邱劍銳

STEM教育是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式。它將學(xué)科內(nèi)容組合成有機(jī)整體，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。STEM教育理念及其學(xué)習(xí)方式的滲透能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，對(duì)提升學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)有著重要的作用。本文以人教版小學(xué)數(shù)學(xué)五年級(jí)下冊(cè)第三單元“長(zhǎng)方體和正方體”教學(xué)為例，探討如何在STEM教育理念指導(dǎo)下增強(qiáng)學(xué)生的空間觀念，在活動(dòng)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和空間想象能力。

一、引入STEM教育理念，促思維生活化

STEM教育理念強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)知識(shí)內(nèi)容要貼近學(xué)生的生活實(shí)際，使其更生活化、具體化。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中要根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)適合學(xué)生學(xué)習(xí)的素材，讓知識(shí)點(diǎn)具有可操作性。教師在教學(xué)過(guò)程中可以引用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式，選取學(xué)生能自主完成的數(shù)學(xué)項(xiàng)目任務(wù)，在活動(dòng)過(guò)程中提升他們的學(xué)習(xí)能力。如在教學(xué) “觀察物體（三）”這一課時(shí)，要有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的空間觀念，先讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，然后完成老師布置的作業(yè)，具體要求如下：

擺一擺：

（1）如果從正面看到的是，用5個(gè)小正方體可以怎樣擺？

（2）如果從上面看到的是，你能確定這5個(gè)小正方體是怎樣擺的嗎？

（3）思考：你為什么要這樣擺？你在擺的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？

筆者當(dāng)時(shí)只是提供了題目，并沒有要求用什么工具，只要答案合理即可。從學(xué)生交上來(lái)的作業(yè)來(lái)看，學(xué)生在家中找了各種素材充當(dāng)正方體，并擺出正確的形狀。從學(xué)生交上來(lái)的作品當(dāng)中可以發(fā)現(xiàn)每個(gè)孩子的空間思維能力參差不齊，但通過(guò)動(dòng)手操作，基本上都能達(dá)到教學(xué)的基本要求。有的學(xué)生利用身邊的物品，有的學(xué)生自制學(xué)具，而空間思維能力比較好的學(xué)生能直接從二維空間聯(lián)想到三維空間。學(xué)生通過(guò)以上的動(dòng)手操作活動(dòng)，將看到的平面圖形還原成立體圖形，積累了大量的感性經(jīng)驗(yàn)，懂得在生活中運(yùn)用素材去解決問題，提升生活化的思維能力。

二、引入STEM教育理念，使思維信息化

隨著教學(xué)設(shè)備的不斷更新和完善，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用多媒體輔助教學(xué)已經(jīng)是普遍現(xiàn)象，STEM教育理念也強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過(guò)程應(yīng)用多媒體教學(xué)設(shè)備，將教學(xué)內(nèi)容信息化。教學(xué)內(nèi)容的信息化可以將抽象的知識(shí)具體化，將枯燥的知識(shí)生動(dòng)化。靈活運(yùn)用多媒體課件、幾何畫板等現(xiàn)代教育技術(shù)能讓課堂教學(xué)起到事半功倍的效果。將STEM教育理念融入課堂，教師要根據(jù)教材特點(diǎn)、學(xué)生的心理活動(dòng)創(chuàng)設(shè)情景，在情景中調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。

觀察長(zhǎng)方體時(shí)，學(xué)生觀察結(jié)果雖不錯(cuò)，但由于年齡階段帶來(lái)的局限性，觀察結(jié)果還不夠全面。如學(xué)習(xí)能力一般的學(xué)生雖然能說(shuō)出長(zhǎng)方體的特征，但語(yǔ)言不夠精準(zhǔn)，這有可能會(huì)成為后續(xù)學(xué)習(xí)的阻礙。因此，筆者在教學(xué)“長(zhǎng)方體和正方體的認(rèn)識(shí)”時(shí)，回歸圖形的本質(zhì)，從“點(diǎn)-線-面-體”入手，利用多媒體動(dòng)畫演示，結(jié)合講解，讓學(xué)生對(duì)長(zhǎng)方體有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)?；A(chǔ)心理學(xué)研究表明：短時(shí)記憶系統(tǒng)中的信息經(jīng)過(guò)復(fù)述后，進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶系統(tǒng)時(shí)能更長(zhǎng)久地保存。因此，為了促進(jìn)學(xué)生更好地理解有關(guān)長(zhǎng)方體的表述，應(yīng)該讓學(xué)生結(jié)合長(zhǎng)方體找一找、摸一摸，指出其中的點(diǎn)、線、面等，以加深印象。

在學(xué)生感受完長(zhǎng)方體各部分的特征后，要充分利用教材，讓學(xué)生再一次觀察并將觀察結(jié)果記錄在表格中。教師結(jié)合多媒體的透視圖（圖1），以動(dòng)態(tài)的演變過(guò)程演示給學(xué)生看，指出相應(yīng)的面、棱和相對(duì)的面的關(guān)系。借助透視圖的功能改變長(zhǎng)方體的長(zhǎng)，使其變成一個(gè)特殊的長(zhǎng)方體，讓學(xué)生在直觀的過(guò)程中理解為什么有4個(gè)相同的長(zhǎng)方形。這一動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，也讓學(xué)生在腦海中形成一個(gè)動(dòng)畫，為后續(xù)學(xué)習(xí)“長(zhǎng)方體的長(zhǎng)發(fā)生變化會(huì)引起哪些面的變化”作鋪墊。

實(shí)踐操作和觀察對(duì)比是小學(xué)生獲得幾何知識(shí)、發(fā)展空間觀念的主要途徑。因此，教師要以教材為根本，創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的情境，讓學(xué)生從實(shí)際生活中探索新知，積累活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)空間想象能力。在實(shí)踐過(guò)程中，善于將空間知識(shí)轉(zhuǎn)換成具體的信息，讓思維具體化，提升空間思維能力。

三、引入STEM教育理念，助學(xué)習(xí)多元化

數(shù)學(xué)是一門有規(guī)律的學(xué)科，要善于總結(jié)，把新舊知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)建知識(shí)體系，當(dāng)學(xué)生掌握了數(shù)學(xué)知識(shí)體系后，解決綜合問題的能力也得到了提升。為更好地將STEM教學(xué)理念與教學(xué)實(shí)際相結(jié)合，在備課時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)有效結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的心理活動(dòng)特點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容層次化。

以人教版教材的練習(xí)為例（圖2），這是一道綜合性比較強(qiáng)的題目，初次接觸這道題無(wú)從下手的學(xué)生，其中一個(gè)原因就是沒有將前面學(xué)習(xí)的“觀察物體（三）”和本單元內(nèi)容有效結(jié)合，沒有建立起豐富的空間觀念，所以不會(huì)作答。

如何在解決這道題的基礎(chǔ)上拓展學(xué)生的空間思維？筆者采用了一題多解的教學(xué)策略，給學(xué)生提供了不同的解題策略并進(jìn)行比對(duì)。

1. 求站臺(tái)前后面的面積。如圖3所示，大部分學(xué)生都按常規(guī)方法分別計(jì)算站臺(tái)前、后面的面積，此方法按部就班，說(shuō)明學(xué)生已經(jīng)初步掌握了組合圖形的基本特點(diǎn)。因此，筆者在學(xué)生觀察的基礎(chǔ)上拋出問題：“能不能用更簡(jiǎn)單的方法算出前后面的面積？”以問題引導(dǎo)學(xué)生自主找出第二種解題思路，很快就有學(xué)生提出：因?yàn)槿齻€(gè)長(zhǎng)方體的底面是一樣的，可以將其摞起來(lái)，組成一個(gè)新的長(zhǎng)方體。這時(shí)可借助多媒體進(jìn)行演示（如圖4），一下就打破了學(xué)生的定勢(shì)思維，原來(lái)還可以在不改變面積大小的前提下，將圖形進(jìn)行變化，從而更快地計(jì)算出表面積。

2. 求站臺(tái)左右兩側(cè)的面積。有了上述的解題經(jīng)驗(yàn)，有學(xué)生已經(jīng)知道了可以利用平移求面積，如圖5所示，在不改變表面積大小的前提下，利用相對(duì)的面面積相等這一特點(diǎn)，將其中一個(gè)面進(jìn)行動(dòng)態(tài)平移，從而得到一個(gè)完整的面，使計(jì)算更加簡(jiǎn)單。欣喜的是，在解決完右側(cè)面的面積后，已經(jīng)有不少學(xué)生提出左邊的面積和右邊的面積一樣。追問理由，學(xué)生說(shuō)相對(duì)的面面積相等。從簡(jiǎn)單的一句話當(dāng)中，可以知道這些學(xué)生已經(jīng)具備一定的“透視”能力，他們的空間觀念得到了提高。

鑒于此情況，我適時(shí)地給學(xué)生提供了第二種方法，讓學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生得到進(jìn)一步發(fā)展，中下層次的學(xué)生做一個(gè)補(bǔ)充了解，豐富知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。

如圖6所示，因?yàn)檎九_(tái)上面以及左右四個(gè)側(cè)面寬都是一樣的長(zhǎng)方形，因此，將這幾個(gè)側(cè)面展開后可以得到一個(gè)寬為40cm的長(zhǎng)方形。為使學(xué)生更直觀地理解展開后得到一個(gè)長(zhǎng)方形，我采用動(dòng)態(tài)展開的過(guò)程，讓學(xué)生深刻地理解空間圖形轉(zhuǎn)換的思維過(guò)程。

直觀的動(dòng)畫演示，一題多解的方法，讓不同層次的學(xué)生的能力在原有的基礎(chǔ)上得到了提升。在師生、生生之間的交流探討的過(guò)程中，學(xué)生領(lǐng)悟了多樣化的解題方法，數(shù)學(xué)思維能力得到了多元化發(fā)展。學(xué)生的觀察能力、解決問題能力、創(chuàng)新意識(shí)和空間想象能力都在此過(guò)程中得到提升。

總之，將STEM教育理念融入教學(xué)，教師要有效結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)情設(shè)計(jì)出有效的教學(xué)活動(dòng)來(lái)豐富學(xué)生的認(rèn)知。學(xué)生在觀察、操作、比較、記錄數(shù)據(jù)信息等過(guò)程中，既豐富感性認(rèn)識(shí)，積累豐富的空間感知經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也拓寬了知識(shí)面，懂得多角度思考問題，讓思維多元化，從而有效提高解決實(shí)際問題的能力。