初中数学教学中 STEM 教育融合模式的实践与效果

一、STEM教育与初中数学教学的融合逻辑

当前初中数学教学存在学科壁垒明显、知识应用场景单一等问题，学生难以将数学知识与科学原理、工程实践相结合。苏科版教材虽包含“数学与生活”“数学活动”等跨学科板块（如九年级下册“统计与概率”涉及环境监测数据处理），但传统教学多局限于数学知识本身，未能实现多学科的深度融 合 。 STEM 教 育 强 调 科 学 （ Science ）、 技 术 （ Technology ）、 工 程（Engineering）、数学（Mathematics）的有机整合，与初中数学教学目标高度契合。一方面，数学为STEM项目提供量化分析工具（如用函数建模解决工程问题）；另一方面，STEM项目为数学知识创设真实应用场景（如桥梁设计中需计算三角形稳定性）。

二、基于苏科版教材的STEM融合模式实践

1.工程导向型融合：以“图形与几何”为例

苏科版八年级上册“三角形的稳定性”可设计“承重结构设计”项目，融合工程力学与几何知识：

（1）科学认知：在实验环节，教师为学生准备规格统一的木条、螺丝与弹簧测力计，构建三角形和四边形活动框架。通过在框架顶点施加垂直向下的拉力，利用弹簧测力计实时记录结构形变时的临界承重数值。学生通过对比实验数据直观发现，四边形框架在 2.3N拉力下出现明显变形，而三角形框架在承受 5.8N拉力时仍保持原有形态，由此深入理解“三角形三边固定后形状唯一”的几何性质，同时初步感知工程结构中稳定性的重要性（科学原理）。

（2）数学建模：学生分组测量边长分别为 3cm、4cm、5cm；6cm、8cm、10cm；5cm、12cm、13cm的直角三角形框架承重数据，运用米尺精确测量边长，以 0.1N为精度记录承重数值。使用Excel创建数据表格，导入边长与承重数据后绘制散点图，并通过添加趋势线拟合二次函数曲线。经小组讨论发现，当三角形三边满足勾股定理时，其承重能力与边长平方和呈现显著正相关关系，初步建立几何参数与物理性能的数学模型（数学分析）。

（3）工程实践：项目要求以吸管、胶带为材料，设计高度不低于 20cm 的承重结构模型，且三角形结构占比需达 60% 以上。学生需运用比例尺绘制 1：10 的结构设计草图，标注关键尺寸与连接方式。在制作过程中，通过优化吸管搭接角度与胶带缠绕方式增强结构强度，同时记录每根吸管长度与胶带使用量。完成后，采用书本堆叠法测试承重能力，计算单位长度吸管承载重量的性价比指标，在满足承重需求的前提下探索材料使用的经济性（工程设计）。（4）技术支撑：用手机APP测量模型承重数据，通过Excel生成数据分析图表，优化结构设计（技术应用）。

该项目让学生在解决“如何提高结构承重”的工程问题中，深化对三角形稳定性的理解，体会数学在工程设计中的决策价值，同时培养团队协作能力与跨学科问题解决素养。

2.科学探究型融合：以“函数”内容为例

针对苏科版九年级上册“二次函数的应用”，设计“水资源优化配置”项目，融合环境科学与函数知识：

（1）问题导入：以学校食堂用水管理实际场景为切入点，展示近一个月食堂用水量的详细数据统计图表，其中工作日早、中、晚用水量稳定在20 吨、35 吨、25 吨，而周末因就餐人数变化存在 1÷15% 的波动。通过动态折线图直观呈现用水峰值与低谷，抛出核心问题："在满足不同时段用水需求的前提下，如何设计储水罐容量，既能保障食堂正常运转，又能实现成本最低化？"同时引入现实背景，说明不合理的储水设施不仅造成资源浪费，还可能引发水资源二次污染等环境问题。

（2）科学分析：组织学生开展实地调研，深入建材市场和供水设备厂商，系统收集不同材质储水罐的技术参数与成本数据。通过小组合作制作对比表格，清晰呈现不锈钢储水罐每吨容量成本 200 元，具有耐腐蚀、寿命长的特点；塑料储水罐每吨容量成本 150 元，但存在老化风险。结合环境科学知识，引导学生分析不同材质对水质的影响，以及安装过程中的碳排放差异。在变量分析环节，利用因果关系图梳理出影响成本的关键因素：储水罐容量、材质单价、安装费用、维护成本等，明确自变量与因变量之间的逻辑关联。

（3）数学建模：在前期数据分析基础上，指导学生建立数学模型。设储水罐容量为x吨，考虑到食堂日最大用水量为 35 吨，确定定义域x≥35；同时引入固定安装费用 500 元，建立成本函数模型 y=150x+500 （以塑料材质为例）。通过回顾二次函数性质，引导学生利用顶点公式或配方法求解函数最小值。结合食堂用水的特殊需求，分析函数图像在定义域内的单调性，讨论当x取何值时总成本达到最优。为增强问题复杂度，可进一步拓展模型，引入阶梯水价、折扣政策等变量，构建分段函数进行综合分析。

（4）技术验证：用GeoGebra绘制函数图像，模拟不同容量下的成本变化曲线，验证模型的合理性（技术工具）。

项目实施中，学生需综合考虑用水量波动（科学因素）与成本控制（数学建模），形成“问题—建模—验证”的STEM思维链。通过跨学科协作，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的综合能力，体会数学知识在实际生活中的应用价值。

三、STEM融合模式的实践效果与反思

1.教学成效

在苏科版教材教学中应用STEM融合模式后，学生在多方面展现出积极变化。跨学科应用能力上，面对九年级“二次函数”单元涉及实际情境的问题，许多学生不再感到无从下手，能够灵活运用多学科知识解答。在解决实际项目问题时，大部分学生都能提出至少两条不同的创新性解决方案，展现出较强的问题解决能力。而在学习兴趣方面，数学建模社团对学生的吸引力显著增强，越来越多的学生主动参与到课后社团活动中。

2.实践反思

STEM融合需注意三个适配性问题：一是教材内容与STEM项目的匹配度（如“平面几何”更适合工程类项目）；二是学生认知水平与项目难度的平衡（如七年级项目应减少复杂计算，侧重定性分析）；三是教学时间的合理分配（单节STEM课控制在 45-60 分钟，避免影响常规教学进度）。

四、结语

STEM教育为苏科版初中数学教学提供了跨学科融合的有效路径，通过工程导向、科学探究、生活实践三类融合模式，既能激活教材的实践内涵，又能培养学生的综合素养。教师需深入挖掘教材中的STEM元素，把握“数学为基、多科融合”的原则，让数学教学从“知识传授”向“素养培育”转型。

参考文献：

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