STEM教育理念下數(shù)學(xué)知識(shí)在園林工程中的應(yīng)用案例設(shè)計(jì)

吳敏靈

(廣州市番禺區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 廣東廣州 511400）

數(shù)學(xué)作為中職階段的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，為學(xué)生開(kāi)展專業(yè)課的系統(tǒng)學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。STEM課程理念可有效提升中職數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量，相較于以往僅以數(shù)學(xué)書(shū)本知識(shí)為基礎(chǔ)的教育形式，STEM集科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)為一體，為學(xué)生探索世界提供路徑，引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)，使數(shù)學(xué)成為解決問(wèn)題的工具，從而提升學(xué)生的數(shù)學(xué)能力。本文通過(guò)數(shù)學(xué)知識(shí)在“園林工程”中的應(yīng)用教學(xué)案例，把STEM教育理念融入到課堂教學(xué)實(shí)踐中。

一、課例設(shè)計(jì)依據(jù)

中職學(xué)校的學(xué)生主要以專業(yè)技術(shù)和專業(yè)工程的課程學(xué)習(xí)為主，學(xué)習(xí)方式基本是以問(wèn)題解決為目標(biāo)。筆者在項(xiàng)目化教學(xué)模式實(shí)施的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)涉及到的數(shù)學(xué)問(wèn)題是學(xué)生的短板。而專業(yè)課教師又沒(méi)有太多時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)，教會(huì)學(xué)生解決專業(yè)課所需要的數(shù)學(xué)知識(shí)。因此，筆者嘗試從STEM的教育理念入手，把學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中遇到的典型的項(xiàng)目課程案例，移植到數(shù)學(xué)課堂中，教會(huì)學(xué)生需要的數(shù)學(xué)知識(shí)，幫助學(xué)生能順利完成專業(yè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)。

二、課例特色

教師在課堂教學(xué)時(shí)，師生可以共同梳理一個(gè)在生活中常見(jiàn)的視頻案例，了解工程設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，以“安裝自發(fā)噴灌系統(tǒng)”為任務(wù)進(jìn)行分析討論。這樣，教師把數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程進(jìn)行交叉融合，讓學(xué)生在實(shí)踐體驗(yàn)中，學(xué)會(huì)應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

三、課例內(nèi)容呈現(xiàn)

（一）教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)：了解工程設(shè)計(jì)過(guò)程及其各個(gè)環(huán)節(jié)，知道設(shè)計(jì)是動(dòng)態(tài)有章可循的。能力目標(biāo)：經(jīng)歷設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，在思考、討論與合作實(shí)踐中，初步學(xué)會(huì)有計(jì)劃、有步驟開(kāi)展設(shè)計(jì)活動(dòng)的方法。情感目標(biāo)：培養(yǎng)技術(shù)實(shí)踐、表達(dá)、交流、評(píng)價(jià)的能力與協(xié)作意識(shí)，感受技術(shù)問(wèn)題解決過(guò)程的艱辛與曲折。

（二）教學(xué)過(guò)程

1.引入環(huán)節(jié)。教師可以這樣引入：我校的園林實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地建成已有一段時(shí)間，剛開(kāi)始，每天都有同學(xué)給植物澆水，植物長(zhǎng)勢(shì)特別好，但大家沒(méi)有堅(jiān)持維護(hù)，植物就漸漸凋謝，同學(xué)是否有既能節(jié)省人力、物力，又能維護(hù)好花圃的方法呢？

2.創(chuàng)設(shè)情境環(huán)節(jié)。教師播放一段視頻“根據(jù)周邊濕度能自發(fā)噴水澆灌的噴灌系統(tǒng)”，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行案例分析，梳理分析視頻中是如何分布噴灌器的，目的是什么。此外，植物種植的間距是否有要求，目的又是什么，并把學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題的回答，都簡(jiǎn)要記錄在黑板上。

設(shè)計(jì)意圖：視頻中自發(fā)噴灌的系統(tǒng)能激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)上，擺脫了傳統(tǒng)的“教師講、學(xué)生聽(tīng)”的模式，采用引導(dǎo)—分析—探究的形式，師生共同梳理視頻內(nèi)容，得出結(jié)論：噴灌器的分布與植物種植間距息息相關(guān)，目的是最大限度利用資源，節(jié)省成本。以上環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)符合STEM教育的情境性特征。

3.提出問(wèn)題，明確任務(wù)環(huán)節(jié)。教師提問(wèn)：同學(xué)們是不是也想親自做一套擁有自發(fā)噴灌系統(tǒng)的園林微型景觀呢？現(xiàn)在園林實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地騰出了一塊方形空地，大家可以在節(jié)省成本的前提下，去種滿雞冠花，布上管線，并接上微型的自發(fā)噴灌器。

設(shè)計(jì)意圖：本課提出的任務(wù)與學(xué)生的專業(yè)課程和生活實(shí)際息息相關(guān)，教師在充分考慮知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，還體現(xiàn)了數(shù)學(xué)、工程等跨學(xué)科知識(shí)的交叉融合。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，與STEM教育的跨學(xué)科性相一致。

4.方案的制定環(huán)節(jié)。學(xué)生接到任務(wù)后，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)測(cè)量。（1）測(cè)量方形空地的長(zhǎng)和寬，并做好記錄。（2）學(xué)習(xí)安裝微型噴灌器，先簡(jiǎn)單安裝一個(gè)，觀察噴灌器的噴水形式—傘狀，類似拋物線，測(cè)量噴水達(dá)到的最大高度和噴灌器到水達(dá)到最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離，做好記錄。（3）測(cè)量出水口到空地邊緣的距離，做好記錄，為后續(xù)布置水管做準(zhǔn)備。（4）確定種植雞冠花的間距、噴灌器安裝的間距和數(shù)量，以及準(zhǔn)備水管的長(zhǎng)度。

設(shè)計(jì)意圖：確定種植雞冠花的間距和數(shù)量、噴灌器安裝的間距和數(shù)量、要準(zhǔn)備水管的長(zhǎng)度計(jì)算，這些都是應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，是多學(xué)科知識(shí)融合的交叉點(diǎn)和整合點(diǎn)，是觸發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)與探究的觸發(fā)器。學(xué)生根據(jù)實(shí)物測(cè)量操作，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)更加深刻，從理論轉(zhuǎn)向解決實(shí)際問(wèn)題，從而發(fā)揮了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)性和工具性的作用。

5.繪制設(shè)計(jì)圖環(huán)節(jié)。（1）學(xué)生根據(jù)“方案制定環(huán)節(jié)”中測(cè)量的第（1）（2）項(xiàng)數(shù)據(jù)，計(jì)算在噴水能夠覆蓋整塊方形空地的前提下，需要用噴灌器的數(shù)量和安裝間距。用到的數(shù)學(xué)公式可能有圓的面積計(jì)算公式s=πr2，涉及到拋物線的一元二次函數(shù)公式y(tǒng)=ax2+bx+c(a≠0)。（2）學(xué)生根據(jù)噴灌器的分布，計(jì)算需要種植的雞冠花的數(shù)量。種植雞冠花時(shí)，盡量不要種在噴灌器落水的最低點(diǎn)，否則只能澆到花的根部，葉子和花就照顧不了，稍有欠缺。（3）學(xué)生根據(jù)噴灌器的分布，設(shè)置水管的布局。（4）學(xué)生根據(jù)以上數(shù)據(jù)，繪制出設(shè)計(jì)圖。

學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)理念，把測(cè)量數(shù)據(jù)融合到設(shè)計(jì)構(gòu)圖中，熟悉制作方案設(shè)計(jì)圖的思維和操作過(guò)程。在此過(guò)程中，教師要全程巡視指導(dǎo)，幫助學(xué)生分析遇到的問(wèn)題。然后，通過(guò)討論研究，幫助學(xué)生找到解決問(wèn)題的方法，讓學(xué)生建立完成任務(wù)的信心。

6.園林景觀的制作環(huán)節(jié)。學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)圖，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行景觀制作。在動(dòng)手前，教師要跟學(xué)生明確制作步驟：松土→布置水管→安裝噴灌器→種植雞冠花。

園林班學(xué)生對(duì)布置水管和安裝噴灌器比較陌生，在實(shí)施過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)以下幾方面的欠缺：（1）裁剪水管和拼接水管。（2）水管埋藏的深度如何控制。（3）噴灌器的安裝問(wèn)題。這時(shí)，需要有電工教師引導(dǎo)學(xué)生分析安裝的技巧和要領(lǐng)，完成水管的布置和噴灌器的安裝。整個(gè)噴灌系統(tǒng)安裝完成后，要經(jīng)過(guò)測(cè)試合格以后，才按設(shè)計(jì)圖種上花朵。學(xué)生在種花過(guò)程中，要注意不能破壞水管和噴灌器。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在制作園林景觀的過(guò)程中，教師要對(duì)他們生成的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)指導(dǎo)，與學(xué)生共同優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，完善設(shè)計(jì)作品。只有學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)踐，才會(huì)對(duì)教師在方案制定階段提出的問(wèn)題有更深入理解。

7.園林景觀的測(cè)試環(huán)節(jié)。園林景觀完成后，學(xué)生測(cè)試整體情況，對(duì)有問(wèn)題的地方進(jìn)行修改調(diào)整，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程。

8.展示交流與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。本課采取學(xué)生自評(píng)、互評(píng)與教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式。為更好地達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，教師制作了自評(píng)和互評(píng)量表。評(píng)價(jià)過(guò)程強(qiáng)調(diào)多元評(píng)價(jià)主體，面向?qū)W習(xí)過(guò)程。

四、實(shí)踐反思

本課立足學(xué)生實(shí)際，以STEM理念作為引領(lǐng)，在數(shù)學(xué)課堂中推行跨學(xué)科的數(shù)學(xué)綜合實(shí)踐，讓中職數(shù)學(xué)課堂教學(xué)由知識(shí)型向應(yīng)用型轉(zhuǎn)化。學(xué)生看到數(shù)學(xué)能夠應(yīng)用到專業(yè)課程學(xué)習(xí)中，才能激發(fā)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，產(chǎn)生學(xué)習(xí)和研究數(shù)學(xué)應(yīng)用的動(dòng)力，從而逐漸形成應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識(shí)和能力。