大數據+數學核心素養培育的STEM教育應用研究

徐時芳 潘春燕 陳昱池

摘要：隨著科技的迅猛發展，我們進入到大數據時代，而大數據推動下的技術革新也為教育教學的創新優化注入了活力。其中STEM教育實現了工程、科學、技術及數學的交叉融合，形成跨文化教育視野和教育模式。本文主要就大數據時代下STEM教育模式指導下的學生數學核心素養培養進行探討，明確STEM教育教學模式在大數據背景下與學生核心素養培養的融合策略，更好地推動中學數學教學。

關鍵詞：大數據；核心素養；STEM教育

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）32-0191-02

21世紀以來，互聯網、物聯網發展迅速，數字科技也滲透到教育領域，帶動跨學科教學視野的形成和教學模式的實施推廣。其中STEM教育模式備受青睞與推崇。其作為一種跨學科和動態化的教學模式，讓學生基于STEM教育的綜合性理念來學習數學，學習有側重，重點和難點突出，實現學生核心素養的培養提升。因此，大數據背景下，借助STEM教育模式實現學生數學核心素養的培養是中學數學課堂教學改革的重要思路。

一、大數據+數學核心素養培育的STEM教育應用背景

STEM教育模式指導下的跨學科式教育，適應新高考，推動教育創新，培養新型人才。依托大數據背景，帶動數學課程設計的創新化，注重將新興的技術理念，比如3D打印技術、創客空間、單片機、模板、畫刷、傳感器、Scratch可視化等融入數學教學中，嘗試構建一種創新教育，即將STEM教育融入數學課程的應用模式，以期在培育學生數學核心素養的前提下，以真實問題解決為任務驅動，立足學習過程、多技術交叉融合的跨學科式教育；以培養具有全面科學素養和創新實踐能力的人才為根本目標，真正讓學生在獲取知識、探索意識、學科融合、技能培養和問題解決等方面實現能力質的飛躍。

二、大數據背景下教育教學領域的新興技術

1.3D打印技術。3D打印技術是一種借助三維空間模型進行虛擬實體對象迅速成型的教學處理技術。其教育領域的價值主要是將特定物理及虛擬事物真實地呈現，讓學生獲得深刻感知。3D打印技術實現了抽象思維空間向真實立體的彩色模型轉化，使得數學教學中復雜抽象的概念定理被引入嶄新的具象的空間，學生可以自主設計并制作展示，在3D體驗學習中感受到數學學習的樂趣。

2.創客教育。作為一種新型的教學模式，創客教育融合了體驗教育、項目教學等多種教學模式的優勢，凸顯學生的主體地位，實現學生由知識消費者到知識創造者角色的轉變。創客教育的落腳點是學生創造中的學習探討，學生探討中的創造實踐，實現學生動手能力的訓練提升，提升學生的問題解決能力，實現其創意精神的培養。

3.翻轉課堂。翻轉課堂改變了傳統的教學結構，給予學生課堂學習的自由，學生可以不受時間與空間的限制，隨時隨地地學習；也可以基于自身的學習認知實際，做好重點難點知識的創新學習，鞏固學習。翻轉課堂教學模式關注到不同學生學習的差異，也帶動師生的互動交流。

三、STEM教育融入中學數學課程的路徑

在大數據背景下，以培育學生數學核心素養為目標，嘗試構建一種創新教育，即把STEM教育融入數學課程中，加強以問題解決為導向、體現以學生為主體的問題解決的教學模式的應用研究。STEM教學在人工智能技術的支持下，加強學生學習過程的動態監控，借助大數據的精準分析，為學生推薦跨學科及個性化的學習資源，教師和學生有效互動，在教學評價上更關注學生的創新思維發揮、學生跨學科解題能力、學生課堂互動參與的積極性。STEM教育模式對學生的評價更為全面，也更有助于全面型人才的培養與輸出。

1.做好教學分析。教學分析是教學前的準備步驟，基于STEM的教學模式，重點從教學目標、學習者特征、跨學科知識地圖三個方面的分析入手。STEM教育強調學習要完成真實情境中的任務，教學目標必須涵蓋在教學內容中，知識內容間的結構關系和知識內容的類型都是教學分析解決的重點問題。教師需要以知識圖譜的方式，找到數學知識間的關聯性，為整個課程知識均衡覆蓋提供基礎。

2.設計學習任務。學習任務的設計效果直接影響STEM教學模式的實施效果。STEM教學基于真實情境，學習者基于情境自主學習，問題驅動融入情境教學中。學習任務的情境化體現必須以學習任務的特定情境創設為前提。數學知識相對抽象復雜，情境的還原可以讓數學知識的闡述更生動豐富，STEM教學模式下學習任務的設計需要做好教學結果的分析，使學習問題與學習情境緊密融合。

3.教學工具與教學資源設計。對于中學數學教學來說，實施STEM教學必須關注工具及資源的優化設計。目前廣受關注的3D打印機、開源電路板等使得STEM教學更為高質高效。此外，Scratch可視化程序設計工具、概念圖工具、SPSS數據分析工具、網絡溝通工具、三維建模工具等也起到教學推動作用，學生借助教學設備和技術，進行數學問題的探究，從檢測到鞏固，實現數學知識學習的不斷強化。

4.學習評價設計。對于中學數學教學來說，教學評價既包括總結性評價，也包括過程性評價。學生在數學學習中所表現出的態度、創新想法等都是過程性評價的內容。STEM教學模式支持下的過程性評價更側重量表、行為觀察、知識測驗等。STEM教學模式致力于學生數學實際問題的解決，在教學評價中，改變以往單一的評價方式，過程性評價與總結性評價結合起來，評價主體更多元，評價內容更全面，除了成績、學習態度等，也涉及學生數學課堂互動的參與度、學生數學學習過程中的創意發現和研究成果。

5.課后總結與鞏固練習。課后的總結指導與鞏固練習對于STEM教學來說也是必不可少的。STEM教學指導學生將數學零散的知識點整合起來，系統總結，從問題產生到解決再到知識的抽象升華，在不斷的創新嘗試與鞏固練習中深入把握數學知識。課后總結由教師發起，小組評價與自我評價結合，對學生的數學課堂表現進行點評。在鞏固練習方面，必須提升習題測試的針對性，既要反映基本的數學概念及定理，又能兼顧學生的數學差異學習需求，讓學生在明白數學學習得失的基礎上，在強化練習中糾正原有的錯誤理解，完成知識的自主建構。

四、結束語

STEM教學模式作為一種創新的教學模式，實現了科技、技術、工程及數學的交叉融合，也為數學學習與探討提供了跨學科視野，指導學生基于問題，借助學習工具和資源，自主探索與學習，完成數學知識的自主建構。STEM教學模式在我國數學課堂中的運用尚不成熟，而STEM教學模式的優化研究也將持續深入進行，以進一步發揮STEM教學模式優勢，讓學生成為數學課堂學習的主人，提升中學數學課堂教學實效，使STEM教學與中學數學教學合二為一。

參考文獻：

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