STEM理念下高職院校高等數學課程教學策略研究

摘 要：文章針對高職院校學生，從培養學生的綜合素質、改善學生跨學科學習與實踐能力，使之符合未來社會對高科技人才的需求出發，探討了STEM理念下高職院校高等數學課程的教學策略。首先，對STEM理念的內涵和特點進行了深入剖析，闡述其與高等數學課程教學的結合點。其次，探討了STEM教育理念融入高等數學課程教學的必然性。最后，從教學模式、教學內容、教學方法和教學資源等多個方面提出具體的教學策略，以期提高高等數學課程教學質量和培養創新型人才。

關鍵詞：STEM理念；高職院校；高等數學；教學策略

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-7164（2024）26-0160-04

在當今的高職教育中，高等數學課程作為一門重要的基礎學科，在培養學生的數學素養和專業技能上具有不可替代的作用。［1］朔州師范高等?？圃盒Ｊ冀K以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，以科學發展的理念為主題，以提高教育教學質量為核心，以凝練專業特色為主線，以師資隊伍建設為關鍵，完善高等數學課程體系，突出核心課程。具體課程包括：數學分析、高等代數、解析幾何、常微分方程、概率論與數理統計、C語言程序設計、計算機應用基礎、數據結構、計算機網絡技術等。然而，傳統的高等數學教學方式往往過于注重理論知識的傳授，忽略了實踐應用和創新思維的培養，這與當今社會對人才的需求存在著一定的差距。

STEM理念是一種注重科學、技術、工程和數學等多學科融合的教育理念。在STEM理念下，高等數學課程教學將注重學生的主體地位，充分發揮學生的積極性、主動性和創造性，通過多樣化的教學方式和手段，引導學生將數學知識與實際問題相結合，培養其解決實際問題的能力和創新思維。［2］因此，將STEM理念引入高等數學課程教學中，對于提高朔州師范高等?？圃盒＝虒W質量和培養創新型人才具有重要意義。本研究以期為高職院校高等數學課程的教學提供新的思路和方法，推動數學教學的改革和創新。

一、STEM理念的內涵和特點

（一）STEM理念內涵

STEM理念即科學、技術、工程和數學（Science， Technology， Engineering and Mathematics），它強調跨學科融合和綜合性思維，鼓勵學生在科學、技術、工程和數學領域中進行綜合性的學習和實踐。STEM教育致力于培養學生的創新精神、解決問題能力和綜合素質，以滿足現代社會對高科技人才的需求。

（二）STEM理念特點

1. 跨學科性

STEM理念的確打破了傳統學科的界限，將科學、技術、工程和數學融合在一起，旨在促進這些學科之間的互動和交叉。這種整合有助于培養學生的綜合素質和能力，使他們能夠更好地應對現實世界中的問題和挑戰。STEM教育的目標是培養學生的創新思維、解決問題的能力以及科學和技術知識的應用能力，從而為其未來的職業發展做好準備。

2. 實踐性

STEM教育注重實際應用，通過案例研究、項目設計等實踐活動，激發學生的學習興趣，提高他們的學習動力。這種學以致用的方法可以幫助學生更好地理解抽象的概念和原理，并引導學生將其應用于實際情境中解決問題。通過參與實踐活動，學生能夠親身體驗科學探究、工程設計和數學建模等過程，培養他們的觀察、分析、解決問題和團隊合作等能力。這樣的學習方式不僅增加了學生的學習動力，還有助于其將所學知識應用于實際生活和職業發展中。

3. 創新性

STEM教育鼓勵學生發揮創新思維，通過觀察、分析、想象等方式，發現問題并提出解決方案。這種培養學生創新意識和能力的方法可以幫助他們思考和解決日常生活和社會中的難題。STEM教育強調培養學生的創造性思維和解決問題的能力，鼓勵學生嘗試新的思路和方法，并勇敢地進行實驗和探索。通過以上訓練，學生可以培養與眾不同的思考能力和創新能力，為未來的職業發展作好準備。

4. 合作性

STEM教育強調學生之間的合作與交流。通過團隊合作和分享經驗，學生可以有效地利用各自的優勢和專長，共同解決問題。這種合作方式可培養學生的合作精神，使他們能夠理解和尊重不同的意見和觀點，借助集體智慧來解決復雜的問題。STEM教育也強調學生的溝通能力。學生需要學會清晰地表達自己的觀點和想法，與他人進行有效的溝通和合作。這種溝通能力不僅包括語言表達能力，還包括聽取他人意見、交流合作以及與團隊成員協調工作的能力。

二、STEM教育理念融入高等數學課程教學的必然性

隨著科技的快速發展和產業升級的不斷推進，社會對人才的需求也在不斷變化。STEM教育理念強調培養學生的實踐應用能力、創新思維和團隊合作精神，與當前社會對人才的需求高度契合。因此，將STEM教育理念融入高等數學課程教學是必然趨勢。

（一）STEM教育理念符合高等數學課程的教學目標

高等數學作為一門重要的基礎學科，不僅為學生提供必需的數學知識和技能，還培養學生的邏輯思維、分析問題和解決問題的能力。［3］STEM教育理念強調通過多學科的融合，培養學生的綜合素質和能力，與高等數學課程的教學目標相一致。在高等數學課程中引入STEM教育理念，可以幫助學生將數學知識與實際問題相結合，加深對數學知識的理解和應用，同時培養學生的創新思維和解決實際問題的能力。

（二）STEM教育理念適應高等數學課程的教學改革需求

傳統的高等數學教學方式往往過于注重理論知識的傳授，忽略了實踐應用和創新思維的培養。這與當今社會對人才的需求存在著一定的差距。因此，高等數學課程的教學改革需要引入新的教育理念和方法。STEM教育理念注重學生的實踐操作和探究，通過實驗、制作、設計等方式，讓學生在實踐中學習和發展。將STEM教育理念融入高等數學課程教學，可以促進數學教學的改革和創新，提高教學質量和培養創新型人才。

（三）STEM教育理念有助于提升學生綜合素質

現代社會需要具備綜合素質人才，STEM教育理念強調通過多學科的融合，培養學生的綜合素質和能力。在高等數學課程中引入STEM教育理念，可以幫助學生將數學知識與其他學科的知識相結合，提高他們的綜合素質。STEM教育理念還注重培養學生的創新思維和團隊合作精神，這些能力也是學生未來職業發展中必備的素質。

（四）STEM教育理念有利于培養學生的創新意識和能力

創新是推動社會進步的重要動力，而創新意識和能力的培養是教育的重要使命。STEM教育理念強調通過觀察、分析、想象等方式，發現問題、解決問題，培養學生的創新意識和能力。在高等數學課程中引入STEM教育理念，可以通過引導學生進行探究和實踐，發現問題、解決問題的方式，培養學生的創新意識和技術轉化能力。這些能力的培養對于學生未來的職業發展具有重要意義。

三、STEM理念在高等數學課程教學中的具體應用措施

（一）教學模式

在STEM理念下，傳統的高等數學課程教學可以進行創新和改進，采用更加綜合和實踐導向的教學模式，注重學生的主體地位，充分發揮學生的積極性、主動性和創造性。

1. 綜合式教學模式

綜合式教學模式強調將不同學科的知識進行整合，將數學與其他領域相結合。例如在講解微積分時，可以引入物理中的速度、加速度等概念來幫助學生理解和應用微積分的原理。這樣一來，學生可以更好地理解數學在其他領域中的應用，增強知識的聯結性和實際運用能力。

2. 項目式教學模式

項目式教學模式強調通過項目設計和實踐活動來促進學生的學習。在高等數學課程中，教師可以設計一些具有實用性的項目，讓學生自主進行研究和探索，并運用所學的數學知識和方法解決問題。例如可以設計小組項目，讓學生通過建立數學模型來分析并解決實際生活中的問題，如城市交通流量的優化或者金融投資的風險評估等。

3. 翻轉課堂教學模式

翻轉課堂教學模式將傳統的課堂教學和作業布置模式反轉，學生預先通過在線視頻等方式學習相關的知識，然后在課堂上進行深入討論和實踐活動。［4］在高等數學課程中，可以利用翻轉課堂（Flipped Classroom）模式，讓學生在課前自學基本概念和公式，然后在課堂上由教師引導進行案例分析和問題解決，提高學生的應用能力和創新思維。

4. 探究式教學模式

探究式教學模式模式注重通過探究和實踐的方式，引導學生發現問題、解決問題。例如可以引導學生探究函數單調性和凹凸性的關系，通過自主探究得出結論，加深對知識點的理解。還可以將數學知識與實際問題相結合，引導學生運用數學知識解決實際問題，培養學生解決實際問題的能力和創新思維。

（二）教學內容

在STEM理念下的高等數學課程教學中，教學內容以實際和應用為導向，注重將數學知識與其他學科、領域相結合。傳統的理論和概念講解仍然重要，但現階段更加強調數學在解決實際問題中的應用性。這種應用導向的教學方法可以讓學生深入理解數學的真正意義和實際運用價值。

首先，在教學內容中，應該引入一些實際應用場景，將數學與其他學科進行融合。以物理學中的運動問題為例，通過剖析運動過程中的速度、加速度等數學概念與物理實驗相結合，學生可以更好地理解數學在物理學中的應用和作用。類似的，經濟學中的優化模型可以讓學生了解數學在經濟領域的重要性。通過數學知識與實際問題的結合，學生可以更好地應用所學知識解決實際問題，培養他們的實踐能力。

其次，數學建模是培養學生建模能力的重要方法。在高等數學課程中，可以通過給定一組數據，讓學生利用統計學方法進行數據分析和預測。例如學生可以采用回歸分析來探究相關性，了解數據之間的數學模型和關系。此種學習方式可以培養學生的數據分析能力、模型構建能力和判斷能力，使其學會將理論應用到實際問題中的方法。

最后，引入數學軟件或編程語言作為教學工具，也是在STEM理念下的高等數學課程中的一種有效方法。通過使用MATLAB、Python等工具，學生可以更加直觀地理解數學概念、進行數值計算和圖像繪制等。例如，學生可以通過利用MATLAB進行微積分中的函數求導和定積分計算，更好地理解導數和積分的概念和應用。實際操作和計算的訓練不僅可以提高學生的計算能力，還能增強他們對數學的興趣和理解。

在教學內容中加入實際應用場景、數學建模以及數學軟件等輔助工具，能夠讓學生更加深入地理解和應用數學知識。這些方法可以幫助學生將抽象的數學概念與實際問題相聯系，提高他們解決實際問題的能力和創新思維。同時也為學生未來在工程、科學研究等領域中的發展打下了堅實的數學基礎。

（三）教學方法

在STEM理念下的高等數學課程教學中，教學方法需要更加注重實踐、合作和探究，以提升學生的問題解決能力和創新思維。教師應該鼓勵學生通過自主探索，培養他們的問題發現與解決能力。［5］一種強調實踐的教學方法是引導學生進行探究性實驗。以微積分中的極限概念為例，教師可以引導學生設計一些實驗來深入理解極限。學生可以通過改變自變量的取值逐漸逼近極限的過程，觀察極限的性質和變化趨勢。通過實驗，學生將親自體驗和感受極限的概念，促使他們更深入地理解和運用這一概念。除了自主探索，合作學習也是一種關鍵的教學方法。通過組織小組合作學習活動，學生可以在團隊中合作解決問題。［6］例如，在分析一些復雜的實際應用問題時，可以要求學生組成小組，共同分工合作，各自利用自己的專長來解決問題。通過團隊討論和合作，學生可以相互學習和借鑒，提高問題解決能力和協作能力。這樣的合作學習環境也培養了學生的團隊合作和溝通能力，為未來的工作和生活中的合作打下基礎。

在高等數學課程中，實踐活動也是一種重要的教學方法。通過組織學生進行數學實驗，例如利用測量數據驗證數學定理和公式的準確性，或者設計一次數學游戲來鞏固所學的概念和原理，可以幫助學生更好地理解和應用所學的數學知識。這些實踐活動不僅能鍛煉學生的實際操作能力和數學思維，也能培養其將抽象數學概念應用到實際的能力。通過強調實踐、合作和探究的教學方法，學生將能夠更深入地理解和應用數學知識。這種學習方式注重培養學生的主動性和探索精神，將學生置于真實的問題情境中，讓他們通過實際操作和合作解決問題，不僅能夠提高學生的學習興趣和動力，還能培養他們的批判性思維和分析能力，為他們日后在工程、科學研究等領域中的發展打下堅實的基礎。

（四）教學資源

在STEM理念下的高等數學課程教學中，多樣化的教學資源對于學生的學習起著重要的支持作用。引入計算機輔助數學軟件，如MATLAB、Geogebra等，能夠給予學生一些實踐和探索的機會。這些數學軟件不僅提供了豐富的數學功能和工具，還可以幫助學生更加直觀地理解數學概念和原理。計算機輔助數學軟件是現代教學中不可或缺的一部分，通過使用MATLAB、Geogebra等軟件，學生可以進行數學實驗，進行數據的可視化分析和圖像繪制。例如，在學習函數的性質時，學生可以使用這些軟件來繪制函數的圖形，觀察函數的變化趨勢，并進一步探究函數的性質和變化規律。

利用互聯網提供的豐富資源也是一種重要的教學手段。學生可以通過觀看相關視頻來加深對數學概念的理解。優質的數學教學視頻可以以生動形象的方式講解抽象的數學概念，幫助學生更好地理解和掌握。學生還可以通過參與在線課程和論壇的方式進行學習和交流。在網絡平臺上，許多優秀的數學教師和學者分享了自身的知識和經驗，在線課程和論壇也提供了與其他學習者交流的機會。通過與其他學習者的互動和討論，學生可以擴展自己的學習視野，深化對數學知識的理解。

實驗設備也是教學中不可或缺的資源。在高等數學課程中，可以使用一些實驗設備，如數學實驗箱、數據采集儀器等。通過實驗活動，學生可以親自操作并應用所學的數學知識，進一步加深對概念和原理的理解。例如在學習概率論時，學生可以利用數據采集儀器進行數據收集，然后利用這些數據進行統計分析和概率計算。實踐活動不僅能夠提高學生的實際操作能力，還能夠提升他們的觀察力和實驗設計能力。

參考文獻：

［1］ 嚴志莉. 淺談高職院校高等數學的教與學［J］. 學周刊，2023（05）：36-38.

［2］ 柴艷玲. “雙高建設”背景下數學課程的改革策略研究［J］. 讀與寫，2021，18（22）：196+198.

［3］ 王娜. 基于SPOC混合式教學模式的“高等數學”課程改革研究與實踐［J］. 沈陽師范大學學報（自然科學版），2023，41（03）：233-237.

［4］ 武惠麗. 翻轉課堂在高職院校高等數學教學中的應用［J］. 產業與科技論壇，2022，21（07）：170-171.

［5］ 李沫，劉曉燕，劉孝磊. 高等數學課程混合式教學改革與實踐［J］. 高等數學研究，2023，26（04）：89-91.

［6］ 楊盛武，李艷杰，王利巖，等. 高等數學課程線上線下混合式教學改革與實踐［J］. 教育進展，2022，12（11）：5020-5023.

（薦稿人：杜玉平，朔州師范高等?？茖W校副教授）

（責任編輯：邵秋露）

作者簡介：董志華（1982—），女，碩士，朔州師范高等?？茖W校數學與計算機系講師，研究方向為數學教育。