STEAM教育理念下初中数学跨学科教学策略研究

傅卫军

【摘要】“跨学科”是新课标反复强调的概念，要求教师打破学科壁垒，促进多学科整合教学.STEAM教育关注不同学科知识之间的影响与整合，以项目学习、问题解决为导向，将生活与社会问题融入学习主题之中，与“跨学科”概念不谋而合.文章将STEAM教育理念运用于初中数学教学实际中，以“自制学具—立体几何模型”“设计制作长方体形状的包装盒”平面直角坐标系为例，探讨如何展开初中数学跨学科教学，并提出了在STEAM教育理念下实现初中数学跨学科教学发展的策略，以供广大教师借鉴与参考.

【关键词】STEAM；初中数学；跨学科；教学策略

【项目基金】福建省基础教育课程教学研究课题《基于STEAM教育理念的通用技术学科学生创新能力培养研究》（立项编号：MJYKT2021-199）

现阶段，中学一直以来都是采用分科式教学，故而导致学科与学科之间壁垒分明，这一现象极大地阻碍了通用技术学科综合性的发展，也在一定程度上制约着各学科信息化教学改革.STEAM教育理念和跨学科教学，打破了学科之间的壁垒，使各学科知识得以整合，为初中数学的教学方式提供新思路.笔者正是基于这一观点，在探索初中数学跨学科教学实践之中引入了STEAM教育理念开展课程实践，利用STEAM教育“模糊学科间的界限，提高学科间的联系度，并以问题解决或项目学习的形式将其运用到真实的问题情境中”的特点，以培养学生的创新能力为切入点，通过教学实践开展实际的课堂教学，对初中数学跨学科教学、STEAM教学模式及创新能力培养的理论和实践研究进行补充，还对相关策略进行了思考.

一、选定项目，运用跨学科知识强化学生空间观念

STEAM教育，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）的融合.在STEAM教育理念下，初中数学教师应该将数学教育与其他学科结合起来，注重学生对几何概念的理解和把握，加强对数学本质的认识.教师可以通过多种方式引入数学概念，如利用高中通用技术课程“怎样挑选材料”，选定与规划“自制学具—立体几何模型”项目，辅助学生认识、了解三维立体空间，强化学生们的空间观念.具体步骤如下：

第一，项目选定.“设计制作长方体形状的包装盒”这一初中数学综合与实践活动，要求学生经历长方体形状包装盒问题的形成过程，在实践中尝试解决问题，但直接仿照书本上的内容制作长方体形状的包装盒，显然无法强化学生的空间观念，在后续学习中学生可能由于缺乏空间立体感，在知识学习、解题时会感到吃力.并且，高中通用信息技术“怎样挑选材料”这一节教材中广告灯箱的例子并不日常，不利于学生学会根据设计对象正确选择材料.鉴于此，笔者选定并规划了“自制学具—立体几何模型”项目，在整合了通用技术“设计的一般过程”“材料性能与规划”及“结构及其设计”等章节内容基础上，融入物理、工程等学科知识，为学生空间观念形成、几何模型学习提供支持.

第二，跨学科知识运用.确定项目后，笔者按照教学流程设计了具体的学习活动，以指引学生如何利用跨学科知识与方法解决实际问题，展开跨学科教学活动，让学生此过程中建构知识，形成素养，具体如表1所示.

第三，教辅资源设计.教师应该提前准备充足的教学资源，包括各种实验用的材料、零部件、电脑、3D打印机、木工工具等，并且要精心设计出详尽的活动记录表，以便更好地了解材料的特性、规划、作品的设计、制作过程以及评估结果.通过收集这些详尽的资源和过程性资料，笔者可以确保项目活动能够有条理、高效的进行，同时能够帮助学生们更好地回顾整个学习过程，从而更好地总结、反思，提升学生思维能力，并且培养出良好的素养.

二、活用通用信息技术，打破多学科知识壁垒

在初中数学课堂上，教师通过利用通用信息技术，如几何画板、PPT、Flash等，将抽象晦涩乏味的数学知识点变得生动活泼形象，让学生产生更加深入的理解，激发他们的学习兴趣，引导他们发散思维，引导学生自主探索和解答问题，从而培养他们的学习积极性和主动性，最终形成自己独特的数学学习方法.因此，数学教师应当认识到培养在日常生活中运用数学意识的重要性，同时应充分利用教材，努力挖掘实际应用，并设计有效的教学情境，让学生在潜移默化中体會到数学教育在实际生活中的重要性.

例如，在“二次函数”的学习中，初中数学教师通过使用Flash制造一段动画片来展示表达式f（x）=ax2+bx+c（a不为零，且a，b，c是实数）的开放走向，以此来帮助学生更好地了解函数图像表示的开放走向，并得以更有效地使用数学理论来解答现实提问.

又如，在“黄金分割”这一内容教学中，教师借助通用信息技术，以“跨学科”的方式将美术等学科知识融入数学教学之中，面向学生展开多样化的实践活动.

师：黄金分割是指将整体一分为二，较大部分与整体部分的比值等于较小部分与较大部分的比值，达芬奇的作品《蒙娜丽莎》和《最后的晚餐》都运用了黄金分割，著名雕像断臂维纳斯，金字塔，巴黎圣母院，埃菲尔铁塔，巴特农神庙，都有黄金分割的痕迹.你们有了解过吗？（一边说一边用多媒体展示图1）.

学生A：不清楚.

学生B：听过一点.

（板书：黄金分割点）

教师通过介绍与美术中相关例题的练习，引导学生学会如何利用黄金分割解决实际问题，充分体现了跨学科教学的教育理念，综合发展学生的能力.在整个跨学科教学设计中，无论是跨的学科、跨的维度，还是跨的教学环节都符合初中数学跨学科教学的概念，突出了数学学科中心，实现了教学目标.

三、借助图形案例编码，设计跨学科教学活动

教学内容：平面直角坐标系，针对七年级学生，设置2课时.

学情分析：大多数学生都掌握了数轴的概念，并且能够将它们与“确定位置”联系起来.此外，随着Scratch、Python等编程技术的普及，一部分学生也开始掌握这些技能，并运用这些技术解决实际问题.在这门课上，笔者将采用HBuilder这个编程HTML5，利用HTML5的Canvas标签来进行STEAM的教学.这些Canvas的特征、函数都非常类似于Python的Turtle库里的指令.因此，笔者希望能够借此引导学生更好地掌握平面直角坐标的概念.

教学目标：①掌握平面直角坐标系的基本概念，包括横、纵坐标、原点和坐标；熟练绘制出该坐标系的图形；熟练掌握从图形上提取每个点的位置，并用该图形表示其所属的坐标；深入了解“有序实数对”图形上的每个点的特征，并建立起它们的映射关系.②Canvas技术可以帮助学生更好地理解平面直角坐标系的概念，并将其应用到日常的工作当中.此外，教师还可以帮助他们提高STEAM的素质.

4.教学准备：①教师需要提供两份多媒体资源，一份导学案，一份练习册，一份评估表.学生需要完成一些预设的作业，包括：根据老师的要求，创建一个独立的绘画主题，例如，画出漂亮的衣物、玩一个有趣的小船、亮起LED灯.提供多种学习工具，包括：方格练习本、直尺、三角板、草稿纸.此外，教师还提供了一些经典的例题，帮助学生了解不同的学科，并能够更好地进行相应的学习.②学生需要做好充足的准备，包括复习课程资料，完成导学案的相关章节，清楚地理解学科知识，提升自身的学习能力，同时，需要做好针对性的复习，如完成测验、实验、演示等.

5.教学环节：①通过展示一段五子棋的视频，教师可以帮助学生更好地理解平面直角坐标系的概念，最终，教师可以提出一个实际的问题，即这一概念能否被广泛地运用到日常的工作和生活当中？②通过使用多种方式，教师可详细介绍平面直角坐标系的关键概念和Canvas技巧，并回复学生在课前遇到的疑惑.接下来，教师将会向大家呈现一个完整的代码，并详细说明这些概念.

③教师可将学生分成不同小组，让学生以小组为单位进行合作.小组成员应该明确各自的职责，然后开始制作作品.每个小组应该选择一位演讲者，上台演示并进行汇报.在演讲过程中，教师应该在评估表格上给出评分.

④教师对每个小组的作品进行了详细的评价，并公布了它们的得分，最后总结了所有涉及的知识点，并回顾了整个课堂.

结 语

STEAM教学主张采用跨学科方法以处理现实生活中富有挑战性的问题，融入了社会科学、技术、工程、数学等四门课程的基础知识和思维方法，并注重于通过处理实际问题、跨学科学习，训练学生综合看待问题、解决实际问题的能力.基于STEAM教育理念，初中数学教师在初中数学跨学科教学探索过程中，要切实地把数学课程内容和日常生活实践密切结合在一起，以现实生活中案例或是多学科知识整合起来，引导初中生在现实生活、信息技术以及通用信息技术学习平台的辅助下，逐步进入数学的世界，体会数学学习的魅力.

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