STEM理念與初中數(shù)學(xué)學(xué)科融合的課程實踐研究

■李 李

STEM教育理念源自美國，強調(diào)跨學(xué)科以及與實際生活的聯(lián)系，注重學(xué)習(xí)過程。

當(dāng)前，義務(wù)教育階段的STEM課程強調(diào)創(chuàng)新，教學(xué)內(nèi)容要求跨學(xué)科，如果缺乏主線引領(lǐng)，知識點就很分散，在實際實施過程中不易操作，所以，要有相對系統(tǒng)的教學(xué)課程和安排。融合數(shù)學(xué)學(xué)科的STEM創(chuàng)新課程旨在打通學(xué)科之間的壁壘，將創(chuàng)新教育融入其中，啟迪學(xué)生更深入地理解數(shù)學(xué)，從而達(dá)到對數(shù)學(xué)的有效應(yīng)用?；赟TEM教育理念，如何進(jìn)行初中數(shù)學(xué)教學(xué)實踐呢？切入點又在哪里呢？

一、理解二維、三維世界的數(shù)學(xué)之美

本課程將平面設(shè)計與數(shù)學(xué)學(xué)科相結(jié)合，包括七巧板、Logo設(shè)計、烙畫、版畫、勾股定理、華容道等子課程，旨在讓學(xué)生從數(shù)學(xué)、幾何學(xué)的角度理解二維、三維世界的數(shù)學(xué)之美，從歷史以及美學(xué)的角度，解讀數(shù)學(xué)在人類文化發(fā)展中的重要作用。

比如，從數(shù)學(xué)角度讓學(xué)生觀察、認(rèn)識七巧板的構(gòu)成，啟發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)創(chuàng)造思維；借助經(jīng)典勾股定理的證明，讓學(xué)生從幾何學(xué)角度理解二維世界的數(shù)學(xué)之美；借助華容道益智游戲，培養(yǎng)學(xué)生邏輯分析的能力；使用木工加工工具，打造一款蘊含黃金分割比例的作品，探究數(shù)學(xué)在藝術(shù)創(chuàng)作中的重要性；模擬創(chuàng)作一些視覺作品，從視覺的角度領(lǐng)略數(shù)學(xué)的神奇；借助3D打印筆，將心跳的頻率打印出來，探究數(shù)學(xué)與健康的關(guān)系，等等。

學(xué)生通過平面創(chuàng)作的課程還會習(xí)得多種設(shè)計工具的操作技巧。實際操作中，課程可以以傳統(tǒng)生活中的木藝制品為案例進(jìn)行導(dǎo)入，如烙畫、版畫等，引導(dǎo)學(xué)生掌握3D打印筆、桌面型安全機床、手動木工工具等工作原理，掌握其使用技巧，建立目標(biāo)，進(jìn)行主題式創(chuàng)作，激發(fā)創(chuàng)意。教師還可以設(shè)置比賽，讓學(xué)生通過團隊合作，將創(chuàng)意打造成作品，并通過分享、點評的方式，交流創(chuàng)意，將學(xué)到的知識進(jìn)行遷移，學(xué)以致用。

二、制作機器人，激發(fā)數(shù)學(xué)興趣

本課程以PBL項目式學(xué)習(xí)以及設(shè)計思維的模式來進(jìn)行設(shè)計，通過機器人案例進(jìn)行課程導(dǎo)入。使用機器人技術(shù)組件、傳感器、馬達(dá)、齒輪等來制作全智能機器人，可以將其作為數(shù)學(xué)學(xué)科知識的延展與應(yīng)用，幫助學(xué)生建立立體空間感，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。

比如，教師介紹機器人的基本組成與功能，引導(dǎo)學(xué)生用樂高積木塊自主設(shè)計、搭建一個機器人小伙伴，通過創(chuàng)意拼搭探究數(shù)學(xué)與機器人結(jié)構(gòu)的問題；讓學(xué)生了解編程邏輯，探究數(shù)學(xué)在機器人領(lǐng)域中的重要性；學(xué)習(xí)舵機的工作原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及其圖形化編程控制，學(xué)會控制一個舵機使其轉(zhuǎn)到固定角度，并配合樂高積木塊，設(shè)計并嘗試制作一個切菜機器人，領(lǐng)略數(shù)字控制的魅力；和小伙伴們共同搭建一個“機器人狂歡趴”主題場景，自由設(shè)計一款超能機器人；為自己的機器人設(shè)計一張說明書，共同討論未來機器人發(fā)展方向，探究數(shù)學(xué)在機器人領(lǐng)域的應(yīng)用；等等。

該系列課程開設(shè)的目的是激發(fā)青少年對科學(xué)技術(shù)、數(shù)學(xué)的興趣。學(xué)生通過學(xué)習(xí)、體驗以及對一個個功能型作品的練習(xí)，可促進(jìn)對材料、編程知識的理解，后續(xù)也可以進(jìn)行主題式的創(chuàng)作。

三、激發(fā)創(chuàng)意，感受數(shù)學(xué)魅力

該課程以設(shè)計思維貫穿始終，結(jié)合STEM教育理念，以生活中常見用品作為創(chuàng)意思維案例進(jìn)行導(dǎo)入；集科學(xué)技術(shù)與趣味人文為一體，以簡單的機械原理為基礎(chǔ)知識支撐，以傳感器、開源硬件模塊等為技術(shù)支持；從機械原理，到簡單的邏輯電路，再到圖形化編程的智能控制，層層遞進(jìn)，逐步深入，課程之間具有一定的連貫性和階梯感。

比如，以數(shù)學(xué)的角度，從齒輪的發(fā)明到齒輪結(jié)構(gòu)的變遷，了解科學(xué)的進(jìn)步，探究齒輪中的數(shù)學(xué)知識，并通過3D打印、激光切割等技術(shù)探究齒輪結(jié)構(gòu)；利用數(shù)學(xué)、物理知識，結(jié)合開源硬件、編程技術(shù)，設(shè)計機械傳動裝置，探究機械傳動里的數(shù)學(xué)知識；發(fā)揮空間想象力，設(shè)計一條立體的小球軌道，使小球從軌道起點到達(dá)軌道終點的過程變得精彩；利用開源硬件、3D打印、激光切割等快速成型技術(shù)，將立體軌道加以改造，使其更加智能，富有科技感，從而升級為更復(fù)雜的聯(lián)動機關(guān)。

課程以故事主題為引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意。學(xué)生在自主創(chuàng)意、動手制作的過程中感受知識的魅力，自主設(shè)計具有故事情節(jié)的“小球馬拉松”軌道；掌握簡單的機械原理知識和基本造物工具的使用方法，突破創(chuàng)新設(shè)計的瓶頸，學(xué)會從工程學(xué)角度解決問題；學(xué)會與人的溝通與配合，鍛煉動手造物的能力，同時提高了自身的環(huán)保意識，開發(fā)舊物的新功能、新價值，學(xué)會變廢為寶。教師還可設(shè)置“創(chuàng)客馬拉松”大賽，綜合考查學(xué)生對知識技能的掌握程度，提升學(xué)生的團隊合作能力，培養(yǎng)學(xué)生的集體榮譽感；配以學(xué)習(xí)任務(wù)單，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行作品展示，總結(jié)學(xué)習(xí)、制作過程中遇到的問題及解決方法。

“雙減”背景下，秉承“為學(xué)生的幸福成長奠基”的教育理念，融合數(shù)學(xué)學(xué)科知識的初中STEM教育創(chuàng)新課程設(shè)計旨在為學(xué)生提供良好的課程學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)動力，讓學(xué)生在做中學(xué)，從而全面提升學(xué)生在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、設(shè)計、人文藝術(shù)、領(lǐng)導(dǎo)力、媒介整合力等多方面的技能與素養(yǎng)。此外，在課外開展一些以創(chuàng)客體驗為主題的創(chuàng)客文化活動，支持學(xué)生參加一些創(chuàng)客比賽，鼓勵學(xué)生在活動中分享交流知識經(jīng)驗，同樣能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力、造物技能、團隊協(xié)作精神，發(fā)揮STEM理念的核心優(yōu)勢，搭建創(chuàng)新人才教育培養(yǎng)的“立交橋”，從而為學(xué)生成長為全方位的創(chuàng)新型人才奠定堅實基礎(chǔ)。