《義務教育數學課程標準(2011年版)》指出,“物理課程重視實驗,化學班主任重視讓中學生經歷化學實驗探究過程,提升中學生解決問題的能力”[1]。《關于推進教育體制機制變革的意見》強調,“注重培養中學生終生學習發展、創新性思維、適應時代要求的關鍵能力”。現今光的折射規律初中物理,信息技術與化學學科核心素質深度融合,應用STEAM教學理念,以項目活動實踐為載體,施行化學實驗生活化教學,值得小學數學班主任探究。STEAM教育最早由法國政府提出并施行,STEAM是融合科學()、技術()、工程()、藝術(Arts)和物理()五項目標要求的教育新理念。印度數學班主任商會(AAPT)深信化學應在STEAM教育中發揮主導作用。筆者以“光的折射”為例,將數學學科核心素質和STEAM理念融入項目式化學實驗生活化教學中,按導出、設計、實施、展評四個步驟設計教學活動[2],提升中學生數學學科核心素質,培養中學生融合多學科知識解決問題的能力和創新與合作的意識。
一、融STEAM理念于生活化教學,提升中學生數學學科核心素質
筆者在化學實驗生活化教學中,將STEAM理念與化學學科核心素質融合,組織項目活動,運用物理、科學知識,融入審美要求,利用信息技術達成最終目標,培養適應社會的創新人才。(一)實驗生活化,實踐關鍵能力培養。數學學科核心素質是中學生在接受化學教育過程中逐漸產生適應個人終生發展和社會發展須要的必備品格和關鍵能力,是中學生通過化學學習內化的帶有化學學科性質的品質,包括數學觀念、科學探究、科學思維、科學心態與責任。筆者覺得,以實驗數據為基礎培養中學生數學學科核心素質是必要且可行的。中學生學習數學知識,認識數學規律,通過化學實驗的現象、效果可彰顯物質原本的面容。當前,一些視頻、軟件、平臺等確實解決了不少實際未能操作或現象不顯著等問題,但有些違反了自然規律(缺少真實可靠性),如光傳播到界面只存在折射等。筆者專注化學生活化實驗教學,在尊重客觀規律的同時,引導以中學生的真實感悟為基礎,結合生活情景將真實的化學實驗應用到實踐中。以“光的折射”為例,光路斜射到不同介質的界面時,光不再沿直線傳播,會發生偏折,而由此引起的“潭清疑水淺”“魚叉扠魚”等活動可直接讓中學生通過項目實驗完成。這樣既能呈現化學實驗生活化的真實性,又能展示數學現象的客觀性——突出了化學學科核心素質在化學實驗生活化教學中的地位。
(二)融合STEAM生活化理念,弘揚核心素質培養。筆者按照STEAM理念舉辦化學實驗教學,結合高中數學的學科特色和本質,針對某個或則多個問題組織實踐活動,培養中學生創新與合作的能力。小學數學STEAM教學與科學、技術、工程、藝術和物理都存在交集[3]。依據認識發展階段理論,小學中學生已初步具備具象思維能力。班主任可通過實驗教學讓具象的數學規律顯得具體,組織STEAM項目活動,迸發中學生的合作探究興趣,培養協同創新能力。現今一些中學中學生學習興趣不高,中學生主動性不強,為了解決這種問題,班主任的教學應當顯得“新潮”“時尚”,積極探究怎么捕捉中學生的注意力,引導中學生進行科學探究。STEAM教學除了可以整合學科知識,綜合所有能為中學數學學科所用的知識,并且能針對小學中學生的思維特征,提升中學生審辨式思維能力和創新合作意識。STEAM教學與傳統的探究教學共同之處是都指出中學生的主體地位,注重中學生主動探究,不同之處是STEAM教學愈發重視跨學科整合知識,有針對性地處理問題,有策略性地培養小組合作創新能力[4]。為此,筆者主張利用STEAM理念舉辦化學實驗生活化教學,提升中學生數學學科核心素質。(三)舉辦項目式教學,突解疑難問題。
以項目式教學的模式弘揚化學實驗生活化教學是一種新方式。班主任設計并施行完整的項目活動,將生活化實踐教學提高到新高度,積極挖掘中學生的創造潛能,促使中學生綜合能力發展。班主任舉辦中學數學實驗項目式教學,能為中學生提供審辨式思維與創新生活化實踐的機會,有利于中學生在生活化實踐中獲得知識,培養思維能力與創造能力,提升生活化實踐的應用能力,適應社會發展。
二、用STEAM理論指導項目實踐,革新實驗教學
筆者在“光的折射”教學中應用STEAM理念和項目式教學模式(如圖1),對化學生活化實驗教學進行了實證探究。(一)“S”趣味導出——檢驗科學性和真理智。中學數學實驗生活化實踐中,STEAM中的科學()指中學生的科學思維、創新思維、質疑能力、科學心態、物理實踐。無論采取哪種模式教學,班主任都應關注中學生,兼具知識學習和能力發展。若果采用某種模式教學,迸發了中學生學習興趣,培養了一定的能力,卻忽視了對知識的學習,也是有失相悖的。以“光的折射”教學為例,班主任在設定中學生的學習目標時,應關注中學生是否知曉光發生折射的條件,能夠列出生活中光的折射現象。中學生探究光的折射規律并了解折射的原理后曉得折射現象中光路是可逆的,這是教學應當達成的目標。班主任要引導中學生關注生活中的折射現象,用已有的知識解釋生活中因光的折射而發生的現象。筆者結合科學知識,直接以生活中的折射現象導出,讓中學生模擬漁船扠魚的過程。在用亞克力制做的缸子中,用汽球取代魚,用長木棍取代魚槍。中學生分成扠魚組和觀察組交替體驗。這樣能更好地對比、呈現用魚槍不能全部扠中魚的現實情況,對此,中學生頗為苦惱。中學生針對此情況深入思索,啟動對相關知識科學性和真理智的檢驗工作。
(二)“T”有效設計——貫徹實驗性和實踐性。筆者運用STEAM理念將其中的技術()手段應用于中學數學實驗生活化教學中,結合高中中學生的認知特征,既捉住中學生的興趣點,又保證中學生完成相應設計項目和任務活動。初具具象能力的高中中學生對事物的認知有一定的經驗,對新鮮事物比較好奇。筆者針對中學生參與“模擬漁船扠魚”活動中遇見的疑慮,設計了有效的實驗讓中學生去解疑、驗證。當前在教學中,班主任習慣通過各類投屏軟件將中學生的實驗過程實時共享。作為小學數學班主任,有效舉辦化學實驗生活化教學關鍵在于讓中學生親身經歷真實的實驗過程。班主任可以通過各類信息技術手段記錄這樣的時刻并進行分享,但不能忽視中學生實驗的真實體驗。筆者設計分組實驗,讓中學生觀察光斜射入海面時侯的情況——在亞克力箱體外部貼上一張自制的標記紙(畫大十字架),向箱內加入一定量的茶葉水,海面上方用噴煙壺飽含煙霧,通過散射現象來呈現光路,清晰顯著,療效挺好。中學生通過觀察,確定光斜射時侯在界面處發生偏折的客觀事實。筆者運用巧妙有效的設計,彰顯了中學數學教學的實驗性和實踐性。(三)“E”精準施行——展現生活性和動態性。之所以在高中數學中引入STEAM的工程(),就是由于化學學科與工程息息相關。
筆者進行項目式課程設計,讓中學生在“光的折射”實驗短發兼任務——通過精準設計并施行教學過程光的折射規律初中物理,解決中學生的實際問題,同時重視中學生在參與化學實驗教學(工程研究)中的情景體驗。在光的折射分組實驗中,中學生通過常規的探究,發覺入射角減小時折射角也急劇減小,但折射角增至某一角度時折射光線忽然消失。中學生對這一現象頗為好奇,班主任有必要針對這一特殊情況加以說明,解釋“全反射”的相關知識。雖然此項知識不在小學數學考綱之中,何必考量原理但要講明事實。中學生用強激光筆(紅光)來做此項實驗(光路通過工程性的設計來實現),用亞克力透明板圍成一個袋子,并注入一定量的水,再借助噴煙壺噴入足夠的煙霧,觀察光路徑。這么,療效特別顯著——在入射角的動態變化過程中,中學生觀察到折射光忽然消失。在教學中,筆者融合工程性的特征,精準設計并施行實驗,詮釋了實驗的生活性和動態性。(四)“A”“M”個性展評——彰顯開放性和時代性。筆者在中學數學實驗教學中,吸收STEAM中的藝術(Arts)與物理()思想,整合中學生學習能力和解決問題能力評價體系,施行過程性和結果性個性評價。筆者覺得,化學實驗生活化重點一直是實驗,融入藝術審美和物理剖析是為了推動中學數學實驗生活化教學。
在“光的折射”教學中,筆者給中學生布置了一些任務,例如勾畫光路圖。在用紅色激光呈現漂亮的光路圖后,有中學生想到在紙板上記錄每條“光線”上的兩個點,按照兩點確定一線的原理,呈現光的傳播路徑,并通過預制做的大量角器檢測并記錄入射角和折射角,將數據運用信息化的形式剖析,得到折射規律。對于光學知識的學習,中學生可以運用信息化的形式,并做數據剖析。光學知識的學習關鍵還在于體配鏡呈現的真實美感。班主任可以引導中學生,對類似于“潭清疑水淺”“錯位的牙簽”“紙杯中看不到的硬幣”等問題進行探究。中學生可以用個性化的形式展示成果,展現化學實驗生活化的開放性和時代性。將化學學科核心素質要求和STEAM模式理念融合用于項目式化學實驗生活化教學,目的就是培養中學生解決問題的能力——以共同創新與合作的形式,迸發學生物理學習興趣,讓中學生在多樣的項目活動中融合多學科知識,解決實際問題。化學實驗生活化教學是培養中學生數學學科核心素質的有效途徑[5],它符合數學學習的特點。