STEM视角下初中数学教学培养学生认知能力的策略

◎王婷婷

(甘肃省白银市第十中学，甘肃 白银 730900)

在创新理念的大力推进下，教师纷纷将新理念、新策略和新方法应用于数学教学中，积极探寻最有助于学生认知能力发展的新资源和新途径，借助创新性的课堂教学模式促进学生的知识积累、能力训练与素质发展.在此过程中，STEM理念逐渐兴起，并在数学教学过程中展示出强大的兼容性、多元性和先进性，因而慢慢成为数学课堂教学过程中的新内容，同时也极大地促进了学生认知能力的提升，数学课堂教学焕然一新.

一、STEM理念的概念介绍

STEM理念来源于科学(Science)、科技(Technology)、工程(Engineering)和数学(Maths)这四大课程的有效整合和内容关联，以此形成一个高质量、高水平、高层次的整合性课堂教学的指导思想.也就是说，STEM理念就是课程融合理念，研究者站在一个知识点上去关联其他学科的相关知识来重新解释，从而实现对一个知识点进行两次或多次不同角度的解释.因此，在STEM理念的帮助下，学生在数学认知过程中能够获得某一数学知识点的两种或多种不同类型的课程解释，因而有助于发展学生的认知能力.

二、STEM理念与学生认知能力的契合性

第一，STEM理念具有多元性和整合性.STEM理念能够为学生的数学认知提供两种或多种课程的多角度讲解，因而能够帮助学生积累课程知识、思维方式与解决方法，有助于学生认知能力的厚积薄发，切实促进学生课程知识之间的融会贯通、触类旁通.

第二，STEM理念具有先进性和探究性.STEM理念能够为学生的数学学习带来一种全新的认知，在“一点多解”中为学生多次演示抽象思维与逻辑思维的具体展开过程和实际探究过程，有助于发展学生的认知能力，也有助于学生发散思维.

第三，STEM理念具有知识性和体系性.STEM理念能够为学生的数学认知带来丰富的区域知识阐述和局部体系构建，能够在“自圆其说”中利用不同的课程知识为学生解释一个问题，能够有效拓展学生的认知视野，让学生获得完整的知识体系.

三、STEM理念下数学教学的开展策略

STEM理念是数学课堂的“兴奋剂”，不但能够有效拓宽学生的视野、改变学生的思维方式，还能够有效增加数学课堂的趣味性和探究性.

(一)STEM理念在课前预习中的应用

课前预习是学生预习知识、储备信息的基础性活动，也是训练和发展学生认知能力的重要区域.

1.STEM理念激发认知兴趣

STEM理念具有创新性，与传统的数学教学不同，它能够将一个数学知识点关联的科学技术、背景知识完整地呈现出来.因此，初次接触STEM理念的学生不知道教师会在讲解知识点的过程中引入哪一课程的新观点和新解释，更不知道教师的思维会跳到哪一课程中.学生具有强烈的猎奇心理，因而对于STEM理念能够产生强烈的认知兴趣、求知动机和参与意识.而这些主体因素是在数学课堂上驱动学生积极参与、主动思考、自觉探究、大胆创新的生命活力，能够推动学生认知能力的持续发展.

例如，在讲解“正数和负数”的过程中，教师首先引导学生探究正数、零和负数在数轴上的空间分布与排列顺序，使学生产生初步的感知.然后，教师又从物理学的“温度”再次引导学生感知“正数和负数”，用实际例子帮助学生理解“温度”与“正数和负数”之间的内在关联，帮助学生有效掌握“正数和负数”知识.因此，教师在数学课堂教学过程中立足数学知识与物理知识范畴帮助学生感知“正数和负数”，有助于实现学生对此内容的深度学习，达到推动学生科学发展的教学目的.

2.STEM理念培养认知能力

在课前预习或翻转教学过程中，教师将自己的教学设计和STEM理念融合到课件中，在课前预习环节发放给学生.这样，教师可以借助教学课件指导学生在课下自主学习，训练、提升学生的认知能力，这样有助于培养学生良好的思维习惯与认知习惯.预习活动能够为课上的合作探究积累学习收获与交流信息，有助于学生课堂交流与合作探究.

例如，在讲解“圆的有关性质”的过程中，圆心到圆周上任意一点的距离都相等，即实际距离就是半径的长度.也就是说，圆心也是圆的几何重心.因此，教师在教学课件中可以利用物理中“重心知识”为学生做一个小实验：准备一支削尖了的铅笔，将铅笔直立在桌子上，让铅笔尖朝上；然后，教师拿着一个提前剪好的硬纸板做成的圆，且圆上明确标出“圆心”的具体位置.最后，教师将硬纸板平稳地放在铅笔尖上.教师利用数学的“圆心”和物理的“重心”进行实验，增强了学生的认知兴趣、求知动机和发展意识，提升了学生的认知能力.

(二)STEM理念在课堂交流中的应用

课堂教学是STEM理念应用于数学教学的主阵地，也是STEM理念推动学生认知能力发展的核心区域，更是STEM理念教育价值最主要的展现空间.

1.STEM理念支持下的知识讲解

数学知识具有抽象性、复杂性.因此，教师对数学知识的详细讲解能够帮助学生全面剖析数学知识的真实内涵和外向拓展，还能够为学生展示教师的切入角度、思维方式、逻辑推理方法，为培养学生的认知能力提供范例.STEM理念的加入更为数学课堂注入了新鲜血液，给予学生全新的认知体验，极大地提升学生的认知兴趣和求知动机.

例如，在讲解“轴对称图形”时，“轴对称图形”是数学领域中非常具有观赏性的美图，能够为学生带来非常美好的认知体验.在“轴对称图形”中，对称轴两边的对应点到对称轴的距离相等，因此，“轴对称图形”与物理学中的“平面镜成像”完全一致，教师可以借助“平面镜成像”的知识为学生讲解“轴对称图形”，让学生获得一堂带有浓重“物理味道”的“轴对称图形”课程.在此过程中，教师可以分别讲解“平面镜成像”与“轴对称图形”两个知识点，不但让学生明白二者的内在联系，还让学生在两次知识讲解中获得更好的认知效果.由此可见，STEM理念在数学课堂教学过程中实现了一举两得的教学效果，让学生学会了“轴对称图形”的数学知识，也让学生明白了“平面镜成像”的物理知识.因此，学生能够在数学课堂上得到两种知识的认知体验，有助于学生认知能力的可持续发展.

2.STEM理念指导下的主体探究

在数学课堂上，教师不仅要引导学生学习数学认知，还要让学生直接感知STEM理念，提升学生的学科素养.因此，数学课堂教学要借助STEM理念，实现多元课程的融会贯通.教师还要引导学生在数学课堂教学过程中积极践行STEM理念解决实际问题，培养与强化学生的STEM理念，将STEM理念融入学生的认知思维之中，有效提升学生的思维能力.

例如，在讲解“勾股定理”时，“勾股定理”是数学知识领域内一个非常著名的公式和定理，也非常广泛地应用于科学技术领域.如工厂提供一个零件，需要让学生利用直尺去测量后判定这个零件的角度是不是90度，以此判断这个零件是否合格.判定零件的角度的工具只有一把直尺，直尺与角的度数之间并没有直接联系，这个问题看似无法完成.但是，“勾股定理”能够在数值与图形之间搭建了一个桥梁，学生能够利用“勾股定理”的知识去判定一个角是不是90度.例如，学生测量一个边是3厘米，另一个边是4厘米，再测量第三边是不是5厘米.如果第三边是5厘面，那么第三边对应的角就是90度；如果第三边大于5厘米，第三边所对的角的角度就大于90度；如果第三边小于5厘米，第三边所对的角的角度就小于90度.这样，学生能够在STEM理念的指导下借助“勾股定理知识”解决一个“工程”问题，以此实现课程知识的相互兼容、融会贯通、触类旁通.

(三)STEM理念在课后巩固中的应用

学生不仅要在课前预习中训练和提升自己的认知能力和思维能力，还要在教师安排的课后巩固中再次创新思维.课后巩固也是学生进行知识积累、思维拓展、课程融合、能力训练与素质发展的关键环节，是学生接触、感知、掌握、应用STEM理念的主体实践平台与科学发展途径.因此，教师要注意开发课后巩固的实践性、强化性、拓展性与创新性，以此促进学生更好地掌握STEM理念.

例如，在讲解“角的平分线的性质”时，在数学范畴中，三角形的角平分线的交点是三角形的内心，而三角形的内心具有一个非常特殊的性质，内心到三边的距离都相等.因此，教师可以让学生从“工程学”的角度去看待三角形的内心，内心与三个顶点的连线都能够表现出该角的对称性.学生在课后巩固中慢慢借助教师在课上提供的数学知识和STEM理念创造性地看待三角形的内心，在STEM理念和创新思维的共同驱动下，学生就会对三角形的内心逐渐产生新的认识和新的解读.

由此可见，学生在对三角形的内心的自主学习与合作探究过程中能够有效调动个人的思维能力、想象能力、推理能力、假设能力、创新能力和审美能力.学生能够借助三角形的内心的知识放飞个人的想象力、审美力、思维力、探究力，极大地推动了学生认知能力、思维能力与创新能力的发展.

结束语

教师不仅是数学教学的引导者、设计者，也是STEM理念的研究者、践行者和推广者，更是学生认知能力培养的关注者、指导者和促进者.因此，教师以STEM理念为研究对象，以数学教学为研究平台，积极开发STEM理念对于学生认知兴趣、认知状态和认知能力的作用，并通过课前预习、课堂教学和课后巩固这三个阶段进行实践探究，积极探究STEM理念在这三个阶段对于学生认知能力、思维能力的促进作用，切实推动学生思维能力的发展.