在科學課堂實施STEM教育培養(yǎng)學生數學素養(yǎng)

◇李俊杰（廣東：順德德勝學校〔小學部〕）

小學科學課是我國基礎教育階段開設的一門學科，具有基礎性、實踐性、綜合性特點，在教育過程中面向全體學生，倡導學生進行探究式學習，以培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)為宗旨。而STEM課程的重點是加強對學生科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數學素養(yǎng)的培育。目前的科學課中也涉及技術與工程領域內容，但如果要在科學課中開展STEM教育，除了科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)和工程素養(yǎng)外，還需要培養(yǎng)學生的數學素養(yǎng)。實施STEM教育的最好方式就是項目式學習。項目式學習可能是世界上最跨界的學習方式，因此我們需要打破各學科之間的界限，建立各學科之間的互通互聯(lián)，才能夠更好地實施STEM教育，才能夠培養(yǎng)學生的綜合素質。

粵教版小學科學五年級下冊中有“身邊的橋梁”單元，包括梁橋、拱橋、桁架橋等橋梁內容的學習，通過前面幾節(jié)課的學習，到單元的最后一課進行橋梁設計與制作，讓學生對自己學習的知識內容進行遷移與運用，從而加深對前幾課內容的理解。本單元的學習目標是培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和技術素養(yǎng)，如果在教學過程中加入數學素養(yǎng)，那就既可以實現科學課的教學目標，又可以很好地實施STEM教育。因此，筆者以此單元教學為例，重點談一下如何在科學課中實施STEM教育，培養(yǎng)學生的數學素養(yǎng)。

數學素養(yǎng)是學生發(fā)現、表達、解釋和解決多種情境下的數學問題的能力。要在此單元教學中培養(yǎng)學生的數學素養(yǎng)，可以從以下幾點入手，從而在科學教學過程中，更好地促進學生數學素養(yǎng)的形成。

一、在科學課堂培養(yǎng)學生發(fā)現數學問題的能力

發(fā)現數學問題是解決數學問題的關鍵，發(fā)現數學問題可以根據教學內容合理地設置問題情境，因此設置問題情境可以進一步提升學生發(fā)現數學問題的能力?；诖耍覀冊凇吧磉叺臉蛄骸眴卧?，可以設置問題情境來引導學生發(fā)現數學問題。

例如：本單元教學中有拱橋、桁架橋、懸索橋等，其中拱橋的拱形結構是其承重的關鍵，力從拱面通過拱傳到拱腳，起到承重的作用。在此教學內容中，教師通過出示多張拱橋的圖片，讓學生觀察拱橋，發(fā)現拱形的存在，發(fā)現問題后，再引導學生進一步提出一個數學問題。學生在思考的過程中，對數學知識重新梳理與認識，從而提出基于自身知識儲備的數學問題，以此提升學生發(fā)現數學問題的能力。

例如：本單元教學內容中的桁架橋。桁架橋是典型的公鐵兩用橋，教師通過出示多個桁架橋圖片，引導學生觀察里面的共同點，從而引出三角形。教師接著引導學生回顧三角形的特性，進一步提到三角形具有穩(wěn)定性，引導學生提出數學問題。學生基本上可以提出一些具有一定水平的數學問題。在此內容教學過程中，學生提出問題的能力得到提升，為接下來的橋梁設計做鋪墊。橋梁設計是本單元內容的匯總，也是對本單元內容的知識梳理。學生通過制作實現工程與技術素養(yǎng)的提升。在制作前，教師要設置問題情境，出示多個工程設計圖，引導學生思考如何才能更好地制作出自己理想的橋梁。橋梁制作前需要設計，通過繪圖的方式，引導學生進行橋梁設計工程圖的繪制。在繪制過程中，學生發(fā)現的數學問題會進一步增多，為接下來表達、解釋與解決問題做了很好的鋪墊。

在《設計與制作：我的小橋》一課時，教師結合所學知識，將現實生活場景引入課堂教學。讓學生觀察周邊橋梁的限高高度，了解道路的實際寬度，在材料提供上，以比例尺形式給學生提供1：100的精確尺寸。學生在設計方案時，通過測量與計算，對橋墩的跨距、橋面的長度得出較為精準的數據，從而引發(fā)學生對數學的思考與關注。學生將數學所學知識遷移至本課的教學中，結合實際生活場景，運用數學、科學相關知識來解決現實生活中的問題，設計出具有實際意義的橋梁作品。

二、在科學課堂培養(yǎng)學生表達數學問題能力

表達是將思維所得的成果，用語言、語音、語調、表情、行為等方式反映出來的一種行為。表達數學問題是通過用語言等方式反映數學問題。學生發(fā)現問題后，如何表達是教師引導的關鍵。表達需要簡潔明了，直奔主題，引導學生學會表達數學問題，可以反映學生思維所得的成果。在本單元教學內容中，我們可以讓學生對自己的方案設計進行表述，但同時也應該注意引導學生表達其中的數學問題。

如：當橋面做成什么形狀時，紙橋承重力會強一些？這個時候學生對于形狀的表達就很重要，需要學生描述形狀。有的形狀學生認識，有的形狀不認識，對于表達不出來的形狀，教師應該引導學生進行圖形表達或通過動作表達，學生不一定非得通過語言表達。表達的方式有很多，教師一定要引導學生有這個表達的環(huán)節(jié)，這樣對于STEM教育內容而言，就不會缺少數學素養(yǎng)的培養(yǎng)，從而讓科學課程中的STEM教育更具實效。再比如：引導學生將所學的比例尺關系運用于設計方案中，進行表達。通過比例尺的計算方式，引入現實生活中的實際尺寸，然后用自己的語言來呈現，從而進一步為自己設計的橋梁作品提供更為精準的數據。學生通過設計、計算、表達，進一步加深了自己對數學、科學相關知識的理解，并將所學知識通過語言表達出來，從而促進思維的發(fā)展。

因此，在科學課中進行STEM教育時，一定要培養(yǎng)學生表達數學問題的能力。這樣既能夠抓住培養(yǎng)學生數學素養(yǎng)的核心，又能夠促進學生學科素養(yǎng)的形成。

三、在科學課堂培養(yǎng)學生解釋數學問題的能力

解釋的意思是分析說明，解釋數學問題是分析和說明其發(fā)現和表達的數學問題。當學生在進行橋梁內容學習的時候，解釋數學問題是其形成數學素養(yǎng)必不可少的環(huán)節(jié)內容。如何解釋數學問題，需要教師根據實際情況，進行適當鋪墊和引導。

例如：在學習《橋梁里的框架》一課中，學生發(fā)現了數學問題。是不是三角形結構承重能力會更強？學生也通過語言進行了表達，但是如何解釋這種情況是問題的關鍵。這就需要教師培養(yǎng)學生解釋數學問題的能力。學生通過制作簡易的形狀正方體，然后通過承重的對比實驗，形成實驗數據，通過分析實驗數據，闡述正方體的承重情況，從而分析說明正方體內有三角形承重能力會更強一些，解釋三角形具有穩(wěn)定性。再比如：在學習《設計與制作：我的小橋》時，學生通過觀察道路的尺寸來設計橋梁的跨度，從而引發(fā)學生發(fā)現數學問題，學會計算。橋梁的跨度要比道路的寬度長，不能將橋墩設計在道路中間。如：每條道路寬3.5米，三條道路寬10.05米，學生在設計橋梁時，會關注橋梁的跨度不少于10.05米，加上柱子的寬度，來設計橋面的長度。用數學計算的方式得出較為精準的尺寸，用較為精準的數據來解釋設計橋面尺寸的緣由，為自己的作品提供強有力的證據。

解釋，在科學課中就是尋找證據，用數學的方式就是學會分析數據才能夠形成證據。因此，在科學課中培養(yǎng)學生解釋數學問題的能力是STEM教育中必不可少的環(huán)節(jié)之一。

四、在科學課堂培養(yǎng)學生解決數學問題的能力

解決問題是檢驗學習的重要指標。如果在學習的過程中發(fā)現了問題、表達了觀點、解釋了原因，最后不能夠解決問題，那就如同紙上談兵。所以培養(yǎng)學生解決數學問題的能力是最終目的。在《設計與制作：我的小橋》一課中，引導學生設計圖紙，進行計算與分析，最終通過自己的設計圖紙制作出一座橋梁。在這個過程中，學生需要測量，計算出結果后才可以畫出精準而科學的設計圖紙，所謂的計算結果就是解決問題的最好呈現。最后學生根據自己繪制的設計圖制作橋梁，橋梁作品就是解決問題的證據。

再如：引導學生關注現實生活。在設計橋梁作品時，引導學生去關注實際道路中間有花壇，花壇的尺寸是多大，那我們橋墩設計的寬度應該是多少。學生再結合自己設計的作品，看有沒有將花壇的尺寸計算在內，如果沒有應該如何加入。新數學問題的提出，引發(fā)學生再次思考，思考后再進行改進，通過運用數學計算與測量，來解決現實生活中的場景問題。在這一問題提出的過程中，教師不要直接告知學生，而是通過不斷追問，來激發(fā)學生的思考，讓學生從自己的角度去審視自己的作品，改進自己的方案，從而激發(fā)學生思維的形成，培養(yǎng)學生解決數學問題的能力。

STEM課程重點是加強對科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數學素養(yǎng)的培育。科學的核心是發(fā)現；技術的核心是發(fā)明；工程的核心是建造；數學的核心是建模。我們在教學過程中，要盡量避免設計單一的問題讓學生思考，要結合實際生活與現實場景，激起學生的參與熱情，關注現實生活，讓他們知道可以利用自己所學的知識，來解決現實生活中的問題，從而促進學生的科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數學素養(yǎng)的形成。這些素養(yǎng)的形成不是單一的，是在學生主動解決問題的過程中逐漸顯現出來的。

除此之外，在科學課的教學過程中，實施STEM教育培養(yǎng)學生的數學素養(yǎng)，需要引導學生發(fā)現、表達、解釋和解決多種情境下的數學問題，從而真正實現將STEM教育融入科學課程，進一步推動STEM教育的實施與落地，最終實現提升學生科學素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、技術素養(yǎng)和數學素養(yǎng)的目的。