STEM 教育理念下中職數(shù)學(xué)課堂教學(xué)模式改革與構(gòu)建探究

江蘇省通州中等專業(yè)學(xué)校 陳小峰 秦曉鵬

STEM是通過4個詞匯的首寫字母而成，來自科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學(xué)（Mathematics）這4門學(xué)科，這4門學(xué)科各自適用于不同能力的塑造，例如，數(shù)學(xué)課重視邏輯思維能力的塑造，而科學(xué)重視創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，但是同時二者之間又具有十分密切的聯(lián)系?，F(xiàn)階段中職學(xué)校課堂教學(xué)模式在訓(xùn)練學(xué)生答題應(yīng)考的能力、綜合性解決問題能力、應(yīng)用轉(zhuǎn)移等多個方面有一定的欠缺，在中職學(xué)校學(xué)習(xí)過程中，通常選用每科獨立教學(xué)，學(xué)科間的融合以及聯(lián)系偏少。在中職數(shù)學(xué)中，函數(shù)模塊中的具體內(nèi)容更貼近日常生活，而且與化工廠、電子專業(yè)、電子計算機、財務(wù)會計等相關(guān)學(xué)科的相關(guān)性非常大。在“三教”改革創(chuàng)新環(huán)境下，怎樣培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力，提升核心素養(yǎng)顯得十分關(guān)鍵，通過研究STEM教育理念，融合多科課程內(nèi)容，能幫助我們掌握數(shù)學(xué)知識在制造、日常生活中的重要作用，提高學(xué)生針對數(shù)學(xué)教學(xué)的認(rèn)同感。

一、創(chuàng)設(shè)科學(xué)、技術(shù)、工程類問題情境

STEM文化教育理念應(yīng)增加學(xué)科中間關(guān)聯(lián)的調(diào)節(jié)，建立與確定一個教學(xué)互動方式，給中職學(xué)生更多啟迪，降低學(xué)生獲取知識的難度。在優(yōu)化中職數(shù)學(xué)教學(xué)互動方式時，工程項目學(xué)科的關(guān)聯(lián)主要體現(xiàn)在物理學(xué)和有機化學(xué)學(xué)科中間，促使學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識更真實地了解物理學(xué)原理，提高學(xué)生對數(shù)學(xué)學(xué)科的認(rèn)知。在建構(gòu)主義理論的幫助下，中職數(shù)學(xué)互動交流教學(xué)方式設(shè)計優(yōu)化應(yīng)以一定的方法推動，可將教育理論與情境認(rèn)知能力結(jié)合在一起。教師根據(jù)新項目學(xué)習(xí)的目標(biāo)開展課堂教學(xué)難題設(shè)計，協(xié)助應(yīng)用課堂小游戲的方式解決真實問題鏈，將學(xué)生放到課堂教學(xué)主體的位置上，鼓勵團(tuán)隊協(xié)作，一同處理數(shù)學(xué)教學(xué)中遇到的困難，提高學(xué)生學(xué)習(xí)培訓(xùn)數(shù)學(xué)知識的自信心。

二、學(xué)習(xí)相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識

數(shù)學(xué)是科學(xué)的根本，科學(xué)為數(shù)學(xué)課提供支持與應(yīng)用。數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)促使學(xué)生更好地理解科學(xué)、技術(shù)、工程中所涉及的數(shù)學(xué)知識，從信息技術(shù)、財經(jīng)商貿(mào)、加工制造等多個方面開展邏輯判斷和定量計算，通過數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)促使學(xué)生理解邏輯判斷、定量計算及其抽象化的相對性等的科學(xué)研究能力，為以后職業(yè)發(fā)展、專業(yè)能力提升給予最基本的素養(yǎng)和能力。江蘇省職業(yè)學(xué)校文化課教材專題與案例模塊中就非常明顯地體現(xiàn)了跨學(xué)科系統(tǒng)學(xué)習(xí)。專題與案例模塊中涉及的案例就是數(shù)學(xué)知識點的傳送，是中職數(shù)學(xué)教材中極具STEM核心理念的那一部分。在這個環(huán)節(jié)，教師不僅要傳授數(shù)學(xué)知識，更應(yīng)將數(shù)學(xué)知識和其他學(xué)科知識融合展開敘述，從而有效塑造學(xué)生的跨學(xué)科應(yīng)用意識。以該教材中“坐標(biāo)變換與參數(shù)方程”這一章為例子，教師在實現(xiàn)對平面直角坐標(biāo)系中坐標(biāo)軸平移變換公式的知識點講授后，可以融合加工制造業(yè)中數(shù)控機床的編程坐標(biāo)系。通常在數(shù)控機床上加工工件時，除了用到機床上廠家設(shè)置的“機床坐標(biāo)系”外，為了定量地描述數(shù)控機床上刀具相對工件的運動位置，加工工件編程時還要確定一個“工件坐標(biāo)系”。工件坐標(biāo)系也叫編程坐標(biāo)系，它通常由機床坐標(biāo)系平移后得到。將編好的程序輸入數(shù)控機床進(jìn)行加工，可以防止工件報廢、刀具損壞等事故，同時也便于加工過程中的檢測。例如，已知點A，B，C在機床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為（20，60），（46，15），（28，-37），現(xiàn)在以點A為工件坐標(biāo)系的原點，求點B，C在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)？例題明顯體現(xiàn)了數(shù)學(xué)坐標(biāo)變換公式在機械加工中的運用。跨學(xué)科式互動交流可同時提升學(xué)生對坐標(biāo)變換的掌握能力和實踐應(yīng)用能力，也可以幫助學(xué)生了解數(shù)控加工中的編程坐標(biāo)系的內(nèi)涵。

三、利用數(shù)學(xué)知識解決實際問題

大部分中職學(xué)生都已經(jīng)具備了單獨剖析探討的能力，且擁有很強的好奇心。教師能運用生長環(huán)境“因地制宜”，打造學(xué)生比較熟悉的數(shù)學(xué)知識運用情境，給予學(xué)生運用知識的室內(nèi)空間。比如，教師在講授“立體幾何”這一章的基礎(chǔ)知識時，可以要求學(xué)生自由活動，繪制校內(nèi)任意一棟工程建筑空間立體圖，進(jìn)而充分鍛煉學(xué)生的三維認(rèn)知能力，鍛煉學(xué)生針對空間點、線、面聯(lián)系的操控能力（見圖1）。

四、舉一反三，拓展數(shù)學(xué)知識

在中職數(shù)學(xué)互動課堂中，教師在設(shè)計方案教學(xué)方式時理應(yīng)構(gòu)建輕輕松松的場景，利用教案設(shè)計、實施過程的形式對關(guān)鍵重點知識剖析和優(yōu)化，在課堂教學(xué)中拋出難題，進(jìn)行分析并反饋，調(diào)整互動交流方式與教學(xué)模式。STEM教育理念引導(dǎo)課堂互動設(shè)計方案應(yīng)具備綜合性、開放性、動態(tài)性、理論性、多元性。根據(jù)以上的教學(xué)模式，能將中職數(shù)學(xué)互動交流方式分成4個步驟實行：互動教學(xué)，問題引領(lǐng)，依據(jù)課程內(nèi)容創(chuàng)設(shè)情境；新老專業(yè)知識聯(lián)絡(luò)互動交流，應(yīng)用STEM的四大領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識研究問題，收集有關(guān)問題解決技術(shù)性和信息，創(chuàng)建新老專業(yè)知識之間的互動聯(lián)絡(luò)；生生互動，小組合作學(xué)習(xí)，利用技術(shù)以及處理數(shù)據(jù)，制作出解決問題計劃方案；工作組一同交流和溝通，共享研究成果。

結(jié)合本文的互動教學(xué)模式，在學(xué)習(xí)平面向量相關(guān)知識的時候，數(shù)學(xué)教師可以從平面向量的概念出發(fā)，應(yīng)用課堂情境進(jìn)行創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生熟悉平面向量的基本概念、運算法則，并設(shè)置一定的課堂情境感受平面向量知識的應(yīng)用。例如，引進(jìn)建筑行業(yè)對平面向量的解釋：“能把文字、表格、圖表或者是表達(dá)式的信息轉(zhuǎn)化成一種坐標(biāo)關(guān)系或者是一個公式。”從建筑行業(yè)的角度分析平面向量的坐標(biāo)圖像表示，在課堂上為學(xué)生指明數(shù)學(xué)問題的研究方式，帶著中職生感受數(shù)學(xué)知識在實際行業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用，有效激發(fā)中職生對數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)積極性，豐富中職生的課堂學(xué)習(xí)體驗。

五、教學(xué)案例

在論述了將STEM教學(xué)方式運用到中職數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的對策后，教師應(yīng)當(dāng)把握住關(guān)鍵，融合課程內(nèi)容提前準(zhǔn)備教案設(shè)計，與此同時課下融合課堂教學(xué)預(yù)期效果進(jìn)行改善匯總，現(xiàn)以該數(shù)學(xué)教材中“三角計算及其應(yīng)用”章節(jié)中的正弦型函數(shù)為例，概述如何把教學(xué)過程內(nèi)容和STEM教學(xué)方式緊密結(jié)合，在做完課程教學(xué)目標(biāo)的前提下鍛煉學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

以正弦型函數(shù)中的單擺（擺角低于5°）為特例，根據(jù)其等時性；用三角函數(shù)表明單擺晃動時偏移和時間之間的關(guān)系；學(xué)會利用手機APP制作單擺運動函數(shù)圖像，有助于正弦型函數(shù)的學(xué)習(xí)。

（一）學(xué)習(xí)情境

播放視頻擺鐘（世界最高的擺鐘）、蕩秋千在平面圖做擺動的小視頻。難題1：你了解擺針為什么能精確測量時間嗎？難題：2：你蕩秋千時，用力蕩一次，每一次下降和升高所花費的時間是一樣的，或是時間越來越短？設(shè)計意圖：在引入課程內(nèi)容時，使用日常生活當(dāng)中的例子去激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引發(fā)學(xué)生思考，有益于增進(jìn)學(xué)生與專業(yè)知識的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生感知世界、發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)的人文素養(yǎng)和人文素質(zhì)，這類根據(jù)現(xiàn)實問題引入專業(yè)知識的形式，可以讓學(xué)生感受身邊的數(shù)學(xué)，凸顯科學(xué)研究三角函數(shù)實體模型與現(xiàn)實問題結(jié)合的重要作用。

（二）設(shè)計方案

視頻可以觀察到擺針每擺動一下就是一秒，表明擺針每一次擺動的時間也是一樣的，那如何驗證這一點呢？引導(dǎo)學(xué)生親自動手，6人一個工作組，仿真模擬單擺運動，制訂一個計劃方案，寫下實驗所需要的器械和商品，計劃好實驗的操作流程，列舉必須檢測的數(shù)據(jù)信息，學(xué)生通過一番討論后，能分享自己的實驗方案，表達(dá)自己的設(shè)計意圖，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段存在的不足之處，博采眾長，一同健全實驗方案，學(xué)生利用20cm的繩子、2個粘鉤、1個螺帽、三角尺、計時器進(jìn)行實驗，最后發(fā)現(xiàn)計時器測算單擺運動的時間是不太準(zhǔn)確的，可向?qū)W生建議使用手機拍攝視頻。設(shè)計意圖：在規(guī)劃實驗方案的過程中，學(xué)生之間交流互動、協(xié)作，揚長補短，學(xué)生盡可能地利用自己周圍的原材料，自制工具及設(shè)備，培養(yǎng)動手能力，提高學(xué)生的工程素養(yǎng)，在實驗設(shè)計方案里加入技術(shù)元素，提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。

（三）科學(xué)知識

學(xué)生根據(jù)實驗裝置獨立收集多組螺帽的擺動周期時間，教師正確引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思索它們擺動的時間是否相同，及其擺角是否確定周期時間，從而發(fā)現(xiàn)單擺運動（擺角低于5°）的等時性，與此同時，教師可向?qū)W生詳細(xì)介紹有關(guān)的理論歷史資料，單擺的等時性是通過意大利專家伽利略發(fā)現(xiàn)的，而且詳細(xì)介紹伽利略發(fā)現(xiàn)單擺等時性的一些有趣的故事。

（四）科學(xué)技術(shù)

根據(jù)實驗結(jié)論發(fā)現(xiàn)單擺的擺動周期時間在擺角低于5°時是一樣的，發(fā)現(xiàn)周期時間狀況，將它與三角函數(shù)相關(guān)聯(lián)，利用手機拍攝視頻，隨后用KMplayer軟件截屏，PowerPoint插入視頻持續(xù)截屏，確保一個周期的運動，觀察產(chǎn)生的圖像來決定偏移與時間之間的關(guān)聯(lián)，圖像形近三角函數(shù)圖像，學(xué)生非常容易聯(lián)想起此章學(xué)習(xí)到的三角函數(shù)的圖像，根據(jù)GeoGebra線性擬合函數(shù)圖像，明確它與三角函數(shù)之間的關(guān)系。

（五）總結(jié)交流

教師領(lǐng)著學(xué)生回顧這堂課的具體內(nèi)容，這堂課根據(jù)實驗探究了單擺運動的等時性，在擺角低于5°時創(chuàng)立，因此擺鐘的旋輪線很長，擺角比較小，又依靠手機軟件證明了偏移與時間之間的關(guān)系能通過三角函數(shù)實體模型進(jìn)行描繪，加深了對三角函數(shù)正弦型函數(shù)的認(rèn)知與應(yīng)用。

六、結(jié)語

綜上所述，在新課改的教學(xué)背景下，教師理應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)培養(yǎng)體系，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，依靠STEM的發(fā)展理念，能增強現(xiàn)階段的教學(xué)互動性，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。文中闡述了怎樣在中職學(xué)校數(shù)學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中滲入STEM的教學(xué)理念，在設(shè)計優(yōu)化現(xiàn)階段之間的互動課程內(nèi)容時理應(yīng)遵循的原則，在問題驅(qū)動和情境推動的過程當(dāng)中激發(fā)學(xué)生的積極性，提高對數(shù)學(xué)課程學(xué)習(xí)的積極性，為以后更高深的數(shù)學(xué)教學(xué)與知識技能運用打下堅實的基礎(chǔ)。