STEM 教育理念下中職數(shù)學課堂教學模式改革與構(gòu)建探究

江蘇省通州中等專業(yè)學校 陳小峰 秦曉鵬

STEM是通過4個詞匯的首寫字母而成，來自科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學（Mathematics）這4門學科，這4門學科各自適用于不同能力的塑造，例如，數(shù)學課重視邏輯思維能力的塑造，而科學重視創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，但是同時二者之間又具有十分密切的聯(lián)系。現(xiàn)階段中職學校課堂教學模式在訓練學生答題應考的能力、綜合性解決問題能力、應用轉(zhuǎn)移等多個方面有一定的欠缺，在中職學校學習過程中，通常選用每科獨立教學，學科間的融合以及聯(lián)系偏少。在中職數(shù)學中，函數(shù)模塊中的具體內(nèi)容更貼近日常生活，而且與化工廠、電子專業(yè)、電子計算機、財務(wù)會計等相關(guān)學科的相關(guān)性非常大。在“三教”改革創(chuàng)新環(huán)境下，怎樣培養(yǎng)學生的數(shù)學思維能力，提升核心素養(yǎng)顯得十分關(guān)鍵，通過研究STEM教育理念，融合多科課程內(nèi)容，能幫助我們掌握數(shù)學知識在制造、日常生活中的重要作用，提高學生針對數(shù)學教學的認同感。

一、創(chuàng)設(shè)科學、技術(shù)、工程類問題情境

STEM文化教育理念應增加學科中間關(guān)聯(lián)的調(diào)節(jié)，建立與確定一個教學互動方式，給中職學生更多啟迪，降低學生獲取知識的難度。在優(yōu)化中職數(shù)學教學互動方式時，工程項目學科的關(guān)聯(lián)主要體現(xiàn)在物理學和有機化學學科中間，促使學生應用數(shù)學知識更真實地了解物理學原理，提高學生對數(shù)學學科的認知。在建構(gòu)主義理論的幫助下，中職數(shù)學互動交流教學方式設(shè)計優(yōu)化應以一定的方法推動，可將教育理論與情境認知能力結(jié)合在一起。教師根據(jù)新項目學習的目標開展課堂教學難題設(shè)計，協(xié)助應用課堂小游戲的方式解決真實問題鏈，將學生放到課堂教學主體的位置上，鼓勵團隊協(xié)作，一同處理數(shù)學教學中遇到的困難，提高學生學習培訓數(shù)學知識的自信心。

二、學習相應的數(shù)學知識

數(shù)學是科學的根本，科學為數(shù)學課提供支持與應用。數(shù)學知識的學習促使學生更好地理解科學、技術(shù)、工程中所涉及的數(shù)學知識，從信息技術(shù)、財經(jīng)商貿(mào)、加工制造等多個方面開展邏輯判斷和定量計算，通過數(shù)學知識的學習促使學生理解邏輯判斷、定量計算及其抽象化的相對性等的科學研究能力，為以后職業(yè)發(fā)展、專業(yè)能力提升給予最基本的素養(yǎng)和能力。江蘇省職業(yè)學校文化課教材專題與案例模塊中就非常明顯地體現(xiàn)了跨學科系統(tǒng)學習。專題與案例模塊中涉及的案例就是數(shù)學知識點的傳送，是中職數(shù)學教材中極具STEM核心理念的那一部分。在這個環(huán)節(jié)，教師不僅要傳授數(shù)學知識，更應將數(shù)學知識和其他學科知識融合展開敘述，從而有效塑造學生的跨學科應用意識。以該教材中“坐標變換與參數(shù)方程”這一章為例子，教師在實現(xiàn)對平面直角坐標系中坐標軸平移變換公式的知識點講授后，可以融合加工制造業(yè)中數(shù)控機床的編程坐標系。通常在數(shù)控機床上加工工件時，除了用到機床上廠家設(shè)置的“機床坐標系”外，為了定量地描述數(shù)控機床上刀具相對工件的運動位置，加工工件編程時還要確定一個“工件坐標系”。工件坐標系也叫編程坐標系，它通常由機床坐標系平移后得到。將編好的程序輸入數(shù)控機床進行加工，可以防止工件報廢、刀具損壞等事故，同時也便于加工過程中的檢測。例如，已知點A，B，C在機床坐標系中的坐標分別為（20，60），（46，15），（28，-37），現(xiàn)在以點A為工件坐標系的原點，求點B，C在工件坐標系中的坐標？例題明顯體現(xiàn)了數(shù)學坐標變換公式在機械加工中的運用。跨學科式互動交流可同時提升學生對坐標變換的掌握能力和實踐應用能力，也可以幫助學生了解數(shù)控加工中的編程坐標系的內(nèi)涵。

三、利用數(shù)學知識解決實際問題

大部分中職學生都已經(jīng)具備了單獨剖析探討的能力，且擁有很強的好奇心。教師能運用生長環(huán)境“因地制宜”，打造學生比較熟悉的數(shù)學知識運用情境，給予學生運用知識的室內(nèi)空間。比如，教師在講授“立體幾何”這一章的基礎(chǔ)知識時，可以要求學生自由活動，繪制校內(nèi)任意一棟工程建筑空間立體圖，進而充分鍛煉學生的三維認知能力，鍛煉學生針對空間點、線、面聯(lián)系的操控能力（見圖1）。

四、舉一反三，拓展數(shù)學知識

在中職數(shù)學互動課堂中，教師在設(shè)計方案教學方式時理應構(gòu)建輕輕松松的場景，利用教案設(shè)計、實施過程的形式對關(guān)鍵重點知識剖析和優(yōu)化，在課堂教學中拋出難題，進行分析并反饋，調(diào)整互動交流方式與教學模式。STEM教育理念引導課堂互動設(shè)計方案應具備綜合性、開放性、動態(tài)性、理論性、多元性。根據(jù)以上的教學模式，能將中職數(shù)學互動交流方式分成4個步驟實行：互動教學，問題引領(lǐng)，依據(jù)課程內(nèi)容創(chuàng)設(shè)情境；新老專業(yè)知識聯(lián)絡(luò)互動交流，應用STEM的四大領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識研究問題，收集有關(guān)問題解決技術(shù)性和信息，創(chuàng)建新老專業(yè)知識之間的互動聯(lián)絡(luò)；生生互動，小組合作學習，利用技術(shù)以及處理數(shù)據(jù)，制作出解決問題計劃方案；工作組一同交流和溝通，共享研究成果。

結(jié)合本文的互動教學模式，在學習平面向量相關(guān)知識的時候，數(shù)學教師可以從平面向量的概念出發(fā)，應用課堂情境進行創(chuàng)新，引導學生熟悉平面向量的基本概念、運算法則，并設(shè)置一定的課堂情境感受平面向量知識的應用。例如，引進建筑行業(yè)對平面向量的解釋：“能把文字、表格、圖表或者是表達式的信息轉(zhuǎn)化成一種坐標關(guān)系或者是一個公式。”從建筑行業(yè)的角度分析平面向量的坐標圖像表示，在課堂上為學生指明數(shù)學問題的研究方式，帶著中職生感受數(shù)學知識在實際行業(yè)發(fā)展中的應用，有效激發(fā)中職生對數(shù)學知識的學習積極性，豐富中職生的課堂學習體驗。

五、教學案例

在論述了將STEM教學方式運用到中職數(shù)學課堂教學的對策后，教師應當把握住關(guān)鍵，融合課程內(nèi)容提前準備教案設(shè)計，與此同時課下融合課堂教學預期效果進行改善匯總，現(xiàn)以該數(shù)學教材中“三角計算及其應用”章節(jié)中的正弦型函數(shù)為例，概述如何把教學過程內(nèi)容和STEM教學方式緊密結(jié)合，在做完課程教學目標的前提下鍛煉學生的綜合素養(yǎng)。

以正弦型函數(shù)中的單擺（擺角低于5°）為特例，根據(jù)其等時性；用三角函數(shù)表明單擺晃動時偏移和時間之間的關(guān)系；學會利用手機APP制作單擺運動函數(shù)圖像，有助于正弦型函數(shù)的學習。

（一）學習情境

播放視頻擺鐘（世界最高的擺鐘）、蕩秋千在平面圖做擺動的小視頻。難題1：你了解擺針為什么能精確測量時間嗎？難題：2：你蕩秋千時，用力蕩一次，每一次下降和升高所花費的時間是一樣的，或是時間越來越短？設(shè)計意圖：在引入課程內(nèi)容時，使用日常生活當中的例子去激發(fā)學生學習的積極性，引發(fā)學生思考，有益于增進學生與專業(yè)知識的聯(lián)系，培養(yǎng)學生感知世界、發(fā)現(xiàn)數(shù)學的人文素養(yǎng)和人文素質(zhì)，這類根據(jù)現(xiàn)實問題引入專業(yè)知識的形式，可以讓學生感受身邊的數(shù)學，凸顯科學研究三角函數(shù)實體模型與現(xiàn)實問題結(jié)合的重要作用。

（二）設(shè)計方案

視頻可以觀察到擺針每擺動一下就是一秒，表明擺針每一次擺動的時間也是一樣的，那如何驗證這一點呢？引導學生親自動手，6人一個工作組，仿真模擬單擺運動，制訂一個計劃方案，寫下實驗所需要的器械和商品，計劃好實驗的操作流程，列舉必須檢測的數(shù)據(jù)信息，學生通過一番討論后，能分享自己的實驗方案，表達自己的設(shè)計意圖，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段存在的不足之處，博采眾長，一同健全實驗方案，學生利用20cm的繩子、2個粘鉤、1個螺帽、三角尺、計時器進行實驗，最后發(fā)現(xiàn)計時器測算單擺運動的時間是不太準確的，可向?qū)W生建議使用手機拍攝視頻。設(shè)計意圖：在規(guī)劃實驗方案的過程中，學生之間交流互動、協(xié)作，揚長補短，學生盡可能地利用自己周圍的原材料，自制工具及設(shè)備，培養(yǎng)動手能力，提高學生的工程素養(yǎng)，在實驗設(shè)計方案里加入技術(shù)元素，提升學生的技術(shù)素養(yǎng)。

（三）科學知識

學生根據(jù)實驗裝置獨立收集多組螺帽的擺動周期時間，教師正確引導學生進一步思索它們擺動的時間是否相同，及其擺角是否確定周期時間，從而發(fā)現(xiàn)單擺運動（擺角低于5°）的等時性，與此同時，教師可向?qū)W生詳細介紹有關(guān)的理論歷史資料，單擺的等時性是通過意大利專家伽利略發(fā)現(xiàn)的，而且詳細介紹伽利略發(fā)現(xiàn)單擺等時性的一些有趣的故事。

（四）科學技術(shù)

根據(jù)實驗結(jié)論發(fā)現(xiàn)單擺的擺動周期時間在擺角低于5°時是一樣的，發(fā)現(xiàn)周期時間狀況，將它與三角函數(shù)相關(guān)聯(lián)，利用手機拍攝視頻，隨后用KMplayer軟件截屏，PowerPoint插入視頻持續(xù)截屏，確保一個周期的運動，觀察產(chǎn)生的圖像來決定偏移與時間之間的關(guān)聯(lián)，圖像形近三角函數(shù)圖像，學生非常容易聯(lián)想起此章學習到的三角函數(shù)的圖像，根據(jù)GeoGebra線性擬合函數(shù)圖像，明確它與三角函數(shù)之間的關(guān)系。

（五）總結(jié)交流

教師領(lǐng)著學生回顧這堂課的具體內(nèi)容，這堂課根據(jù)實驗探究了單擺運動的等時性，在擺角低于5°時創(chuàng)立，因此擺鐘的旋輪線很長，擺角比較小，又依靠手機軟件證明了偏移與時間之間的關(guān)系能通過三角函數(shù)實體模型進行描繪，加深了對三角函數(shù)正弦型函數(shù)的認知與應用。

六、結(jié)語

綜上所述，在新課改的教學背景下，教師理應轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的課堂教學培養(yǎng)體系，提升學生的綜合素養(yǎng)，依靠STEM的發(fā)展理念，能增強現(xiàn)階段的教學互動性，提升學生的綜合素養(yǎng)。文中闡述了怎樣在中職學校數(shù)學教學環(huán)節(jié)中滲入STEM的教學理念，在設(shè)計優(yōu)化現(xiàn)階段之間的互動課程內(nèi)容時理應遵循的原則，在問題驅(qū)動和情境推動的過程當中激發(fā)學生的積極性，提高對數(shù)學課程學習的積極性，為以后更高深的數(shù)學教學與知識技能運用打下堅實的基礎(chǔ)。