基于STEM设计的学生评价方式，能够让学生更加深入地参与到学习活动中，巩固相关知识；通过自已设计的标准改进自已的学习方式方法。通过师生共同讨论，从“分工是否明确、过程记录是否清晰、测量方法及结果是否正确准确、汇报是否有条理”四个方面对学生的学习表现进行评价。此标准更为全面，更能客观地反映学生的学习程度。

三、结束语

STEM理念下的数学教学策略，提出了以数学课程内容为载体、以项目化学习活动为主要构件、培养学生独立思考和跨学科解决问题能力的教学模式。在教学过程中贯彻STEM理念，要以科学的教学目标为导向，设计能够使学生深度参与学习活动的教学过程，使学生在探究实践中习得知识、锻炼思维、提升能力，同时要优化教学评价的设计，改进教与学双边行为，从而达到更好的教学效果。