初中数学课程中的STEM教育初探_赵文静

《初中数学课程中的STEM教育初探_赵文静》由会员分享，可在线阅读，更多相关《初中数学课程中的STEM教育初探_赵文静（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、中小学教师培训THE INSERVICE EDUCATION AND TRAINING OF SCHOOL TEACHERS2016年第10期 总第363期No.10 2016 Sum No. 363一、 STEM教育的内涵 STEM （Science， Technology， Engineering， Mathe matics） 几乎囊括与科学、 技术、 工程及数学相关的 所有领域， 甚至与心理学、 社会学和政治学有关，1是一个偏理工科的多学科交融课程。STEM教育起 源于发达国家面对国际人才竞争和经济发展压力 下对本国人才培养的反思。2早在1986年， 美国国家科学基金会发表的 大学的科学

2、、 数学和工程教 育报告 ， 首次提出了将科学、 技术、 工程和数学教 育整合起来， 这份报告的提出被认为是STEM教育 的开端。32009年11月奥巴马在白宫发表“教育促进创新”的演说， 在演说中他这样说道， “美国之所 以取得今天的成就， 完全是依赖其在全球创新科技 领域发挥的重大作用， 我们如何教育好下一代， 尤其是如何提高科学、 技术、 工程和数学的教育水平，直接关系未来企业的领导者、 科学家和教师的人才 造就问题”4， 从中可以看出美国对STEM教育的重视。2015年10月8日， 美国国会颁布了STEM Edu cation Act of 2015 （简称 2015年STEM教育法

3、） ， 该 法案的提出从立法的角度保障了对STEM教育的实施， 该方案正式将计算机科学纳入STEM教育， 规定非正式STEM教育由国家科学基金会管理等。此法 案报告的发布足以说明美国政府对加强 K-12 STEM教育的决心。其实， 加拿大、 澳大利亚等发达国家近些年来也非常重视经济全球化背景下的创新人才的培养， 我国也逐步提高对STEM教育的关注和重视。 STEM 教育不仅能够推动学生投身科学、 技术、 工程和数学领域， 而且能培养学生“21 世纪技能”以 及对个人健康、 环境质量和能源耗费进行理智决策 的能力。5STEM教育多是基于项目的学习， 是一种 整合科学、 技术、 工程和数学的学习方

4、式， 每个项目 大致包括五个阶段：（1） 建立项目合作关系；（2） 组 织项目团队；（3） 开发项目方案；（4） 系统设计和开 发；（5） 调整系统和支持。6基于项目的学习为学生提供了融入真实情景的体验， 这些体验辅助学生学 习， 帮助学生对科学、 技术、 工程和数学各领域的概 念形成有力的理解， 这种学习方式要求学生有批判性的思维并且要善于分析， 强化高阶的思维技能，还要求学生团队合作、 自主学习、 与同伴沟通， 同时 对所有学生都严格要求。7科学 （science） 是关于自然世界的研究， 包括与物理、 化学、 生物相联系的自然规则， 以及对事实、 准则等的应用， 是一切知识的基础。科学教

5、育一般 涉及生物、 物理、 化学和自然等学科， 在基础教育阶段占有相当的分量， 教师在科学学科的教学过程中需要数学探究及逻辑思维能力。技术 （technology） 涵盖整个人类、 一切组织和知识的进程， 具有创造 性、 技术性的成果。在20世纪80年代中期， 技术教育的主题是手工艺术， 现代的技术教育多传授互联网技术， 包括在线资源和教育软件， 无线互联网与 云计算相结合的电脑 （笔记本电脑、 平板电脑和智作者简介 赵文静， 硕士研究生， 研究方向： 中小学教育； 张雨强， 博士， 教授， 研究方向： 中小学教育。初中数学课程中的STEM教育初探摘 要 我国中学课程正处于从分科到综合的转型期

6、， 如何有效地实现课程综合化是目前新课程改革面临的重要问题。STEM教育是基于科学、 技术、 工程和数学的跨学科教育， 它通过国家教育部门的支持、 社会各界的关注及学校的重视， 促进了学科之间的整合， 激发了学生的学习兴趣， 提高了学生的学习能力。本文结合国内外的教育文献简述STEM教育的内涵， 又以初中数学为例， 解读STEM教育在中学课堂上的应用， 最后结合本国的实际提出对STEM教育的实施建议。关键词 STEM教育； 数学； 课程综合化赵文静， 张雨强（曲阜师范大学 教育科学学院, 山东曲阜273165）42中小学教师培训THE INSERVICE EDUCATION AND TRAIN

7、ING OF SCHOOL TEACHERS2016年第10期 总第363期No.10 2016 Sum No. 363能手机） 等工具出现在教室里8， 教师在授课时更加灵活高效。技术教育在解决问题过程中， 常涉及数学中的进制法及分类转化等思想。而工程 （engineering） 则是为达到人类对物质世界的需要而创造人工物的活动， 在STEM教育中最新发展的是工程教育， 在中小学以工程为核心的课程被设计和实施， 教师掌握着提供给学生工程活动的主动权， 帮助学生设计基于项目的学习方案， 在工程学习中需要采用数学方法、 结合数学思维来解决问题。9数学 （mathematics） 是一门关于图像和数

8、量、 数字、 空间位置关系的学问。科学是用经验性的证据去证明或推翻论断， 而数学的推论是基于基本的猜想并通过合理的论据来证明的。数学教育作为国家教育的一个重要部分， 在中小学阶段教师将数学作为所有课程的中心。数学教育贯穿于大部分课程中， 在课程中具有优先作用。现以人教版初中数学为例， 解读数学课程中的STEM教育。 二、 数学课程中的STEM教育 数学教育一直是我国基础教育的重中之重， 初 中阶段的数学教育应融合科学、 技术、 工程教育， 发 展STEM教育素养， 培养学生解决实际问题的能力。 （一） 掌握数学方法， 领会数学思想 义务教育数学课程标准 （2011年版） 指出： 课 程内容不仅

9、要包括数学的结果， 也包括数学结果的 形成过程及蕴含的数学思想方法， 课程内容要重视 直观、 重视直接经验、 重视过程。 数学的学习， 不仅要让学生学会知识、 掌握科学方法， 更重要的是领会数学思想与奥秘。例如，在人教版九年级下册 圆 的教学中， 要充分利用圆 的对称性， 垂径定理的结论及推导办法、 辅助线的 添加等都是圆的对称性的反映； 解决问题要领会数学思想， 如转化的思想 （求部分圆的面积问题时， 把“不规则图形”的面积转化为“规则图形”面积的和 或者差来求解） 、 数形结合的思想 （利用垂径定理解 决车、 船能否通过的问题） 、 方程思想 （判定平面直角坐标系中的三点能否确定一个圆）

10、； 正多边形的画图是通过等分圆来完成的等等。10通过这些知识的学习， 使学生学会化未知为已知、 化复杂为简单、 化一般为特殊或化特殊为一般的转化思想， 提高学生分析问题和解决问题的能力。（二） 科学与数学融合， 培养求实精神 在数学知识的传授中， 可以整合科学课程中的 科学知识， 在解决数学难题的同时又增加了科学素养。例如， 人教社课程教材研究所的张劲松老师在人教版九年级下册 反比例函数 的教学设计中， 举例了许多来源于物理学科的问题， 运用反比例函数知识加以解决， 了解这些问题的物理背景是解决它们的前提。从物理学科引入数学问题， 然后运用数学方法加以解决始终是数学学习的重要方面。在反比例的教

11、学中用到的物理背景包括路程、 速度与时间， 电流、 电阻与电压， 电功率、 电流和电阻， 压力、 面积与压强等之间的关系， 这些具有反比例关系的物理问题是反比例函数研究的重要内容。实际上， 凡是能够抽象为a=bc型数量关系的物理问题， 我们都可以从正比例函数和反比例函数的角度去认识它们。在探究数学问题的过程中， 需要科学严谨的精神， 学生可通过观察度量、 实验操作、 图形变换、 逻辑推理、 交流合作等多种手段来探索图形的性质。 例如在人教版九年级上册 圆心角与圆周角的关 系 教学中， 设计这样的一个环节， 让学生动手“画 出O中弧AB所对的圆周角和圆心角， 各小组总结 出一共画了几种不同的情况

12、？ ”通过直观操作， 同一 个弧对应着一个圆心角、 无数个圆周角， 小组合作 对比分析， 发现“同弧所对的圆周角是它所对的圆 心角的一半”这样一个规律。在学生通过观察、 操 作、 交流探究出规律后， 还需要学生严谨的验证， 将 直观操作和逻辑推理结合起来， 使推理论证成为学 生实验、 探究得出结论的自然延续， 坚决杜绝学科 迷信， 培养了求实精神。（三） 技术与数学整合， 培养信息素养义务教育数学课程标准 （2011年版） 指出： 数 学课程的设计与实施应根据实际情况合理地运用 现代信息技术， 注意课程内容与信息技术的整合，注重实效。要充分考虑信息技术对数学学习内容和方式的影响， 开发并向学生

13、提供丰富的学习资 源， 使学生乐意投入到探索性的数学活动中。 因此， 在教学中学校要重视使用信息技术工具。例如， 在学习人教版九年级下册直线与圆的位置关系中 直线到圆心的距离与圆的半径的关系 时， 利用计算机技术设置一些探究活动， 让直线动 起来， 在这种运动变化中发现直线到圆心的距离与圆的半径的关系， 再通过计算机的测量功能， 经测量发现这种位置关系所对应的数量关系。将信息 技术融入数学课堂中， 使学生更真切地感知知识的形成过程， 掌握知识间的联系； 同时加强云平台的43中小学教师培训THE INSERVICE EDUCATION AND TRAINING OF SCHOOL TEACHER

14、S2016年第10期 总第363期No.10 2016 Sum No. 363构建， 使教学和反馈更加一体化， 可通过信息技术布置作业， 教师在网上批改作业， 及时通过视频为学生解惑， 这样极大地减轻了学生学业负担； 教师通过视频与家长交流， 让家长了解学生的在校情况， 增加了“家访”的次数， 教师适当调整教学措施。（四） 工程与数学整合， 体现生活化义务教育数学课程标准 （2011年版） 指出， 数学知识的掌握要以探索为主线， 适当安排一些综合实践活动， 以提高学生的综合运用知识、 解决实际问题的能力； 设置一些综合性的题目让小组学生共同解决， 让学生积极展开思维活动。其实， 数学学习与日常

15、生活中的工程问题联系比较紧密。例如， 人教版七年级上册的教学活动制作火车模型 ， 教师分小组合作， 并制订了五大步骤： 问题背景、 提出问题、 解决问题、 反思评价、 拓展运用。在问题解决项目中， 教师通过多媒体出示 火车第五次提速的相关新闻， 引起学生对新型列车 的兴趣。在提出问题阶段: 火车提速还要采用更先 进的车厢， 你能提出好的建议吗？如何制作一个火 车车厢的模型长方体、 四棱台型的车厢模型。在解决问题中， 分为四个步骤： 第一， 教师以动画展 示由立体图形得到展开图的过程和由展开图得到 立体图形的过程， 让学生进一步感受到要想制作立 体模型， 首先要了解它的展开图； 第二， 让学生小

16、组 讨论了解展开图的特点； 第三， 让学生动手画出相 应的展开图； 第四， 让学生动手操作， 折叠展开图， 得到立体模型， 并用透明胶固定好。11在反思评价中， 让学生组内和组间评价， 进一步完善制作， 最后再经过全班评价、 教师评价， 让学生充分经历评价 过程。在拓展运用环节， 让学生自主制作圆柱形车 厢， 并总结出遇到哪些困难， 是怎样解决问题的， 有什么心得体会。制作火车车厢是从生活中提取出来的， 通过数学知识的学习解决简单的工程问题， 帮助学生从实际生活中发现数学问题、 运用科学的 知识解决实际问题。三、 我国STEM教育的实施建议STEM 教育提出了一种跨学科整合的教学思 路， 数学结合科学、 技术和工程的教育不仅能够弥 补我国中小学工程教育、 技术教育的短板， 而且有利于学科走向综合化。基于我国的教育现状， 提出以下建议： （一） 出台国家教育政策， 整体设计STEM教育 框架国家教育部门应该重视发展STEM教育， 了解STEM教育在国际上的影响， 以及STEM