基于STEAM理念的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)

STEAM理念涉及科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五大領(lǐng)域，倡導(dǎo)整合多個學(xué)科的知識，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科解決問題的能力以及創(chuàng)新思維和實踐操作技能，這與《普通高中數(shù)學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）中提出的核心素養(yǎng)的內(nèi)涵相契合。因此，教師應(yīng)將STEAM理念引入高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生解決現(xiàn)實問題的能力。

一、STEAM理念下高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)的價值

（一）培養(yǎng)時代所需人才

STEAM理念下的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)能提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，培養(yǎng)時代所需的人才。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，學(xué)生多是被動接受知識，缺乏實踐的機會，而STEAM理念下的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力，教師可以通過開展項目活動、數(shù)學(xué)實驗等方式，讓學(xué)生在實踐中掌握數(shù)學(xué)知識，提升實踐能力。另外，STEAM理念下的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)還重視對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，能讓學(xué)生從不同的角度思考問題，突破傳統(tǒng)思維的桎梏，提升運用跨學(xué)科知識解決實際問題的能力[]。

（二）優(yōu)化課堂教學(xué)模式

STEAM理念下的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)能促進學(xué)生的個性化發(fā)展，優(yōu)化課堂教學(xué)模式。在這樣的跨學(xué)科教學(xué)中，教師往往會先提出探究任務(wù)，再指導(dǎo)學(xué)生以小組合作的方式去探究，這樣可以為學(xué)生提供表達個性化想法的機會，讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性[2]。此外，在合作學(xué)習(xí)中，學(xué)生還能通過相互交流實現(xiàn)知識素養(yǎng)、思維等方面的發(fā)展。

（三）推動課程改革

STEAM理念下的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)是推動課程改革的重要舉措，其不僅能讓課程內(nèi)容滿足學(xué)生的個性化發(fā)展需求，還能讓數(shù)學(xué)教學(xué)朝著現(xiàn)代化、多樣化的方向發(fā)展。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師更重視對學(xué)生成績的評價，忽視了學(xué)生其他能力的發(fā)展，而STEAM理念下的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)則注重對學(xué)生的綜合評價，包括實踐能力、創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力等多個方面。為此，教師在這樣的教學(xué)中要對教學(xué)評價方式和內(nèi)容進行優(yōu)化，以滿足學(xué)生的發(fā)展需求[3]。

二、STEAM理念與跨學(xué)科教學(xué)的關(guān)聯(lián)

（一）教學(xué)理念的一致性

STEAM理念和跨學(xué)科教學(xué)都重視以學(xué)生為中心，整合跨學(xué)科的知識內(nèi)容。第一，STEAM理念注重培養(yǎng)學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，讓其在探究和創(chuàng)造中獲取知識。而跨學(xué)科教學(xué)強調(diào)以學(xué)生為中心，讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)中，多維度思考和解決問題。第二，STEAM理念強調(diào)多學(xué)科交叉、融合，倡導(dǎo)突破單一學(xué)科的限制，整合多學(xué)科知識，這與跨學(xué)科教學(xué)的理念契合。

（二）教學(xué)內(nèi)容的綜合性

STEAM理念強調(diào)將理論知識與生活現(xiàn)象、真實問題聯(lián)系起來，突出知識的實用價值，鼓勵學(xué)生運用所學(xué)知識去解決實際問題。這樣的教學(xué)內(nèi)容有助于培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力和問題解決能力，促進學(xué)生綜合能力的發(fā)展。而跨學(xué)科教學(xué)也強調(diào)知識在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力。由此可見，二者都強調(diào)知識的實用性和綜合性。

（三）教學(xué)手段的多樣性

STEAM教育和跨學(xué)科教學(xué)的實施通常都要依托多樣的教學(xué)手段，如探究式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、實踐活動學(xué)習(xí)等。在這樣的教學(xué)模式中，學(xué)生能有效培養(yǎng)自身的綜合素質(zhì)，實現(xiàn)全方位的發(fā)展。

三、基于STEAM理念的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)策略

（一）以項目活動為載體，主動構(gòu)建知識體系

項目活動是以特定目標為導(dǎo)向的教學(xué)活動。在項目活動教學(xué)中，教師可提出具有實際意義和挑戰(zhàn)性的問題，讓學(xué)生利用多學(xué)科知識和實踐操作技能去分析、解決。項目活動多以學(xué)生為主體，旨在讓學(xué)生通過調(diào)研、規(guī)劃、設(shè)計、評估等一系列步驟來解決實際問題。在基于STEAM理念的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)中，教師不僅要關(guān)注項目任務(wù)本身的邏輯和難度，還要營造綜合性學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容有更深刻的理解[4]。這樣一來，學(xué)生在面對項目問題時，便能充分調(diào)動已掌握的學(xué)科知識和生活經(jīng)驗，主動構(gòu)建知識體系，實現(xiàn)思維的發(fā)展。

以“數(shù)學(xué)建模：建立函數(shù)模型解決實際問題”一課的教學(xué)為例。教師可以結(jié)合新課標中的案例“體重與脈搏”設(shè)計項目活動，讓學(xué)生在構(gòu)建模型的過程中解決實際問題，以此有效培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)。首先，教師可引入如下生活問題：中醫(yī)怎么判斷一個人的脈搏是不是正常的？現(xiàn)在有一個數(shù)學(xué)模型，只要知道一個人的體重就可以推出其脈率，你認為可以實現(xiàn)嗎？請從數(shù)學(xué)、生物學(xué)等多個角度分析這一問題。教師從生活出發(fā)設(shè)計問題，不僅能激發(fā)學(xué)生的探究興趣，還能讓其將生活問題與所學(xué)知識聯(lián)系起來。其次，在學(xué)生思考后，教師可提煉數(shù)學(xué)問題：能否用數(shù)學(xué)模型來準確表達體重與脈率的關(guān)系？同時，教師可將學(xué)生分成多個探究小組，并為其提供多種動物體重與脈率的數(shù)據(jù)，讓其在合作探究中通過分析、計算、畫圖等方式，構(gòu)建體重與脈率的函數(shù)模型。最后，教師可引導(dǎo)各小組學(xué)生驗證模型，并為學(xué)生提供相關(guān)生物學(xué)知識，如通過恒溫動物心臟的血流量與恒溫動物體重的關(guān)系等，讓學(xué)生結(jié)合生物學(xué)知識和函數(shù)知識，建立關(guān)于血流量與體重的數(shù)學(xué)模型，并分析該數(shù)學(xué)模型是否成立。項目活動結(jié)束后，教師可鼓勵學(xué)生創(chuàng)造性地表達與展示自己的探究成果，以此有效培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

（二）以概念知識為統(tǒng)整，充分理解數(shù)學(xué)本質(zhì)

概念是學(xué)生建構(gòu)知識框架的基礎(chǔ)與核心，對于學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)學(xué)科知識有著重要作用。因此，開展基于STEAM理念的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)時，教師應(yīng)以概念知識為紐帶，確保學(xué)生充分理解數(shù)學(xué)知識的本質(zhì)，將所學(xué)知識融會貫通。

以“數(shù)列”一章的教學(xué)為例。為了讓學(xué)生對本章相關(guān)概念形成更深刻的認識，教師可圍繞概念開展跨學(xué)科教學(xué)活動。首先，教師可結(jié)合數(shù)學(xué)史創(chuàng)設(shè)故事情境，向?qū)W生講述與斐波那契數(shù)列相關(guān)的故事。其次，當學(xué)生對數(shù)列的概念以及來源有一定的認識后，教師可結(jié)合生物學(xué)、藝術(shù)等領(lǐng)域的知識開展跨學(xué)科教學(xué)，如以樹狀圖的形式展示蜜蜂繁殖的規(guī)律，讓學(xué)生感受其中蘊含的生命與自然之美。再次，教師可指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料，讓學(xué)生將蜜蜂的繁殖規(guī)律與斐波那契數(shù)列聯(lián)系起來并表達自己的想法。最后，教師要肯定學(xué)生的發(fā)現(xiàn)，并結(jié)合斐波那契數(shù)列推導(dǎo)相關(guān)的公式，完善并補充數(shù)列的定義，將數(shù)學(xué)與自然聯(lián)系起來，以此提升教學(xué)質(zhì)量。

（三）以核心知識為主體，搭建完整知識架構(gòu)

在開展基于STEAM理念的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)時，教師要以核心知識為主體，逐步構(gòu)建完善的知識網(wǎng)絡(luò)。為此，教師應(yīng)在實際教學(xué)中提煉各學(xué)科核心知識，通過跨學(xué)科教學(xué)手段搭建由不同學(xué)科核心概念、關(guān)鍵概念、具體知識點組成的完整知識架構(gòu)。

以“二項式定理”一課的教學(xué)為例。為了幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識框架，加強對“二項式定理”相關(guān)知識的掌握，教師應(yīng)開展跨學(xué)科教學(xué)活動。首先，教師應(yīng)在備課環(huán)節(jié)對新課標的內(nèi)容進行研讀，分析“二項式定理”一課的學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)學(xué)生的哪些能力，并自上而下地梳理各學(xué)科知識內(nèi)容，構(gòu)建具有結(jié)構(gòu)性和內(nèi)在聯(lián)系的教學(xué)體系。其次，教師應(yīng)從教材內(nèi)容出發(fā)，分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，如二項式運算正確率較低，這說明學(xué)生邏輯思維能力和運算能力不足。對此，教師應(yīng)調(diào)整教學(xué)方案的內(nèi)容，思考如何解決上述問題。最后，教師應(yīng)有針對性地指導(dǎo)學(xué)生探索二項式定理的證明過程，并結(jié)合教學(xué)目標開展針對性較強的跨學(xué)科教學(xué)活動，以提升教學(xué)的效果。

（四）以工程思維為切入點，培養(yǎng)解決問題的能力

以工程思維為切入點的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)強調(diào)問題解決和創(chuàng)新實踐，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問題解決能力。教師應(yīng)突出STEAM理念中的工程素養(yǎng)，并設(shè)計跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生在具體情境中應(yīng)用數(shù)學(xué)知識，在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程中，全面培養(yǎng)自身的解題思維、批判思維和創(chuàng)新能力[5]。具體而言，教師應(yīng)設(shè)計一系列與工程實踐相關(guān)的數(shù)學(xué)問題或項目，將數(shù)學(xué)知識融入真實工程項目中，讓學(xué)生在解決問題的同時深刻理解數(shù)學(xué)知識，認識到數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用價值。

以“三角函數(shù)的應(yīng)用”一課的教學(xué)為例。教師可以設(shè)計“測量建筑高度”這一工程項目，并將其分解為四個子任務(wù)，設(shè)計相應(yīng)的問題，具體內(nèi)容如下。

子任務(wù)一：分組搜集資料，復(fù)習(xí)相關(guān)知識

教師結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，科學(xué)劃分學(xué)習(xí)小組，并設(shè)計“測量高度”相關(guān)問題，讓學(xué)生搜集相關(guān)資料，回顧解三角形的常見類型和方法。

子任務(wù)二：討論測量方案，明確小組分工

教師利用課件展示當?shù)鼐哂写硇缘慕ㄖ?，并提出問題：“一些建筑物是可視而不可達的，有哪些測量方法能測出這些建筑的實際高度呢？需要測量哪些數(shù)據(jù)才能計算出準確的高度？”在此基礎(chǔ)上，學(xué)生小組確定測量目標并集中討論，最終得出測量方案并繪制測量草圖。

子任務(wù)三：實施測量并計算，完成測量報告

學(xué)生小組利用課余時間進行實地測量，獲取所選建筑物的相關(guān)數(shù)據(jù)，收集、記錄相關(guān)信息，嘗試計算并檢驗，最終完成測量報告。

子任務(wù)四：反思總結(jié)，展示交流

在完成測量報告后，各學(xué)生小組開展交流講評活動，結(jié)合測量過程制作手抄報或課件，展示項目成果。師生共同總結(jié)項目經(jīng)驗，反思項目過程中的不足，并提出整改建議。

（五）以設(shè)計創(chuàng)造為抓手，提升知識應(yīng)用能力

運用已掌握知識去創(chuàng)造，是優(yōu)質(zhì)人才應(yīng)具備的能力。在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師可以設(shè)計具有創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性的任務(wù)，鼓勵學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等領(lǐng)域的知識，解決實際問題或創(chuàng)造新事物。這樣，學(xué)生不僅可以提升知識應(yīng)用能力，還可以發(fā)展創(chuàng)新思維。

以“簡單幾何體的表面積與體積”一課的教學(xué)為例。教師可以結(jié)合新課標中的案例指導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生在設(shè)計創(chuàng)造中提升知識應(yīng)用能力。首先，教師可利用課件展示圖1，并提出問題：小芳春節(jié)準備去探望奶奶，到商店買了一盒點心，為了美觀和喜慶，售貨員將點心盒包了起來，并在角上系了一個花結(jié)。售貨員說這樣不僅漂亮，而且比常規(guī)的十字捆扎更節(jié)省彩繩，你同意這種說法嗎？

其次，教師可指導(dǎo)學(xué)生將實際問題數(shù)學(xué)化，并讓學(xué)生準備幾個長方形盒子，通過具體的捆扎操作、測量和比較得出相應(yīng)的結(jié)論。教師可繼續(xù)提問：在考場上我們無法通過動手實踐來獲得結(jié)論，那么還有哪些方法可以解決這一問題？最后，教師可引導(dǎo)學(xué)生將這一問題轉(zhuǎn)化為“平面上折線長度比較”問題，幫助其得出一般性結(jié)論。這樣的教學(xué)不僅能鍛煉學(xué)生的知識應(yīng)用能力，還能促進學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

結(jié)語

總的來說，開展基于STEAM理念的高中數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)，不僅可以加深學(xué)生對數(shù)學(xué)知識的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和高階思維，為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。在實際教學(xué)中，教師要明白STEAM理念與跨學(xué)科教學(xué)之間的關(guān)聯(lián)，并采取多元的教學(xué)手段，設(shè)計內(nèi)容豐富、形式多樣的教學(xué)活動，以促進學(xué)生的全面發(fā)展，為社會培養(yǎng)更多具備綜合素質(zhì)的人才。

[參考文獻]

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[5］吳旭紅，丁劍.核心素養(yǎng)下高中數(shù)學(xué)滲透跨學(xué)科知識的探索［J］.科學(xué)咨詢，2022（11）：233-235.