高中數(shù)學(xué)STEM教育理論的教學(xué)實踐

【摘 要】本文論述STEM教育理論在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的實踐應(yīng)用，提出篩選STEM教育理論融入契機、建立STEM教育理論滲透機制、組織STEM教育理論實踐活動、拓展STEM教育理論訓(xùn)練設(shè)計等教學(xué)建議，以期讓學(xué)生在跨學(xué)科的思考和實踐中建立學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】高中數(shù)學(xué) STEM教育 教學(xué)實踐

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）34-0093-02

STEM教育理論包括科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等四個學(xué)科，其融合性特點極為鮮明。在數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)中，教師引入STEM教育理論，其適配性更佳，為學(xué)科教學(xué)帶來的幫助也更為顯著。精選STEM教育理論教學(xué)對接點、尋找滲透切點、組織實踐活動、拓展訓(xùn)練設(shè)計，能夠讓學(xué)生在充分思考和體驗中建立學(xué)科核心素養(yǎng)。高中學(xué)生思想比較成熟，對多種學(xué)科融合具有更強的認同感，教師要做好教學(xué)調(diào)研，為學(xué)生提供跨學(xué)科學(xué)習(xí)的機會，形成融合性思考和探究。

一、篩選STEM教育理論融入契機

在數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)，教師有意識地引入STEM教育理論，其適配性更高，能夠為學(xué)生帶來學(xué)科對接和融合的機會，也能夠為課堂教學(xué)注入豐富的動力，提升教學(xué)品質(zhì)。學(xué)生有獨立思考的要求，教師借助多種輔助手段，推出一些學(xué)科融合性任務(wù)，能夠給學(xué)生帶來更多跨學(xué)科探究的機會。數(shù)學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、工程等學(xué)科關(guān)系較為密切，教師在學(xué)科教學(xué)中有意識地開展學(xué)科融合設(shè)計，其助學(xué)效果會更為顯著。學(xué)生主動開展跨學(xué)科思考和探索，能夠帶來豐富的學(xué)習(xí)啟迪，其學(xué)習(xí)體驗也會更深刻。

如教學(xué)蘇教版高中數(shù)學(xué)必修2《空間幾何體的表面積與體積》時，教師先介紹柱體、錐體、臺體的特點，以及其表面積和體積的計算方法，然后通過對比設(shè)計，讓學(xué)生理順柱體、錐體、臺體之間的關(guān)系，歸結(jié)出表面積和體積的計算公式，了解幾何體表面積和體積的求解過程，形成嶄新的空間意識。在教學(xué)程序執(zhí)行過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察各種幾何體，借助多媒體進行圖形展示和分解，利用動畫視頻展開圖形的立體觀察。這些設(shè)計手段帶有科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)科的特點，學(xué)生在學(xué)習(xí)思考中自然接觸到多種學(xué)科內(nèi)容的融合。特別是動漫技術(shù)的應(yīng)用，其科學(xué)技術(shù)含量較高，對學(xué)生形成的感官沖擊更為顯著，其操作過程運用了技術(shù)手段，而圖紙本身又屬于工程范疇，這樣的融合性設(shè)計，將多種學(xué)科內(nèi)容進行技術(shù)處理，形成了完整的學(xué)習(xí)體系。

教師借助多種學(xué)科技術(shù)手段，對教學(xué)內(nèi)容進行梳理和展示，給學(xué)生提供更為直觀的學(xué)習(xí)體驗，進一步證明了STEM教育理論的應(yīng)用空間是極為廣泛的，學(xué)生接受跨學(xué)科內(nèi)容是主動的。立體幾何本身為多種學(xué)科融合提供了機會，教師做出合適的設(shè)計，勢必能對學(xué)生形成多種感官的沖擊。教師要有創(chuàng)新意識，在對多種學(xué)科內(nèi)容進行融合時，能夠借助更多新技術(shù)，形成教學(xué)啟動力。教師主動推出學(xué)科融合內(nèi)容，利用多種對接思考展開教學(xué)滲透，讓更多學(xué)生在主動思考中完成認知構(gòu)建，這樣的教學(xué)組織更值得推崇。

二、建立STEM教育理論滲透機制

STEM教育理論涉及多種學(xué)科的內(nèi)容，跨學(xué)科特點較為鮮明，教師對此要有清晰的認識，從學(xué)生的學(xué)習(xí)實際出發(fā)，為學(xué)生提供更多滲透機會，將學(xué)科融合作為基本教學(xué)機制，確保融入制度的順利執(zhí)行，增強其組織效果。數(shù)學(xué)學(xué)科帶有抽象性、邏輯性、實驗性、工程性、科學(xué)性等特點，與技術(shù)、科學(xué)、工程等學(xué)科的關(guān)系較為密切，教師有意識地提供教學(xué)對接機會，讓學(xué)生結(jié)合其他學(xué)科內(nèi)容進行對接處理，勢必能為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)契機。數(shù)學(xué)教學(xué)有實驗操作內(nèi)容、有信息搜集需要、有實踐應(yīng)用要求，這些都是重要的教學(xué)設(shè)計動機。

組織數(shù)學(xué)實踐性活動時，教師要從操作方法、活動程序、實踐創(chuàng)新等角度進行設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生自然進入融合環(huán)節(jié)，結(jié)合多種學(xué)科特點做出對應(yīng)設(shè)計，自然形成跨學(xué)科的學(xué)習(xí)契機。如教學(xué)蘇教版高中數(shù)學(xué)必修2《直線的方程》時，教師對直線方程的點斜式進行重點解讀，引導(dǎo)學(xué)生借助點斜式對直線方程中的斜截式、兩點式進行推演，自然過渡到求解直線方程問題，讓學(xué)生厘清直線與方程的一一對應(yīng)關(guān)系。為激發(fā)學(xué)生主動探索的興趣，教師先引導(dǎo)學(xué)生進行估猜，確定一條直線的條件，再根據(jù)猜想得到的條件，求出直線的方程。教師設(shè)計投放了一些思考問題：確定一條直線需要幾個條件？根據(jù)所給直線，如何求出直線方程？方程導(dǎo)出的條件是什么？如果直線的斜率不存在，那么如何表示直線方程？學(xué)生對這些問題展開深入思考，對直線方程的解法進行對應(yīng)探索。學(xué)生展開自主思考和互動交流，教師積極參與其中，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供一些參考，讓學(xué)生找到解決問題的突破點，完成學(xué)習(xí)認知的構(gòu)建。

STEM教育理論表現(xiàn)為多種學(xué)科的自然融合，教師在數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)中滲透這些理念，能夠讓學(xué)生有更多學(xué)習(xí)思考的選擇。學(xué)生在跨學(xué)科運作中獲得豐富的學(xué)習(xí)啟迪，對學(xué)科認知展開系統(tǒng)性構(gòu)建，其學(xué)習(xí)探索呈現(xiàn)高效性，這樣的教學(xué)設(shè)計無疑是比較有價值的。學(xué)生對STEM教育理論的理解和應(yīng)用，要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)思考和實踐操作的過程中。教師不需要進行理論講解，只需讓學(xué)生借助對接思考完成融合和接納，這樣的學(xué)習(xí)才具有創(chuàng)造性，學(xué)生由此建立起來的學(xué)習(xí)認知才會更為鮮活而豐滿。

三、組織STEM教育理論實踐活動

設(shè)計數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)活動時，教師要從活動形式選擇、活動程序組織、活動效果評價等方面做出積極探索，為學(xué)科活動順利展開創(chuàng)造良好條件。教師組織學(xué)生開展數(shù)學(xué)活動時，還要對活動的融合性進行探索，讓學(xué)生結(jié)合其他學(xué)科知識展開互動探索學(xué)習(xí)，給學(xué)生形成心理沖擊并啟動思維，讓學(xué)生在實踐探索過程中建立綜合學(xué)習(xí)認知能力。生活觀察、實驗操作、數(shù)據(jù)處理、案例分析、社會調(diào)查、質(zhì)疑釋疑等，這些都離不開多種學(xué)科的支持，教師對此需要有清晰的認識。

數(shù)學(xué)與科學(xué)、技術(shù)等學(xué)科的融合點較多，教師在選擇滲透切點時，要對學(xué)習(xí)內(nèi)容進行深度解析，推出更多滲透性活動，讓學(xué)生在探索性學(xué)習(xí)過程中完成思維對接。如教學(xué)蘇教版高中數(shù)學(xué)必修2《直線、平面平行的判定及其性質(zhì)》時，教師借助多種實驗演示，對直線與平面平行的性質(zhì)定理進行直接的展示和解讀，要求學(xué)生自行開展生活化的實驗，對直線與平面平行的性質(zhì)進行驗證思考。學(xué)生積極行動起來，開始思考教師設(shè)計的問題。如：如果直線與平面平行，這條直線與這個平面內(nèi)直線的位置關(guān)系如何？學(xué)生開始實際操作，對直線與平行平面內(nèi)的直線關(guān)系進行梳理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果直線與平面平行，這條直線與平行平面內(nèi)直線的位置關(guān)系有平行或者異面兩種，并可以用實驗操作的方法進行驗證。教師繼續(xù)投放相關(guān)思考問題，讓學(xué)生利用多種實驗操作完成認知驗證。為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，教師鼓勵學(xué)生自行展開思維設(shè)計，并利用實踐操作對直線與平面的位置關(guān)系進行推導(dǎo)，建立系統(tǒng)性學(xué)習(xí)認知。學(xué)生有實驗操作的經(jīng)驗，自然能夠積極響應(yīng)，開始了創(chuàng)意性探索，在實踐操作過程中展開推導(dǎo)和思考，使學(xué)習(xí)探索活動順利展開。

在這個教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師讓學(xué)生進行實踐操作來驗證相關(guān)問題和結(jié)論，其目的是要借助技術(shù)、工程、實驗等學(xué)科手段，對數(shù)學(xué)原理進行推演和證明，使學(xué)生自然形成數(shù)學(xué)學(xué)科認知基礎(chǔ)。學(xué)生有推導(dǎo)操作經(jīng)驗，教師適時進行延伸設(shè)計，鼓勵學(xué)生展開多種形式的驗證操作，能夠促使學(xué)生主動展開學(xué)科融合探索。在這個操作過程中，要運用到技術(shù)、科學(xué)、工程等學(xué)科的知識，STEM教育理論應(yīng)用特征更為鮮明。

四、拓展STEM教育理論訓(xùn)練設(shè)計

數(shù)學(xué)學(xué)科訓(xùn)練內(nèi)容選擇、訓(xùn)練形式創(chuàng)新、訓(xùn)練延伸組織等，都需要教師進行融合性探索，借助更多輔助手段，推出更多學(xué)習(xí)活動，與學(xué)生生活進行多點對接，讓學(xué)生在實踐探索中提升學(xué)科綜合素質(zhì)。STEM教育理論與數(shù)學(xué)訓(xùn)練設(shè)計相融合，教師要對學(xué)生的學(xué)力基礎(chǔ)和訓(xùn)練訴求做好評估，以便為學(xué)科訓(xùn)練方案的設(shè)計、投放、執(zhí)行、評價創(chuàng)造良好的條件。學(xué)生對融合性訓(xùn)練設(shè)計較為關(guān)注，教師要有對接創(chuàng)新的意識，對學(xué)生的學(xué)習(xí)思維走勢、訓(xùn)練基礎(chǔ)等制約因素做出科學(xué)判斷。特別是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為學(xué)科訓(xùn)練融合設(shè)計提供了良好的條件。

數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、工程等多種學(xué)科的融合，體現(xiàn)了STEM教育跨學(xué)科的共性追求。教師對多種學(xué)科特點進行綜合處理，推出更多實踐性訓(xùn)練內(nèi)容，勢必對學(xué)生形成心理沖擊，以提高訓(xùn)練的有效性和實踐性。如在教學(xué)蘇教版高中數(shù)學(xué)必修2《圓的標準方程》相關(guān)內(nèi)容時，教師先利用多媒體展示一些生活圖片，要求學(xué)生對這些圓的生活應(yīng)用有直觀了解，然后推出學(xué)習(xí)內(nèi)容和任務(wù)：如隧道的出口是一個半圓形，如何借助坐標法研究圓的方程呢？學(xué)生開始對應(yīng)思考，課堂學(xué)習(xí)順利啟動。在導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，展示隧道出口圖形自然帶有工程特點，對圓的坐標進行研究屬于科學(xué)范疇，對圖形進行對應(yīng)討論又帶有技術(shù)特點。學(xué)生進入深度學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，其學(xué)習(xí)思維順利啟動。教師繼續(xù)引導(dǎo)，設(shè)計更多實踐性任務(wù)：生活中有太多圓的圖案，借助多種信息渠道展開搜集活動，找到這些案例，進行必要的測量，根據(jù)掌握的數(shù)據(jù)進行計算和推導(dǎo)，通過建立坐標系列出圓的方程，在解讀過程中建立圓的方程認知。學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)展開信息搜集，很快就找到身邊的一些圓形物品，開始了具體的觀察和測量，在互動交流中達成學(xué)習(xí)共識，設(shè)計出圓的方程，在解讀過程中完成認知內(nèi)化。教師讓學(xué)生進行集體展示，介紹自己的操作過程，集中介紹操作經(jīng)驗，給學(xué)生提供相互學(xué)習(xí)的機會。

教師設(shè)計生活畫面，要求學(xué)生對這些圖形進行分析，結(jié)合數(shù)據(jù)展開計算操作，自然形成圓的方程的解題能力。特別是生活案例的尋找，讓學(xué)生有了更多真切的感知體驗，其實踐特征更為鮮明，學(xué)生從操作推演中獲得的學(xué)習(xí)體驗也更為深刻。結(jié)合生活案例展開規(guī)劃和操作，其學(xué)習(xí)帶有科學(xué)、技術(shù)、工程的意味，教師做出針對性設(shè)計，讓學(xué)科學(xué)習(xí)帶上STEM教育理論特征。

數(shù)學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、工程等學(xué)科有較多相通之處，教師借助STEM教育理論展開融合性設(shè)計，為學(xué)生提供更多深度思考的機會，形成新的教學(xué)動機，以滿足學(xué)生跨學(xué)科探索的要求。高中學(xué)生有一定的學(xué)科認知基礎(chǔ)，教師適時啟動STEM教育理論教學(xué)機制，能夠?qū)W(xué)生形成思維沖擊，讓學(xué)生自然進入學(xué)科探究環(huán)節(jié)，在實際操作中建立學(xué)科認知能力。

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【作者簡介】平麗敏（1971— ），女，江蘇無錫人，大學(xué)本科學(xué)歷，高級教師，現(xiàn)就職于江蘇省揚州市新華中學(xué)，主要研究方向為高中數(shù)學(xué)教學(xué)與研究。

（責(zé)編 唐玉萍）