江蘇省蘇州實驗中學(xué)科技城校

朱仁林 陸 瑩

1 引言

STEM是由四個單詞的首字母縮寫而來，分別來自科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)與數(shù)學(xué)(Mathematics)這四門學(xué)科.這四門學(xué)科分別針對于不同能力的培養(yǎng)，比如數(shù)學(xué)注重邏輯思維的培養(yǎng)，而科學(xué)注重創(chuàng)新思維的培養(yǎng).但同時它們之間又具有十分緊密的聯(lián)系，比如數(shù)學(xué)屬于一項科學(xué)工具；而科學(xué)又是工程的基礎(chǔ).近年來，隨著STEM教育模式的出現(xiàn)，人們更傾向于從多個角度去看待一門學(xué)科的包容性，這說明人們傳統(tǒng)的認(rèn)知與思維習(xí)慣發(fā)生了改變.同時STEM教育模式與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，更傾向于以某個特定的項目或任務(wù)去引導(dǎo)學(xué)生擁有或提高特定的技能，在教學(xué)過程中運用多種媒介將多個領(lǐng)域的學(xué)科知識整合，突破傳統(tǒng)教學(xué)中單一的學(xué)科知識傳授，以此提高學(xué)生的綜合能力.本文中簡要介紹如何在高中數(shù)學(xué)課程中運用STEM教學(xué)模式，以良好的教學(xué)驅(qū)動有效的學(xué)習(xí)，促進學(xué)生的全面發(fā)展.

2 將數(shù)學(xué)知識與科學(xué)接軌

在STEM教學(xué)模式下，教師要時刻把握這四門學(xué)科之間的聯(lián)系，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力為目的，創(chuàng)新自身的教學(xué)手段.數(shù)學(xué)知識的運用是科學(xué)探究的基礎(chǔ)，同時科學(xué)理論也可以為數(shù)學(xué)問題的解決提供支持.在數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)中，學(xué)生能夠掌握數(shù)與數(shù)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，對含有代數(shù)關(guān)系的事物進行邏輯推理以及數(shù)學(xué)計算，在這個過程中，教師應(yīng)該合理融入科學(xué)的觀念，尋找數(shù)學(xué)與科學(xué)這兩個學(xué)科之間的結(jié)合點，確保學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識的過程中能夠有效達到對科學(xué)知識的滲透，使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得以提高，這樣學(xué)生在解決其他問題時也能有基本的科學(xué)知識與素質(zhì)支撐.

3 以數(shù)學(xué)知識驅(qū)動技術(shù)培養(yǎng)

在《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出，隨著各項信息技術(shù)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生有關(guān)技術(shù)的使用方法成為了教師在課堂上的另一個潛在目標(biāo).在建構(gòu)主義的指導(dǎo)下，教師需要時刻優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，以良好的教學(xué)模式驅(qū)動教學(xué)理論與學(xué)生認(rèn)知的結(jié)合，同時也要善于整合信息技術(shù)，將教學(xué)內(nèi)容與信息技術(shù)有機地結(jié)合，幫助學(xué)生認(rèn)識數(shù)學(xué)知識本質(zhì)的同時掌握一定的技術(shù)能力.在這個目標(biāo)下，教師可以利用一些輔助工具創(chuàng)建課堂游戲，通過解決游戲中的問題來獲取知識，也可以在普及知識時運用《幾何畫板》、Flash軟件等，加強學(xué)生對知識的印象，同時在這個過程中學(xué)生不僅能提取到核心知識，還能提高自身的信息技術(shù)素養(yǎng).

4 注重數(shù)學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的提升

在高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，教師要注重學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)概念思維習(xí)慣的養(yǎng)成，全面提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)科素養(yǎng).在實踐過程中，將概念知識領(lǐng)域化，對基本概念劃分領(lǐng)域以及使用范疇，幫助學(xué)生精準(zhǔn)掌握有關(guān)概念的使用條件及方法；同時要求學(xué)生熟練應(yīng)用基本的數(shù)學(xué)運算符以及算法，這樣學(xué)生在解決問題的時候能夠更加快速地找到突破口，且學(xué)生在使用數(shù)學(xué)符號描述數(shù)學(xué)問題時，學(xué)生的思維能力能夠得到很好的提升，這也是構(gòu)成學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要內(nèi)容.因此，在進行課堂教學(xué)時，教師要培養(yǎng)學(xué)生在數(shù)學(xué)各方面的認(rèn)知與能力，以此提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)科素養(yǎng).

5 教學(xué)案例

在探討了將STEM教學(xué)模式應(yīng)用到高中數(shù)學(xué)課堂的策略后，教師應(yīng)該抓住緊要核心，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容提前做好教學(xué)設(shè)計，同時課后結(jié)合課堂實際效果進行優(yōu)化總結(jié).現(xiàn)以“三角函數(shù)”中的單擺問題為例，簡述如何將課堂教學(xué)內(nèi)容與STEM教學(xué)模式相結(jié)合，在完成課堂教學(xué)目標(biāo)的同時訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力.

5.1 教學(xué)目標(biāo)

基于STEM課程模式，以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為宗旨，力爭將課堂教學(xué)內(nèi)容與各個學(xué)科知識技能相結(jié)合.

5.1.1 知識與技能目標(biāo)

(1)掌握單擺(擺角小于5°)的等時性；

(2)能夠用三角函數(shù)表示單擺擺動時位移與時間的關(guān)系；

(3)學(xué)會利用手機軟件繪制單擺運動的函數(shù)圖象.

5.1.2 過程與方法目標(biāo)

(1)在課堂學(xué)習(xí)過程中經(jīng)歷單擺函數(shù)圖象的繪制過程，體會單擺的擺動與解析式之間的關(guān)系，培養(yǎng)觀察、分析、歸納等思維能力；

(2)引導(dǎo)學(xué)生通過實際操作的方式檢驗自己的猜想，提高學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中的實踐能力.

5.1.3 情感態(tài)度與價值觀

(1)通過手機軟件繪制單擺運動的函數(shù)圖象，體會數(shù)學(xué)學(xué)科與信息技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；

(2)學(xué)會用數(shù)學(xué)的眼光觀察現(xiàn)實世界，鼓勵學(xué)生動手操作，勇于嘗試.

5.2 教學(xué)重點、難點

重點：發(fā)現(xiàn)并且驗證單擺(擺角小于5°)的等時性，能夠繪制單擺運動的函數(shù)圖象.

難點：利用手機軟件繪制單擺運動的函數(shù)圖象.

5.3 教學(xué)過程

5.3.1 教學(xué)情境

播放擺鐘(世界上最高的擺鐘)、秋千在平面做擺動的視頻.

問題1你知道擺針為什么可以測量時間嗎？

問題2你蕩秋千時，用力蕩一次，每次下降和上升所花費的時間是一樣的，還是越來越短？

設(shè)計意圖：在引入教學(xué)內(nèi)容時，借用實際生活中的事例來吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生思考，有利于拉近學(xué)生與知識之間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生觀察世界、發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)的科學(xué)素養(yǎng)和人文素養(yǎng).這種通過實際問題引入知識的方式，能夠讓學(xué)生體會生活中的數(shù)學(xué)，突出研究三角函數(shù)模型與實際問題相結(jié)合的重要意義.

5.3.2 設(shè)計方案

通過視頻可以觀察到擺針每擺動一下就是一秒，說明擺針每次擺動的時間是相同的.那如何驗證這一點呢？鼓勵學(xué)生自己動手，六人一小組，模擬單擺運動.設(shè)計一個方案，寫出實驗所需的器材和物品，設(shè)計好實驗的操作步驟，列出需要測量的數(shù)據(jù).學(xué)生經(jīng)過一番討論之后，可以各組學(xué)生分享自己的實驗方案，說出自己的設(shè)計意圖，或者目前存在的問題，集思廣益，共同完善實驗方案.學(xué)生利用20 m的細繩、兩個粘鉤、一個螺母、量角器、秒表進行實驗.但是發(fā)現(xiàn)秒表計算單擺運動的周期是不夠準(zhǔn)確的，可以向?qū)W生推薦使用手機錄像.

設(shè)計意圖：在設(shè)計實驗方案的過程中，學(xué)生之間相互交流、合作，取長補短.學(xué)生盡可能地利用自己身邊的材料，自制工具和設(shè)備，培養(yǎng)動手能力，提升學(xué)生的工程素養(yǎng).在實驗設(shè)計中加入技術(shù)元素，提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng).

5.3.3 科學(xué)史知識

學(xué)生通過實驗裝置自主收集幾組螺母的擺動周期，教師引導(dǎo)學(xué)生進一步思考它們擺動的周期是否相同，以及擺角是否決定周期，進而發(fā)現(xiàn)單擺運動(擺角小于5°)的等時性.同時，教師可以向?qū)W生介紹相關(guān)的科學(xué)史料，單擺的等時性是由意大利科學(xué)家伽利略發(fā)現(xiàn)，并且介紹伽利略發(fā)現(xiàn)單擺等時性的一些趣事.

設(shè)計意圖：成功并不是一蹴而就的，實驗方案需要學(xué)生不斷地完善.教師應(yīng)鼓勵學(xué)生堅持不懈，認(rèn)真鉆研，提高學(xué)生之間的協(xié)作能力，樹立集體意識.單個的數(shù)據(jù)不能說明問題，大量的實驗結(jié)果才能說明實驗結(jié)論的準(zhǔn)確性.教師融入科普知識，學(xué)生正確認(rèn)識科學(xué)知識，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升藝術(shù)素養(yǎng).

5.3.4 科學(xué)技術(shù)

通過實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)單擺的擺動周期在擺角小于5°的時候是相同的，發(fā)現(xiàn)其周期現(xiàn)象，將之與三角函數(shù)相聯(lián)系，利用手機拍攝視頻，然后用Kmplayer軟件截圖，PowerPoint插入視頻連續(xù)截圖，保證一個周期的運動，觀察生成的圖象來確定位移與時間之間的的關(guān)系.圖象形似三角函數(shù)圖象，學(xué)生很容易聯(lián)想到本章所學(xué)的三角函數(shù)的圖象.通過GeoGebra擬合函數(shù)圖象，確定其與三角函數(shù)的關(guān)系.

設(shè)計意圖：讓學(xué)生自己歸納總結(jié)利用函數(shù)模型解決實際問題的一般步驟，然后在老師的幫助下完善結(jié)果，促進學(xué)生用科學(xué)的方法解決實際問題，認(rèn)識和使用技術(shù)手段，增強使用技術(shù)手段的意識.

5.3.5 總結(jié)交流

教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧本節(jié)課內(nèi)容.本節(jié)課通過實驗驗證了單擺運動的等時性，在擺角小于5°時成立，所以擺鐘的擺線較長，擺角較小.又借助軟件驗證了位移和時間的關(guān)系可以通過三角函數(shù)模型加以刻畫，加深了對三角函數(shù)的認(rèn)識和應(yīng)用.