引入STEM教育理念助力教师对教学重难点的深度讲解

2022-09-15甘肃泾川县丰台镇伍仲小学

小学科学 2022年10期

◇王莹（甘肃：泾川县丰台镇伍仲小学）

三角形稳定性问题源于小学数学四年级下册中的“三角形”知识点。稳定性是三角形相对于其他图形而言的特殊性质，适用范围广泛，实用性较强。同时，三角形稳定性的分析与验证也是小学数学教学中的重点难点。在传统教学中，由于找不到准确的切入方式，教师无法深入细致地讲解其原理。因而，只能简单讲解该知识点内容，要求学生记住即可。STEM 教育理念的引入，为教师的深度讲解提供了理论依据及必要条件。

一、参照STEM教育理念，导入问题基本情境

STEM 教育理念源于20世纪中期的美国，是科学、技术、工程与数学四个英文单词首字母的组合。其理念就是将这四门学科及其所属领域进行教育综合，以相互促进、共同发展的思维开展教学。

在具体的教学之前，教师首先要弄清三角形稳定性的基本概念以及与STEM 教育理念之间的必然联系。通过教材中《三角形》的知识点，可以得知三角形的特殊性质：三角形具有唯一性，构成一个三角形的三条直线并不是随意的，而是必须满足一定的条件；三角形具有稳定性，一个构建好的三角形其形状不会轻易发生改变。然而，在已知定理的前提之下，学生常常会思考：为什么三角形具有稳定性，而其他图形却不具有？教材是以什么作为依据得出这个结论的？似乎在现实中，也存在一些特殊例子，并不遵循这个规律。STEM 教育理念强调，学生对未知事物要保持探索的心理，利用一切有利条件，对设想进行检验，提升自己，并对社会做出贡献。因此，STEM 教育理念为三角形稳定性的探索提供了可靠的理论支持。在此基础上开展教学实践，必然能达到意想不到的效果。

二、运用STEM教育理念，合理开展实践设计

对于小学生而言，探索三角形稳定性，难度较高，不易操作。因此，教师在实践设计的过程中，必须运用STEM 教育理念，将实践开展的每一步骤都立足于STEM 教育理念之上，以保证学生能通过已学的知识内容及现有的生活经验，有效进行实践探究。

（一）明确发展目标，注重思维培养

教学实践的开展，必须建立在明确的发展目标之上。小学阶段，正是学生确立发展方向、铺设发展道路的最佳时期。STEM 教育理念已经为我们指出了学生个人发展的主要目标：“培养个人创新精神与实践能力，通过研究探索，最终能为社会的发展贡献力量。”当然，在初级阶段，教师可以将目标进行分层，基于学生当前的实际情况，制定一系列的实践策略。

开拓创新，往往建立在发现的基础上，因此，“善于发现”可以作为学生的第一发展目标。以三角形的稳定性为例，教师开展教学实践的第一步，就是让学生观察生活中存在的三角形应用并进行归类，查找哪一类应用到了三角形稳定性的原理，而哪些则没有应用。在此基础上，有学生展开了探索，发现了三角形生活应用如下：

房子的房顶设计一般都为三角形，风筝的形状多数为三角形，平时吃的零食有许多也为三角形（妙脆角、面包等），路边的指示牌许多也都呈三角形。

在发现了这些事物之后，教师就可以引导学生首先根据自己的生活经验及第一感觉进行初步判断，如房顶设计成三角形主要用途应该是便于排水，与稳定性关系不大；风筝必须足够牢固，在飞行中才不容易散架，应该与“三角形稳定性”有一定联系；零食的设计主要是为了美观、增强食欲；指示牌设计，应该是为了视觉效果，看上去更醒目一些。有了这些直观判断之后，教师再组织学生进行实践验证更具目的性、指向性，有利于教学的高效开展。

小学阶段的数学探索不仅仅局限于这一个问题上。针对其他现象产生的问题，教师也可以引导学生以同种思维展开探索，打牢基础部分，明确发展目标，从小培养学生的探索构建意识，强化学生思维能力。

（二）引入问题难点，制定实践方案

发现问题难点、找到突破方向，是STEM 教学方向之一。三角形稳定性问题的难点，在于其过于抽象，难以直接观察。虽然学生已经罗列出了上述三角形在生活中的应用，也进行了一定的猜想，但这并不能作为实践的结论来判定，必须找到充足的依据。如何有效避开难点，巧妙设计实践，是教学实践中不可缺少的环节。为此，教师可以组织学生进行分组讨论，商讨各组的实践策略。

学生经过充分的讨论，确定了以下几个基本方案。

方案一：利用现有的工具进行简单验证。准备若干铅笔及一个透明胶带，将铅笔用透明胶带固定成三角形、平行四边形、长方形、正方形、梯形等不同图形。固定后用力拉扯，观察其形状变化。如果三角形的性质正确，那么结果应该是只有三角形未变形，而其他图形都发生了明显的变化。

方案二：对生活中已有设计进行改动，增强实践的可靠性。小学生操作精确度有限，自行制作的图形往往存在许多漏洞。因此，可以对生活中常常会用的物品进行简单改装，观察物体稳定性的变化。就以家中常见的凳子为例，为了让凳子更加平稳，在设计时常常会在其每一底脚与凳面的连接处加上一条“固定板”以构成四个相同的“三角形”。学生可以拆除部分或全部“固定板”，再检验凳子稳定性的变化。如三角形稳定性性质成立，则拆除“固定板”后，凳子的稳定性会显著下降，出现摇晃的现象。

方案三：充分利用各种资源，以理论查找与实践相结合的方式，为结论提供多方面的依据。例如，学生可以在网上搜集有关三角形稳定性的资料进行分析，采用一些适合自身的实践方案。最好能从源头出发，找到人类发现三角形特殊性质并简单运用的历史时期，将自身代入其中。这样一来，能带给学生更多体验感。当然，学生也可以进行社会调查，从一些劳动者的口中，得知他们在工作中对三角形稳定性的应用，并加以记录。假设“稳定性”成立，那么这些方面的实践应该能得到类似的结果。

方案一是对三角形稳定性最基本的探索，建立基础模型，设计简单，容易进行，但是存在一定的局限性，无法作为实践的最终结论。方案二的设计就有一定的生活联系，用具体的事物进行实践，相对而言，效果较好，依据也较为充分，可以作为学生开展实践的参照方案之一。但是，该方案还有待完善，最好从多种不同的事物出发，通过其共性得出结论。方案三结合了信息化时代的产物，理念较为先进，可操作性也较强。其不仅有理论依据，也巧借“他人之手”完成实践活动，体现了学生很强的思维创新性，值得教师在教学中进行推广。

由此可见，好的方案设计对教学实践的开展，能起到重要的引导作用。教师也要鼓励学生进行思维上的创新，能够依据现有条件大胆构想，达到STEM教育理念促进学生思维发展的要求。

（三）组织实践活动，提高学生操作能力

提升学生的认知水平与实际能力是STEM 教育理念的最终目标。为此，教学不能光有理论依据与方案设计，还要帮助学生开展实践活动。在上述方案的支持下，学生已经有了大体的实践方向，教师只要稍加改动、适当提点即可。

为了充分体现STEM 教育理念及确保学生在实践中的安全，使学生实践效果最大化，教师采用了学生方案三的实践计划，并做出了以下改动。

改变学生实践模式，由个人进行实践转变为小组协作，通力完成任务，将全班学生以三至五人为一组，分成若干个小组。

明确分工，强调团队协作性，选取一名学习成绩突出、组织能力较强的学生担任小组长，总体指挥实践的开展。一名学生负责资料搜集，借助网络工具，从各类网站中查找信息，摘抄相关理论，为实践做好铺垫。另外两名学生在保证自身安全的前提下，进行社会调查，找到与三角形稳定性原理有关的工作者，从他们口中得到具体的实践运用。最好能够实地观察，例如，工人如何加工桌子、凳子，房屋的屋顶是如何建造的。可拍摄相关照片，突出结论的可靠性。

整理相关调查结果，得出较为完善的结论，并能够在课堂上分享小组成果。每一小组实践的内容和方向都存在一定的差别，为了方便教师评价与判断，可以要求学生整理出实践结果，让各小组长在课堂中分享本组实践的过程及结果。最后，教师从不同角度对学生的实践进行综合评定，选出表现最佳的一组或几组学生进行重点表扬。当然，教师也可以设定学生评委，在每组中抽取一名学生对各组的实践结果进行评价，并说出评价的理由。

通过上述实践探究，不仅体现了学生之间的团结协作性，提升了实践效率，也能集合学生的智慧，增强实践的可操作性，以补充小学生各项能力的不足。该教学模式同时符合了STEM 教育理念的多项要求，是STEM教法的一次有效运用。

三、结合STEM核心特征，教学回顾充分整合

在STEM 教育理念中，包含着多项“新教育”应具备的核心特征。这些特征不仅是该理念活性的源泉，也是教学革新的重要依据。教师应将其与教学回顾充分整合，使实践促进学生发展的成效得到最大化体现。

（一）摆脱学科限制，紧密学科间联系

学科融合性是STEM 教育理念的核心特征。分析本次教学实践之所以能够顺利进行，主要原因在于其运用到了小学阶段多个学科的知识点内容及解决问题的方法策略。

小学数学四年级下册中的“三角形”知识点，是本次教学实践的理论基础以及问题的源头所在。而小学科学第一册中的《观察物体》以及第二册中的《工具的科学》，分别为学生提供了发现事物的方法及生活中各种工具的实际原理，对实践的开展有一定的导向作用。学生实践查找资料的过程中使用到的网络就是“技术”这一学习内容的集中体现，只有在学好“技术”的前提下，学生才能有效使用信息化工具，对实践的开展起到一定的辅助作用。学生进行社会调查，对施工环节的实地考察，则是“工程”这一领域的具体表现。任何数学及科学原理，都要运用到“工程”中，才能发挥其最大的价值。同样，“工程”的开展也是检验原理正确与否的最好途径，它们之间有着相互影响、共同进退的关系，这也是学生在学习时应该考虑的方向。

通过对四者之间相互联系的分析，能使学生更好地理解STEM 教育理念与自身学习之间的关系，更有利于学生在今后的自主学习中，更多地结合STEM的学科特性，让自身得到全面发展。