STEAM教育理念下的小學數學教學設計分析

摘"要：隨著社會發展和技術進步，數學教育課程在學生發展階段的重要性日益凸顯。課程改革作為教育改革的重要方向，對優化小學教育階段的數學教育具有深遠影響。基于此，文章分析小學數學教學設計在STEAM教育理念下遵循的原則及其存在的問題，并深入探究基于STEAM理念下的小學數學教學設計策略，具體涉及設定數學教育目標、整合數學教育資源、設計數學教學空間、展開問題設計等內容，希望能更好助力學生全面發展。

關鍵詞：STEAM理念；小學數學；教學設計

中圖分類號：G623.5"""文獻標識碼：A"""文章編號：1673-8918（2025）01-0072-04

伴隨著信息技術的飛速發展，智能化、網絡化、數字化的電子產品被運用在學生的學習活動中，不僅改變了學生的學習方式，也對學生的思維方式產生了較大影響。在此背景下，國家提出了STEAM教育理念，希望通過滲透STEAM教育理念培養更多高素質創新型人才。由此可見，進行相關研究具有較強的現實意義。

一、 小學數學教學設計在STEAM教育理念下遵循的原則

（一）情境化原則

在教學中，設計基于日常生活、自然現象或科技應用的問題情境，讓學生感受到數學無處不在，增強學習動力。同時，應結合科學、技術、工程、藝術等內容，構建復合型的學習環境，展現數學在其他領域的作用。

（二）綜合性原則

首先，在教學內容設計上，應結合科學實驗、技術應用、工程項目、藝術創作等多種形式，利用各種教學資源和技術平臺，如計算機編程、機器人搭建、繪畫雕塑等，讓學生從不同角度感受數學的魅力。其次，需引導學生欣賞數學之美，比如幾何圖形的對稱美、數列的和諧節奏，激發內在的學習熱情和好奇心。

（三）實踐性原則

實踐性原則強調的是將理論知識與實際行動相結合，讓學生在動手做中學，通過親身經歷來深化理解和掌握數學概念。例如，通過拼搭積木、繪制圖表、編程小項目等直觀活動，讓學生親手體驗數學公式、幾何結構等抽象概念。

二、 小學數學教學設計在STEAM教育理念下存在的問題

（一）STEAM理念滲透較為形式化

首先，部分教師未接受過系統的STEAM教育方法培訓，缺乏足夠的理論知識和實踐經驗，難以準確把握各學科間的有機融合點。其次，部分偏遠地區或資金緊張的學校，缺乏必要的實驗室設施、教具材料、先進的信息技術支持，限制了實踐性和跨學科教學的深度與廣度。最后，小學教育面臨課時緊張的情況，難以擠出足夠時間進行深入的項目制學習或跨學科研討，影響了STEAM教育目標的實現。

（二）學生缺乏互動、動手實踐的機會

部分教師依然采用傳統的講授法，習慣于單向傳遞知識，較少組織學生主動參與的活動，導致互動性低。在應試教育背景下，數學教學課程安排緊湊，留給拓展性和實踐性教學的時間有限。同時，對實踐活動涉及工具的使用，部分教師出于安全考慮會減少這類活動的開展。

三、 基于STEAM理念下的小學數學教學設計策略

（一）基于STEAM理念設定數學教育目標

在STEAM理念下，科學探究能力是指個體在面對自然現象、科學問題時，能夠運用科學的方法進行觀察、提問、假設、實驗、分析和推斷的一系列過程。在教學過程中，教師應通過數學教學提升學生科學探究能力。首先，應引導學生仔細觀察生活中的自然現象。例如，觀察植物生長周期的變化，并記錄下來，后續用于數據分析。在此過程中，可以利用數學工具量化描述，如教會學生如何使用尺子、溫度計等測量工具，獲取精確的數據，為后期分析奠定基礎。其次，需鼓勵學生對觀察到的現象提出疑問，如為什么樹葉有特定的形狀？這背后有什么數學規律？基于已知的數學知識，學生可以嘗試推測某些變量之間的關系，比如預測降雨量對土壤濕度的影響。再次，教師應設計簡單的數學實驗，如設置對照組和實驗組，對比不同施肥方式對植物生長速度的影響，并利用統計數據驗證假設。在實驗過程中，應確保每個學生都能參與到實驗的各個環節，學習嚴謹的操作流程和注意事項。實驗結束后，應教授學生使用數學工具處理數據的方法，如教會其使用平均值、中位數、標準差等統計指標，理解數據分布特征；還需引導其正確制作圖表、曲線圖，清晰地展現數據關系，便于解讀。最后，通過鼓勵學生總結實驗結果、提出結論，并反思整個探究過程中的發現與不足。

技術運用能力是培養學生未來競爭力的關鍵要素之一。在數學教學中，教師可以通過mPython、Scratch等圖形化編程工具，教會學生編寫簡單程序，如設計小游戲或動畫，理解算法邏輯；在此基礎上，還能利用Excel處理和解析數據集，幫助學生掌握數據分析的基本技巧，如排序、篩選、圖表生成等。在數字媒體制作中，應鼓勵學生利用“愛剪輯”“大師剪輯”等視頻編輯軟件和“敏捷思想導圖”“即時設計”等繪圖工具創作科普短片或數字故事，將數學概念形象化展示出來；還能利用“國家中小學課程資源”或其他在線平臺，尋找額外的數學課程，擴展學習邊界，自主探索感興趣的話題。

在STEAM教育框架下，將藝術融入小學數學教學，不僅可以增強學生的創新能力和審美素養，還可以加深對數學本質美的理解和欣賞。具體如下：一是數學與視覺藝術的結合。在幾何圖案設計中，通過鼓勵學生使用平面幾何知識，如對稱、重復、變換，設計復雜的裝飾圖案或抽象畫作，探索圖形的美學價值。在透視繪畫中，通過講解一點透視、多點透視的原理，讓學生嘗試繪制立體建筑或城市風光，感受數學如何塑造視覺效果。二是音樂與節奏的數學律動。在音樂頻率與數學關系中，帶領學生探討音階、和弦背后的數學比例，如十二平均律的奧秘，引導學生自己創作旋律；同時，設計以節奏為基礎的游戲，比如按照一定模式擊鼓，訓練學生的節奏感知和快速反應能力。三是文學中的數學靈感。探索著名詩篇中蘊含的數量、序列和比例，啟發學生創作自己的詩意數學作品；并鼓勵學生編寫關于數學原理的故事，如幾何形狀的冒險記，或數字王國的奇幻旅行，以文學手法講述數學道理。

數學核心素養指的是學生通過數學學習所形成的知識、技能、態度和價值觀的整體集合。在STEAM教育理念指導下，培養數學核心素養，能幫助學生全面發展，更好地應對未來的社會需求。首先，應教授學生熟練掌握算術、代數、幾何、概率等領域的基本概念與公式，構建穩固的數學知識架構。對數學史，應了解數學的歷史演變和不同文化中的數學成就，增強跨文化交流能力。其次，通過謎題、游戲等形式，鍛煉學生的演繹和歸納能力。例如，在教授人教版數學教材二年級上冊的第3課《角的初步認知》時，教師可以根據STEAM教育理念，進而科學設計科學理解、技術運用、工程思維、藝術表達、數學核心素養等教學目標。具體為：科學（Science）：學生應能識別和區分不同的角類型（銳角、直角、鈍角），并通過日常生活中的實例加深理解；技術（Technology）：使用幾何軟件或移動應用程序，探索角的概念，如通過拖拽線條創造各種角，直觀理解角的大小變化；工程（Engineering）：通過搭建模型，如使用吸管和紙板制作可調節的角度器，理解角的應用于建筑與設計中；藝術（Arts）：創作包含各種角的藝術作品，如拼貼畫或剪紙，體現數學與美的結合；數學（Mathematics）：強化空間觀念和幾何直觀，培養細致觀察和精確表述能力。

（二）基于STEAM理念整合數學教育資源

在STEAM教育體系中，將科學探究整合到小學數學課堂，可以激發學生的求知欲，培養其問題解決能力和創新精神。具體如下：第一，實驗與觀測。通過設計有趣的實驗，如測量影子長度隨時間變化來估算太陽高度，引出角度和比例的概念；還能組織戶外活動，通過觀察樹葉、花朵的形態，引導學生發現規律，如斐波那契數列在自然界中的體現。第二，數據分析。要求學生連續記錄一段時間內的氣溫、降水量，用圖表表示，學習統計學基礎，并預測天氣情況；并統計校園內不同種類植物的數量，制作餅狀圖，了解物種分布，涉及百分比和分數概念。第三，模型建構。通過建立水循環或食物鏈模型，通過設置變量，觀察系統內部交互作用，加深對平衡狀態的理解；還能設計簡單電路，探究電流強度與電阻之間的關系，練習方程式求解。此外，還能介紹杰出女性科學家，如瑪麗·居里、簡·古道爾，激勵學生探索未知的勇氣。

將藝術元素融入數學教學，不僅能激發學生的創造力，還能有助于其從新的視角理解和欣賞數學之美。具體如下：一是視覺藝術。應使用彩紙剪切出不同形狀，如圓形、方形、三角形，進行自由組合，形成抽象或具象的藝術品，探討形狀與空間的關系；設計對稱圖案，無論是折紙還是繪畫，都能體現軸對稱和平面對稱美，同時加深對對稱性的數學理解。二是表演藝術。通過編排短劇，講述數學歷史故事，如阿基米德洗澡時發現浮力原理，結合音樂和舞蹈，讓枯燥的知識變得生動有趣；在此基礎上，還能創作數學詩歌，將乘法表、幾何定理等內容融入歌詞，利用節奏感加深記憶，同時提高語言藝術表現力。三是數字媒體藝術。使用動畫軟件創作數學概念講解視頻，通過視覺敘述增強理解；也可以利用計算機，以像素點陣的形式創作圖像，運用坐標平面的概念，理解像素位置與顏色填充。四是手工藝。在編織與針織中，制作復雜的編織品，如圍巾或帽子，涉及重復模式和圖形設計，反映數學序列和函數美感。在雕塑中，可以利用黏土或木材雕刻三維幾何體，體會立體幾何的魅力，掌握測量和體積計算的實際意義。

在STEAM教育框架下，數學理論不僅是公式和定理的記憶，更是一種思維方式和解決問題的工具。加強對數學理論的學習，能幫助學生構建堅實的數學基礎，培養邏輯推理和抽象思考的能力。其一，探究式學習。深入了解著名數學家及其貢獻，如歐幾里得、笛卡爾、高斯等人的生平，理解重要數學理論的發展歷程；追蹤數學概念的歷史演變，如零、負數、實數系統的擴展，讓學生認識到數學體系并非靜止不變，而是一個不斷發展的過程。其二，理論與現實應用。通過銀行利息、投資回報等案例，向學生展示百分比、復利公式的重要性，進而提升其財務素養；參觀博物館、圖書館，分析其結構設計背后的數學原理，如黃金分割、費馬點最小化問題。其三，思維挑戰。提出著名的數學悖論，如芝諾悖論、囚徒困境，鼓勵學生討論解決方案，培養批判性思維。在證明過程中，可以要求學生嘗試證明勾股定理、畢達哥拉斯定理等經典命題，理解數學證明的嚴密性。

例如，在教授人教版數學教材三年級上冊的第7課《長方形與正方形》時，教師可以通過物理實驗，使用磁鐵和細線，探究矩形框的穩定性，比較長方形與正方形框架在受力情況下的差異，進而引出形狀穩定性與邊長比例的關系。在技術運用中，教師可以利用Word或其他軟件繪制長方形與正方形，動態調整邊長，直觀展示周長與面積的變化規律，增強視覺感知。在工程設計中，通過設計一個小房子模型，其中包含長方形與正方形的空間布局，考慮到采光、通風等因素，結合面積計算優化房間布局，涉及實用數學的應用。在藝術創作中，帶領學生使用不同大小的長方形和正方形彩色卡紙，創作抽象或具象的拼貼畫，探索構圖中形狀的和諧美感。對數學理論，引導學生對比長方形與正方形的所有性質，包括邊長、角、對稱性、周長與面積計算公式，并整理成一張詳細的對比表，強化概念理解。

（三）基于STEAM理念展開問題設計

小學生正處于認知發展的關鍵階段，具有強烈的好奇心和全面探索世界的渴望。在STEAM理念下，跨學科技能整合強調不僅可以提高學生的學習興趣，還有助于其在現實世界中建立更深層次的理解。例如，學生可以參與一項關于本地河流污染程度的調查項目。他們需要收集水質樣本，用化學方法檢測水中的污染物含量，然后用數學知識處理和分析數據，最終以圖表形式呈現結果。此外，學生還需要了解政策制定者如何使用這類信息來改善環境狀況，從而引入社會科學元素。同時，通過閱讀不同時期的歷史小說或傳記，學生可以加深對某個歷史時期的社會背景和文化特色的理解。在此過程中，學生不僅要掌握故事本身的內容，還需探討其中的人物動機和社會影響，同時學習相關的史實。為有效實施跨學科技能整合的教學，教師應設計綜合性課程單元，圍繞一個中心主題或問題，將多個學科的關鍵概念和技能整合到一起，確保學習內容既有廣度也有深度。在教學過程中，應給予學生充足的時間去思考問題，并鼓勵其提出多種解決方案。例如，“如果地球變成了一塊巨大的蛋糕，我們該如何公平分配？”這樣的問題能夠刺激孩子的創造力。

以“人教版數學教材四年級上冊中的第7課《條形統計圖》”為例，旨在通過跨學科的方法深化學生對數據分析和表示的理解，同時培養其創新思維和實踐能力，首先，教師可以組織“數據偵探日”的活動，然后將學生分成多個小組，選定感興趣的話題，自主收集數據，設計條形圖，并向全班匯報結果。各活動展示如下：第一，科學——數據分析。通過引導學生從自然環境中收集數據，如記錄一周內每天的天氣狀況，或者調查同學們最喜歡的課外活動種類和頻率。并分析數據背后的原因，如為什么9月降雨會比11月更多？是否有季節因素？第二，技術——數據可視化。使用Excel或其他電子表格軟件教授學生如何輸入數據并自動生成條形統計圖，直觀顯示各項分類比較。第三，工程——問題解決。通過設計小項目，讓學生利用條形圖解決實際問題，比如計劃一次學校圖書角書籍類型的分布，基于統計結果建議采購新書的數量和類型。第三，藝術——創意表達。讓學生設計自己的條形統計圖樣式，在保障統計圖清晰的基礎上，使用彩色筆或其他美術工具裝飾圖表，使之更吸引人。第四，數學——核心技能。在課程開始前，復習和強化基本的數據收集、整理、分析和條形圖制作技能；并探討如何精確解讀條形圖，分析趨勢和模式，從而做出合理預測，如降雨量受季節因素影響。活動結束后，應引導學生進行自我反思，回顧所學知識點的掌握情況，以及實踐中遇到的困難和解決辦法。

四、 結論

綜上所述，STEAM理念在小學數學中的應用對提升學生的數學技能具有至關重要的作用，通過提升學生的知識應用能力，促進其綜合素質的提升。展望未來，隨著教育理念的更新和技術的進步，STEAM理念在小學數學中的應用更加高效、切合實際，通過為學生提供更加多元化、實踐性強的數學教育。在這一過程中，教師應真正認識到學生主體地位的重要性，注重培養學生的創新精神和實踐能力，切實解決教育過程中的問題，進而更好為學生的全面發展保駕護航。

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