基于STEAM教育理念下中學(xué)數(shù)學(xué)幾何教學(xué)設(shè)計(jì)研究-以“直線與圓的位置關(guān)系”為例

基于STEAM教育理念下中學(xué)數(shù)學(xué)幾何教學(xué)設(shè)計(jì)研究—以“直線與圓的位置關(guān)系”為例目錄TOC\o"1-3"\h\u99061緒論 1208031.1研究背景 1117191.1.1核心素養(yǎng)要求 1254751.1.2當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展 11611.1.3基礎(chǔ)性學(xué)科的要求 1199081.2研究意義 168041.3研究方法 2292871.3.1文獻(xiàn)分析法 3244081.3.2訪談法 3280881.4理論依據(jù) 3275701.4.1跨學(xué)科整合 3154651.4.2在做中學(xué)的教育 4226561.4.3多元智能理論 4202082理論綜述 4274452.1STEAM教育起源及歷程 4144912.1.1起源 4181682.1.2完善 5247402.1.3發(fā)展 530822.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 532102.2.1美國(guó) 5325482.2.2德國(guó) 657462.2.3英國(guó) 6248052.2.4韓國(guó) 6305662.2.5澳大利亞 675602.2.6國(guó)內(nèi) 6196202.2.7啟示 7326353STEAM教育理念下教學(xué)模式分析 7308193.1創(chuàng)新性導(dǎo)入，吸引學(xué)生參與 891093.2自主協(xié)作探究，建立新概念 8168183.3疑問(wèn)解釋?zhuān)Y(jié)論歸納 892023.4知識(shí)遷移，多方運(yùn)用 8134063.5多方評(píng)估，完善教學(xué) 9222104調(diào)查分析和幾何教學(xué)框架設(shè)計(jì) 9186954.1課前教師訪談總結(jié) 9103894.2幾何教學(xué)框架設(shè)計(jì) 9242604.2.1情境導(dǎo)入 1055994.2.2初步探究 1069204.2.3原理分析 1196774.2.4深入探究 11106724.2.5展示評(píng)價(jià) 1163105.實(shí)踐和建議 12261955.1實(shí)踐選題 12200445.2課后師生訪談總結(jié) 123395.3建議 13198605.3.1國(guó)家和教育部 1316045.3.2教師 1423436參考文獻(xiàn) 15785致謝 118935附錄1教學(xué)設(shè)計(jì) 1702附錄2課前教師訪談提綱 87800附錄3課后教師訪談提綱 932009附錄4課后學(xué)生訪談提綱 10

摘要：STEAM理念下的教學(xué)嘗試打破傳統(tǒng)學(xué)科間的分離并實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域的整合統(tǒng)一，在全新的認(rèn)知框架下使各種知識(shí)能夠更有效的被運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的處理中去。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外STEAM教育相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整理和分析，結(jié)合5E教學(xué)法設(shè)計(jì)幾何教學(xué)框架，然后以初中數(shù)學(xué)“直線與圓的位置關(guān)系”一課為例進(jìn)行教學(xué)，并在師生訪談后反思教學(xué)，進(jìn)而提出建議，為今后更廣泛的開(kāi)展STEAM理念下的數(shù)學(xué)教學(xué)提供參考。關(guān)鍵詞：STEAM教育；5E教學(xué)法；教學(xué)設(shè)計(jì)1緒論1.1研究背景1.1.1核心素養(yǎng)要求基于國(guó)家的進(jìn)步需求及未來(lái)的人才培育目標(biāo)，我國(guó)確立了六大核心素養(yǎng)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)“注重多元化的思考模式”、關(guān)注于現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的問(wèn)題的處理策略，這與STEAM理念所見(jiàn)一致。STEAM教育的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于能夠創(chuàng)造出更為實(shí)用的學(xué)習(xí)環(huán)境，它能綜合各種學(xué)科的信息以激發(fā)學(xué)生的思考力，使他們對(duì)于問(wèn)題的本身充滿好奇心而非被動(dòng)地解決它們。因此，STEAM教育也被很多人看成培養(yǎng)21世紀(jì)學(xué)生各種技能以及提高核心素養(yǎng)的有效方法。1.1.2當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展當(dāng)今社會(huì)科技迅猛發(fā)展，國(guó)家之間的競(jìng)爭(zhēng)說(shuō)到底就是人才的競(jìng)爭(zhēng)，而當(dāng)下我國(guó)大部分學(xué)校仍以應(yīng)試的分科教育為主，大多數(shù)學(xué)生當(dāng)下所學(xué)習(xí)的只局限在課本知識(shí)，并不是自己真正感興趣的內(nèi)容，因此筆者認(rèn)為開(kāi)拓學(xué)生眼界和適當(dāng)開(kāi)展綜合性的教育顯得尤為重要。由美聯(lián)社發(fā)起的新媒體聯(lián)合會(huì)同北師大智能學(xué)院共同開(kāi)展的研究工作并在其發(fā)布的一份文件里指出：越來(lái)越多的國(guó)際學(xué)校的教師們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了參與式體驗(yàn)對(duì)于讓孩子們能夠更好地運(yùn)用他們已學(xué)的理論是多么的重要！所以各國(guó)的老師們都在積極尋求如何把孩子們的創(chuàng)意融入課堂活動(dòng)的方法之中來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。由此可見(jiàn)，實(shí)施STEM課程體系可以有效的促進(jìn)孩子的全面成長(zhǎng)。1.1.3基礎(chǔ)性學(xué)科的要求數(shù)學(xué)作為一個(gè)基礎(chǔ)的科學(xué)領(lǐng)域，是自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)等眾多學(xué)科的根基。如果想深入探討物理、化學(xué)、金融等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，掌握數(shù)學(xué)知識(shí)至關(guān)重要。數(shù)學(xué)與其他學(xué)科密切相關(guān)，那么數(shù)學(xué)教學(xué)也就不能局限于數(shù)學(xué)這一方面的內(nèi)容，將數(shù)學(xué)與其他學(xué)科相融合進(jìn)行交叉性教學(xué)，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，從而更好地提高學(xué)生的興趣、發(fā)展學(xué)生的思維。聯(lián)合國(guó)教科文組織也提到要重視學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展，希望可以不斷提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，這與STEAM教育提倡的跨學(xué)科教學(xué)不謀而合。1.2研究意義STEAM教育即結(jié)合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）與數(shù)學(xué)（Mathematics）教育為一體的一種教育模式，它試圖消除各科之間傳統(tǒng)的界限并且促進(jìn)多門(mén)課程相互交融以形成新的知識(shí)結(jié)構(gòu)以便更好地解決實(shí)際問(wèn)題REF_Ref23109\r\h[1]。美國(guó)自2014年開(kāi)始實(shí)施STEAM學(xué)校計(jì)劃，至今已有超過(guò)10年的時(shí)間。筆者通過(guò)閱讀文獻(xiàn)得知，伴隨著跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的編排和優(yōu)化，以STEAM為核心的教學(xué)方式使得學(xué)生能夠更好地吸收并掌握復(fù)雜的知識(shí)，有數(shù)據(jù)表明受STEAM理念教育的學(xué)生專(zhuān)注度、出席率及記憶能力等方面也得到了顯著提高REF_Ref1188\r\hREF_Ref1188\r\h[2]。數(shù)學(xué)與人類(lèi)文明及社會(huì)發(fā)展密切相連，隨當(dāng)代科技信息的迅猛增長(zhǎng)，其更被廣泛地運(yùn)用到各行各業(yè)的社會(huì)運(yùn)作和生活場(chǎng)景之中。數(shù)學(xué)是一種從現(xiàn)實(shí)世界抽取并總結(jié)出的科學(xué)表達(dá)方式和手段，不僅為物理學(xué)和技術(shù)學(xué)提供了基礎(chǔ)，同時(shí)也在人文學(xué)和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域起到了日益重要的作用。而STEAM教學(xué)模式主張融合科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、工程和數(shù)學(xué)五個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，注重他們實(shí)踐技能的提升。采用這種方法教授初中的數(shù)學(xué)課程，可以使學(xué)生在實(shí)際行動(dòng)中獲得經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也能夠提升他們多元化的能力。數(shù)學(xué)無(wú)處不在于我們的日常生活之中，它作為一個(gè)必要的工具，被廣泛地運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。沒(méi)有了數(shù)學(xué)的支持，現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展將會(huì)受到阻礙，同時(shí)，數(shù)學(xué)對(duì)于現(xiàn)代科學(xué)來(lái)說(shuō)也是至關(guān)重要的一環(huán)。所以，我們不能把數(shù)學(xué)從我們的生活中抽離出來(lái)，同樣也不能讓學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)離開(kāi)現(xiàn)實(shí)的生活環(huán)境REF_Ref1518\r\h[3]。另外，通過(guò)實(shí)施STEAM教育，我們可以為學(xué)生提供更豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，這正是他們?cè)诓粩嘧兏锏氖澜缋锶〉贸晒Φ谋匾獥l件。通過(guò)教師向同學(xué)們傳授各種科技與創(chuàng)新領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論及應(yīng)用方法，不僅能夠降低教育的投入費(fèi)用而且有助于拓展他們的眼界，這明顯是極具性?xún)r(jià)比的。STEAM教育讓他們認(rèn)識(shí)到將來(lái)有可能涉足的工作類(lèi)型及其自身的就業(yè)傾向，這不管是對(duì)于學(xué)生中專(zhuān)或大專(zhuān)的方向選擇，高中階段的選科還是對(duì)于大學(xué)專(zhuān)業(yè)的選擇都是有幫助性的。在中國(guó)引進(jìn)STEAM教育后，許多專(zhuān)家及學(xué)校開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行了深入的研究和試驗(yàn)，旨在構(gòu)建符合中國(guó)國(guó)情的STEAM教育模式。然而，目前為止，大部分研究仍停留在理論層面的闡述和分析上。本文將在吸收并借鑒近年來(lái)國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)者的STEAM教育研究成果基礎(chǔ)上，嘗試把STEAM教育融入到數(shù)學(xué)課堂之中，拋磚引玉，旨在引起更多教師對(duì)于STEAM教育和傳統(tǒng)學(xué)科的教育方式的深度思考。1.3研究方法本研究通過(guò)對(duì)“STEAM教育、STEM教育”等相關(guān)詞匯的文獻(xiàn)搜索，并運(yùn)用了如文獻(xiàn)分析法和案例分布法等多種研究手段，嘗試回答“什么是STEAM教育？”、“為何要推動(dòng)STEAM教育的進(jìn)步？”“如何理解STEAM教育的發(fā)展途徑？”等問(wèn)題。1.3.1文獻(xiàn)分析法通過(guò)對(duì)“STEAM教育”相關(guān)資料的閱讀和理解，掌握其在中國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r，深入探索與整理STEAM教育的核心含義，試圖探究怎樣推動(dòng)STEAM教育的發(fā)展，并對(duì)基礎(chǔ)教育階段的STEAM發(fā)展道路進(jìn)行了深度剖析，包括意識(shí)層面的影響因素、計(jì)劃制定過(guò)程中的考慮點(diǎn)以及實(shí)際操作步驟等方面的內(nèi)容。筆者利用中國(guó)知網(wǎng)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)源，對(duì)“STEAM教育”這一主題展開(kāi)了檢索工作，共收集到與之相關(guān)的文獻(xiàn)共計(jì)5177篇。從2013年起，中國(guó)的STEAM教育研究論文數(shù)量逐年增加REF_Ref1649\r\h[4]。1.3.2訪談法筆者計(jì)劃與研究對(duì)象（6位在校老師）采用線上溝通及面對(duì)面交流的方式獲得6位教師對(duì)于STEAM教育真實(shí)的了解程度、理解及建議，同時(shí)從側(cè)面了解學(xué)生對(duì)于STEAM教育的了解程度并預(yù)測(cè)學(xué)生對(duì)于STEAM理念下課程的接受程度。我在訪談前查閱相關(guān)資料并總結(jié)，根據(jù)需要設(shè)計(jì)訪談?lì)}目，用筆記本做好記錄，準(zhǔn)備好相關(guān)材料及設(shè)備。我在訪談時(shí)使用了錄音筆、智能手機(jī)的錄音功能及時(shí)收集有效信息，解決手動(dòng)記錄困難的問(wèn)題。訪談后做好訪談?dòng)涗?，并進(jìn)行總結(jié)，最后根據(jù)以上六位教師的反饋設(shè)計(jì)教學(xué)。此外，在我進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐之后，邀請(qǐng)兩位老師和八位同學(xué)訪談并提出意見(jiàn)，首先是為了了解我在“直線與圓的位置關(guān)系”這節(jié)課中的教學(xué)情況，了解一線教師對(duì)STEAM教育理念融入幾何課堂教學(xué)的看法。其次是為了了解學(xué)生對(duì)“直線與圓的位置關(guān)系”這節(jié)課的一些真實(shí)想法，包括優(yōu)缺點(diǎn)，以便提出建議。1.4理論依據(jù)1.4.1跨學(xué)科整合STEAM教育，是基于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域知識(shí)的教育模式，其中建構(gòu)主義和認(rèn)知科學(xué)理論為其提供了問(wèn)題或項(xiàng)目研究的指導(dǎo)?？鐚W(xué)科整合是其最基本的特征，不是簡(jiǎn)單堆積知識(shí)，而是將不同學(xué)科的碎片化知識(shí)有效整合成一個(gè)統(tǒng)一整體，以解決實(shí)際問(wèn)題。1.4.2在做中學(xué)的教育廣島大學(xué)(HiroshimaUniversity)的Kageyama教授強(qiáng)調(diào)了兩類(lèi)關(guān)于STEAM教育的理念：“融合”和“制造”，其中關(guān)鍵在于通過(guò)制造實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的綜合理解。這意味著STEAM教育從始至終都圍繞著“實(shí)踐操作”展開(kāi)，旨在鼓勵(lì)學(xué)生在探究和創(chuàng)新過(guò)程中自主地發(fā)掘知識(shí)，并將這些知識(shí)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決方案中去。1.4.3多元智能理論美國(guó)著名的心理學(xué)家和教育學(xué)家Gardner提倡的“多元智能論”強(qiáng)調(diào)人類(lèi)認(rèn)知和理解的過(guò)程并不僅限于一種形式，而是一種多樣化、豐富多彩的存在。根據(jù)他的看法，人們的思維模式和知識(shí)獲取途徑具有多種選擇，并且他進(jìn)一步闡述了人們的主要智能類(lèi)型包括九個(gè)方面，這些不同的智能不僅可以單獨(dú)使用也可以互相配合以達(dá)到最佳效果。因此每個(gè)人都應(yīng)該努力使自己的各種才華得到充分的發(fā)展而非僅僅依賴(lài)于某一種特長(zhǎng)來(lái)應(yīng)對(duì)所有的挑戰(zhàn)。2理論綜述2.1STEAM教育起源及歷程2.1.1起源STEAM理念由美國(guó)提出，是在STEM基礎(chǔ)上演變而來(lái)的一種新的學(xué)習(xí)方式。當(dāng)美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手蘇維埃成功地把人類(lèi)的第一枚太空探測(cè)器送入軌道時(shí)，這個(gè)曾經(jīng)引領(lǐng)全球科技創(chuàng)新的國(guó)家感到了前所未有的壓力，它意識(shí)到航天領(lǐng)域的發(fā)展滯緩是因?yàn)閷W(xué)校的教育理念過(guò)時(shí)造成的。這樣的反省激起了一場(chǎng)關(guān)于教育教學(xué)改良的活動(dòng)，這就是我們現(xiàn)在說(shuō)的STEM概念的前身。上世紀(jì)八十年代中期，當(dāng)時(shí)的美利堅(jiān)合眾國(guó)科學(xué)院發(fā)布了篇文章，這份文獻(xiàn)不僅確認(rèn)了STEM的重要性還提出了解決問(wèn)題的具體建議方案并且獲得了大眾的支持。隨后的時(shí)間里，無(wú)論是從官方還是民間的角度都積極參與到這場(chǎng)旨在提升理工科素養(yǎng)的社會(huì)活動(dòng)中來(lái)，同時(shí)制定出一套完整的教材編寫(xiě)計(jì)劃并對(duì)學(xué)生進(jìn)行了全面評(píng)估考核工作。然而在美國(guó)中小學(xué)范圍內(nèi)存在的教授者技能匱乏的現(xiàn)象也引起了一些人的注意，于是就在一九九六年的某個(gè)時(shí)候美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）發(fā)聲呼吁大家共同探討如何提高小學(xué)至高中學(xué)生的科普能力這一話題。2.1.2完善隨著STEM教育的推廣，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到教育中的“藝術(shù)”扮演著至關(guān)重要的角色。Gaugin強(qiáng)調(diào)，藝術(shù)反映了美國(guó)相當(dāng)一部分的勞動(dòng)力；Preminger的研究揭示了參與藝術(shù)能夠提高認(rèn)知水平；Piro的研究也指出，音樂(lè)訓(xùn)練有助于增進(jìn)人們的語(yǔ)言和非語(yǔ)言推理技巧REF_Ref2024\r\h[5]。2006年，美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)學(xué)者亞克門(mén)將代表人文因素的藝術(shù)與STEM概念融合，創(chuàng)立了STEAM教育。她在STEAM教育的視角下，把人文元素的體現(xiàn)歸納到諸如社會(huì)研究、語(yǔ)言表達(dá)、身體動(dòng)作、音樂(lè)欣賞、審美觀念及演出實(shí)踐等多種廣闊范疇內(nèi)。其中，科學(xué)揭示了世界的運(yùn)行法則；工程和技術(shù)的運(yùn)用可以滿足社會(huì)的需要并改進(jìn)這個(gè)世界；藝術(shù)則是以?xún)?yōu)美的形態(tài)來(lái)充實(shí)這個(gè)世界的存在感；最后，數(shù)學(xué)作為一種思考方式和分析手段，推動(dòng)著科學(xué)、工程、藝術(shù)和技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用。2.1.3發(fā)展近些年，全球各地的研究者深入研究發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的教育方式，實(shí)施STEAM教學(xué)更能有效地塑造全方位發(fā)展的人才并推動(dòng)科技革新的發(fā)展進(jìn)程;因此，越來(lái)越多的專(zhuān)家開(kāi)始重視起這一領(lǐng)域。伴隨著對(duì)于此項(xiàng)課題探索深度的不停加碼，它有可能進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘环N名為“STREAM”（即加入了Reading/Writing）的新型學(xué)科體系。這種新的課程設(shè)置不僅包含傳統(tǒng)的STEM內(nèi)容還加入閱讀寫(xiě)作技能訓(xùn)練以凸顯出這些知識(shí)領(lǐng)域的相互關(guān)聯(lián)性和重要程度的重要性所在，旨在讓具備高度專(zhuān)業(yè)的個(gè)人可以應(yīng)對(duì)各種書(shū)面資料編纂工作及實(shí)驗(yàn)室記錄整理任務(wù)等需求。2.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.2.1美國(guó)美國(guó)自2014年開(kāi)始實(shí)施的STEAM學(xué)校計(jì)劃至今已有超過(guò)10年的時(shí)間。筆者通過(guò)閱讀文獻(xiàn)得知，以STEAM為核心的學(xué)習(xí)方式使得學(xué)生能夠更好地吸收并掌握復(fù)雜的學(xué)科知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)學(xué)生的專(zhuān)注度、出席率及記憶能力等方面也得到了顯著提高。自2009年起，奧巴馬的執(zhí)政團(tuán)隊(duì)通過(guò)兩項(xiàng)總統(tǒng)令推動(dòng)了教育的改革，并明確表示會(huì)把重點(diǎn)放在STEAM領(lǐng)域的教育上。到了2017年，當(dāng)時(shí)的總統(tǒng)特朗普簽發(fā)了相關(guān)文件以確保有專(zhuān)門(mén)資金用于支持STEAM教育的發(fā)展。從次之后，無(wú)論是在政治層面或是民間社會(huì)，人們普遍認(rèn)可其重要性。2.2.2德國(guó)當(dāng)?shù)聡?guó)面臨著高品質(zhì)全面性的勞工短缺問(wèn)題時(shí)，他們就開(kāi)始探索教育變革的路徑，隨后引入了在美國(guó)流行的STEAM教學(xué)模式。德國(guó)聯(lián)邦及各個(gè)地區(qū)也提出過(guò)關(guān)于推動(dòng)數(shù)學(xué)、信息、自然科學(xué)與科技（簡(jiǎn)稱(chēng)MINT）的教育發(fā)展及其人才培育的相關(guān)政策建議。MINT教育特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工作熱情，并在基本教育領(lǐng)域設(shè)立了全新的教育規(guī)范，推進(jìn)課程改良，并且實(shí)施了一些包含幼兒教育、基礎(chǔ)教育、高級(jí)教育和技能培訓(xùn)等領(lǐng)域的MINT提升計(jì)劃，以此來(lái)保證工作者的充足性和優(yōu)秀度。2.2.3英國(guó)中學(xué)生的PISA評(píng)測(cè)表現(xiàn)逐年下降引發(fā)了英國(guó)教育界的高度關(guān)注，他們認(rèn)為創(chuàng)新是推動(dòng)一國(guó)進(jìn)步的關(guān)鍵因素，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，他們引入美國(guó)的教育思想。不僅在學(xué)校教育層面推廣STEAM教育，還在幼兒時(shí)期使用具有代表性的STEAM書(shū)籍來(lái)實(shí)施STEAM教育，旨在讓他們意識(shí)到周?chē)h(huán)境里隱藏的數(shù)學(xué)信息，更好地理解數(shù)學(xué)的魅力，并在早期就培養(yǎng)出他們的數(shù)學(xué)熱情和好奇心。2.2.4韓國(guó)為提升其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力，韓國(guó)持續(xù)致力于塑造全面性的個(gè)人技能。自小學(xué)階段起，他們就開(kāi)始推行STEAM素質(zhì)教育的理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)具備跨學(xué)科的創(chuàng)造力和運(yùn)用多領(lǐng)域知識(shí)的能力。早在2011年，韓國(guó)便已發(fā)布相關(guān)文件，在其中明確指出需要實(shí)行的STEAM課程需側(cè)重于科學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)融入工程技術(shù)的元素。鑒于要在中小學(xué)校成功推廣多元化人才培育策略，政府部門(mén)為此專(zhuān)門(mén)出臺(tái)了一系列相關(guān)的指導(dǎo)方針，并對(duì)其執(zhí)行方式做出了具體規(guī)定。2.2.5澳大利亞2013年，澳大利亞制定了《國(guó)家利益中的STEAM戰(zhàn)略》計(jì)劃以促進(jìn)STEAM教育的推廣及發(fā)展，該政策明確提出要培育更多的STEAM老師并提高他們的教學(xué)能力，同時(shí)還強(qiáng)調(diào)需要整合STEAM學(xué)習(xí)內(nèi)容到國(guó)家課標(biāo)中去REF_Ref2354\r\h[6]。此外，他們還在同一年里簽訂了一份相關(guān)的協(xié)議來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)全國(guó)范圍內(nèi)的對(duì)這些科目的教育教學(xué)質(zhì)量改進(jìn)工作REF_Ref2387\r\h[7]。2.2.6國(guó)內(nèi)盡管我們國(guó)家開(kāi)始重視和開(kāi)展STEAM（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)）的教育相對(duì)來(lái)說(shuō)較為遲緩，但從已有的資料來(lái)看，我們的確是在逐步地推進(jìn)這一領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程。2011范燕瑞發(fā)文探討了美國(guó)K-12階段的STEM課程，其中詳細(xì)描述并解釋STEAM的實(shí)施方式及其目的REF_Ref2991\r\h[8]。自那時(shí)起，溫州市、常州市及上海市等地開(kāi)始舉行第一屆全國(guó)中小學(xué)校園STEAM教育教學(xué)改革研討會(huì)。直至2015年，我國(guó)政府才首次明確提出對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的學(xué)生開(kāi)展STEM學(xué)習(xí)的要求與指導(dǎo)意見(jiàn)REF_Ref3356\r\h[9]。同年“STEM教育教學(xué)系列圖書(shū)”成功推出，為我們開(kāi)啟了一扇深入探討此領(lǐng)域的窗口。2018年，我國(guó)啟動(dòng)了中國(guó)STEM教育2029行動(dòng)計(jì)劃，在全國(guó)范圍內(nèi)選拔了79所領(lǐng)航學(xué)校和300個(gè)種子學(xué)校。我國(guó)第一個(gè)STEAM教育研究平臺(tái)在中國(guó)上海成立，其中包括了史坦默國(guó)際科學(xué)教育研究中心和上海STEM云中心。在上海云中心官網(wǎng)上得知，全國(guó)STEAM教育還在起步當(dāng)中，目前全國(guó)只有21所學(xué)校與其合作。2023年11月聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESCO）在中國(guó)上海設(shè)立國(guó)際STEM教育研究所，秦昌威秘書(shū)長(zhǎng)認(rèn)為UNESCO在華設(shè)立國(guó)際STEM教育研究所是中國(guó)推動(dòng)構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體的重要行動(dòng)。現(xiàn)已優(yōu)先選擇科教資源匯聚的一棟獨(dú)立建筑，作為國(guó)際STEM教育研究所的選址，體現(xiàn)了我國(guó)對(duì)其的重視。2.2.7啟示在研究STEAM教育的過(guò)程中，我們需要以我國(guó)的教育環(huán)境為基礎(chǔ)，并借鑒國(guó)外的優(yōu)秀策略作為輔助REF_Ref3497\r\h[10]。從初級(jí)和高級(jí)學(xué)校開(kāi)始，像德國(guó)那樣，建立自己的MINT教育模式，持續(xù)尋找最符合我國(guó)教育實(shí)際情況的STEAM戰(zhàn)略。我個(gè)人覺(jué)得，我國(guó)需要借鑒韓國(guó)和美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，把STEAM教育提升到國(guó)家戰(zhàn)略的高度REF_Ref3778\r\h[11]。政府和社會(huì)團(tuán)體應(yīng)該跨部門(mén)協(xié)作，推出與STEAM相關(guān)的一系列政策和法規(guī)，以此為STEAM的發(fā)展提供政策支持，并且增加對(duì)STEAM教育的資金投入。我們也可以學(xué)習(xí)英國(guó)在幼兒時(shí)期使用具有代表性的STEAM書(shū)籍來(lái)實(shí)施STEAM教育，讓創(chuàng)新意識(shí)在他們頭腦中生根發(fā)芽。3STEAM教育理念下教學(xué)模式分析基于STEAM教育理念的本質(zhì)特征，結(jié)合中學(xué)生的學(xué)習(xí)特征以及實(shí)際的中學(xué)教學(xué)情況，“5E教學(xué)法”適用于該教育理念下的教學(xué)。5E教學(xué)法十分注重學(xué)生的探索過(guò)程，專(zhuān)注知識(shí)遷移和實(shí)際應(yīng)用。5E教學(xué)模式是由美國(guó)的科學(xué)課項(xiàng)目研究所提出并實(shí)施，它包含五個(gè)關(guān)鍵步驟：Engage（參與）、Explore（探究）、Explain（解釋?zhuān)?、Elaborate（遷移）和Evaluate（評(píng)估）REF_Ref3605\r\h[12]。3.1創(chuàng)新性導(dǎo)入，吸引學(xué)生參與這個(gè)環(huán)節(jié)的目標(biāo)是讓學(xué)生感受到課堂設(shè)定的場(chǎng)景，詢(xún)問(wèn)他們的觀點(diǎn)，激勵(lì)他們提出疑問(wèn)，以此來(lái)喚起他們的學(xué)習(xí)熱情和探索欲望。該環(huán)節(jié)要求老師尋找現(xiàn)實(shí)生活中具體的例子并設(shè)計(jì)富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，以激起學(xué)生的熱情、引導(dǎo)他們深入思考，從而增強(qiáng)他們的主動(dòng)學(xué)習(xí)意愿。教育工作者必須根據(jù)學(xué)生的理解能力來(lái)設(shè)計(jì)符合他們?nèi)粘Ｉ畹膱?chǎng)景，借助如影片展示、問(wèn)題討論、講述故事或?qū)嵺`操作等方式。學(xué)生們可以通過(guò)這一過(guò)程有效地提升學(xué)習(xí)效果，深化對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和運(yùn)用，并鍛煉解決實(shí)際問(wèn)題的能力。3.2自主協(xié)作探究，建立新概念5E教學(xué)模式的關(guān)鍵部分在于探究環(huán)節(jié)，它是STEAM教育觀念中最核心的一環(huán)。STEAM教育理念提倡協(xié)作學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生在沒(méi)有教師的指導(dǎo)下合作，讓學(xué)生通過(guò)交流討論，碰撞出思維的火花，并為之后的解釋提供證據(jù)。學(xué)生在吸引環(huán)節(jié)產(chǎn)生認(rèn)知沖突后，會(huì)在教師的啟發(fā)下，對(duì)特定的內(nèi)容進(jìn)行自主或小組協(xié)作的探究活動(dòng)，通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、比較和交流討論等活動(dòng)建立起新概念。在學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)過(guò)程中，教師不能給予學(xué)生直接式的指導(dǎo)，而是讓學(xué)生能夠自主解決探究過(guò)程中遇到的問(wèn)題，生成相應(yīng)的解釋與認(rèn)知，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力，又可以增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。3.3疑問(wèn)解釋?zhuān)Y(jié)論歸納解釋環(huán)節(jié)是學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)生會(huì)結(jié)合探究獲得的成果，對(duì)課堂情境中的問(wèn)題嘗試進(jìn)行解釋?zhuān)ㄟ^(guò)對(duì)話、演示、辯論等形式展示獨(dú)立思考或者小組合作得到一些可能的方案，而教師則需要在學(xué)生多樣化的解釋與方案的基礎(chǔ)上，提出本課目標(biāo)需要學(xué)生掌握的概念與知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生修正與完善生成的方案，同時(shí)讓學(xué)生在解釋環(huán)節(jié)中感受到教師對(duì)探究成果的認(rèn)同，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探究欲望。3.4知識(shí)遷移，多方運(yùn)用精致環(huán)節(jié)是對(duì)新知識(shí)、新概念的遷移與應(yīng)用，并將其與已有的知識(shí)建立聯(lián)系，形成完整的知識(shí)體系。教師在此環(huán)節(jié)中給學(xué)生設(shè)置一個(gè)新問(wèn)題或新情境，鼓勵(lì)學(xué)生使用剛剛學(xué)到的新知識(shí)和新概念來(lái)嘗試解釋這個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)生對(duì)新知識(shí)的解釋逐漸精致，對(duì)新概念的理解更加完善，提升學(xué)生在STEAM課堂中對(duì)于學(xué)習(xí)情境的體驗(yàn)感，加強(qiáng)跨學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用能力。3.5多方評(píng)估，完善教學(xué)在評(píng)估階段，教師需要遵循課堂評(píng)價(jià)體系多元化的特性并貫穿整個(gè)課程，將學(xué)生自我評(píng)估、小組間的互評(píng)以及課堂觀察和教師評(píng)估融為一體。在評(píng)價(jià)過(guò)程中，教師要評(píng)價(jià)學(xué)生在新情境下對(duì)新知識(shí)是否能進(jìn)行正確應(yīng)用，同時(shí)評(píng)估自身教學(xué)是否存在問(wèn)題，在鈴聲響后有沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生是否自主探究來(lái)發(fā)現(xiàn)知識(shí)和吸收知識(shí)。教師也應(yīng)關(guān)注學(xué)生的發(fā)展能力，特別是在創(chuàng)新能力、科學(xué)素養(yǎng)等指標(biāo)方面，形成與STEAM教育理念相結(jié)合的多元化教育評(píng)價(jià)體系。4調(diào)查分析和幾何教學(xué)框架設(shè)計(jì)4.1課前教師訪談總結(jié)經(jīng)訪談發(fā)現(xiàn)，有大部分教師沒(méi)有接觸過(guò)STEAM教育，但是很愿意學(xué)習(xí)并嘗試。6位教師中沒(méi)有一位教師了解STEAM教育理念，在筆者進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹后只有一位教師提及學(xué)校曾組織過(guò)類(lèi)似夏令營(yíng)活動(dòng)，只有不到2%的同學(xué)通過(guò)自費(fèi)的方式參加了本次活動(dòng)，由此可見(jiàn)了解或參加過(guò)的同學(xué)或老師少之又少。66.7%的教師認(rèn)為有必要在數(shù)學(xué)教學(xué)中開(kāi)展STEAM教學(xué)活動(dòng)，此類(lèi)教學(xué)可以從側(cè)面提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，并提高他們對(duì)其他領(lǐng)域知識(shí)的了解，惠及學(xué)生一生的發(fā)展，然而有50%的教師認(rèn)為自己從沒(méi)接觸過(guò)，要實(shí)現(xiàn)STEAM教育走進(jìn)課堂難之又難；一位教師表示，現(xiàn)實(shí)教學(xué)環(huán)境中還是以數(shù)學(xué)知識(shí)為主，自己并不看好這種新型教育理念。筆者訪談的初中數(shù)學(xué)教師表示學(xué)生在學(xué)習(xí)“圖形與幾何”方面理解起來(lái)較為吃力，還會(huì)出現(xiàn)在課堂上講解的很順利，但在做作業(yè)中出現(xiàn)大面積學(xué)生“看不懂題”及“不會(huì)做”的問(wèn)題，尤其是當(dāng)圖像“動(dòng)起來(lái)”，學(xué)生較不容易將直觀表象與數(shù)學(xué)知識(shí)相結(jié)合。然而嚴(yán)美霞于2019年已經(jīng)嘗試把STEAM教育的概念引入到初中的數(shù)學(xué)課上，經(jīng)過(guò)一系列的活動(dòng)后，教室里的氣氛變得活躍起來(lái)，學(xué)生的參與度也有所提升，他們對(duì)老師講的知識(shí)興趣濃厚。從教與學(xué)兩方面的反應(yīng)來(lái)看，STEAM教育對(duì)于初中階段的幾何教學(xué)確實(shí)有其獨(dú)特的貢獻(xiàn)，實(shí)施這種教育方式不僅僅有利于數(shù)學(xué)科目的學(xué)習(xí)，還能促進(jìn)其他學(xué)科如科學(xué)、技術(shù)、工程及藝術(shù)的發(fā)展。4.2幾何教學(xué)框架設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的整理分析和對(duì)6位教師的訪談，筆者發(fā)現(xiàn)大部分教師希望開(kāi)展STEAM教育，且在幾何方面學(xué)生掌握的相對(duì)吃力。因?yàn)槠浼戎匾晫W(xué)生的學(xué)科地位，又重視學(xué)生跨學(xué)科思維的培養(yǎng)，提高學(xué)生的獨(dú)立探究能力和解決問(wèn)題的能力。因此，本章基于5E教學(xué)模式和STEAM課程跨學(xué)科、情境、體驗(yàn)、協(xié)作、多評(píng)價(jià)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)適合中學(xué)生STEAM課程幾何教學(xué)設(shè)計(jì)框架，主要分為導(dǎo)入、初步探索、原則分析、深入探索、展示評(píng)價(jià)這五個(gè)環(huán)節(jié)，看似與傳統(tǒng)教學(xué)雷同，在細(xì)節(jié)的處理上卻有一些差距。4.2.1情境導(dǎo)入適宜、理性和適時(shí)的開(kāi)場(chǎng)可以幫助學(xué)生專(zhuān)注于課堂，吸引學(xué)生注意力，讓學(xué)生主動(dòng)思考，在思考、探索中完成知識(shí)學(xué)習(xí)，為整節(jié)課的成功奠定基礎(chǔ)。教師在幾何教學(xué)導(dǎo)入中要提供真實(shí)的幾何案例，學(xué)生要能夠認(rèn)真觀察老師展示的幾何案例或者實(shí)際場(chǎng)景，積極參與課堂互動(dòng)，并將情境與自己過(guò)往的生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備聯(lián)系起來(lái)，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，從而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，同時(shí)聆聽(tīng)同學(xué)的分享、老師的講解和引導(dǎo)，記錄相應(yīng)筆記，為課堂后續(xù)的學(xué)習(xí)做鋪墊。STEAM教育理念下的導(dǎo)入環(huán)節(jié)與傳統(tǒng)教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)中不同的是，傳統(tǒng)教學(xué)偏向直接介紹學(xué)術(shù)名詞解釋知識(shí)概念，繼而給出定義和答案，而STEAM理念下的導(dǎo)入環(huán)節(jié)重在詢(xún)問(wèn)學(xué)生想法，鼓勵(lì)提出問(wèn)題，確定一個(gè)基本問(wèn)題以尋求解釋。比如在“直線與圓的相對(duì)位置”這堂課里，老師展示了海上日出的一段影片并提問(wèn)學(xué)生的看法，同時(shí)鼓勵(lì)他們提出問(wèn)題，然后提出讓學(xué)生把海平面看成一條直線，把太陽(yáng)看成一個(gè)圓，進(jìn)而探討兩者之間的相對(duì)位置關(guān)系。4.2.2初步探究5E教學(xué)模式的探究環(huán)節(jié)致力于提升學(xué)生的獨(dú)立研究和解決問(wèn)題的能力，而STEAM教育則要求他們把學(xué)到的理論運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題上，因此本教學(xué)設(shè)計(jì)的這一環(huán)節(jié)以探究型學(xué)習(xí)為主，可以是分組合作完成任務(wù)，也可以是引導(dǎo)學(xué)生從學(xué)習(xí)資料中尋找答案REF_Ref4911\r\h[13]。中學(xué)生雖然學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，但處于在這年齡段的學(xué)生天性求知欲強(qiáng)烈，愛(ài)動(dòng)手操作，只要設(shè)置主題和難易程度都恰當(dāng)?shù)奶骄咳蝿?wù)，就能夠很好地激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在探究實(shí)踐中吸取學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)與技能，逐步加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。STEAM教育理念下的初步探究環(huán)節(jié)與傳統(tǒng)教學(xué)不同的是，傳統(tǒng)教育通常直接給出答案或者逐步引導(dǎo)學(xué)生找到方案，并沒(méi)有讓學(xué)生真正探索其中的幾何知識(shí)，而STEAM理念下的教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生在沒(méi)有老師的指導(dǎo)下合作，給學(xué)生時(shí)間去解決問(wèn)題，并找到證據(jù)為自己的結(jié)果佐證。如在“直線與圓的位置關(guān)系”一課中，教師給學(xué)生時(shí)間，鼓勵(lì)學(xué)生自主合作解決問(wèn)題，讓學(xué)生體會(huì)動(dòng)手操作體會(huì)全過(guò)程。4.2.3原理分析通過(guò)初步探究環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)本節(jié)課所要教授的知識(shí)有了大致的理解，學(xué)生很難將探究獲取的信息轉(zhuǎn)化為體系化的幾何知識(shí)與概念，因此在進(jìn)行初步探究后，教師需要帶領(lǐng)學(xué)生分析現(xiàn)象背后的幾何奧秘，將探究成果轉(zhuǎn)化為學(xué)生需要內(nèi)化與遷移的知識(shí)。同時(shí)要避免回到傳統(tǒng)的講授法教學(xué)，可以播放相關(guān)視頻或動(dòng)畫(huà)展示，也可以通過(guò)實(shí)物演示，循循善誘，通過(guò)具體的案例和實(shí)例來(lái)幫助學(xué)生理解和記憶。而筆者認(rèn)為，教師首要任務(wù)是將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，確保他們教授的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都位于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)域內(nèi)，從而使得學(xué)生能更輕松地理解和掌握。STEAM教育理念下的初步探究環(huán)節(jié)與傳統(tǒng)教學(xué)不同的是，傳統(tǒng)教學(xué)中教師會(huì)忽略甚至否定學(xué)生的想法，而STEAM理念下的幾何教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生用自己的話解釋概念和定義，并給學(xué)生表達(dá)比較想法的機(jī)會(huì)，繼而介紹正確的想法。如在“直線與圓的位置關(guān)系”中，教師鼓勵(lì)學(xué)生用自己的話歸納直線與圓有多少種位置關(guān)系，并給學(xué)生時(shí)間說(shuō)明自己的理由，其他同學(xué)可以反駁或補(bǔ)充并給出理由。4.2.4深入探究通過(guò)原理分析環(huán)節(jié)后，學(xué)生能夠獲取到本節(jié)課的知識(shí)，但是還需要進(jìn)一步內(nèi)化幾何知識(shí)并遷移到實(shí)際生活中去，建構(gòu)并完善自身的幾何知識(shí)體系，因此，在深入探究教學(xué)環(huán)節(jié)，教師需要設(shè)置梯度等級(jí)向上的探究任務(wù)，讓學(xué)生應(yīng)用學(xué)習(xí)到的新的幾何知識(shí)去解決問(wèn)題、制作成果，在深入探究過(guò)程中，學(xué)生對(duì)于幾何知識(shí)與技能的理解將進(jìn)一步加深，同時(shí)將新舊知識(shí)進(jìn)行融合，也能更好地幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的遷移。STEAM教育理念下的深入探究環(huán)節(jié)與傳統(tǒng)教學(xué)不同的是，傳統(tǒng)教學(xué)中教師或一步一步指導(dǎo)學(xué)生一步一步解決問(wèn)題，或者直接否定學(xué)生的想法，而STEAM理念下的幾何教學(xué)，教師應(yīng)在舊知識(shí)與新情景建立概念聯(lián)系，利用所學(xué)知識(shí)解釋新事物。如在“直線與圓的位置關(guān)系”一課中，教師提供“汶川地震”這一新情景，即判斷已知公路和地震波形成的破壞圈的位置關(guān)系，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)自己判斷并給出佐證。4.2.5展示評(píng)價(jià)完成研究任務(wù)后，老師必須清晰地設(shè)定評(píng)估指標(biāo)并制定相應(yīng)的準(zhǔn)則，以便對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)（包含探索流程與結(jié)果）做出評(píng)判及歸納，迅速向他們提供反饋意見(jiàn)和指導(dǎo)，激勵(lì)他們持續(xù)進(jìn)步。此外，也需教導(dǎo)學(xué)生自我反省、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以提升他們的學(xué)習(xí)技巧，培養(yǎng)優(yōu)秀的學(xué)習(xí)態(tài)度，并且可以依據(jù)評(píng)估的尺度靈活修改課程規(guī)劃。STEAM教育理念下的展示評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)與傳統(tǒng)教學(xué)不同的是，傳統(tǒng)教學(xué)中教師直接總結(jié)幾何知識(shí)，而對(duì)探究過(guò)程直接忽視，讓學(xué)生直接記住幾何定義及解釋?zhuān)鳶TEAM理念下的幾何教學(xué)重視學(xué)生在幾何探究過(guò)程中的形成性評(píng)價(jià)和課本知識(shí)的總結(jié)性評(píng)價(jià)，并評(píng)估學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中的進(jìn)步之處。例如，在講授“直線和圓的關(guān)系”這門(mén)課程時(shí)，老師應(yīng)該強(qiáng)調(diào)學(xué)生的探索過(guò)程，包括他們?cè)谔剿鳌昂Ｉ系奶?yáng)升起”和“汶川大地震”等問(wèn)題時(shí)的“直線”和“圓”之間的動(dòng)態(tài)變化，并掌握如何判斷它們之間關(guān)系的方法。5.實(shí)踐和建議5.1實(shí)踐選題幾何是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中不可或缺的一部分，古希臘柏拉圖學(xué)園的門(mén)上更是有“不懂幾何者莫入”這樣流傳千古的名言。不少同學(xué)由于缺乏空間想象能力、概念理解不到位等問(wèn)題也讓這部分成為難點(diǎn)。同時(shí)，幾何強(qiáng)調(diào)邏輯推理的重要性，對(duì)于培育學(xué)生的空間想象力、形式思維和抽象思維能力具有極高的價(jià)值。此外，幾何相關(guān)知識(shí)在工程設(shè)計(jì)和日常生活中都有著廣泛的運(yùn)用。經(jīng)過(guò)大量的研究資料分析，我發(fā)現(xiàn)：要讓學(xué)生掌握好立體的概念，首先要增強(qiáng)他們對(duì)于這個(gè)學(xué)科的自信心。我們可以利用生活中的實(shí)例來(lái)引導(dǎo)他們的理解和思考，讓他們親自動(dòng)手去探索，這樣可以減少死記硬背式的記憶方式帶來(lái)的乏味感，激發(fā)他們的求知欲望。此外，使用教育科技工具可以讓抽象情境更加清晰明了，有助于提升學(xué)生的空間思維能力。經(jīng)過(guò)深入的訪談和調(diào)查關(guān)于初中學(xué)科中的圖形與幾何部分的教學(xué)方式及相關(guān)理念之后，我們總結(jié)出了以下觀點(diǎn)：當(dāng)前的學(xué)生對(duì)該學(xué)科有著強(qiáng)烈的不滿感并且持有一種“知識(shí)無(wú)用論”的看法，同時(shí)在初中數(shù)學(xué)四個(gè)板塊的學(xué)習(xí)中，他們都覺(jué)得幾何學(xué)的難度較大，特別是當(dāng)需要使用多種技巧（例如科學(xué)技術(shù)或建筑等）去解決這類(lèi)問(wèn)題的時(shí)候。5.2課后師生訪談總結(jié)針對(duì)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，課后分別對(duì)聽(tīng)課教師和學(xué)生進(jìn)行訪談，了解授課情況以及聽(tīng)課師生對(duì)本節(jié)課的真實(shí)感受，從中了解他們對(duì)STEAM教育理念融入幾何教學(xué)的感受與看法。本次聽(tīng)課教師2名，對(duì)這2名教師分別進(jìn)行訪談。授課班級(jí)共50名學(xué)生，隨機(jī)選擇其中8名學(xué)生進(jìn)行訪談。A教師認(rèn)為“海上日出”與本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容息息相關(guān)，將它們?nèi)谌虢虒W(xué)可以很好地帶領(lǐng)學(xué)生感受直線與圓在生活中的體現(xiàn)。它們的出現(xiàn)讓課堂內(nèi)容更加豐富課堂氛圍也十分活躍，吸引了學(xué)生注意。日常數(shù)學(xué)教學(xué)中沒(méi)有特意關(guān)注數(shù)學(xué)和其他學(xué)科的聯(lián)系情況，但當(dāng)教學(xué)內(nèi)容可以與其他學(xué)科融合時(shí)，會(huì)在課堂上將二者融合起來(lái)。B教師表示在目前的教學(xué)中還沒(méi)有嘗試過(guò)將STEAM教育理念融入數(shù)學(xué)課堂。這是一種創(chuàng)新的教學(xué)方法，將適當(dāng)?shù)闹R(shí)內(nèi)容融入課堂能有效地幫助學(xué)生理解和掌握知識(shí)，并且可以增加課堂教學(xué)的豐富性，活躍課堂氣氛。本節(jié)課不僅讓學(xué)生開(kāi)拓了視野，也給聽(tīng)課老師的教學(xué)提供了新思路。被訪學(xué)生認(rèn)為，以前的數(shù)學(xué)課大多只講數(shù)學(xué)知識(shí)，涉及其他知識(shí)的情況比較少，但是本節(jié)課涉及到的知識(shí)比較多，不僅學(xué)會(huì)了新知識(shí)，還拓寬了知識(shí)面，感到十分充實(shí)、有趣。在被訪的8位學(xué)生中有6名認(rèn)為對(duì)“海上日出”的印象最為深刻，在數(shù)學(xué)課中看到海上日出的視頻感到很意外，沒(méi)想到數(shù)學(xué)中還藏著藝術(shù)學(xué)，集齊了他們對(duì)祖國(guó)的熱愛(ài)。另外1名學(xué)生則表示，“汶川地震”更吸引他，這讓他體會(huì)到數(shù)學(xué)和生活的聯(lián)系，數(shù)學(xué)在生活的方方面面都有體現(xiàn)，也讓他覺(jué)得學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)是有用的。大部分學(xué)生都認(rèn)為數(shù)學(xué)與其他學(xué)科的結(jié)合更能吸引他們的注意力，這樣的授課方式更讓他們感受到數(shù)學(xué)的廣泛應(yīng)用，也能幫助他們更好地理解、應(yīng)用新知識(shí)。其中1名學(xué)生表示，自己對(duì)藝術(shù)學(xué)十分感興趣，課下會(huì)繼續(xù)搜集中國(guó)美景，想在未來(lái)走遍祖國(guó)大好河山。由此可見(jiàn)，STEAM教育理念下的新課堂還是很受學(xué)生歡迎的。5.3建議5.3.1國(guó)家和教育部我們的STEAM教育仍處在初始的發(fā)展時(shí)期，筆者認(rèn)為政府和社會(huì)各方應(yīng)該對(duì)這個(gè)領(lǐng)域有更深層次的關(guān)注和支持，并且要積極配合教育部迅速建立一套符合中國(guó)實(shí)際情況的STEAM教育的規(guī)范系統(tǒng)，以此確保我們的STEAM教育能夠獲得足夠的內(nèi)外部資源的支持。我認(rèn)為，應(yīng)該根據(jù)國(guó)情制定相應(yīng)的策略，教育部應(yīng)該首先確定一批杰出的實(shí)踐者，然后選拔一批經(jīng)過(guò)訓(xùn)練、能力強(qiáng)勁的培訓(xùn)師，加大STEAM教育理念培訓(xùn)力度，建立健全的培訓(xùn)體系，通過(guò)成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)鼓舞更多人積極參與STEAM教育培訓(xùn)。然后整合一些優(yōu)良的STEAM教育資源，建立起優(yōu)質(zhì)的STEAM課程庫(kù)和案例數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行推廣。同時(shí)鼓勵(lì)教師嘗試STEAM教育，實(shí)踐STEAM教學(xué)方法，推廣STEAM教育理念。其次，教育部需要調(diào)動(dòng)家庭、校園和社會(huì)各方的力量，建立互助的團(tuán)體。STEAM教學(xué)不僅是學(xué)校的管理人員與高層領(lǐng)導(dǎo)的責(zé)任，也同樣歸于社會(huì)的各界人士、學(xué)者及實(shí)際操作STEAM教育的踐行者們，每個(gè)人都能夠積極探索STEAM教育。5.3.2教師首要的是，我認(rèn)為教育工作者應(yīng)該深入研究并最大化地運(yùn)用教科書(shū)內(nèi)的可用資料。我通過(guò)閱讀課本，發(fā)現(xiàn)作者已經(jīng)為我們準(zhǔn)備了許多可利用的材料，例如平面幾何和藝術(shù)學(xué)、信息科技及天文等領(lǐng)域的內(nèi)容。因此，在準(zhǔn)備課程的時(shí)候，我們可以把這些已有的元素經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，將其巧妙地融合到我們的授課中去，從而讓數(shù)學(xué)課堂變得更加有趣。如人教高中教材在介紹橢圓時(shí)，一篇題為“傾斜的試管液面輪廓一定是橢圓”的閱讀材料將橢圓與化學(xué)實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，此外，航天器的軌道、圓錐曲線的光學(xué)性質(zhì)等等都為教師開(kāi)展STEAM教育提供了素材。其次，建議教師充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，課堂也變得科技感十足，多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的結(jié)合讓課堂更加豐富多彩，無(wú)論是教師的教，還是學(xué)生的學(xué)，它都可以作為重要的輔助手段。動(dòng)畫(huà)插件演示、網(wǎng)絡(luò)畫(huà)板演示等工具可以幫助教師在短時(shí)間內(nèi)輕松地作出圓、橢圓、拋物線、雙曲線等圖形，能讓教師的教學(xué)更加省時(shí)省力，同時(shí)讓學(xué)生體會(huì)科技的力量。最后，建議教師開(kāi)發(fā)身邊的可利用資源。書(shū)籍是人類(lèi)進(jìn)步的階梯，生活中若缺少了閱讀那該變得多么暗淡無(wú)光。教師需要不斷地閱讀來(lái)充實(shí)自己，只有閱歷足夠豐富，課堂上才會(huì)更加從容。在閱讀過(guò)程中，要有意識(shí)地記錄其中可以運(yùn)用在課堂教學(xué)中的內(nèi)容，日積月累，為STEAM教育理念融入課堂教學(xué)做準(zhǔn)備參考文獻(xiàn)劉歡歡.基于STEM教育理念的初中數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究[D].曲阜師范大學(xué),2022.趙慧臣,陸曉婷.開(kāi)展STEAM教育,提高學(xué)生創(chuàng)新能力——訪美國(guó)STEAM教育知名學(xué)者格雷特·亞克門(mén)教授[J].開(kāi)放教育研究,2016,22(05):4-10.嚴(yán)美霞.STEAM教育理念下初中數(shù)學(xué)圖形與幾何教學(xué)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D].西北師范大學(xué),2020.曾婷.STEAM教育的內(nèi)涵、特征與實(shí)施路徑[J].教育現(xiàn)代化,2017,4(33):271-273.范文翔,張一春.STEAM教育:發(fā)展、內(nèi)涵與可能路徑[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2018,28(03):99-105.楊柳.基于STEAM教育理念的初中生物科學(xué)探究能力培養(yǎng)實(shí)踐研究[D].廣西師范大學(xué),2023.饒雪.基于STEAM教育理念的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究[D].集美大學(xué),2020.匡麗媛.基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)活動(dòng)的開(kāi)發(fā)[D].上海師范大學(xué),2019.王沐陽(yáng).基于美國(guó)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)前STEM課程體系建構(gòu)與實(shí)施策略[D].喀什大學(xué),2020.梁芳美,王運(yùn)武,鄭慧茵,等.國(guó)外STEAM教育現(xiàn)狀及其啟示[J].中國(guó)教育信息化,2019(18):13-18.范文翔,趙瑞斌,張一春.美國(guó)STEAM教育的發(fā)展脈絡(luò)、特點(diǎn)與主要經(jīng)驗(yàn)[J].比較教育研究,2018,40(06):17-26.洪玉.基于“5E”教學(xué)模式的高中數(shù)學(xué)概念課的教學(xué)實(shí)踐研究[D].遼寧師范大學(xué),2020.張澤.基于STEAM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究[D].石河子大學(xué),2022.余慶純.基于“四基”“四能”的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“直線與圓的位置關(guān)系”為例[J].數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究,2018(11):137-139.

附錄1教學(xué)設(shè)計(jì)直線與圓的位置關(guān)系1.教材分析《直線和圓的位置關(guān)系》一節(jié)選自初三數(shù)學(xué)上冊(cè)第24章第2節(jié)人教版義務(wù)教育教科書(shū)。該章主要以“圓”為主題進(jìn)行了深度探究，在上一節(jié)對(duì)“點(diǎn)與圓的關(guān)系”的研究基礎(chǔ)上，繼續(xù)探索了“直線與圓的關(guān)系”，同時(shí)也在一定程度上為高中的橢圓和直線等學(xué)習(xí)內(nèi)容打下基礎(chǔ)。“直線與圓的位置關(guān)系”有著廣闊的實(shí)際運(yùn)用范圍，教學(xué)材料里通過(guò)分析如“太陽(yáng)從海平面上升時(shí)的位置關(guān)系”等具體案例，強(qiáng)調(diào)了數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)世界的密切關(guān)聯(lián)。2.學(xué)情分析學(xué)生們對(duì)知識(shí)的渴求和好奇心十分強(qiáng)烈，已經(jīng)掌握了關(guān)于圓的特性、從直線外一點(diǎn)到直線上所有點(diǎn)之間垂直距離最短等相關(guān)知識(shí)REF_Ref8232\r\h[14]。在上一節(jié)課的學(xué)習(xí)中他們理解并掌握了點(diǎn)與圓的位置關(guān)系判斷方法。大多數(shù)初三的學(xué)生并未具備以數(shù)學(xué)視角識(shí)別問(wèn)題或運(yùn)用數(shù)學(xué)思考方式提問(wèn)的能力，同時(shí)他們也未曾有過(guò)跨學(xué)科學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)在“直線與圓的位置關(guān)系”這一課題初探階段的時(shí)候，有些同學(xué)對(duì)它的歸類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)產(chǎn)生困惑；而在研究“圓心的距離至直線的長(zhǎng)度與其半徑之間的關(guān)系”及“直線與圓的位置關(guān)系”的過(guò)程中，一些學(xué)生可能會(huì)遇到理解上的困難。3.教學(xué)目標(biāo)（1）讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際案例來(lái)理解和掌握直線與圓的三種位置關(guān)系，并能夠總結(jié)出其含義。（2）透過(guò)觀察、試驗(yàn)、交談和協(xié)作探索等方式，我們可以揭示直線與圓的位置關(guān)系中的數(shù)量關(guān)系，并利用這些信息來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題。（3）通過(guò)參與如觀察、試驗(yàn)、交流及協(xié)作探索等多種形式的活動(dòng)，我們能夠理解到“圓心與直線距離的數(shù)量關(guān)系可以判斷它們之間位置關(guān)系”，這有助于把位置的關(guān)系轉(zhuǎn)化為數(shù)字大小比較，并融入了轉(zhuǎn)化的思想和數(shù)形結(jié)合思想，同時(shí)還強(qiáng)調(diào)了分組討論的重要性。4.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：探究并理解直線與圓的三種位置關(guān)系難點(diǎn)：掌握“圓心到直線的距離與圓的半徑的關(guān)系”和“直線與圓的位置位置關(guān)系”的聯(lián)系．5.教學(xué)方法與用具教學(xué)方法：5E教學(xué)法．教學(xué)用具：直尺、硬幣、PPT、網(wǎng)絡(luò)畫(huà)板．二、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1.復(fù)習(xí)引入師：我們上節(jié)課學(xué)過(guò)的點(diǎn)和圓的位置關(guān)系有幾種情況？是如何判斷的？生：點(diǎn)P在圓外，點(diǎn)P在圓上，點(diǎn)P在圓內(nèi)，通過(guò)點(diǎn)到圓心的距離和圓的半徑判斷師：請(qǐng)大家思考一下，直線與圓的位置關(guān)系有幾種情況呢？2創(chuàng)設(shè)情境、探究新知欣賞海南美景和海上日出視頻。圖1海上日出設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)呈現(xiàn)海南壯麗的景色和“海上的太陽(yáng)升起”的影片，讓學(xué)生理解到數(shù)學(xué)如何與日常生活密切相關(guān)，進(jìn)而喚醒他們對(duì)自己家鄉(xiāng)深厚的感情。師：各位同學(xué)，你們是否曾在日常生活里看到過(guò)類(lèi)似的畫(huà)面？生：（眾說(shuō)紛紜）師：你們能否將“海上日出”的生活場(chǎng)景轉(zhuǎn)化成熟悉的數(shù)學(xué)幾何圖形呢？當(dāng)太陽(yáng)逐漸升高時(shí)，海平面與太陽(yáng)之間的位置能轉(zhuǎn)化成什么數(shù)學(xué)問(wèn)題呢？你能提出相關(guān)的數(shù)學(xué)問(wèn)題嗎？直線和圓的位置關(guān)系有多種？應(yīng)該按照什么樣的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分呢？師：同學(xué)們拿出一枚硬幣，用直尺在紙上畫(huà)一條直線，觀察隨著太陽(yáng)的升起，“直線”與“圓”有什么樣的位置關(guān)系，在請(qǐng)同學(xué)們分組討論一下。生：將“海平線”看成“一條直線”，將“太陽(yáng)”看成“一個(gè)圓”，研究?jī)烧叩奈恢藐P(guān)系。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)構(gòu)建實(shí)際場(chǎng)景，將日常生活中的問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)問(wèn)題，以此讓學(xué)生能在這個(gè)過(guò)程中掌握如何從數(shù)學(xué)角度去觀察真實(shí)世界，并能用數(shù)學(xué)的方法去思考它。此外，使用影片作為開(kāi)場(chǎng)可以帶來(lái)生動(dòng)的視覺(jué)效果，增加趣味感，激起他們對(duì)學(xué)習(xí)的興趣和探索欲望。我們還鼓勵(lì)學(xué)生自己尋找問(wèn)題，通過(guò)提問(wèn)來(lái)提高他們的幾何理解能力，增強(qiáng)了數(shù)學(xué)和其他科目及生活中各方面的關(guān)聯(lián)度。師：好了同學(xué)們，討論時(shí)間到。下面請(qǐng)各小組同學(xué)派代表來(lái)講一下你們發(fā)現(xiàn)的直線與圓的位置關(guān)系，并給出你們的理由。生：（表達(dá)看法和理由）師：我們把日出的這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程分解開(kāi)來(lái)。首先，我們來(lái)看太陽(yáng)還沒(méi)從海平面出來(lái)的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候，太陽(yáng)和海平面是什么樣的情形呢？太陽(yáng)剛剛從海平面中升起是什么樣的情形...圖2“海上日出”的動(dòng)態(tài)變化示意圖設(shè)計(jì)意圖：借助于網(wǎng)絡(luò)繪圖工具，我們可以模擬“海上日出”的過(guò)程中的動(dòng)態(tài)示意圖，揭示直線和圓的關(guān)系是如何隨時(shí)間而變化的。借助網(wǎng)絡(luò)畫(huà)板展示“海上日出”，從而指導(dǎo)學(xué)生去研究直線與圓的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，增強(qiáng)他們對(duì)探索知識(shí)的好奇心。師：（展示網(wǎng)絡(luò)畫(huà)板簡(jiǎn)化模擬圖形）直線與圓有幾種位置關(guān)系?按照什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行分類(lèi)呢?生：3種位置關(guān)系，按公共點(diǎn)的數(shù)量來(lái)分類(lèi)．師：不同位置關(guān)系分別有幾個(gè)公共點(diǎn)?生：分別有0個(gè)、1個(gè)、2個(gè)公共點(diǎn)．師：如何給這樣的分類(lèi)“起名字”呢?（教師板書(shū)表格總結(jié)）設(shè)計(jì)意圖：利用空間思維來(lái)完成直線和圓位置關(guān)系分類(lèi)的過(guò)程，使學(xué)生有機(jī)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)描述實(shí)際環(huán)境，這有利于提升他們多元化思考問(wèn)題的能力，并累積一些基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)實(shí)踐體驗(yàn);同時(shí)，借助一系列的問(wèn)題設(shè)置，可以深化學(xué)生對(duì)于直線和圓位置關(guān)系的實(shí)質(zhì)理解，推動(dòng)由感知向理性的轉(zhuǎn)化，從而為后續(xù)的抽象總結(jié)做好準(zhǔn)備。總結(jié)并概括直線和圓的三個(gè)位置關(guān)系，融入數(shù)形結(jié)合、分類(lèi)討論的思維方式，通過(guò)圖表展示，使得理解更為直觀和清晰。師：直線與圓的位置關(guān)系，可以轉(zhuǎn)化為什么關(guān)系來(lái)判斷呢？生：將圓心到直線的距離與圓的半徑大小關(guān)聯(lián)起來(lái)。師：很好!如何描述圓心到直線的距離呢?生：（思考）點(diǎn)到直線垂線距離。設(shè)計(jì)意圖：復(fù)習(xí)點(diǎn)與圓的位置關(guān)系及其判斷方法，類(lèi)比探究直線與圓的位置關(guān)系的判斷方法．如何刻畫(huà)“圓心到直線的距離”，需要教師引導(dǎo)學(xué)生回顧相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，在探究中明白問(wèn)題的本質(zhì)。師：設(shè)圓O的半徑為r，圓心O到直線l的距離為d。在直線和圓的不同位置關(guān)系中，d與r有什么大小關(guān)系呢?生：相離時(shí)，d>r;相切時(shí)，d=r;師：反過(guò)來(lái)成立嗎?生：d>r時(shí)，直線與圓相離;d=r時(shí)，直線與圓相切;方法小結(jié)：直線與圓相離d>直線與圓相切d=直線與圓相交d<直線與圓的位置關(guān)系相離相切相交圖形公共點(diǎn)個(gè)數(shù)0個(gè)1個(gè)2個(gè)公共點(diǎn)名稱(chēng)切點(diǎn)交點(diǎn)直線名稱(chēng)切線割線數(shù)量關(guān)系d>rd=rd<r表1直線與圓的位置關(guān)系設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)探究，實(shí)現(xiàn)幾何位置關(guān)系和數(shù)量關(guān)系相互轉(zhuǎn)化，滲透數(shù)形結(jié)合、分類(lèi)討論、類(lèi)比的數(shù)學(xué)思維方法。三、例題展示例1一個(gè)圓直徑為12厘米，分別在圓心到直線的距離為5厘米、12厘米和17.5厘米的情況下，判斷直線和圓的位置關(guān)系以及存在幾個(gè)公共點(diǎn)。變式1一個(gè)圓直徑為12厘米，如果一條直線與該圓有兩個(gè)共同點(diǎn)，試計(jì)算圓心到直線的距離d的范圍。變式2在Rt△ABC中，若∠A為直角，AB=6cm，AC=8cm．以點(diǎn)A為圓心，判斷下列半徑為r的圓與例2“5·12汶川地震是新中國(guó)成立以來(lái)破壞性最強(qiáng)、波及范圍最廣、救災(zāi)難度最大的一次地震。此次地震以汶川為中心，半徑80km內(nèi)發(fā)生破壞性地震，如圖：汶川位于O點(diǎn)，雅安市位于P點(diǎn)，巴中市位于A點(diǎn)，構(gòu)成如圖所示的位置關(guān)系，已知∠APO=30°且雅安市到汶川距離210km，問(wèn)雅安市到巴中市的公路是否會(huì)收到損壞？例3判斷生活中“直線”與“圓”的位置關(guān)系：圖3直線和圓的位置關(guān)系的生活實(shí)例請(qǐng)同學(xué)們?cè)谌粘Ｉ钪袑ふ蚁嗨频睦硬?duì)