STEAM理念下“數學+”跨學科主題學習探究

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）10-0080-03

隨著全球經濟的轉型和科技的迅猛發展，社會對人才的需求開始從單一技能型向復合型轉化，更加倚重個體在科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）等多個領域知識與方法的綜合應用能力，即更加倚重個體的STEAM素養。STEAM理念是以培養學生STEAM素養為旨歸的教學理念，通過整合科學、技術、工程、藝術和數學等跨學科的課程內容，設計主題學習任務，激發學生的創造力，培養學生解決實際問題的能力，特別是培養學生在藝術與人文領域的審美能力與創造性思維。

在新一輪的基礎教育課程改革中，《義務教育課程方案（2022年版）》明確提出了“堅持素養導向，體現育人為本”的課程育人要求，要求“各門課程用不少于 10% 的課時設計跨學科主題學習”，培養學生的綜合素養與創新能力。當前學界對跨學科主題學習的研究大多聚焦在策略探討層面，而對如何在跨學科主題學習中深度融合STEAM理念的研究并不多見。例如，朱立明等提出了核心素養框架下跨學科學習的理論框架[2，駱丹等闡述了跨學科學習的實施策略[3]，吳剛平從實踐角度探討了跨學科教學的可能性4，這些研究都非常有價值，但都未能融入對學生STEAM素養的培養。本文結合已有研究，基于STEAM理念下的“數學 + ”視角，以“蜂巢結構”課程設計與實施為例，探討“數學 + ”跨學科主題學習的理論意蘊、課程設計及課程實施策略，展現“數學 + ”跨學科主題學習的多維視角及對學生融合創新能力的培養。

一、數學 + ”跨學科主題學習的理論意蘊

STEAM理念鼓勵學生用跨學科知識解決實際問題?！皵祵W + ”跨學科主題學習基于數學學科，以問題為核心，巧妙融合其他學科知識，促使學生開展跨學科主題式、融合式學習。在STEAM理念指引下，“數學+”跨學科主題學習展現出深厚的理論意蘊，主要體現在以下三個方面。

（一）整合聯結，構建體系化的數學課程框架

基于STEAM理念的“數學+”跨學科主題學習應創新融合數學及跨學科知識，構建體系化的數學課程內容。以“蜂巢結構”教學為例，蜂巢是由眾多單個蜂房構成，正六邊形蜂房能夠密鋪平面，充分利用平面空間，同時通過共用蜂房壁節省材料，增強結構的牢固性。從工程學的角度來看，這樣的結構設計無疑優于圓柱形蜂房的結構設計。教師在教學中以“蜂巢的數學之美”為主線，先將數學中的平面幾何數學建模知識與生物學中的生物進化知識、工程學的結構設計知識等巧妙融合，通過介紹蜂巢的結構，促進學生探索正六邊形如何高效利用空間與材料，深化對數學知識的理解；再引入數學中的幾何學和優化理論，解釋正六邊形在二維平面上能夠實現最優填充的原理，從而讓學生理解蜂巢結構的數學基礎。

（二）學科融合，實施連貫性的數學教育活動

在STEAM理念下，“數學+\"跨學科主題學習通過強化數學與其他學科之間的聯系，幫助學生形成連貫的數學學習體驗，從而更好地理解和運用數學知識。以“蜂巢結構”的“數學 + ”跨學科主題學習為例，在實施該主題學習時，教師由觀察蜂巢結構切入，促使學生深化對正六邊形的理解，強化數學與物理學科的聯系，讓學生領略到力學平衡與數學穩定性之間的關系。蜂巢作為生物建筑的典范，可用于深化學生對生物學和生態學知識的理解，拓寬他們的科學視野。從了解蜂巢的基本結構開始，到探究其背后的數學原理，再到分析其與物理、生物學等其他學科的聯系，學生的學習過程十分連貫，不僅層層深入，而且環環相扣。這一連貫的學習過程，使學生能夠將數學知識與其他學科知識進行有機的融合，從而構建出基于現實背景的完整的知識體系，為學生更好地理解和運用數學學科知識奠定了堅實的基礎。

（三）逐步深入，理解數學核心概念的層次性

在數學教育領域，數學核心概念是學科知識體系中的關鍵節點，是對數學知識本質的高度概括，具有極強的統攝性與廣泛的應用價值?；赟TEAM理念的“數學 + ”跨學科主題學習能為學生搭建起理解數學核心概念層次性的橋梁。以“蜂巢結構”為例，其中蘊含的數學核心概念豐富多元，涵蓋平面幾何中的圖形密鋪、周長與面積計算的優化，以及數學建模中的結構穩定性分析等。教師可圍繞核心概念，分層組織如下教學活動：觀蜂巢六邊形，筑牢空間觀念；探數學原理，深化跨學科應用；研數學規律，豐富跨學科知識體系。

二、“數學+”跨學科主題學習課程設計的基本策略

要確?！皵祵W + ”跨學科主題學習能夠體現其所應有的理論意蘊，教師在進行課程設計時應遵循以下兩條基本策略：一是將基于STEAM理念的“數學 + ”跨學科主題學習任務化；二是促進STEAM理念下的“數學+”跨學科主題學習與學科主題學習實現有機的融合。

（一）將\"數學 + ”跨學科主題學習任務化

教師將基于STEAM理念的“數學 + ”跨學科主題學習任務化，通過將學習內容轉化為具體的學習任務，促進學生主動學習和探究。

首先，教師需要依據學生的學習需求和興趣愛好選定探究主題。如“數學+”跨學科主題學習的“蜂巢結構\"課程，因為正六邊形的蜂巢結構既可以展現自然規律，又是很好的數學學習素材，其性質和應用橫跨平面幾何、三角函數、數列等多個數學學習領域，所以是非常契合學生學習需求和興趣愛好的學習主題。

其次，在“數學+”跨學科主題學習的課程設計中，任務的設計、課程與評價的實施是實現“數學 + ，跨學科主題學習任務化的幾個關鍵環節。在任務設計中，教師應明確課程中的數學核心素養培養目標，通過設計真實、可操作的任務，巧妙融合多學科知識點，引導學生深度探究和理解正六邊形的特性，基于“數”與“形”的巧妙轉換進行解題，提高數學能力。如：通過設計探究蜂巢結構的任務，巧妙融入跨學科知識，包括數學中的幾何對稱性與生物學的蜜蜂行為等，促使學生深化對正六邊形穩定性和空間優化的認識；通過構建真實情境任務，如讓學生扮演建筑師測尺寸、算材料、制模型等，引導學生嘗試設計蜂巢模型。在課程實施中，教師應對學生進行合理分組，確保每組學生具備不同的學科優勢，能夠進行有效的跨學科合作；同時為學生提供課程資源支持，包括樣本、工具、材料等；在學生執行任務時，教師要指導學生進行有效的分工、合作，并監控學生的任務執行進度，根據學生執行任務的實際情況對任務的設計或課程的實施進行必要的調整。在課程評價中，教師應采用多元評價方式，觀察學生執行任務的具體表現，檢查學生完成作品的情況并聽取學生的口頭報告；評價維度的設計也應注重多樣性，不僅關注數學和跨學科知識的掌握情況，而且應關注學生合作、創新和解決問題能力的發展；教師還應及時給出反饋意見或建議，幫助學生提升跨學科學習效果。

（二）將“數學+”跨學科主題學習與學科主題學習進行有機的融合

跨學科主題學習與學科主題學習都聚焦“主題”。學科主題學習側重本學科核心知識，強調深度理解、系統掌握；跨學科主題學習強調跨越學科邊界，引導學生發現學科聯系，用多學科知識解決實際問題。教師設計跨學科主題學習課程時，容易陷入“學科至上”或“去學科化”的誤區：前者擔心跨學科主題學習會削弱本學科的基礎，后者否定傳統學科教學、強調學科聯系。實際上，二者在教育實踐中并非孤立，而是相互交融、互為補充的。教師應平衡好二者的關系，既要理解跨學科學習的價值，又要重視學科基礎知識的鞏固。

以“蜂巢結構”的課程實施為例。從數學學科出發，學生能夠研究蜂巢的正六邊形幾何屬性，通過計算和構建數學模型，理解數學在實際生活中的應用，發展數學核心素養；轉向跨學科學習，則可以進一步豐富學生的學習維度，如生物學揭示了蜜蜂協作筑巢的知識，物理學、工程學解讀了蜂巢力學性能與材料優化。將學科主題與跨學科主題融合，有利于學生全面深入地理解蜂巢現象，既掌握數學知識又拓寬學科視野，從而有效培養學生的STEAM素養與創新能力。因此，在教育實踐中，教師應依據學生的學習需求設定教學目標，靈活運用學科學習和跨學科主題學習這兩種學習方式，既夯實學生的學科基礎知識，又引導學生展開跨學科的探究，為社會培養更多創新型跨界人才。

三、數學 + ”跨學科主題學習課程的設計與實施

在“數學 + ”跨學科主題學習的課程設計與實施中，問題設計以及課程實施流程設計是課程設計與實施的關鍵。

（一）“數學 +ⁱ ”跨學科主題學習課程中的問題設計

基于真實情境的“數學 + ”跨學科主題學習，將數學學習與真實世界中的情境和問題結合起來，讓學生在數學的實際應用中學習和運用數學知識[5]。在基于STEAM理念的“數學+”跨學科主題學習中，主題的選擇應具備挑戰性和融合性。首先，鼓勵學生在教師引導下探索挑戰性、跨學科的主題，將知識應用于實際問題解決[6。其次，應緊密對接國家課程標準，深入理解和運用數學概念和原理，確保教學的科學性和實用性，而非停留于表面操作。而在“數學+”跨學科主題學習的課程設計中，精準錨定問題又是主題選擇與設計的關鍵。為此，筆者構建了“數學+”跨學科主題學習課程的問題設計模型（如圖1），立足數學學科知識，以問題為核心，以素養提升為目標，以學科融合為路徑[7]，通過錨定適切問題，創設真實且較為復雜的問題情境并進行多維度的拓展與延伸，有效驅動整個主題學習過程。

以“蜂巢結構”為例，教師可依據“數學 + ”跨學科主題學習的問題設計模型，研制“數學 + ”跨學科主題學習“蜂巢結構”的課程框架（如圖2），通過提出一系列驅動性問題如“通過觀察蜂巢的正六邊形結構，說說這種結構有何優點？”“如何將蜂巢結構運用到實際工程設計中\"“幾何視角下蜂巢有何功能”等，逐漸發展學生的跨學科思維，培養學生的數學核心素養，促進學生全面發展。

（二）“數學 + ”跨學科主題學習課程的流程設計

基于“數學 + ”跨學科主題學習的理論意蘊及問題設計模型，“數學 + ”跨學科主題學習課程的實施，應以學生為中心，以實際問題為導向，通過搭建學習支架，引導學生開展展示、交流、拓展等活動，讓學生在解決問題的過程中發展數學核心素養和跨學科知識應用能力。因此，以數學學科為核心的“數學 + ”跨學科主題學習課程的流程設計應遵循目標導向、任務驅動、活動實踐、評價反饋的原則：首先，明確數學學科核心素養培養目標；其次，以核心素養培養目標為指導，設計真實問題，作為驅動性任務；再次，基于真實問題的解決，設計豐富多樣的跨學科主題學習活動，促進學生積極、主動地參與到跨學科主題學習當中；最后，通過設計和實施即時評價反饋，保障學生的學習效果。

以“蜂巢結構”為例，教師遵循目標導向、任務驅動、活動實踐、評價反饋的原則，設計相應的“數學+”跨學科主題學習課程的實施流程（如第91頁圖3）：通過確定素養導向的課程培養目標，指引跨學科主題學習的真實問題設計；通過為學生搭建學習支架、設計基于問題解決的教學活動，驅動學生的主題學習過程；通過展示、交流、拓展，全面評價學生的主題學習過程與結果，并通過教師的即時反饋指導，最終促進學生的全面發展。

總之，小學數學跨學科主題學習活動既是數學教材的實踐延伸，也是對生活有所學、有所得、有所悟的一種體驗探索。“螺螄粉中的數學”跨學科主題學習活動以學生熟悉的地方美食為切入點，打破學科壁壘，將數學與文化研究、數據分析等進行深度融合，引導學生探索數學在現實生活中的應用價值。學生通過深入探究螺螄粉背后的產業數據、市場運營和文化價值，逐步理解了數學的現實意義，掌握了分析問題、解決問題的思維方法。這種以核心素養為導向的跨學科學習模式，不僅讓學生在實踐中鞏固了數學知識，而且讓學生在觀察、思考和表達中切身體會到數學學科的魅力。

參考文獻

[1翟運勝.小學數學跨學科主題活動的設計與實施[J].小學數學教育，2024（12）：12-13.

[2]杜慧慧.跨學科理念下小學數學綜合與實踐主題活動研究[J].教育界，2024（15）：62-64.

[3]黃麗紅.小學數學跨學科主題學習存在的問題與應對策略[J].小學數學教育，2024（9）：10-12

[4]陶陽.多樣態融合：小學數學跨學科主題學習的實踐探索[J].小學教學參考，2024（11）：15-19.

（責編 韋榕峰）