STEM教育理念在小学数学推导圆锥的体积教学过程中的应用

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  摘 要:STEM教育已经成为各国未来教育改革创新的重要方向。随着STEM教育的不断发展,让STEM教育理念服务于小学数学课堂,灵活运用各学科知识,多途径地解决圆锥体积问题。
  关键词:STEM教育;圆锥;体积
  STEM教育,即科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engi-neering)、数学(Mathematics)教育的統称。[1]STEM教育是当今知识经济时代下全新的教育范式,以培养具有善于质疑、勇于实践和敢于创新的学习品质,以及具有跨学科知识素养和解决真实问题能力的人才为根本目标,已经成为各国教育领域的重要发展战略。[2]
  STEM教育的特色是重视学科知识之间的内在联系。中小学阶段的整合性STEM教育是把STEM领域的核心概念置于富有吸引力的现实问题情境中,采用问题解决驱动的以学生为中心的教学方式,支持数学和(或)科学内容学习的同时,通过强调问题解决过程中学科之间的整合,帮助学生习得工程设计和(或)技术手段、理解各学科间的紧密联系,体会学科的价值,培养21世纪新技能,提高学生对STEM学科的积极态度及投身STEM领域相关事业的热情。[3]
  STEM教育注重学生学习与实际生活之间的联系,教育要立足于生活,从真实生活中的问题出发。强调“做中学”“学中做”的教学理念,开展基于真实问题情境下的探索式学习。[4]作为一名小学一线数学教师,笔者尝试将STEM理念服务于小学数学课堂教学中,在推导圆锥体积的教学中,多学科的融合教育有助于提高学生理科综合素质,提高运用多学科知识经验的能力,思考多样化解题策略和途径,增强团队意识。
  一、基于现实生活情境,提出问题
  “圆锥的体积”是人教版小学数学六年级下册的内容,属于空间与图形知识的教学,是小学阶段几何知识的重难点部分。笔者执教于农村小学,近几年随着经济的发展,家家户户都盖起了高楼,大部分学生也都看到过砖工师傅造房子。因此展示了砖工师傅使用铅锤体的一段视频,并提出两个问题:(1)为什么要使用铅锤体?(2)这个铅锤体的体积是多少?
  对于第一个问题,有的学生回答“不知道”,有的学生猜测“因为铅锤重,把线拉直了”,有的学生提议上网查。其实这个问题属于科学的范畴,于是笔者带领学生上网搜查,得到了答案:利用重力作用,铅锤悬挂后,铅锤竖直向下指向地心,旁边的物体通过与铅垂线的比较后,确定其是否竖直,多用于建筑测量。
  对于第二个问题,有的学生抢着回答“是圆柱体的三分之一”,这部分学生大都是预习过新课了,直接记住了圆锥的体积公式,但是真正让他讲原理,问他如何推导的就不能解释清楚了。于是,笔者启发能不能动手实验来推导出圆锥的体积。
  二、融合多学科知识、多样化策略解决问题
  1.头脑风暴:预估方案
  学生尽可能地开拓思维,天马行空,在没有任何条件限制的情况下,提出各种方案并及时讨论方案的可行性。
  2.小组讨论:如何选材
  笔者提供了规格不同的3组实心的等底等高的圆柱和圆锤,规格不同的6组空心的等底等高的圆柱和圆锥,2个500ml的量杯、2个500ml的量筒、电子秤、适量的沙子和水。虽然材料带有一定的方法的指向性,但是学生可以选择自己需要的材料,设计方案,并上台领取所需材料。
  3.合作实施:完成任务
  学生按照设计方案,动手实验。笔者巡视各小组并在必要的时候提供指导性帮助。
  4.汇报交流:全班介绍
  三、STEM教育理念之体现
  1.数学与信息
  随着现代信息技术的发展,课堂教学中也越来越多地借助了多媒体技术。本节课笔者通过一段视频让学生更真实地感受了圆锤(铅锤),从而引发思考。在解决第一个问题时,带领学生上网查资料,通过发达的信息网络来快速解决课堂上的问题。
  2.数学与科学
  本节课的第一个问题:为什么要使用铅锤体?它是一个科学问题。数学和科学这两门学科其实是紧密联系在一起的。通过生活中的一幕,引起思考,在数学课堂上也可以解决科学问题。
  3.数学与统计
  本节课的实验方案都进行了多组实验。通过不同规格的组别进行反复多次实验,以保证实验的可信性,并利用统计学的方法得出结论。
  四、展望未来,大力发展STEM教育
  放眼全球,STEM教育已经成为各国未来教育改革创新的重要方向。美国、英国、澳大利亚在这方面的课程开展已经非常成熟。而我国也在上海成立了STEM云中心。在21世纪的全球经济竞争中,数学知识至关重要。数学是基础学科,学好数学不仅有利于学习者更好地学习其他STEM课程,还有利于提高判断力和形成严密的逻辑思维习惯。[5]
  参考文献:
  [1]龚凯健.STEM教育背景下小学科学教育的思考[J].陕西教育,2016(6).
  [2]秦瑾若,傅钢善.STEM教育:基于真实问题情景的跨学科式的教育[J].中国电化教育,2017(4).
  [3]杨亚平,陈晨.美国中小学整合性STEM教学实践研究[J].外国中小学教育,2016(5).
  [4]秦瑾若,傅钢善.STEM教育:基于真实问题情景的跨学科式的教育[J].中国电化教育,2017(4).
  [5]张燕军.21世纪美国中小学生STEM素质低下问题及其对策[J].外国中小学教育,2013(6).
  编辑 温雪莲
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