STEM教育理念下的小學數學教學初探
——以“三角形穩定性”一課為例

馬玨瑩

（廈門市思明小學 福建廈門 361005）

《中國教育現代化2035》提出了因材施教的理念。首先，是“面向學習者個性化、多樣化學習和發展的要求”。其次，要通過完善教育體系，創新教育體制機制，改進培養模式等全方位的措施，使整個教育系統圍繞貫徹其理念，體現為教育的基本價值[1]。在新時代教育改革的背景下，如何通過教師的引導教學，培養孩子的綜合性能力與創造性思維，這是我們尋求突破的問題。

一、研究背景

STEM教育起源于美國，美國政府在20世紀80年代為了提高學生的創新性思維提出了新型的教育理念。我國STEM教育理念發展得比較晚，很多小學還沒有建立完整的STEM教育體系。STEM課程教學是跨學科學習。教學目標中明確指出教學中要融入科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics），強調培養學生的探究精神和解決問題的能力，并在解決問題的過程中，綜合學習并應用各個學科的知識。以問題驅動教學，創設項目化情境，讓學生從身邊的問題導入，并分析和解決真實場景中的問題，重點培養學生的科學素養、技術素養、工程素養、學科素養。其顯著特點是跨學科整合，以工程為主線；基于項目和問題學習；在真實情境下的活動中學習；在學習方式上，注重合作與探究解決問題，注重學習過程；多元評價方式相結合等。STEM教育模式把數學作為一種輔助性工具把科學、技術、工程和數學結合到一起，學生在動手操作的過程中，不僅體驗了成功的樂趣，而且還提高了合作意識。因此，教師可根據STEM教育理念將其與數學教學進行融合，讓學生帶著思考激發他們的學習興趣，幫助學生創建教學情境在任務驅動下自主學習[1]。

數學課程標準指出“數學是研究數量關系和空間形式的科學”。數學與社會進步有著緊密的聯系，在信息飛速發展的時代，數學更加廣泛應用于日常生活的各個方面。數學不是一門獨立的學科，它與其他學科都有著交叉互容的連接點。當前備受關注的STEM教育理念就是科學、技術、工程和數學的結合體，注重跨學科融合。由此可見，STEM理念與小學數學有著千絲萬縷的聯系，STEM既可以為學生的學習增添實踐性和趣味性，也能實現多學科的融合，增強學生的綜合性學習及應用，加強培養創新型人才，為培養復合型人才做保障?；诖?，筆者在STEM視域下對人教版四年級下冊“三角形穩定性”一課進行了以下實踐探究。

二、三角形穩定性含義

三角形穩定性是指任意一個三角形的最短兩邊之和大于第三邊才能圍成三角形。一旦三邊長度確定，三角形的大小形狀都一樣不會發生改變，說明三角形具有唯一性，即三角形具有穩定性。三角形穩定性是數學三角形一單元中重要的教學內容，在具體的教學中，為了讓學生能夠掌握三角形穩定性及其相關知識，教材編排讓學生利用三根小木棒來圍三角形，并用四根小木棒圍四邊形來進行圖形之間的對比，圍成的四邊形形狀不唯一，也就說明了四邊形不具有穩定性，與三角形進行對比，幫助學生更好地理解三角形的穩定性，為學習后續知識做鋪墊[2]。

三、三角形穩定性教學策略

1.三角形穩定性與科學的融合，培養綜合實踐能力

達·芬奇曾說過：“數學是一切科學的基礎?！睌祵W與科學息息相關，我們可以通過科學的現象思考數學，反之也可以通過數學視角解決科學問題，兩者教學融合能夠有效培養學生學科思維，增加各學科認知能力。以主題學習活動為引領，充分發揮學科融合的作用，增強數學課程的可操作性。

在研究三角形穩定性一課中，我們結合學校的科創節以班級小組為單位開展了“高空墜蛋”綜合實踐活動。

學生活動方案：

材料：雞蛋、8根木筷子、一支熱熔膠槍、膠帶、卡紙2張、剪刀。

學生1.0版本實驗方案：

方案1：給雞蛋裝個降落傘 。增加空氣阻力，讓雞蛋平穩著落。

方案2：用六根筷子交叉成三個三腳架，雞蛋用封條固定中間，從高空拋落不會碎。

方案3：用一張紙折成圓錐，將雞蛋尖頭朝下放進去。雞蛋與圓錐體紙片形成三角形結構，具有較好的機械強度，能夠在平面上承受一定的壓力。三角形的尖端首先與地面接觸，緩沖了地面對雞蛋的壓力，所以雞蛋不會碎。

通過多次實驗，學生分析實驗失敗原因：什么因素導致雞蛋破裂？雞蛋的速度、被撞表面的硬度、雞蛋外殼硬度低。進而繼續2.0版本的改造，發現三角形結構裝置穩定性較強。

在這一綜合實踐活動當中，學生在動手操作的同時，教師通過引導學生實踐前的思考方案、實踐后反思實踐成果，讓學生自主合作探究活動方案的有效性，分析實踐失誤緣由，追根溯源找出調整方案，反思成功實踐案例。這一經驗不僅讓學生充分感受到三角形的穩定性在活動中的應用，而且也讓學生充分發揮了團隊精神，培養了學生的合作意識，提高了綜合實踐能力。

《義務教育勞動課程標準（2022年版）》于2022年9月開始實行。其中，第二學段（3-4年級）“初步體驗簡單的種植、養殖、手工制作等生產勞動。參與校園衛生保潔，垃圾分類處理，綠化美化等活動?！痹谕谖迥昙壚蠋熼_展跨學科融合的教學過程中，筆者也關注到校園種植區中也蘊藏著三角形穩定性，其中番茄種植區以及百香果種植區分別屬于軟枝植物和爬藤植物，需要長條木棒加以鞏固，擴大植物生長范圍，因此，充分利用本學期植樹節活動，讓學生自主設計加固支架，在動手操作中，使學生不僅感受到三角形穩定性廣泛應用于生活生產中，而且也讓學生積極參與到校園的綠化美化活動，實現第二學段勞動教育的目標即“形成基本的勞動意識，樹立正確的勞動理念”，實現五育融合。

2.三角形穩定性與技術的融合，提升信息技術水平

數學課程標準指出：“小學數學的課程設計要結合學生的實際情況，并合理利用現代化的信息技術，注重兩者的有效整合，注重數學教學的有效性?！眲摽徒逃兄趯W生將數學知識信息技術化，優化數學課程，打造充滿活力的課堂。

例如，學生可以利用幾何畫板研究三角形三邊關系及三角形的穩定性；利用三角形的穩定性進行折紙，設計將所折圖形站立在桌面；通過編程進行制圖，畫出三角形穩定性應用于生活中的三角錐冰淇淋餅干托。

除此之外，教師還可以從世界七大奇跡之一金字塔引入，讓學生思考能否用學習過的建模知識用現代技術仿造金字塔，進而構建金字塔模型，將小組討論建模的過程記錄下來，形成金字塔模型制作方案，最后利用3D打印技術實現學生的制作方案。在STEM理念下，尊重學生的個性差異，關注學生的興趣及參與度。合理的評價更能激發學生學習的熱情，注重評價主體多元化，采用學生互評、學生自評及教師評價相結合的方式進行評價；也可以根據教學內容采用多元評價方法，如匯報展示、小組評價表、目標達成評價表等評價方法，讓學生充分匯報自己的學習成果。這樣才能提高學生多元化發展的能力，提高學生創新、實踐及探究的能力。

通過“形成問題——獲取證據——科學解釋——拓展反思”的教與學的思路，層層遞進，引導學生掌握三角形穩定性這一數學知識。同時，引入3D打印技術，激發學生對金字塔構建的思考，加深對三角形穩定性的感知。在此基礎上，還可引導學生利用3D打印技術將仿造其他的建筑模型等，將三角形的穩定性可視化，發展學生的空間觀念，同時在每一個制作方案中了解先進的理念及設備，了解3D打印技術也可以應用于航天、醫療等領域，激發學生的創造性思維，提升學生的信息技術運用能力。

3.三角形穩定性與工程的融合，發展工程素養

技術與工程思想的學習強調，學生要從自身的直接經驗和親身體驗為源頭進行拓展，在做中學和學中做學會解決實際問題的方法，提升學生的綜合素質，滿足人們的實際需要。教師在引導學生進行教材的學習時，可將工程設計融入數學的活動項目中，從而培養學生站在工程角度解決問題的能力。

高樓林立的現代生活中處處都有三角形的穩定性的應用，如校園周邊新建的文化宮外墻、窗戶框的支架等，因此，開設綜合實踐活動將數學與工程進行融合。例如，讓學生修理搖晃的椅子、加固臺風天的樹木。又如，讓學生了解金字塔設計成三角形的樣子是為了把上面壓下的重量均勻地分布在兩邊，使其不容易倒塌變形，不僅將三角形穩定性與工程進行融合，而且向學生滲透了歷史文化，使學生感受文明古國古人的智慧。課后，開展拓展活動“逆天的紙”，用一張A4紙承受一本數學書的重量，即折出瓦楞波痕，形成三角形結構體，具有較好的機械強度。在這一系列操作實踐過程中，與工程問題相結合開展探究性學習，培育學生的工程素養。

在此基礎上，筆者根據學生的身心發展特點，通過任教學校的“閱讀+”項目式學習下，在“三角形穩定性”一課中讓學生進行數學閱讀分享；通過搜集、創編等進行交流討論故事情境中應用了什么數學知識。進行項目式學習，設置實踐活動，讓學生動手操作，使學生課上根據數學閱讀分享的內容進行動手操作，在操作中進一步體會三角形的穩定性，積累數學活動經驗，激發學生學習的興趣，培養學生解決問題的能力、言說表達能力以及動手操作的能力，提升其學科素養。

在校本課程中，筆者通過組織活動引導學生進行“搜集材料——閱讀分享——動手實踐——交流反饋”等環節，讓學生在獲取知識的同時，感受數學知識在生活中的應用，體會數學閱讀的樂趣。

基于此，我校根據自身特點發展具有本校特色的STEM融合學科教學，打破學科知識傳授的時空限制，形成校本資源分享于各個年段，利用信息技術的發展與普及將課程資源拓展到課本之外的世界。筆者思考在此基礎上，是否可學習企業平臺借助大數據和人工智能技術將其整合成為微課程，在STEM平臺上對好的數學授課經驗進行分享與學習，開發更利于學生學習的教學模式，真正地讓學生在學習中融會貫通，培養學生對STEM課程的探索欲和學習興趣，讓學生更愿意在STEM理念下進行有趣和有探索欲的數學學習。

4.三角形穩定性與數學的融合，提升數學思維能力

三角形穩定性是人教版小學數學四年級下冊“三角形”單元中的第二課時，教材分兩個層次進行編排：第一層次，從唯一性的角度來理解三角形的穩定性。第二層次，從牢固的角度來理解三角形的穩定性。通過對三角形一單元進行聯結、建構、應用的多重分析，進行單元整合后，將“三角形穩定性”一課時核心目標確立為，通過拼搭三角形、四邊形等活動，理解三角形的穩定性，感受三角形穩定性在實際應用中的價值，并探究多邊形的穩定性設計個性化產品，落實學生應用意識及創新意識的核心素養。

STEM教育強調，在開展教學活動的過程中，學生要遷移知識和經驗，使新舊知識相互碰撞，實現知識間的融會貫通。教師圍繞驅動問題，在學生學習的障礙、困難處搭建腳手架，形成遞進的一系列問題，引導學生沿著問題主線，在小組交流中進行互動，探尋三角形穩定性本質特征，遷移并運用知識；通過對內容、方法、思路等方面進行追問，讓學生進行充分的思辨與表達，拓展學生探索空間，發展學生的思維能力。[2]因此，從三角形的穩定性出發，從而探究多邊形的穩定性，并提出問題“如何將多邊形變得穩定？”。利用三角形穩定性的創意改造將多邊形變得穩定，讓學生在已有知識經驗的基礎上充分發揮想象力，形成任務驅動，培養學生的合作意識。在解決問題的過程中，利用擺小棒、拉動多邊形框架等方法推理和證明多邊形是否具有穩定性，利用三角形的穩定性制作一件獨一無二的創意作品，并開展精彩的產品推介會，在投票選舉中決出前三名最受歡迎獎，布置學生根據設計理念及原理撰寫研究報告。這又對學生提出了更高的學習要求，引領學生會用數學的眼光觀察現實世界，會用數學的思維思考現實世界，會用數學的語言表達現實世界。

數學仍然是教學的主體，將數學教學與其他學科有機融合，豐富學生的空間感知經驗，讓思維多元化，將數學知識應用于解決實際問題中，培育學生的創新意識和空間想象能力，以及多方位素養的提升。

結語

基于STEM視域下，小學數學跨學科融合，使我們有意識地創新教學方法，提高課堂效率及趣味性，改變傳統的數學課堂教學模式，讓學生有了與眾不同的課堂體驗，提升了學生創造性、綜合性學習的能力。遵循《中國STEM教育白皮書》堅持“協同、合作、開放、包容、創新”的原則，培養國家發展急需的創新人才和高水平技能人才，合理開發項目式研究項目，鼓勵學生創造性地解決生活中的實際問題，在潛移默化的教學中增強學生的自主學習能力，進一步培養學生的綜合性思維，積累多種學科活動經驗，適應未來的社會需求。我們要繼續秉承創新教育理念和學習方式，促進小學數學與各學科的融合創新發展，使學生會用數學的眼光觀察世界，會用數學的思維思考現實世界，會用數學的語言表達現實世界，為國家培育創新型人才。