基于STEAM教育理念的初中数学教学活动设计

［摘 要］ STEAM教育理念是一种创新教育理念，其以实际问题为背景，关注学科间的联系，关注学生应用能力、创新能力和数学素养的发展与提升. 基于STEAM理念的数学教学更能凸显数学的应用价值，促进有效学习和数学核心素养的落实.

［关键词］ STEAM教育理念；应用能力；创新能力

在新时代背景下，数学建模的运用越来越广泛，培养学生数学建模能力已成为数学教学的一项基本任务. 不过，受应试教育的束缚，初中生的数学建模能力较为薄弱. 在实际教学中，教师常常有这样的感叹，学生平时对单一知识的理解和掌握还不错，但是在考试时，虽然能够通过阅读找到有效信息，但是却很难将实际问题转化为数学问题，更不用提应用数学模型解决问题了，可见，学生的建模能力直接影响了解题效果. 其实影响学生数学建模能力提升的原因有很多，但是教师的“教”是主因，在数学教学中，教师重视定义、定理、结论等现有知识的教授，忽略引导学生经历数学知识抽象的过程，加之没有对数学建模方法给予有效地指导，所以学生在面对一些陌生的题型或者与生活紧密联系的问题时就显得束手无策. 因此，在数学教学中，教师应重视数学建模能力的培养. 笔者在教学“勾股定理的应用”时，以STEAM教育理念为指导，引导学生经历将实际问题抽象成几何图形的数学过程，发展学生的数学建模意识.

STEAM教育理念融于数学教学的意义

随着时代的发展，现代社会对人才的需求越来越高. 为了培养应用型、复合型、技能型人才，STEAM教育理念得到了广泛的关注. STEAM教育理念作为一种新型的教育理念，其重视跨学科融合，注重对学生实践能力和创新思维的培养. 在具体教学中，以项目或者数学问题为导向，引导学生经历数学知识抽象过程，通过跨学科知识的迁移与应用，发展学生数学核心素养. 将STEAM教育理念与数学建模相融合，能够推动学生数学建模能力的提升，促进学生学科实践能力与自我学习、探究能力的发展，彰显数学“学以致用”的本质.

STEAM教育理念在数学建模中的应用

STEAM教育理念下的数学建模教学应重视实际问题的解决，充分体现数学学科的本质，促进学生综合能力的发展. 教学中，教师要认真研究教学内容，梳理知识与技能要点，明确教学重难点，找到各学科的融合点，并制定相应的STEAM教学活动，以此促进学生数学核心素养的发展. 在“勾股定理的应用”教学中，教师认真研究教学，以STEAM教育理念为导向，设计如下教学活动.

1. 教学目标

（1）知识与技能

①学会应用勾股定理及其逆定理解决简单的生活实际问题；

②学会应用数学模型解决实际问题.

（2）过程与方法

①引导学生亲历数学知识抽象过程，培养学生数学建模意识；

②通过动手实践、自主探究和合作交流等方式体会数学知识形成、发展与抽象等过程，体会“曲化直”转化思想，发展学生空间观念.

（3）情感、态度和价值观

①体验数学探究的乐趣，帮助学生养成勤于思考、乐于探究的品质；

②体会数学知识在解决实际问题中的应用价值，感受数学文化的魅力.

2. 教学重难点

重点：应用勾股定理及其逆定理解决实际问题.

难点：构建直角三角形模型.

3. 教学过程

（1）创设情境

师：课前已经让大家收集了关于葛藤的相关资料，现在我们一起来看一下这个豆科藤蔓类植物（教师投影展示葛藤图片）. 葛藤的腰茎不硬，常常攀附在灌木和树干上. 认真观察葛藤会发现，它总是沿着最短路径攀爬，这样螺旋上升（教师投影展示葛藤的攀爬路径）. 请尝试制作它的路径模型，并思考“为什么葛藤的攀爬路径是最短路径？”

教师提供时间让学生自主交流，并制作路径模型.

设计意图 教师以现实生活为背景，通过创设有趣的问题情境来激发学生的探究欲. 课前教师让学生查阅资料，以此拓宽学生的视野，提高学生收集和整理信息的能力. 同时，在此过程中，教师鼓励学生合作交流、动手实践，在思考与交流中丰富学生的认知结构，提高动手操作能力. 通过以上活动的安排，有助于学生直观想象和数学抽象素养的培养.

（2）问题分析

师：谁来说一说，你是如何绘制路径模型的呢？你能否将空间图形转化为平面图形呢？

问题给出后，教师预留充足的时间让学生合作交流，教师巡视，并投影展示学生的探究结果. 教师投影展示路径模型，如图1.

师：结合图1谈一谈，你是如何理解最短路径的呢？

生1：两点间的连线中，线段最短.

设计意图 通过小组合作交流拓宽学生的视野，提高学生的语言表达能力. 同时引导学生经历实际问题的抽象过程，发展学生空间观念，培养学生模型意识，发展学生艺术素养.

（3）自主探究

师：如何求解最短路径呢？

教师启发学生利用“两点之间线段最短”来构建直角三角形模型，让学生运用勾股定理解决问题，体会由曲化直思想方法的应用.

设计意图 教学中，教师以问题为导向，引导学生构建直角三角形模型，并应用勾股定理解决现实问题，培养学生数学建模意识，提高学生解题技能. 在此过程中，教师没有直接讲授，而是预留时间让学生自主探究，启发学生应用所学知识解决问题，发散模型思维，体会“曲化直”的转化思想. 通过以上问题的探究有助于学生自主探究能力的提升，促进学生数学核心素养的发展.

（4）迁移应用

如图2，MN是我国领海线，MN东面为公海，西面为我国领海. 上午10时30分，一艘走私船C准备偷渡到我国领海. 船C以13海里/时的速度向正西方向行驶，该船引起了我国在MN线上巡逻船B和一艘正在我国领海巡查的巡逻船A的注意. 已知巡逻船A到走私船C的距离为13海里，巡逻船B到走私船C的距离为12海里，A、B两船的距离是5海里. 若走私船的速度保持不变，它何时会到达我国领海？

问题给出后，教师让学生独立思考，然后呈现学生的思考过程.

师：对于此题，你是怎么想的？

生1：解题的关键就是求出CE的长度，这样就能求出最早时间.

师：很好，如何求CE的长度呢？

生2：已知AB，BC，AC的长度分别为5海里、12海里、13海里，它们正好是一组勾股数，所以△ABC为直角三角形. 又BE⊥AC，根据三角形面积公式可以求出BE的长度，继而根据勾股定理求出CE的长度.

师：非常好，还有其他方法吗？

生3：我是通过列方程的方法计算的，设CE的长为x海里，则AE=（13-x）海里，根据勾股定理可知AB2-AE 2=BC 2-CE 2，代入值后可以求出CE的长.

师：非常好，利用方程的思想方法解决了问题.

设计意图 教学中，教师以生活情境为依托，在检测学生基础知识掌握情况的同时，让学生切实体会数学在生活中的实际价值，改变为成绩而学的错误观念，树立正确的学习观. 同时，在此过程中，教师鼓励学生应用不同的方法解决问题，让学生体会解题方法的多样性，提升学生数学素养.

（5）课堂评价

在本环节，教师让学生自主总结归纳本节课的所学、所获，然后通过组内评价、组间评价和教师评价等方式对所学内容进行梳理完善，以此优化学生的认知结构，建构个体的知识体系.

设计意图 STEAM课堂评价不同于传统课堂评价，它不仅关注知识的掌握和技能的提升，而且关注创新思维的提升和数学核心素养的落实. 在此环节，教师将传统教师评价和学生评价相结合，预留时间让学生对课堂内容进行总结反思，并鼓励学生提出自己的所思、所想、所获，切实改变以师为主的被动接受模式，让学生成为课堂真正的主人. 另外，在此过程中，教师要设计多维评价指标，要对知识技能、情感态度、STEAM素养和学科素养等内容进行全面的、综合的评价，了解学生的真实发展水平，从而为后续教学活动的顺利开展保驾护航.

总之，STEAM理念应用于数学教学中，有利于发展跨学科知识能力，有利于提升学生数学素养. 在数学教学中，教师应将STEAM教育理念融于课堂，根据教学内容开展一些课外实践活动，让学生在活动中去理解知识，应用知识. 另外，教学中，教师还应该重视模型思想的渗透，让学生学会用数学模型解决实际问题，帮助学生树立正确的学习观念，形成良好的学习习惯，实现高效教学.