STEM教育與中學(xué)數(shù)學(xué)課程設(shè)計應(yīng)用研究

徐時芳 陳昱池

摘要：科技的不斷發(fā)展為教學(xué)改革提供了新思路，而STEM作為融合性的新教育理念和模式，實現(xiàn)了科學(xué)、技術(shù)，工程及數(shù)學(xué)四門學(xué)科的整合，更側(cè)重學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)和技術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，解決實際問題。本文主要以中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)為例，探討STEM教育模式指導(dǎo)下數(shù)學(xué)課程的有效設(shè)計，以期更好地推動中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：STEM;中學(xué)數(shù)學(xué);策略

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）19-0090-02

一、STEM教育模式的內(nèi)涵及與數(shù)學(xué)教學(xué)的關(guān)系

STEM教學(xué)模式旨在將STEM教育融合在中學(xué)課程中，致力于實際問題的解決和學(xué)生主體能動性的發(fā)揮。本質(zhì)是在多個獨立的學(xué)科中建立一個橋梁，為學(xué)生提供整體認識世界的機會，引導(dǎo)學(xué)生重新思考科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的內(nèi)涵及它們之間存在的關(guān)系，把學(xué)習的零碎知識變成相互聯(lián)系、完整統(tǒng)一的系統(tǒng)。STEM教學(xué)模式對學(xué)生提出了多層次的培養(yǎng)要求，其中“S”是“科學(xué)”的英文首字母，對于中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)來說，就是將各類科學(xué)知識納入到數(shù)學(xué)教學(xué)中，讓學(xué)生在了解自然的基礎(chǔ)上加強與自然界的對話。而“T”是“技術(shù)”的英文首字母，倡導(dǎo)在數(shù)學(xué)教學(xué)中基于管理的方法思路進行教學(xué)的評價指導(dǎo)。而“E”是“工程”的英文首字母，讓學(xué)生在數(shù)學(xué)解題中對問題設(shè)計與資源開發(fā)有著一定的認識與把握。最后的“M”是“數(shù)學(xué)”英文首字母，力求實現(xiàn)學(xué)生主體能動性發(fā)揮基礎(chǔ)上，數(shù)學(xué)知識的學(xué)以致用，舉一反三，解決實際問題。STEM教育與中學(xué)數(shù)學(xué)課程設(shè)計應(yīng)用研究，將把科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科融合在中學(xué)數(shù)學(xué)課程里，帶動數(shù)學(xué)課程設(shè)計的創(chuàng)新化，將新興的技術(shù)理念比如3D打印技術(shù)、創(chuàng)客空間、電路板、傳感器、Scratch可視化等融入教學(xué)中。嘗試構(gòu)建一個STEM教育融入中學(xué)數(shù)學(xué)課程設(shè)計的應(yīng)用模式，以期學(xué)生獲取知識、探索意識、學(xué)科融合、技能培養(yǎng)和問題解決等方面的能力都實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

二、STEM教學(xué)模式指導(dǎo)下的中學(xué)數(shù)學(xué)課程設(shè)計

STEM教學(xué)模式作為一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，在與中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)融合的過程中，迸發(fā)出更多的教學(xué)創(chuàng)意和靈感，借助創(chuàng)新的技術(shù)理念，STEM在中學(xué)數(shù)學(xué)課堂中充分滲透，大大提升數(shù)學(xué)課堂教學(xué)實效，也實現(xiàn)素質(zhì)型創(chuàng)新型數(shù)學(xué)人才的培養(yǎng)。

（一）基于STEM教學(xué)模式，整合并綜合課程內(nèi)容

素質(zhì)教育理念倡導(dǎo)全面創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)與輸出，而基于STEM教學(xué)模式，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需要多個方面的教學(xué)關(guān)注，STEM教學(xué)模式關(guān)注課堂教學(xué)資源的全面開發(fā)與綜合整合，從技術(shù)到工程到數(shù)學(xué)到科學(xué)，通過多學(xué)科知識的交叉展示，滲透教學(xué)，拓展學(xué)生的知識儲備，也大大提升了學(xué)生的數(shù)學(xué)科學(xué)視野。數(shù)學(xué)課堂不再局限于基礎(chǔ)知識的學(xué)習，更引入了科技的案例，技術(shù)的講解，讓學(xué)生得到全方面的培養(yǎng)與指導(dǎo)。在綜合性的資源引領(lǐng)下，學(xué)生自主探究學(xué)習，大大提升學(xué)生的數(shù)學(xué)計算能力，科學(xué)探索能力，獨立思考能力。例如在講解《直線與圓的位置關(guān)系》這部分內(nèi)容時，針對“直線到圓心的距離與圓的半徑的關(guān)系”的闡述，教師可以借助技術(shù)手段，將計算機技術(shù)引入到數(shù)學(xué)課堂中，通過動畫演示，讓直線活動起來，讓學(xué)生在模擬實操中觀看直線運動變化中，直線到圓心的距離與圓半徑的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生借助計算機進行距離的測量，找到位置關(guān)系對應(yīng)的數(shù)量關(guān)系。發(fā)揮信息技術(shù)的教學(xué)優(yōu)勢，變抽象的講解為直觀生動的動畫演示，學(xué)生真切地感受到知識的形成過程，也把握好知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。借助技術(shù)的創(chuàng)新，加強教學(xué)云平臺的建構(gòu)，帶動教與學(xué)的融合。信息技術(shù)指導(dǎo)下的在線交流，課下互動，建立和諧的是生活關(guān)系，也帶來數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的高質(zhì)高效。

（二）基于STEM教學(xué)模式，提升數(shù)學(xué)教學(xué)的趣味性

中學(xué)階段的學(xué)生心智發(fā)育尚不成熟，正處于具象思維向抽象思維過渡的階段，數(shù)學(xué)知識的內(nèi)在邏輯性與關(guān)聯(lián)性，對于他們來說，學(xué)習接受難度大。學(xué)生學(xué)習興趣不高，數(shù)學(xué)知識的探討不深入，教學(xué)無法取得理想預(yù)期。而基于STEM教學(xué)模式，基于創(chuàng)客教學(xué)，3D打印，多媒體展示，為課堂教學(xué)形式的創(chuàng)新提供了新思路。課堂上多種呈現(xiàn)方式，教師的授課選擇也更為多元，教師可以基于STEM教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)形式，優(yōu)選活動主題，契合學(xué)生的學(xué)習實際，激發(fā)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習的興趣。引入具體的案例，通過科學(xué)的規(guī)劃部署，數(shù)學(xué)內(nèi)容的趣味呈現(xiàn)，游戲化教學(xué)實施，數(shù)學(xué)教學(xué)達到寓教于樂的目的。例如在講解《圓》這部分時，涉及到系列知識的學(xué)習。教師在教學(xué)中必須發(fā)揮STEM教學(xué)模式的創(chuàng)新呈現(xiàn)優(yōu)勢，將抽象的知識化繁為簡，引導(dǎo)學(xué)生在趣味性的思考中深入把握知識。如利用圓的對稱性，引導(dǎo)學(xué)生進行垂徑定理的推導(dǎo)。引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思維，找到數(shù)學(xué)學(xué)習的突破口。求部分圓的面積問題時，把“不規(guī)則圖形”的面積轉(zhuǎn)化為“規(guī)則圖形”面積的和或者差來求解，學(xué)會數(shù)形結(jié)合，利用垂徑定理解決車、船能否通過的問題。借助方程思想判定平面直角坐標系中的三點能否確定一個圓等。STEM教育實施的趣味性主要是基于數(shù)形轉(zhuǎn)化，情境創(chuàng)設(shè)實現(xiàn)，數(shù)學(xué)教學(xué)中把多學(xué)科知識融于有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學(xué)生生活相關(guān)的問題中，問題和活動的設(shè)計要能激發(fā)學(xué)習者內(nèi)在的學(xué)習動機，問題的解決讓學(xué)生獲得學(xué)習的成就感。數(shù)學(xué)教學(xué)中還把STEM教育內(nèi)容游戲化（將游戲的元素、方法和框架融于教育場景），基于探索和目標導(dǎo)向的學(xué)習被嵌入游戲中，實現(xiàn)數(shù)學(xué)趣味課堂的打造。

（三）發(fā)揮學(xué)生主體能動性，引導(dǎo)學(xué)生自主知識建構(gòu)

在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師必須認識到學(xué)生作為學(xué)習者的主導(dǎo)優(yōu)勢和個體價值。肯定學(xué)生的想法，讓學(xué)生大膽質(zhì)疑思考，以小組為單位探討分析。STEM教學(xué)模式恰恰實現(xiàn)了對學(xué)生主體學(xué)習價值的關(guān)注，與建構(gòu)主義教學(xué)理論不謀而合，讓學(xué)生真正成為課堂學(xué)習的主人，基于自身認識和團隊合作，自主進行知識體系和框架的建構(gòu)。基于STEM教學(xué)模式，讓學(xué)生自主進行知識建構(gòu)，而不是被動學(xué)習。激發(fā)學(xué)生數(shù)學(xué)探究學(xué)習的動機與信念，鼓勵學(xué)生師生互動，生生互動，實現(xiàn)數(shù)學(xué)知識的記憶與遷移。STEM教學(xué)模式更為學(xué)生的自主知識建構(gòu)提供了教學(xué)載體支持。3D打印機、開源電路板、傳感器、概念圖工具、SPSS數(shù)據(jù)分析工具、三維建模工具、創(chuàng)客空間、Scratch可視化工具等，讓學(xué)生嘗試自主獲取知識、探索意識、學(xué)科融合、技能培養(yǎng)和解決問題。例如在講解《火車模型制作》這部分時，教師可以基于STEM教學(xué)模式，組織小組合作探究。

三、結(jié)束語

STEM作為創(chuàng)新的教學(xué)模式，其在國內(nèi)課堂教學(xué)中應(yīng)用還處于起步階段，而其跨學(xué)科整合的設(shè)計，也彌補了課程教學(xué)知識結(jié)構(gòu)性缺失的不足，基于技術(shù)，工程，科學(xué)及數(shù)學(xué)的四維融合，對中學(xué)數(shù)學(xué)課堂進行系統(tǒng)規(guī)劃部署，實現(xiàn)跨學(xué)科知識的覆蓋性教學(xué)。STEM教學(xué)模式為素質(zhì)教育改革下課堂教學(xué)優(yōu)化，課堂實效提升提供了新思路。因此在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，必須做好STEM教學(xué)模式的創(chuàng)新分析與研究探討，實現(xiàn)STEM教學(xué)模式在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中優(yōu)勢的最大發(fā)揮，實現(xiàn)創(chuàng)新型全面型人才的培養(yǎng)與輸出。

參考文獻：

[1]胡喜霞.基于活動理論的STEM教學(xué)模式探索——以機器人教學(xué)活動為案例[J].數(shù)字教育，2018，4（02）：81-86.

[2]趙呈領(lǐng)，趙文君，蔣志輝.面向STEM教育的5E探究式教學(xué)模式設(shè)計[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，28（03）：106-112.

[3]張裕玉.STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)拓展課程教學(xué)設(shè)計的研究[D].上海師范大學(xué)，2017.