STEM理念与初中数学学科融合的课程实践研究

李李

摘要 STEM教育理念强调跨学科以及与现实的联系。融合数学学科知识的STEM创新课程，可以从数学之史、数学之美、数学之趣、数学之用等角度构思设计，通过具体实践，培养孩子们的创造、想象、应用等能力，为孩子的终身发展奠基。

关键词 初中数学 STEM 课程 实践

STEM教育理念源自美国，强调跨学科以及与实际生活的联系，注重学习过程。

当前，义务教育阶段的STEM课程强调创新，教学内容要求跨学科，如果缺乏主线引领，知识点就很分散，在实际实施过程中不易操作，所以，要有相对系统的教学课程和安排。融合数学学科的STEM创新课程旨在打通学科之间的壁垒，将创新教育融入其中，启迪学生更深入地理解数学，从而达到对数学的有效应用。基于STEM教育理念，如何进行初中数学教学实践呢？切入点又在哪里呢？

一、理解二维、三维世界的数学之美

本课程将平面设计与数学学科相结合，包括七巧板、Logo设计、烙画、版画、勾股定理、华容道等子课程，旨在让学生从数学、几何学的角度理解二维、三维世界的数学之美，从历史以及美学的角度，解读数学在人类文化发展中的重要作用。

比如，从数学角度让学生观察、认识七巧板的构成，启发学生的数学创造思维;借助经典勾股定理的证明，让学生从几何学角度理解二维世界的数学之美;借助华容道益智游戏，培养学生逻辑分析的能力;使用木工加工工具，打造一款蕴含黄金分割比例的作品，探究数学在艺术创作中的重要性;模拟创作一些视觉作品，从视觉的角度领略数学的神奇;借助3D打印筆，将心跳的频率打印出来，探究数学与健康的关系，等等。

学生通过平面创作的课程还会习得多种设计工具的操作技巧。实际操作中，课程可以以传统生活中的木艺制品为案例进行导入，如烙画、版画等，引导学生掌握3D打印笔、桌面型安全机床、手动木工工具等工作原理，掌握其使用技巧，建立目标，进行主题式创作，激发创意。教师还可以设置比赛，让学生通过团队合作，将创意打造成作品，并通过分享、点评的方式，交流创意，将学到的知识进行迁移，学以致用。

二、制作机器人，激发数学兴趣

本课程以PBL项目式学习以及设计思维的模式来进行设计，通过机器人案例进行课程导入。使用机器人技术组件、传感器、马达、齿轮等来制作全智能机器人，可以将其作为数学学科知识的延展与应用，帮助学生建立立体空间感，培养学生的逻辑思维能力。

比如，教师介绍机器人的基本组成与功能，引导学生用乐高积木块自主设计、搭建一个机器人小伙伴，通过创意拼搭探究数学与机器人结构的问题;让学生了解编程逻辑，探究数学在机器人领域中的重要性;学习舵机的工作原理、结构、应用及其图形化编程控制，学会控制一个舵机使其转到固定角度，并配合乐高积木块，设计并尝试制作一个切菜机器人，领略数字控制的魅力;和小伙伴们共同搭建一个“机器人狂欢趴”主题场景，自由设计一款超能机器人; 为自己的机器人设计一张说明书，共同讨论未来机器人发展方向，探究数学在机器人领域的应用;等等。

该系列课程开设的目的是激发青少年对科学技术、数学的兴趣。学生通过学习、体验以及对一个个功能型作品的练习，可促进对材料、编程知识的理解，后续也可以进行主题式的创作。

三、激发创意，感受数学魅力

该课程以设计思维贯穿始终，结合STEM教育理念，以生活中常见用品作为创意思维案例进行导入;集科学技术与趣味人文为一体，以简单的机械原理为基础知识支撑，以传感器、开源硬件模块等为技术支持;从机械原理，到简单的逻辑电路，再到图形化编程的智能控制，层层递进，逐步深入，课程之间具有一定的连贯性和阶梯感。

比如，以数学的角度，从齿轮的发明到齿轮结构的变迁，了解科学的进步，探究齿轮中的数学知识，并通过3D打印、激光切割等技术探究齿轮结构;利用数学、物理知识，结合开源硬件、编程技术，设计机械传动装置，探究机械传动里的数学知识;发挥空间想象力，设计一条立体的小球轨道，使小球从轨道起点到达轨道终点的过程变得精彩;利用开源硬件、3D打印、激光切割等快速成型技术，将立体轨道加以改造，使其更加智能，富有科技感，从而升级为更复杂的联动机关。

课程以故事主题为引导，启发学生的创意。学生在自主创意、动手制作的过程中感受知识的魅力，自主设计具有故事情节的“小球马拉松”轨道;掌握简单的机械原理知识和基本造物工具的使用方法，突破创新设计的瓶颈，学会从工程学角度解决问题;学会与人的沟通与配合，锻炼动手造物的能力，同时提高了自身的环保意识，开发旧物的新功能、新价值，学会变废为宝。教师还可设置“创客马拉松”大赛，综合考查学生对知识技能的掌握程度，提升学生的团队合作能力，培养学生的集体荣誉感;配以学习任务单，引导学生进行作品展示，总结学习、制作过程中遇到的问题及解决方法。

“双减”背景下，秉承“为学生的幸福成长奠基”的教育理念，融合数学学科知识的初中STEM教育创新课程设计旨在为学生提供良好的课程学习环境，激发学生自主学习动力，让学生在做中学，从而全面提升学生在科学、技术、工程、数学、设计、人文艺术、领导力、媒介整合力等多方面的技能与素养。此外，在课外开展一些以创客体验为主题的创客文化活动，支持学生参加一些创客比赛，鼓励学生在活动中分享交流知识经验，同样能发挥学生的创新能力、造物技能、团队协作精神，发挥STEM理念的核心优势，搭建创新人才教育培养的“立交桥”，从而为学生成长为全方位的创新型人才奠定坚实基础。

（作者单位：江苏省南京市旭东中学）