STEAM理念驅動的高中數學跨學科教學實踐

課題項目：河南省教育科學規劃2025年度一般課題“AI賦能的高中多學科融合教學模式創新Deepseek平臺在STEAM教育中的應用”（課題批準號：2025YB1286）。

《普通高中數學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）指出，高中數學課程要以學生發展為本，落實立德樹人根本任務，提升學生學科核心素養。教師將STEAM理念與跨學科教學有機結合，能讓學生了解不同知識點間的聯系，構建完整的知識網絡，有效培養學生的學科核心素養。為此，教師應以STEAM理念為指引，開展數學跨學科教學，以此培養學生的跨學科思維能力，促進學生的全面發展。

一、高中數學跨學科教學概述

（一）高中數學跨學科教學的內涵

跨學科教學是指圍繞學科核心知識點，將其他學科的相關知識、學習方法等進行整合，推進學科之間交叉融合的教學方式，其目的在于提高學生的跨學科知識應用能力，促進學生的深度學習[1]高中數學跨學科教學具有知識融合性、學生協作性等特點，能夠打破學科壁壘，引導學生從不同角度分析數學問題，從而讓其理解數學知識的本質，提高其綜合素養。

（二）高中數學跨學科教學的外延

在實施高中數學跨學科教學時，教師應注重對教學策略的選擇和優化，既要考慮學科間的內在聯系，打破傳統單一學科教學的框架限制，又要注重學生的學習需求，引導學生在具體情境中運用多學科知識解決問題，從而提高教學質量，促進學生跨學科素養的發展[2]

二、STEAM理念與高中數學跨學科教學的聯系

（一）理論基礎的一致性

STEAM理念和高中數學跨學科教學都以建構主義學習理論為基礎，強調學生結合已有知識和經驗，通過主動建構的方式獲取新知識[3]。同時，STEAM理念與高中數學跨學科教學均倡導教師創設適當的問題情境，通過問題情境引導學生主動思考、探究，完善自身的知識體系。

（二）教學目標的協同性

STEAM理念注重培養學生的創新思維及實踐能力，使學生在面對具體問題時能夠綜合運用所學知識解決問題[4]。高中數學跨學科教學同樣注重學生綜合能力的提升，不僅要求學生掌握基礎的學科知識，還要求學生能應用所學知識解決實際問題。由此可見，二者在教學目標上具有協同性，均重視促進學生的全面發展。

（三）教學方法的互補性

STEAM理念倡導教師應用項目式學習、問題引導等教學方法，給學生提供充足的自主探究機會，從而培養學生的實踐能力[5]。而在高中數學跨學科教學中，教師需要引入跨學科項目或涉及多學科知識的教學問題，讓學生綜合應用多學科知識進行深入分析，從而培養學生的綜合能力。

三、STEAM理念驅動的高中數學跨學科教學策略

（一）拓展概念外延，深化概念理解

數學概念是學生構建知識框架的基礎，也是學生解決實際問題、深化知識理解的重要工具。因此，在STEAM理念驅動下，教師應以基礎概念為核心，拓展概念外延，讓學生從多個角度探究概念內涵，結合具體案例加深對概念的理解，從而使其理解相關知識的本質。

以“集合的概念”一課的教學為例，本課內容是高中數學課程的基礎內容。為了幫助學生更深入地理解相關概念，教師可基于STEAM理念拓展概念外延，引入與生物分類、計算機數據存儲、音樂節奏等有關的集合案例，讓學生深入理解集合概念的本質。此外，教師還可以給學生展示一個虛擬城市的道路網絡，并提出問題：城市主要道路集合是否包含次要道路集合？為緩解交通擁堵，城市準備建設新的道路，假設新道路的集合為C，那么如何運用集合知識將新道路與原有道路進行有機整合？這樣一來，教師可在教學中融入工程、技術等多個學科的知識，讓學生加深對集合概念的理解，提高學生解決問題的能力。

由此可見，教師圍繞數學核心概念進行跨學科教學，借助多學科知識讓學生加深對數學概念的理解，不僅可以幫助學生建構完善的知識體系，還能培養學生應用所學知識解決實際問題的能力。

（二）明確核心知識點，完善知識體系

在開展基于STEAM理念的高中數學跨學科教學時，教師要明確課程的核心知識點，并在此基礎上構建系統的知識網絡，從科學、技術、工程等領域出發，整合相關資源，設計合理的教學流程。同時，教師需要結合學生的學習興趣，設計有挑戰性的跨學科學習任務，讓學生在完成任務的過程中掌握核心知識點，了解知識的應用價值。

以“冪函數”一課的教學為例，為了讓學生構建完善的知識體系，學會應用冪函數知識解決實際問題，教師首先要深入研讀教材，明確本課的核心知識點。然后，教師應以教材為基礎，從科學、技術、工程及藝術等維度開展跨學科教學，幫助學生構建完善的知識體系。比如，教師可引入自由落體運動的內容，讓學生通過實驗測量不同時間內物體下落的距離，并繪制相應的圖象，同時對圖象的特點進行分析，思考在物體下落過程中冪函數性質是如何體現的。又如，教師可引入GeoGebra等軟件，讓學生在虛擬平臺中調整函數 y=x^a 中 a 的值，并觀察指數變化對函數圖象變化的影響，總結相關數學規律。通過這樣的教學，學生能夠從不同角度理解冪函數的性質，加深對函數圖象變化規律的認識，拓寬知識視野。

（三）引入具體案例，培養工程思維

在新時代背景下，傳統的單一型人才已無法滿足社會發展的需求。因此，教師要注重培養德智體美勞全面發展的綜合型人才。這要求高中數學教師及時轉變自身的教學理念，積極引入具體的案例，幫助學生將不同學科的知識聯系起來，并讓學生親身感受知識的形成過程，從而加深其對數學知識的理解，讓其明白數學知識的價值。

以“對數函數”一課的教學為例，教師可創設如下情境：衛星通信是現代通信體系的重要組成部分。衛星信號在傳輸過程中，信號強度會隨著傳輸距離的增加而衰減。假設衛星信號的初始強度為100單位，每傳輸1000公里，信號強度會衰減為原來的 90% 。在此基礎上，教師可提出問題：（1）當信號傳輸距離達到5000公里時，信號強度是多少？（2）要想信號強度不低于10單位，則傳輸距離最遠可達到多少？這樣的問題能有效激發學生的探究熱情。之后，教師可帶領學生從不同領域出發，分析解題思路。根據信號衰減規律，我們可先構建指數函數模型 y=100×0.9 1000，然后將其轉化為對數函數模型，最后應用信息技術進行數據模擬實驗，根據實驗結果繪制信號強度變化曲線。通過這種方式，學生能夠學會應用相關工具將實際問題轉化為具體的數學模型，并通過計算解決問題。同時，教師可以引導學生從工程實際需求出發，對信號傳輸需求、環境條件及傳輸成本等因素進行綜合考量，設計更加高效的衛星信號發射方案、信號傳輸路徑以及接收設備配置方案等；讓學生對信號傳輸過程中可能出現的問題進行預測分析，并根據多學科知識提出解決方案。這樣不僅可以培養學生的工程規劃能力，還能促進學生工程思維的發展。

（四）設計跨學科項目，促進主動探究

跨學科項目活動是跨學科教學的重要內容。教師可圍繞教學內容提出具有實際意義的問題，引導學生應用多學科知識進行綜合分析，并基于自身的實踐操作能力解決問題。同時，教師應為學生營造綜合性學習環境，使其在面對項目問題時能夠主動應用已有知識進行分析，快速找到解題思路，進而實現跨學科思維的發展。

以“數學建模：建立函數模型解決實際問題”一課的教學為例，教師可結合生活實例創設“電商物流運輸成本優化”項目活動，并提出“在電商物流運輸過程中，哪些因素會對運輸成本產生影響？怎樣設計成本最低的運輸方案？”等問題，以此引導學生結合生活經驗及已有知識分析運輸成本與各個因素間的關系，將數學知識與生活現象聯系起來。在此基礎上，教師可對學生進行分組，讓他們從車輛租賃費用、燃油費用、運輸距離及過路費等方面出發，思考如何建立運輸成本與運輸距離、貨物重量的函數模型，設計相應的運輸方案。在探究過程中，各小組成員要分工協作，一起做好信息搜集工作。在完成信息搜集工作后，學生小組要運用數學知識構建函數模型，比如可設運輸距離為 x 公里，每輛車的租賃費用為 Δ_a 元／天，燃油費用為每公里 b 元，過路費和人工費一共需要 c 元，運輸時間為 t 天，運輸成本為 C ，進而構建出如下函數模型C=at+bx+c 。此外，教師可以鼓勵學生運用不等式的知識，對不同運輸方案進行比較分析，找出成本最低的運輸方案。在學生建立函數模型的基礎上，教師要引導其對函數模型進行驗證，模擬不同條件下的運輸場景，并將實際數據代入其中進行計算，從而確定函數模型的準確性。在學生完成項目活動后，教師可以讓各小組通過課件、海報等方式展示項目成果，并與其他小組進行交流探討，從而提升模型構建能力，加深對相關知識的理解，提升綜合能力。

（五）以設計創造為抓手，拓寬知識視野

讓學生運用已有知識進行設計創造是培養其跨學科思維的重要手段。在STEAM理念驅動下，教師可設計具有創新性、挑戰性的任務，鼓勵學生從數學、科學、技術、工程及藝術等領域出發，探索更加高效的解題方法。同時，教師可以指導學生運用跨學科思維，將理論知識轉化為實際應用內容。這樣不僅能提升學生的知識應用能力，還能拓寬其知識視野，促進其創新思維的發展。

以“三角函數的應用”一課的教學為例，教師可結合具體案例，引導學生進行設計創造活動，以此加深學生對知識的理解，提高學生的知識應用能力。音樂是藝術的重要表現形式，教師在教學中可設計“音樂創作中的三角函數”項目，讓學生從不同角度研究聲波的特性，了解聲音的頻率、振幅與音調及響度之間的關系。同時，教師可以鼓勵學生根據自己對音樂的理解，結合三角函數知識進行相應的音樂創作。這樣不僅可以打破學科壁壘，促進數學知識與科學、藝術的融合，還能培養學生的創造能力和創新思維，讓學生學會通過藝術的形式呈現數學之美，激發學生的學習興趣。此外，教師可以從環保監測的角度出發，設計“風力發電葉片角度優化”項目，讓學生從不同角度了解風能轉化為電能的原理，理解相關的知識。在開展這個項目時，學生需要從藝術的角度出發對發電葉片的外形進行優化設計，使其與自然環境更協調。這樣一來，學生不僅能夠運用所學知識解決環保領域的實際問題，增強環保意識，提升知識應用能力，還能充分感受到STEAM理論與跨學科教學的價值。

結語

在STEAM理念指引下，高中數學教師應從多個方面對教學資源進行整合，并對跨學科教學方式進行創新，從而有效培養學生應用多學科知識解決問題的能力，促進學生的全面發展。文章在闡述高中數學跨學科教學的內涵以及其與STEAM理論的聯系的基礎上，從拓展概念外延、明確核心知識點、引入具體案例、設計跨學科項目等方面探討了一些教學策略，旨在促進STEAM理念與跨學科教學的有效融合，提升學生的綜合素養，為高中數學教學注入新活力。

[參考文獻]

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[2」姜世彩.基于大概念的高中數學跨學科融合教學探究[J].新課程教學（電子版），2024（22）：42-44.

[3」尚穎波.高中物理與數學的跨學科教學實踐[J].新教育，2024（31）：22-23.

[4］雷仕夷，郭金海.基于STEAM理念的高中數學跨學科教學［J］.中學數學，2024（19）：10-12.

[5］成倩文.高中數學跨學科學習項目的整合[J].文理導航（中旬），2024（9）：52-54.