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        依托STEAM教育理念,優(yōu)化初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

        2021-10-08 11:17:06劉建鳳
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念實(shí)驗(yàn)

        劉建鳳

        摘要

        STEAM教育理念建立了從感知到積累、從應(yīng)用到辨析的全新教學(xué)框架,注重學(xué)生思維意識(shí)與學(xué)習(xí)能力的同步開發(fā)。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)可以依托STEAM教育理念, 以科學(xué)為跳板,以技術(shù)為載體,以藝術(shù)為靈感,以數(shù)學(xué)為本源,以工程為模板,進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),從而逐步提升學(xué)科教學(xué)質(zhì)量。

        關(guān)鍵詞

        STEAM教育理念 初中數(shù)學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 應(yīng)用

        STEAM教育理念在整合科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)和工程等元素的同時(shí),以學(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn),將教學(xué)的重點(diǎn)放在問題的解答、學(xué)生思維能力的培養(yǎng)上,強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)體宏觀思維在教學(xué)活動(dòng)中的綜合表現(xiàn),不對(duì)單一的問題、知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行過度強(qiáng)調(diào)。教師依托STEAM教育理念優(yōu)化初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)周期、教學(xué)時(shí)長與教學(xué)方法進(jìn)行調(diào)整,讓學(xué)生在主觀情感上接受數(shù)學(xué)教學(xué),提高學(xué)生的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)意識(shí)。

        一、以科學(xué)為跳板,激發(fā)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣

        受傳統(tǒng)教學(xué)模式的限制,以往的初中數(shù)學(xué)教學(xué)以數(shù)學(xué)問題、數(shù)學(xué)理論為落實(shí)教學(xué)工作的第一要素。在教學(xué)過程中,數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)雖然表現(xiàn)出了較強(qiáng)的科學(xué)性、互動(dòng)性與真實(shí)性特點(diǎn),但由于對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容缺乏了解,學(xué)生并不愿意主動(dòng)參與或發(fā)起實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。在這種情況下,數(shù)學(xué)問題與數(shù)學(xué)理論的地位依舊“千年不倒”,僵硬而單調(diào)的教學(xué)模式很難做出改變。在STEAM教育理念下,教師可嘗試圍繞“科學(xué)”這一話題導(dǎo)入數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中用數(shù)學(xué)眼光發(fā)現(xiàn)科學(xué)知識(shí),激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣。

        以蘇科版數(shù)學(xué)七年級(jí)上冊(cè)“三視圖”的教學(xué)為例。教師為學(xué)生準(zhǔn)備正方體、長方體等圖形,要求學(xué)生進(jìn)行觀察。在觀察之后,教師通過圖片設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),給出不同的長方形與正方形,要求學(xué)生將其組成幾何體。學(xué)生根據(jù)先前的經(jīng)驗(yàn)對(duì)平面圖形進(jìn)行自由組合,但在組合之后發(fā)現(xiàn),組成的圖形與幾何體的形狀并不相同,此時(shí),學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出問題:為何制作的新幾何體與原來的幾何體之間存在如此大的差別?學(xué)生從觀察、操作等活動(dòng)入手,總結(jié)數(shù)學(xué)結(jié)論:正方體的六個(gè)面相同,所以只要得知其一個(gè)面的形狀特點(diǎn)即可組成一個(gè)一樣的正方體;但長方體的長、寬、高可能包含著三個(gè)數(shù)據(jù),需要至少掌握三個(gè)面的平面特點(diǎn),才能組成一個(gè)一樣的長方體。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中科學(xué)發(fā)散思維,獨(dú)立挖掘數(shù)學(xué)知識(shí),能夠逐步調(diào)動(dòng)學(xué)生的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣。

        二、以技術(shù)為載體,掌握數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)方法

        部分?jǐn)?shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)操作流程復(fù)雜,計(jì)算量較大,其很難在數(shù)學(xué)教學(xué)中得到應(yīng)用,但現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展將不可能變成了可能。在STEAM教育理念下,教師可圍繞STEAM教育理念中的“技術(shù)”開展數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新思路。

        以蘇科版數(shù)學(xué)九年級(jí)下冊(cè)“正切”的教學(xué)為例。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,以“探究正切函數(shù)的單調(diào)性”為第一目的開展。教師可要求學(xué)生結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)探究,獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。此時(shí),學(xué)生從繪圖、計(jì)算等角度入手,繪制大小為30°、45°和60°的角,發(fā)現(xiàn)特殊角的正切值隨著角度增大而增大。一些學(xué)生指出,研究應(yīng)該嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范,不能以偏概全,可以從特殊到一般,從定義出發(fā)。于是有以下探究。如圖1,在[△ABC]中,tanA=[ab]。隨著∠A的變大,tanA如何變化?

        根據(jù)定義,兩個(gè)變量a、b若同時(shí)發(fā)生改變, [ab]的比值變化不容易判斷。因此,需要控制其中一個(gè)變量。學(xué)生自主分組,討論控制哪個(gè)變量??刂谱兞縝的學(xué)生,利用幾何畫板,繪制圖2。點(diǎn)B是射線CM上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),觀察[ab]的比值:隨著∠A增大,b不變,a增大,則tanA=[ab]隨之增大。由此,一部分學(xué)生開始理性分析:如果要控制變量a,即需保證∠A的對(duì)邊不變,即點(diǎn)B到AC的距離是定值,所以點(diǎn)B在平行于AC的直線上,從而繪制了圖3并提出:隨著∠A的變大,a不變,b變小,tanA=[ab]也隨之增大。

        借助信息技術(shù),利用幾何畫板,學(xué)生可以繪制正切函數(shù)的圖像,從而更直觀地感受正切函數(shù)自變量的取值范圍及單調(diào)性。后續(xù)我們還會(huì)研究正弦、余弦函數(shù),對(duì)于這些相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí),我們同樣可以借助數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。

        三、以藝術(shù)為靈感,享受數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)樂趣

        對(duì)于現(xiàn)代審美教育與數(shù)學(xué)教育活動(dòng)來說,數(shù)學(xué)以一種獨(dú)特的方式來詮釋美學(xué)。教師可結(jié)合數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生感受數(shù)學(xué)中的藝術(shù),感知數(shù)學(xué)的美感,提升學(xué)生的審美能力,在STEAM教育理念下,強(qiáng)調(diào)藝術(shù)與數(shù)學(xué)之間的關(guān)聯(lián)性,激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)熱情。

        以蘇科版數(shù)學(xué)九年級(jí)下冊(cè)“黃金分割”的教學(xué)為例。教師在教學(xué)過程中展示芭蕾舞演員圖片(圖4),芭蕾舞演員身體各部分之間適當(dāng)?shù)谋壤o人以勻稱、協(xié)調(diào)的美感。美感產(chǎn)生于恰當(dāng)?shù)谋壤裁礃拥谋壤啪哂忻栏??激發(fā)學(xué)生探究[BCAB]與[ABAC]的比值均約等于0.618,即我們所說的黃金比。學(xué)生從生活背景中抽象出數(shù)學(xué)模型(圖5),探究黃金比。學(xué)習(xí)黃金分割不僅僅實(shí)現(xiàn)了線段比例學(xué)習(xí)的要求,更體現(xiàn)了數(shù)學(xué)的文化價(jià)值。繼續(xù)請(qǐng)學(xué)生欣賞名畫《蒙娜麗莎》。為什么蒙娜麗莎的微笑會(huì)這么迷人呢?蒙娜麗莎的臉型接近黃金矩形,頭寬和肩寬的比接近黃金比例。如果我們畫一條黃金螺旋線,這條黃金螺旋線可以經(jīng)過蒙娜麗莎的鼻孔、下巴、頭頂和手等重要部位。對(duì)于什么是黃金螺旋線?如何繪制黃金螺旋線?教師可以順其自然地為學(xué)生普及。

        學(xué)生在測(cè)量、計(jì)算、繪制、欣賞中學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),強(qiáng)化了動(dòng)手能力,感受到數(shù)學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中的作用,逐步激發(fā)出參與實(shí)驗(yàn)的興趣。

        四、以數(shù)學(xué)為本源,開發(fā)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)價(jià)值

        數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)不能脫離數(shù)學(xué)教育而存在。在數(shù)學(xué)教學(xué)中,教師必須強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)教學(xué)之間的從屬關(guān)系,圍繞數(shù)學(xué)課程的理性特點(diǎn)、學(xué)科特點(diǎn)落實(shí)教學(xué)工作,對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維與表達(dá)能力進(jìn)行開發(fā),幫助學(xué)生掌握數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的一般思路,讓“數(shù)學(xué)”成為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的指路明燈,為學(xué)生打開新的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)思路。

        在蘇科版數(shù)學(xué)九年級(jí)上冊(cè)“二次根式”的教學(xué)中,教師可嘗試?yán)肧TEAM教育理念構(gòu)建數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。圍繞“數(shù)學(xué)”這一關(guān)鍵性元素,教師將STEAM教育理念引入數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂,要求學(xué)生配合實(shí)驗(yàn)證明“二次根式”的一般特點(diǎn)。部分學(xué)生通過列舉數(shù)字,指出根式下的數(shù)字必然無法被整除,如[2]、[3]等;一些學(xué)生則給出否定意見:[4]也屬于二次根式,但其能夠化簡為2,從而發(fā)現(xiàn)這一結(jié)論是不正確的。至此,學(xué)生對(duì)“二次根式滿足什么條件才能夠化簡成整數(shù)”這一話題展開互動(dòng),并進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)。一些學(xué)生認(rèn)為,將兩個(gè)二次根式相乘,如果所得的數(shù)字能夠化為兩個(gè)相同有理數(shù)的乘積,則證明原二次根式能夠化為整數(shù),并利用[2]、[3]進(jìn)行檢驗(yàn)。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)看似走了彎路,但其實(shí)是對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的大膽應(yīng)用,應(yīng)該給予鼓勵(lì)。

        五、以工程為模板,借助數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)育人

        STEAM教育理念將“工程”這一概念帶入教學(xué)活動(dòng)中,對(duì)于初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)來說,其所指的是標(biāo)準(zhǔn)化、一般化的實(shí)驗(yàn)流程,是對(duì)“如工程一般嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)模式”的強(qiáng)調(diào)。在開發(fā)初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中,對(duì) “工程”元素加以利用,能夠使課程更好地發(fā)揮出育人功能。

        以蘇科版數(shù)學(xué)九年級(jí)下冊(cè)“銳角三角函數(shù)”的教學(xué)為例,探究銳角三角函數(shù),教師可要求學(xué)生結(jié)合以往的數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí),對(duì)銳角三角函數(shù)進(jìn)行歸納、整理,要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。此時(shí),學(xué)生的實(shí)驗(yàn)從繪圖、計(jì)算等角度入手,繪制大小為30°、45°和60°的角,觀察角與對(duì)邊的關(guān)系。部分學(xué)生認(rèn)為,雖然銳角三角函數(shù)的值已經(jīng)確定,但在不同的三角形中,銳角三角函數(shù)會(huì)隨之發(fā)生變化,于是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行探究。隨著實(shí)驗(yàn)的逐步深入,學(xué)生開始接受銳角三角函數(shù)的一般特點(diǎn),但會(huì)將注意力轉(zhuǎn)移到直角三角函數(shù)、鈍角三角函數(shù)當(dāng)中。對(duì)于更加復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識(shí),學(xué)生在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中,對(duì)觀點(diǎn)進(jìn)行論證分析,以此得出數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般思路,積累實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。

        總之,STEAM教育理念打開了初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新思路,但單元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)制度并不能取得預(yù)期教學(xué)效果。在STEAM教育理念下,教師應(yīng)嘗試對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等元素進(jìn)行應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的全覆蓋,讓學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中感受到數(shù)學(xué)之外的客觀知識(shí),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提升學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。

        (作者單位:江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)前黃實(shí)驗(yàn)學(xué)校)

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