STEM教育融入初中数学教学的思考与实践

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　　【摘 要】笔者通过不同形式的STEM教育培训，以及查阅相关文献，对比STEM理念与我国义务教育阶段的数学新课程标准，结合数学学科素养与当下初中数学教学实际做了一些思考与实践，旨在将STEM教育与现实数学课堂相融合，培养学生的创新精神、实践能力及解决问题的能力。
　　【关键词】STEM教育;数学实验;创新精神和实践能力;融入
　　 随着社会对人才需求的不断提高，以培养创新型复合人才的STEM教育正逐步在全球普及推广。STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）英文首字母的简称，但它并非科学、技术、工程和数学知识的简单叠加，而是强调多学科的整合。对于STEM教育的定义，学术界有不同的理解，针对现实的教育背景，笔者认同STEM教育视为一种教学策略，它变革了教育组织形式，是培养具有综合科技素养和深度创新能力人才的教育新范式，它能够培养学生的STEM综合素养，提倡让学生在课堂中像科学家一样思考，像发明家一样创造。
　　一、STEM教育与数学新课标
　　在数学课程中，为了适应时代发展对人才培养的需要，数学课程还特别注重发展学生的应用意识和创新意识。STEM教育正是聚焦于围绕一个问题或项目，运用多学科知识解决问题，它强调对知识的综合应用，对学科之间关系的关注， 将重心放在特定问题上，强调利用与科学、技术、工程和数学等学科相互关联的知识解决问题，试图从多学科知识综合应用的角度，提高学生解决实际问题的能力。因此，在初中数学教学中融入STEM教育理念有助于落实数学新课程标准。
　　二、STEM教育与数学学科素养
　　数学是自然科学的重要基础，在形成人的理性思维、科学精神、促进人的智力发展的过程中具有不可替代的作用，数学素养是现代社会每一个人应该具备的基本素养。无论是科学、技术和工程都离不开数学，数学是掌握科学、技术和工程设计的工具，在这个意义上，数学素养是根基，它要求学生掌握数学知识、数学定理，能够进行数学运算，具有数学推理的能力。STEM素养包含科学、技术、工程和数学四个方面的素养，它们环环相扣将数学作为工具运用在科学、技术和工程之中。因此，STEM教育有利于学生数学学科核心素养的养成。
　　三、STEM教育在初中数学教学中的尝试
　　（一）强调实验教学，主动建构知识
　　STEM教育提倡通过真实的科学与探索，鼓舞和教育学生，让学生在分享、创造和体验中获得快乐，在群体协作中得到帮助和启发。布鲁因（Bruning，2004）等人指出，STEM教育与认知科学的主张一致，认为学习是建构而不是接受的过程，这个过程少不了实验。通过实验教学不仅能培养学生的创新精神和实践能力，而且能激发学生的兴趣，增强学生的应用意识，这正是21世纪所需要的人才的必备能力。
　　例如：苏科版教材八年级下册数学“探索分式的性质”一课，可以在课堂中进行如下实验：把ag糖放进一个大玻璃A中，加水，使糖充分溶化并摇匀，得到一大杯质量为bg的糖水，我们用式子表示糖水的甜度。
　　1.添加糖水，感受变化
　　（1）将大玻璃杯中的糖水倒一些到小杯中，在小杯中再加入一些水，此时糖水的甜度会如何变化？请你用数学式子来描述。
　　（2）将大玻璃杯中的糖水倒一些到小杯中，在小杯中再加入一些糖，此时糖水的甜度又会如何变化？请你用数学式子来描述。
　　2.配置糖水，感受甜度
　　 将大玻璃杯中的糖水倒入三个小杯中，3个小杯中糖水的甜度与原先大杯中的甜度相同。
　　（1）从大玻璃杯A中舀出1勺，放入另一个大玻璃杯B中，此时大玻璃杯B中的糖水甜度如何？请用数学式描述你的结论。
　　（2）从大玻璃杯A中倒出3小杯糖水，再把这3小杯糖水全部倒进一个空的大玻璃杯C中，混合后的糖水的甜度如何？
　　STEM教育强调“做中学”，此类的实验教学能使学生在现实情境中抽象出数学知识，主动建构知识，使学生更容易理解数学的本质，而享受成功的乐趣，培养了学生的学习情感，使其获得综合素养的提升。
　　（二）强调科学精神，保护创新火花
　　我国虽已全面推进课程改革，但应试教育仍留有痕迹，我们需要的不是做题考试的机器，而是富有创造力想象力的人，STEM课程关注的正是这一点。因此，作为数学教师，在课堂中要关注以下几点：
　　1.让学生充分表达自己，让每位学生都能参与其中。
　　2.鼓励学生提出问题。科学精神从发现问题开始，在数学课堂中，教师要有开放、民主的教育思想，让学生大胆地对数学问题进行猜想、辩驳。
　　3.允许学生犯错。让学生在不断“试误”的过程中发现问题的本质，获取数学的真谛。
　　4.改变评价方式。可在课堂中设置如“创新之星”评选，肯定创新思维突出的学生。
　　例如：在解决找规律的问题时，教师应鼓励学生用不同的思路发现规律，在此过程中，对于学生的错误，教师也应给予部分肯定，最终引导学生归纳解题的策略：探究规律型题有时可从数量关系表示的规律入手，也可从图形本身和规律入手。在此过程中，培养学生的发散思维能力以及逻辑推理能力，从而提升创新精神。
　　（三）强调学科融合，提供灵活空间
　　STEM教育多采用的是小组合作，为学习者提供学习情境，提供更灵活且包容的学习空间，时而组内合作，时而组与组之间合作，让每个人都参与学习过程，通过真实的探究和发现，学习新的知识和技能，同时，各个学科知识自然融合，与生活紧密联系，让学生能在学习的过程中获得综合发展。目前，已有人提出将STEM变为STEAM，即在科学、技术、工程和数学里再加入艺术，在科学技术中添加艺术色彩，激发学生创新精神，并丰富学生的想象能力。
　　例如：学习无理数，提前一周让每个小组查阅无理数的由来，并采用不同的方式全班交流，结果有的小组采用手抄报形式，图文并茂地说明“无理数的由来”;有的小组推选代表采用讲故事的形式;而有的小组则将查阅到的内容编成的小剧本，采用表演的形式讲述“无理数的由来”。无论哪一种形式都是团队协作、集体智慧的集晶，对于表现较好的小组，教师应再创造机会，为学生提供更好的展示平台，让数学课堂延伸，使小团队获得更大的成就感，激发学生热爱数学的情感。
　　STEM教育理念提倡學科与学科、学科与技术的深度融合，是学科与生活的高度结合，是学习个体与个体之间高度协作的过程，是学习中发现新知、学用互检、学用互补的过程，它更是一种学中做、做中学，快乐与学习并进的过程，从真正意义上培养了学生的核心素养。我国虽然已在推广STEM教育，但在数学课堂中的实践研究还很少，今后，笔者将继续学习与尝试，探索适合本土初中数学教学的STEM教育策略！
　　【参考文献】
　　[1]中华人民共和国教育部.义务教育数学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012
　　[2]吕延会.STEM教育的核心精神[J].当代教育科学，2017（5）
　　[3]义务教育教科书.数学实验手册[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2014
　　[4]傅骞，刘鹏飞.从验证到创造——中小学STEM教育应用模式研究[J].中国电化教育，2016（4）
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