基于STEM教育理念的中職數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究

楊亞平 楊桂秀

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?數(shù)學(xué)作為數(shù)字化時(shí)代的科學(xué)基礎(chǔ)，是知識(shí)密集型經(jīng)濟(jì)中合格的技術(shù)人才所需的基本技能。它不僅支撐著中職學(xué)生后繼專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，更影響著其未來生活和終身發(fā)展。針對(duì)中職數(shù)學(xué)教學(xué)面臨的困境，分析STEM教育理念對(duì)中職數(shù)學(xué)教學(xué)的價(jià)值，并通過教學(xué)實(shí)踐探索了如何在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中進(jìn)行結(jié)合學(xué)生專業(yè)的、以STEM教育理論為指導(dǎo)的數(shù)學(xué)教學(xué)。實(shí)踐表明，該教學(xué)能有效改變學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的態(tài)度，并促進(jìn)其數(shù)學(xué)知識(shí)與技能的掌握與數(shù)學(xué)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?中職院校;數(shù)學(xué)教學(xué);STEM教育

[中圖分類號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2019）27-0164-02

中等職業(yè)教育作為職業(yè)教育體系的重要組成部分，在實(shí)施人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略和科教興國(guó)戰(zhàn)略中具有特殊地位。中職教育的任務(wù)是培養(yǎng)能在生產(chǎn)、服務(wù)一線工作的高素質(zhì)勞動(dòng)者和技能型人才[1]。數(shù)學(xué)既是高素質(zhì)勞動(dòng)者在數(shù)字革命時(shí)代必備的知識(shí)和技能，又是中職學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，對(duì)他們的職業(yè)發(fā)展和終身學(xué)習(xí)具有重要作用，然而它卻遭絕大多數(shù)中職學(xué)生厭棄。如何培養(yǎng)學(xué)生積極的數(shù)學(xué)態(tài)度、提高數(shù)學(xué)成績(jī)、獲得數(shù)學(xué)能力，使數(shù)學(xué)能夠真正“學(xué)以致用，服務(wù)專業(yè)”，成為中職數(shù)學(xué)教育亟待解決的問題。

一、中職數(shù)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

高校擴(kuò)招而興起的“普高熱”導(dǎo)致中職學(xué)校生源數(shù)量不斷減少、素質(zhì)日益下降，進(jìn)一步加重了學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)能力低等問題。對(duì)大多數(shù)中職學(xué)生而言，學(xué)習(xí)一技之長(zhǎng)是進(jìn)入中職院校的唯一目標(biāo)，數(shù)學(xué)只是為了獲得畢業(yè)證而不得不學(xué)的公共課程，其數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性較差。加之目前多數(shù)中職學(xué)校所用的數(shù)學(xué)教材仍以學(xué)科體系編排，與學(xué)生的專業(yè)、生活聯(lián)系甚少。一些科班畢業(yè)的中職教師依然遵循傳統(tǒng)的教學(xué)方法，側(cè)重知識(shí)和技能的單向傳播，忽略了學(xué)生的主體作用，學(xué)生未曾有主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的機(jī)會(huì)和體驗(yàn)。目前的中職數(shù)學(xué)教學(xué)從諸多方面不斷消磨著學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，扭曲著學(xué)習(xí)的意義和價(jià)值，導(dǎo)致學(xué)生厭學(xué)情緒嚴(yán)重，教學(xué)效果堪憂;而糟糕的教學(xué)體驗(yàn)又使教師逐漸散失了教學(xué)積極性，形成教與學(xué)的惡性循環(huán)。

為此，近年來許多一線教師努力更新自己教學(xué)理念、不斷嘗試新的教學(xué)方法以提高教學(xué)效果。行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法、“導(dǎo)學(xué)案”教學(xué)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)法、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法、融入數(shù)學(xué)建模思想等教學(xué)方法頻頻出現(xiàn)在中職數(shù)學(xué)教學(xué)文獻(xiàn)中，它們都致力于提高中職學(xué)生的態(tài)度、數(shù)學(xué)成績(jī)以及培養(yǎng)數(shù)學(xué)能力，但將教學(xué)方法真正落實(shí)到數(shù)學(xué)課堂上進(jìn)行實(shí)證研究的案例仍為數(shù)不多。

二、STEM教育的內(nèi)涵

STEM即科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的英文首字母簡(jiǎn)寫，STEM教育囊括了與之相關(guān)的所有領(lǐng)域，甚至與經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、政治學(xué)等相關(guān)。其特色是在教育過程中重視學(xué)科知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系[2]。這種整合并非學(xué)科的簡(jiǎn)單疊加，而是通過在解決真實(shí)問題的過程中采用以學(xué)生為中心、問題驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，以便學(xué)生在應(yīng)用知識(shí)、獲得知識(shí)過程中將多個(gè)學(xué)科有效融合為一個(gè)有機(jī)體，并培養(yǎng)其問題解決能力、復(fù)合思維與創(chuàng)新思維等[3]。

目前，STEM教育有三種常用的整合方式：內(nèi)容整合，即圍繞涉及多個(gè)領(lǐng)域的大概念（big ideas）來設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，如電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等;輔助式整合，即以一門學(xué)科為主，其它學(xué)科只是為了輔助該學(xué)科的學(xué)習(xí)。如在科學(xué)課上，學(xué)生用作圖、統(tǒng)計(jì)、運(yùn)算等數(shù)學(xué)知識(shí);情境整合，即以一個(gè)學(xué)科的內(nèi)容為核心目標(biāo)，教師利用其他領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)問題情境來推動(dòng)核心內(nèi)容的學(xué)習(xí)[4]。在具體的教學(xué)方法上，國(guó)內(nèi)學(xué)者大多采用行動(dòng)導(dǎo)向的情境教學(xué)法在常規(guī)課程中滲透STEM教育理念。國(guó)際上常用基于問題的學(xué)習(xí)和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)一般包含五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，即反思、研究、探索、應(yīng)用、交流。

三、STEM教育理念融入中職數(shù)學(xué)教學(xué)的意義

（一）有助于培養(yǎng)學(xué)生積極的數(shù)學(xué)態(tài)度

“態(tài)度決定一切”，積極的數(shù)學(xué)態(tài)度能使學(xué)生有一種專注于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的傾向，從而促進(jìn)學(xué)生各項(xiàng)思維品質(zhì)的發(fā)展，最終使學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得成功[5]。然而，中職學(xué)生的數(shù)學(xué)態(tài)度普遍消極，在數(shù)學(xué)的應(yīng)用意識(shí)、感知能力、感知價(jià)值、行為傾向方面均較為薄弱，而STEM是知識(shí)、方法、技能、能力、態(tài)度等多元素的綜合。學(xué)科態(tài)度、職業(yè)傾向是STEM教育項(xiàng)目評(píng)估的高頻主題。已有研究表明整合性STEM教育通過更加聯(lián)系的方式進(jìn)行教學(xué)，能夠提高學(xué)生的STEM興趣、使學(xué)生認(rèn)識(shí)到STEM的價(jià)值，從而培養(yǎng)學(xué)生積極的STEM態(tài)度。因此，圍繞基于STEM教育理念下的數(shù)學(xué)教學(xué)將有望培養(yǎng)中職學(xué)生積極的數(shù)學(xué)態(tài)度。

（二）有助于學(xué)生提高數(shù)學(xué)成績(jī)，培養(yǎng)數(shù)學(xué)能力

提高數(shù)學(xué)成績(jī)、培養(yǎng)數(shù)學(xué)能力是中職數(shù)學(xué)教育的基本目標(biāo)。戴維斯的“技術(shù)接受模型”和謝弗的“社會(huì)認(rèn)知理論”表明積極的態(tài)度會(huì)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知和行為意圖產(chǎn)生正面影響，進(jìn)而獲得好的行為效果，并會(huì)反過來強(qiáng)化學(xué)生的態(tài)度。因此，STEM教育理念下的中職數(shù)學(xué)將有望通過提高學(xué)生的數(shù)學(xué)態(tài)度提高其數(shù)學(xué)成績(jī)和培養(yǎng)能力。此外，從認(rèn)知或?qū)W習(xí)科學(xué)的視角而言，有聯(lián)系的概念將有利于未來知識(shí)的提取和意義的建構(gòu)，而且對(duì)低學(xué)業(yè)成就感的學(xué)生尤為有效。所以圍繞數(shù)學(xué)核心內(nèi)容，通過創(chuàng)設(shè)與專業(yè)相關(guān)的情境來整合學(xué)科知識(shí)，使學(xué)生在數(shù)學(xué)與生活、專業(yè)相聯(lián)系的環(huán)境中建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)，將有助于他們?cè)谖磥淼膶I(yè)學(xué)習(xí)和工作中提取和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)。

（三）有助于“學(xué)以致用，服務(wù)專業(yè)”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

中職教育的辦學(xué)理念是“以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向”，其數(shù)學(xué)課主要服務(wù)于專業(yè)課的學(xué)習(xí)，為直接就業(yè)打基礎(chǔ)。因此數(shù)學(xué)教學(xué)必須“學(xué)以致用，服務(wù)專業(yè)”，確保學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)和工作生活中有運(yùn)用數(shù)學(xué)的意識(shí)和能力。對(duì)數(shù)學(xué)而言，STEM教育以更真實(shí)的方式處理數(shù)學(xué)內(nèi)容，情境認(rèn)知主義認(rèn)為在真實(shí)情景中學(xué)習(xí)抽象的數(shù)學(xué)能幫助學(xué)生更好地理解內(nèi)容。此外問題解決驅(qū)動(dòng)的、以學(xué)生為中心的教學(xué)方式能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而促進(jìn)其數(shù)學(xué)知識(shí)、技能的學(xué)習(xí)，獲得用數(shù)學(xué)解決問題的意識(shí)、能力和自信心，并習(xí)得相關(guān)專業(yè)知識(shí)，以做到“學(xué)以致用，服務(wù)專業(yè)”。

四、基于STEM教育理念的中職數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究

DL職業(yè)中學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院進(jìn)行了基于STEM教育理論的數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，在如何將STEM教育理念融入中職數(shù)學(xué)教學(xué)方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

（一）教學(xué)準(zhǔn)備

鑒于中職學(xué)院分科式課程設(shè)置的現(xiàn)狀，在學(xué)科整合方式上易于采取情境整合的方式。此外，結(jié)合數(shù)學(xué)服務(wù)于專業(yè)的宗旨，所創(chuàng)設(shè)的情境應(yīng)主要來自學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)或相關(guān)職業(yè)情境。在教學(xué)方式上，由于很多專業(yè)實(shí)踐課會(huì)以類似項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式開展，因此采用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式。

鑒于數(shù)學(xué)知識(shí)的抽象性及課時(shí)限制，每學(xué)期僅選取兩到三個(gè)數(shù)學(xué)核心內(nèi)容來設(shè)計(jì)項(xiàng)目。例如對(duì)畜牧獸醫(yī)專業(yè)，數(shù)學(xué)教師在專業(yè)課教師的幫助下依托動(dòng)物科學(xué)系專業(yè)課中建立寵物實(shí)訓(xùn)室的工程，圍繞不等式內(nèi)容建構(gòu)了“實(shí)訓(xùn)室寵物浴缸尺寸設(shè)計(jì)”項(xiàng)目。要求學(xué)生在他們的寵物美容實(shí)訓(xùn)室內(nèi)設(shè)計(jì)能同時(shí)滿足20人一起教學(xué)，每個(gè)浴缸占地1.5～2平方米之間、周長(zhǎng)不超過5米的浴缸若干。該情境可以理解為一個(gè)廣泛意義的工程情境，即為了滿足需求而進(jìn)行的有限制的設(shè)計(jì)工作。在該項(xiàng)目中，學(xué)生需要測(cè)量實(shí)訓(xùn)室，了解上課過程中教師和學(xué)生對(duì)所占空間的需求，了解浴缸制作的技術(shù)能否支撐自己的設(shè)計(jì)等，在一個(gè)依托專業(yè)的工程情境中融合了數(shù)學(xué)、技術(shù)等知識(shí)。

（二）教學(xué)過程

為滿足項(xiàng)目學(xué)習(xí)小班化的要求，實(shí)驗(yàn)對(duì)象選為一年級(jí)新生中班級(jí)人數(shù)為30人左右的專業(yè)，并由電腦隨機(jī)分班以保證實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生的數(shù)學(xué)認(rèn)知水平相當(dāng)。

在STEM教育理念的指導(dǎo)下，首先，實(shí)驗(yàn)班的教學(xué)過程會(huì)盡力讓學(xué)生經(jīng)歷工程設(shè)計(jì)的流程。其次，由于數(shù)學(xué)知識(shí)具有系統(tǒng)性，而一個(gè)項(xiàng)目很難涵蓋整章內(nèi)容，加之教學(xué)時(shí)間緊張，因此教師需要借助學(xué)生在做中學(xué)過程中培養(yǎng)起來的對(duì)數(shù)學(xué)的興趣，進(jìn)一步從數(shù)學(xué)內(nèi)部以及數(shù)學(xué)應(yīng)用等方面擴(kuò)充相關(guān)內(nèi)容，最終教學(xué)環(huán)節(jié)為情境創(chuàng)設(shè)、搜集資料草擬解決方案、基于情境學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)內(nèi)容、數(shù)學(xué)地修正草案、拓展數(shù)學(xué)內(nèi)容與作品展示匯報(bào)。

學(xué)生分組合作模擬企業(yè)項(xiàng)目組的工作方式，基于教師提供的項(xiàng)目探究并學(xué)習(xí)與之相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)、技能，以團(tuán)隊(duì)名義匯報(bào)成果。教師依據(jù)建構(gòu)主義理論給學(xué)生提供相應(yīng)的指導(dǎo)支架，包括如何分析項(xiàng)目、搜集資料、進(jìn)行頭腦風(fēng)暴、把現(xiàn)實(shí)情境數(shù)學(xué)化、團(tuán)隊(duì)合作等，并視情況逐步撤掉支架。指導(dǎo)過程中強(qiáng)調(diào)教師通過問題來驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考而非直接告知答案。受課時(shí)的限制，采取課上教師指導(dǎo)，課下優(yōu)等生領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)工作的形式。

（三）教學(xué)效果

經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在數(shù)學(xué)態(tài)度、數(shù)學(xué)成績(jī)、數(shù)學(xué)應(yīng)用能力等方面均有了顯著提升。數(shù)學(xué)態(tài)度方面基于馬克[6]等的調(diào)查研究從數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)、感知能力、感知價(jià)值、行為傾向四個(gè)維度設(shè)計(jì)了數(shù)學(xué)態(tài)度調(diào)查問卷（系數(shù)為0.933，KMO值為0.825）。并圍繞知識(shí)和技能的掌握、數(shù)學(xué)的應(yīng)用設(shè)計(jì)了期末測(cè)試卷。前后測(cè)表明實(shí)驗(yàn)班的數(shù)學(xué)態(tài)度和數(shù)學(xué)成績(jī)均有顯著提高，尤其是數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)、感知能力顯著高于對(duì)照班。學(xué)生的抽樣訪談表明他們不僅意識(shí)到了數(shù)學(xué)對(duì)其工作的價(jià)值，而且對(duì)工程設(shè)計(jì)和技術(shù)手段也有一定了解。

五、結(jié)論與啟發(fā)

教學(xué)實(shí)踐表明，基于STEM教育理念的中職數(shù)學(xué)教學(xué)對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)態(tài)度、數(shù)學(xué)成績(jī)等有積極作用，但實(shí)施需要抓幾個(gè)關(guān)鍵。一是統(tǒng)籌課程設(shè)置?，F(xiàn)實(shí)問題情境一般具有跨學(xué)科性，但目前分裂的課程結(jié)構(gòu)即增加了項(xiàng)目設(shè)計(jì)難度，又會(huì)因?yàn)閷W(xué)生缺乏相應(yīng)的知識(shí)增加實(shí)施難度。二是創(chuàng)設(shè)跨學(xué)科教研團(tuán)體、提高教師的跨學(xué)科教學(xué)能力。三是培養(yǎng)學(xué)生“做中學(xué)”的能力。學(xué)生的課堂表現(xiàn)及訪談暴露出他們?nèi)狈?xiàng)目學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)、查找資料分析問題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、數(shù)學(xué)應(yīng)用能力等，其數(shù)學(xué)素養(yǎng)亟待提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳麗娟.論中職數(shù)學(xué)如何服務(wù)于專業(yè)[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2019（8）：90-91.

[2][4]楊亞平，陳晨.美國(guó)中小學(xué)整合性STEM教學(xué)實(shí)踐的研究[J].外國(guó)中小學(xué)教，2016（5）：58-64.

[3]秦瑾若.STEM教育：基于真實(shí)問題情景的跨學(xué)科式教育[J].中國(guó)電化教育，2017（363）：67-74.

[5]隋佳源.初三學(xué)生數(shù)學(xué)態(tài)度現(xiàn)狀調(diào)查研究[J].成都師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（3）：117-120.

[6]Mark Patrick Mahoney.Students Attitudes toward STEM：Development of an Instrument for High School STEM-Based Programs[J].the Journal of Technology Studies，2010，36（1）：24-34.

編輯 陳鮮艷