STEM教育理念下數學知識在園林工程中的應用案例設計

吳敏靈

(廣州市番禺區職業技術學校 廣東廣州 511400）

數學作為中職階段的一門基礎學科，為學生開展專業課的系統學習奠定了基礎。STEM課程理念可有效提升中職數學教學質量，相較于以往僅以數學書本知識為基礎的教育形式，STEM集科學、技術、工程、數學為一體，為學生探索世界提供路徑，引導學生靈活運用數學知識，使數學成為解決問題的工具，從而提升學生的數學能力。本文通過數學知識在“園林工程”中的應用教學案例，把STEM教育理念融入到課堂教學實踐中。

一、課例設計依據

中職學校的學生主要以專業技術和專業工程的課程學習為主，學習方式基本是以問題解決為目標。筆者在項目化教學模式實施的過程中，發現涉及到的數學問題是學生的短板。而專業課教師又沒有太多時間和經驗，教會學生解決專業課所需要的數學知識。因此，筆者嘗試從STEM的教育理念入手，把學生在專業課程學習中遇到的典型的項目課程案例，移植到數學課堂中，教會學生需要的數學知識，幫助學生能順利完成專業系統學習。

二、課例特色

教師在課堂教學時，師生可以共同梳理一個在生活中常見的視頻案例，了解工程設計的主要環節。在此基礎上，教師創設問題情境，以“安裝自發噴灌系統”為任務進行分析討論。這樣，教師把數學、技術和工程進行交叉融合，讓學生在實踐體驗中，學會應用多學科知識應對現實問題。

三、課例內容呈現

（一）教學目標

知識目標：了解工程設計過程及其各個環節，知道設計是動態有章可循的。能力目標：經歷設計的一般過程，在思考、討論與合作實踐中，初步學會有計劃、有步驟開展設計活動的方法。情感目標：培養技術實踐、表達、交流、評價的能力與協作意識，感受技術問題解決過程的艱辛與曲折。

（二）教學過程

1.引入環節。教師可以這樣引入：我校的園林實訓場地建成已有一段時間，剛開始，每天都有同學給植物澆水，植物長勢特別好，但大家沒有堅持維護，植物就漸漸凋謝，同學是否有既能節省人力、物力，又能維護好花圃的方法呢？

2.創設情境環節。教師播放一段視頻“根據周邊濕度能自發噴水澆灌的噴灌系統”，引導學生進行案例分析，梳理分析視頻中是如何分布噴灌器的，目的是什么。此外，植物種植的間距是否有要求，目的又是什么，并把學生對這些問題的回答，都簡要記錄在黑板上。

設計意圖：視頻中自發噴灌的系統能激發學生的好奇心與求知欲。教師在教學設計上，擺脫了傳統的“教師講、學生聽”的模式，采用引導—分析—探究的形式，師生共同梳理視頻內容，得出結論：噴灌器的分布與植物種植間距息息相關，目的是最大限度利用資源，節省成本。以上環節的設計符合STEM教育的情境性特征。

3.提出問題，明確任務環節。教師提問：同學們是不是也想親自做一套擁有自發噴灌系統的園林微型景觀呢？現在園林實訓場地騰出了一塊方形空地，大家可以在節省成本的前提下，去種滿雞冠花，布上管線，并接上微型的自發噴灌器。

設計意圖：本課提出的任務與學生的專業課程和生活實際息息相關，教師在充分考慮知識點的同時，還體現了數學、工程等跨學科知識的交叉融合。在解決問題的過程中，教師要引導學生綜合運用多學科知識，與STEM教育的跨學科性相一致。

4.方案的制定環節。學生接到任務后，到現場進行了數據測量。（1）測量方形空地的長和寬，并做好記錄。（2）學習安裝微型噴灌器，先簡單安裝一個，觀察噴灌器的噴水形式—傘狀，類似拋物線，測量噴水達到的最大高度和噴灌器到水達到最遠點的距離，做好記錄。（3）測量出水口到空地邊緣的距離，做好記錄，為后續布置水管做準備。（4）確定種植雞冠花的間距、噴灌器安裝的間距和數量，以及準備水管的長度。

設計意圖：確定種植雞冠花的間距和數量、噴灌器安裝的間距和數量、要準備水管的長度計算，這些都是應用數學知識解決實際問題的過程，是多學科知識融合的交叉點和整合點，是觸發學生學習與探究的觸發器。學生根據實物測量操作，對數學知識的認識更加深刻，從理論轉向解決實際問題，從而發揮了數學基礎性和工具性的作用。

5.繪制設計圖環節。（1）學生根據“方案制定環節”中測量的第（1）（2）項數據，計算在噴水能夠覆蓋整塊方形空地的前提下，需要用噴灌器的數量和安裝間距。用到的數學公式可能有圓的面積計算公式s=πr2，涉及到拋物線的一元二次函數公式y=ax2+bx+c(a≠0)。（2）學生根據噴灌器的分布，計算需要種植的雞冠花的數量。種植雞冠花時，盡量不要種在噴灌器落水的最低點，否則只能澆到花的根部，葉子和花就照顧不了，稍有欠缺。（3）學生根據噴灌器的分布，設置水管的布局。（4）學生根據以上數據，繪制出設計圖。

學生根據自己的設計理念，把測量數據融合到設計構圖中，熟悉制作方案設計圖的思維和操作過程。在此過程中，教師要全程巡視指導，幫助學生分析遇到的問題。然后，通過討論研究，幫助學生找到解決問題的方法，讓學生建立完成任務的信心。

6.園林景觀的制作環節。學生根據自己的設計圖，到現場進行景觀制作。在動手前，教師要跟學生明確制作步驟：松土→布置水管→安裝噴灌器→種植雞冠花。

園林班學生對布置水管和安裝噴灌器比較陌生，在實施過程中，可能會出現以下幾方面的欠缺：（1）裁剪水管和拼接水管。（2）水管埋藏的深度如何控制。（3）噴灌器的安裝問題。這時，需要有電工教師引導學生分析安裝的技巧和要領，完成水管的布置和噴灌器的安裝。整個噴灌系統安裝完成后，要經過測試合格以后，才按設計圖種上花朵。學生在種花過程中，要注意不能破壞水管和噴灌器。

設計意圖：學生在制作園林景觀的過程中，教師要對他們生成的問題進行及時指導，與學生共同優化設計方案，完善設計作品。只有學生親身經歷實踐，才會對教師在方案制定階段提出的問題有更深入理解。

7.園林景觀的測試環節。園林景觀完成后，學生測試整體情況，對有問題的地方進行修改調整，并不斷優化設計過程。

8.展示交流與評價環節。本課采取學生自評、互評與教師評價相結合的評價方式。為更好地達到教學目標，教師制作了自評和互評量表。評價過程強調多元評價主體，面向學習過程。

四、實踐反思

本課立足學生實際，以STEM理念作為引領，在數學課堂中推行跨學科的數學綜合實踐，讓中職數學課堂教學由知識型向應用型轉化。學生看到數學能夠應用到專業課程學習中，才能激發學習數學的興趣，產生學習和研究數學應用的動力，從而逐漸形成應用數學的意識和能力。