淺談STEAM教育理念下的高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革

黃笑娟

一、STEAM教育理念

STEAM分別代表科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）。STEAM教育就是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)于一體的綜合教育。STEAM是從STEM教育計劃演變而來的，STEM最早是由美國政府主導(dǎo)的一項教育計劃，旨在打破學(xué)科疆域，通過對學(xué)科素養(yǎng)的綜合應(yīng)用解決實際問題，同時培養(yǎng)綜合性的人才。STEAM與STEM相比，只是比STEM計劃多加了一項藝術(shù)，相對來說，STEAM比STEM注重的元素更加多元化，更加全面，要求的學(xué)科能力更豐富多樣。

STEAM教育中五門學(xué)科的教學(xué)必須緊密相連，以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和技能，課程融合既要滿足核心課程標準，又要滿足藝術(shù)課程標準，并能進行靈活遷移應(yīng)用，解決真實世界的問題。融合的STEAM教育具備新的核心特征：跨學(xué)科、體驗性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性、藝術(shù)性。

1.跨學(xué)科

將知識按學(xué)科進行劃分，對于科學(xué)研究、深入探究自然現(xiàn)象的奧秘和將知識劃分為易于教授的模塊有所助益，但并不反映我們生活世界的真實性和趣味性。因此，分科教學(xué)在科學(xué)、技術(shù)和工程高度發(fā)達的今天已顯出很大弊端。針對這一問題，理工科教育出現(xiàn)了取消分科、進行整合教育的趨勢。STEAM教育因此應(yīng)運而生，跨學(xué)科性是它最重要的核心特征。

2.藝術(shù)性

STEAM中的這個“A”狹義上指美術(shù)、音樂等，廣義上則包括美術(shù)、音樂、社會、語言等人文藝術(shù)，實際代表了STEAM強調(diào)的藝術(shù)與人文屬性。STEAM教育的藝術(shù)性強調(diào)在自然科學(xué)教學(xué)中增加學(xué)習(xí)者對人文科學(xué)和社會科學(xué)的關(guān)注與重視，例如，在教學(xué)中增加科學(xué)、技術(shù)或工程等相關(guān)發(fā)展歷史，從而激發(fā)學(xué)生興趣、增加學(xué)習(xí)者對STEAM與生活聯(lián)系的理解以及提高學(xué)生對STEAM相關(guān)決策的判斷力；再如，在對學(xué)生設(shè)計作品的評價中，加入審美維度的評價，提高學(xué)生作品的藝術(shù)性和美感。

概括來說，STEAM教育的藝術(shù)性是以數(shù)學(xué)元素為基礎(chǔ)，從工程和藝術(shù)角度解釋科學(xué)和技術(shù)。

3.體驗性

STEAM教育不僅主張通過自學(xué)或教師講授習(xí)得抽象知識，更強調(diào)學(xué)生動手、動腦，參與學(xué)習(xí)過程。STEAM提供了學(xué)生動手做的學(xué)習(xí)體驗，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的數(shù)學(xué)和科學(xué)知識應(yīng)對現(xiàn)實世界問題，創(chuàng)造、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作并解決問題。因此，STEAM教育具有體驗性特征，學(xué)生在參與、體驗獲得知識的過程中，不僅獲得結(jié)果性知識，還習(xí)得蘊含在項目問題解決過程中的過程性知識。

4.情境性

STEAM教育具有情境性特征，強調(diào)讓學(xué)生獲得將知識進行情境化應(yīng)用的能力，同時能夠理解和辨識不同情境的知識表現(xiàn)，即能夠根據(jù)知識所處背景信息聯(lián)系上下文辨識問題本質(zhì)并靈活解決問題。STEAM教育強調(diào)知識是學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)環(huán)境互動建構(gòu)的產(chǎn)物，而非來自于外部的灌輸。教師在設(shè)計STEAM教育項目時，項目的問題一方面要基于真實的生活情境，另一方面又要蘊含所要教的結(jié)構(gòu)化知識。這樣，學(xué)生在解決問題的過程中，不僅能獲得知識，還能獲得知識的社會性、情境性及遷移運用的能力。情境性問題的解決，可以讓學(xué)生體驗真實的生活，獲得社會性的成長。

5.協(xié)作性

STEAM教育強調(diào)在群體協(xié)同中相互幫助、相互啟發(fā)，進行群體性知識建構(gòu)。在完成任務(wù)的過程中，學(xué)生需要與他人交流和討論。STEAM教育的協(xié)作性就是要求學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計包括“協(xié)作”和“會話”兩要素：讓學(xué)生以小組為單位，共同搜集和分析學(xué)習(xí)資料、提出和驗證假設(shè)、評價學(xué)習(xí)成果。同時，學(xué)習(xí)者通過會話商討如何完成規(guī)定的學(xué)習(xí)任務(wù)。需指出的是，小組學(xué)習(xí)最后的評價環(huán)節(jié)以小組成員的共同表現(xiàn)為參考，而不是根據(jù)個人的表現(xiàn)進行獨立評價。

6.設(shè)計性

STEAM教育要求學(xué)習(xí)產(chǎn)出環(huán)節(jié)包含設(shè)計作品，通過設(shè)計促進知識的融合與遷移運用，通過作品外化學(xué)習(xí)的結(jié)果、外顯習(xí)得的知識和能力。對于學(xué)生而言，設(shè)計出創(chuàng)意作品是獲得成就感的重要方式，也是維持和激發(fā)學(xué)習(xí)動機、保持學(xué)習(xí)好奇心的重要途徑。在設(shè)計過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)了知識、鍛煉了能力、提高了STEAM素養(yǎng)，因此設(shè)計性是STEM教育的又一核心特征。

二、高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的兩難境地

1.傳統(tǒng)教學(xué)模式的尷尬

（1）注重高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)概念學(xué)習(xí)，缺乏技能性訓(xùn)練。在教學(xué)過程中強化了對基本概念、定理、公理的學(xué)習(xí)和推證，強化學(xué)生對高等數(shù)學(xué)的習(xí)題的求解方法和技能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，但卻缺乏對工程具體問題的分析能力的培養(yǎng)，特別是數(shù)據(jù)的處理。

（2）教學(xué)方法和手段與信息技術(shù)發(fā)展脫節(jié)。計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)影響著現(xiàn)代學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活，雖然在教學(xué)過程中也曾采用多媒體教學(xué)手段進行嘗試，但現(xiàn)有的高等數(shù)學(xué)教學(xué)體系和知識下，多媒體教學(xué)效果遠不及傳統(tǒng)的黑板教學(xué)方式，在教學(xué)體系和知識不改變的情況下，高等數(shù)學(xué)的信息化教學(xué)改革很難推進。

2.注重應(yīng)用教學(xué)模式的尷尬之處

江西科技師范大學(xué)上一個學(xué)年推廣應(yīng)用了一本以實際應(yīng)用為學(xué)習(xí)背景的高數(shù)教材，打破了傳統(tǒng)教學(xué)的思維模式，以各專業(yè)的實際應(yīng)用問題引出高數(shù)知識點，使學(xué)生體會到了高等數(shù)學(xué)的價值所在。但從教學(xué)效果和反饋來看，依然存在許多尷尬之處。因為大一的學(xué)生還沒有學(xué)到自己專業(yè)的專業(yè)課程，導(dǎo)致他們無法理解教材上的高深的應(yīng)用實例，也使得高等數(shù)學(xué)講師不得不在講解高數(shù)知識之前，先介紹相關(guān)應(yīng)用的專業(yè)背景知識，使本來就不多的課時變得更緊張了。

三、STEAM教育理念融入高等數(shù)學(xué)教學(xué)的改革建議

1.高等數(shù)學(xué)教師隊伍的觀念和教學(xué)思想的改革

高等數(shù)學(xué)課程的教師多數(shù)是一般院校的數(shù)學(xué)系數(shù)學(xué)專業(yè)的理科畢業(yè)生，對高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)和理解比較深刻，但對所培養(yǎng)的學(xué)生的專業(yè)知識理解就很薄弱，完全按照自己在本科學(xué) 習(xí)階段的習(xí)慣和要求進行教學(xué)，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)人才培養(yǎng)嚴重脫節(jié)。因此，高等數(shù)學(xué)課程改革，要從高等數(shù)學(xué)的任課教師的改革入手，承擔某專業(yè)的高等數(shù)學(xué)課程的教師到相應(yīng)的專業(yè)教研室進行調(diào)研，了解該專業(yè)的人才培養(yǎng)方案、市場定位、就業(yè)去向、專業(yè)特色、知識構(gòu)成、高等數(shù)學(xué)知識的需求等內(nèi)容，改革自己的教學(xué)思想與觀念，然后與專業(yè)教研室的教師一起準備該專業(yè)的高等數(shù)學(xué)的教學(xué)大綱。endprint

2.改革高等數(shù)學(xué)教學(xué)大綱，為專業(yè)特色的形成奠定基礎(chǔ)

高等數(shù)學(xué)的改革應(yīng)首先從專業(yè)建設(shè)的教學(xué)大綱開始。根據(jù)各專業(yè)的人才培養(yǎng)要求，根據(jù)其專業(yè)知識結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)知識構(gòu)成，擬定各專業(yè)的高等數(shù)學(xué)課程的教學(xué)基本內(nèi)容，形成相應(yīng)的教學(xué)大綱，強調(diào)高等數(shù)學(xué)課程為專業(yè)知識學(xué)習(xí)服務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)工程問題的數(shù)學(xué)分析能力和技巧的訓(xùn)練，減少那些不必要和煩瑣的解題方法訓(xùn)練，做到學(xué)以致用，以專業(yè)施教為目的?；诖?，在制訂教學(xué)大綱時，要努力突破原有課程的界限，根據(jù)各專業(yè)特點靈活選用教學(xué)內(nèi)容，使數(shù)學(xué)與相關(guān)課程和相關(guān)內(nèi)容有機結(jié)合，使學(xué)生能在較少的學(xué)時內(nèi)學(xué)到較多的知識，編寫出符合應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求和具有專業(yè)特色的各專業(yè)的高等數(shù)學(xué)教學(xué)大綱。

3.高等數(shù)學(xué)教學(xué)方法的改革

現(xiàn)有的高等數(shù)學(xué)的內(nèi)容體系是傳統(tǒng)而完整的，教學(xué)方法幾十年沒有改變，教師課堂僅僅講述基本概念、基本定理、推證公式、講解例題。因此我們發(fā)現(xiàn)有85%的學(xué)生認為學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)枯燥，教學(xué)方法呆板，學(xué)生被置于被動地位，課堂上昏昏欲睡，馬馬虎虎地學(xué)習(xí)，得過且過，完全感受不到高等數(shù)學(xué)課程學(xué)習(xí)的樂趣和意義。這是因為傳統(tǒng)的教學(xué)思想過分重視演繹法，重視對基本原理的推論和推廣，而缺乏對學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

現(xiàn)在的學(xué)生思想活躍，觀念多樣化，強調(diào)自我和獨立性，喜歡個性化。因此，必須針對學(xué)生的狀態(tài)，改革現(xiàn)有的教學(xué)方法，以實踐性活動來開展課堂教學(xué)，切入點在教學(xué)重難點的突破 。同時課堂教學(xué)的例題應(yīng)該選擇與學(xué)生所學(xué)專業(yè)有關(guān)的專業(yè)實際問題，每個高數(shù)知識點都能從專業(yè)實際應(yīng)用需要出發(fā)進行學(xué)習(xí)，從數(shù)學(xué)的角度逐漸地將專業(yè)實際問題抽象為數(shù)學(xué)問題，再用數(shù)學(xué)的分析結(jié)果去解釋相應(yīng)的物理現(xiàn)象與工程問題，這樣不僅將數(shù)學(xué)知識與專業(yè)知識相結(jié)合，同時也加深了學(xué)生對專業(yè)的理解，幫助其認識到數(shù)學(xué)的重要性，從而激發(fā)學(xué)生對高等數(shù)學(xué)課程學(xué)習(xí)的積極性，以體會到高等數(shù)學(xué)不僅是基礎(chǔ)理論，更是解決工程問題的重要工具。另外，學(xué)生在學(xué)習(xí)高數(shù)的同時，相應(yīng)的專業(yè)課程也應(yīng)與高數(shù)內(nèi)容同步進行教學(xué)，才能使學(xué)生順利理解高數(shù)知識的專業(yè)應(yīng)用實例。

4.利用網(wǎng)絡(luò)平臺進行網(wǎng)上輔導(dǎo)、答疑

高等數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容較多，題目靈活多變，為使學(xué)生能及時了解高等數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的效果，我們要充分利用高等數(shù)學(xué)課程網(wǎng)站，在校園網(wǎng)上進行高等數(shù)學(xué)網(wǎng)上輔導(dǎo)、答疑和自測。學(xué)生可以通過該系統(tǒng)對學(xué)習(xí)情況進行自測，明確自己應(yīng)加強和注意的知識點，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維能力。

教學(xué)過程中，要做好上述工作，要求數(shù)學(xué)教師和專業(yè)課教師密切配合，且得到校教務(wù)部門及其他院系的支持。此處，還要求教師自身學(xué)習(xí)一定的相關(guān)專業(yè)的專業(yè)知識，花費一定的時間，投入一定的精力，工作量是比較大的。但通過這些工作，教師不僅搞好了教學(xué)，也提高了自身的業(yè)務(wù)水平。同時，根據(jù)專業(yè)特色和定位，有針對性地制訂數(shù)學(xué)教學(xué)大綱，轉(zhuǎn)變高等數(shù)學(xué)課教師的思想觀念，計算機輔助教學(xué)措施和專業(yè)軟件相結(jié)合，應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和精品課程建設(shè)等手段，是提高應(yīng)用型本科生高等數(shù)學(xué)水平和能力的有效途徑，是將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力放在高等數(shù)學(xué)教學(xué)的首位的體現(xiàn)。

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