STEM教育背景下高中數學項目式教學方法的案例研究

【摘要】隨著新課程改革的不斷推進，高中數學教學更加注重培養學生的核心素養，提升學生解決實際問題的能力，同時高中數學教師正在探索適合高中數學教學的新模式.在這種背景下，STEM教育得到了教師的廣泛關注.鑒于此，文章結合STEM教育以及項目式教學方法，探討了STEM教育背景下的高中數學項目式教學方法，旨在探索出適合高中數學教學的新途徑.

【關鍵詞】STEM教育；項目式教學；高中數學教學；綜合能力

引 言

未來的世界，是創新的世界，因此培養具有綜合實力的創新型高端人才是教育發展的趨勢.而高中數學是學生學習基礎數學的基石，教師有必要探索適合高中學生學習數學的新方法.項目式教學作為一種有效的教學方法，強調學生通過參與實際項目的方式來學習和應用知識.它為學生提供了創造性、合作性和實踐性的學習機會，而當學生越接近實際問題時，越需要整合性交叉學科知識來完成項目.未來的學習方式一定是打破學科限制、多學科整合式的學習.下面將探討STEM教育背景下的高中數學項目式教學方法.

一、STEM教育與項目式教學概述

（一）STEM教育

STEM教育（Science、Technology、Engineering、Mathematics）最早是由美國國家科學基金會提出的，其最早的英文縮寫是“METS”，后來演變成了“STEM”.STEM教育主要采用項目式教學的方式進行教學，因此，其對培養學生跨學科解決問題的能力，培養學生技能，包括判斷思維能力、創造力、合作能力、溝通能力等都發揮了重要作用.目前，各國都在大力發展STEM教育，但對STEM教育并沒有一個完整的公認定義.各國的STEM教育成果對中國探索本土STEM教育有借鑒意義.我國的STEM教育起步雖晚，但已經啟動了“中國STEM教育2029創新行動計劃”，正積極開展STEM教育.

（二）項目式教學

項目式教學更注重培養學生的綜合能力，如團隊協作能力、交流能力、表達能力、組織能力、抗壓能力等.此外，項目式教學還注重知識的實際應用性，以實際問題為出發點，翻轉學習，因此學生需要在問題情境中利用多學科思維分析和解決問題.

目前，部分高中數學教學缺少可以利用項目完成數學學習的課程.數學為統一高考科目，部分學科為自選科目.因此，數學教師開發出數學和其他基礎科目相聯系的項目，可以為學生后續學習專業知識夯實基礎，這對學生來說十分重要.

二、教學設計流程及必備條件

（一）基于項目的STEM學習的五個階段

1.情境嘗試階段

項目開始前，教師根據項目內容，引導學生進入有效、有趣的情境.情境既要貼近學生生活，使學生產生興趣點和解決意愿；又要符合學生數學及相關知識的最近發展區，不能使學生因為遠離最近發展區，而“夠不到知識”，從而產生畏難情緒，也不能讓學生因為“完全夠得到”，而不屑嘗試.學生應帶著疑問和興趣，在教師的引導下將已有的知識和經驗與項目目標連接起來.興趣和動力是這個階段最重要的情感導向.

2.整合研究階段

學生在教師的引導、協助下，通過小組分工合作研究項目問題，并采用線上、線下相結合的方式收集、處理信息和資料.這樣可以幫助學生進一步了解項目問題，使學生在收集資料的過程中，達到學科之間知識的連接目的，打破學科間孤立的壁壘，從而初步形成項目的理論化.在這一階段，小組分工和教師協助最重要.

3.整合探索階段

學生需要在學科知識、科學研究和實際項目需求之間建立起有效連接.在這個階段，學生通過前期準備已經對問題有了深入的了解，這時需要小組成員合作匯報、總結探討.學生在這個過程中會遇到一些棘手的問題，因此教師可介入幫助解決.這個過程是培養學生合作意識的好機會.

4.實施應用階段

在這個階段，學生需要確定模型，驗證模型，耐心調整模型，再驗證模型.這是一個反復的過程，對團隊及個人都是能力和情緒的挑戰.這個環節是非常具有現實意義的，因為實際問題永遠是復雜的，學生需要在反復和總結的過程中成長，這也是培養學生健全人格的重要環節.學生在這個環節，抗壓能力、協調能力、情緒管理能力都會有所提高，團隊的凝聚力也會提升.

5.成果展示階段

項目會以組為單位進行成果展示，展示的過程、形式因組而異，限定時間，需要答辯.可由教師進行提問，也可以由其他組成員提問.展示的過程必須包括模型和算法.講解的形式可以組員分工講解，也可以單人獨立講解.此過程可以很好地鍛煉學生的表達能力.學生通過項目講解可以梳理項目，找到不足，提高團隊榮譽感和競爭意識，獲得團隊及個人成就感.

（二）STEM教育背景下開展項目式教學的必備條件

第一，選擇來源于實際生活、具有實際意義、可以調動學生參與積極性的項目.項目選擇要遵循從簡到繁的過程.項目應遵循從微型項目到小型項目，再到中小型項目、中型項目，最后到大型項目的順序.第二，項目必須具有吸引力，可以促使學生根據項目問題收集資料.收集整理過程不要過于煩瑣和耗時，要強調提升學生分析問題、觀察問題、項目思維的能力.第三，項目要讓學生有調試和總結反思的機會.當在完成項目任務、數學建模、計算模型過程中有問題時，教師應讓學生有機會、有時間進行調整.這個過程可以培養學生綜合考慮問題的能力以及抗壓能力.第四，項目必須以數學為主導，其他交叉學科為輔.教師在教學過程中應以數學建模、模型計算以及項目設計流程為主要考核內容.這幾項內容的設計要符合學生的認知發展規律，重在培養學生的數學應用能力和其他能力，如團隊合作能力、閱讀能力、軟件使用能力等.第五，要打破傳統教學模式，采用線上、線下相結合的教學方式，課時設置具有機動性.項目式教學可變因素偏多，因此不適合固定時間.時間和形式上應更具靈活性，課堂以學生為主.團隊合作既要凸顯團隊作用，又不可忽視個人優勢的發掘和能力的提升.課堂主要采用探究性學習、啟發式教學、合作交流等多元學習方式.第六，項目選取的內容要多靠向學生感興趣的方面，并與數學進行整合，這樣更有利于學生后續的專業發展.第七，考核評價多元化.項目式教學應以過程式評價為主導，適時聯動學生其他學科成績，激勵學生全科學習.在評價過程中，教師應多評價學生數學素養、綜合能力等方面，給學生建立個人評價表，讓學生清晰地看到自身的成長.

三、教學案例設計

結 語

總體來說，文章通過教學案例的實施和分析，探討了STEM教育背景下高中數學項目式教學方法對學生學習數學的積極性、提高數學應用能力及綜合能力的影響.STEM教育背景下高中數學項目式教學方法能夠幫助學生在貼近生活的情境中更好地理解數學，使學生做到主動學習.在團隊協作解決項目問題的過程中，學生學會了用整合性思維方式分析和解決問題.通過團隊協作完成項目，學生的溝通能力、組織能力以及責任感都得以提高.STEM教育對于國家人才創新培養的意義重大.高中數學做為教育的重要組成部分，是學生未來專業發展的重要基石.

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