STSE教育理念指導(dǎo)下的高中生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)研究

黃先杰

摘 要：本文探討了高中數(shù)學(xué)課堂中應(yīng)用核心素養(yǎng)下的STSE教育理念，側(cè)重于環(huán)保相關(guān)的實(shí)踐應(yīng)用。本文介紹了高中數(shù)學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)，探討了核心素養(yǎng)對(duì)于高中數(shù)學(xué)教育的要求，闡述了STSE教育理念及其在高中數(shù)學(xué)教育中的優(yōu)勢(shì)。隨后，提供了關(guān)于如何運(yùn)用跨學(xué)科整合、創(chuàng)新課堂教學(xué)方法、數(shù)據(jù)分析和建模、倫理和價(jià)值觀以及社區(qū)參與和實(shí)踐的實(shí)際應(yīng)用思考，將有助于高中數(shù)學(xué)教育更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，增強(qiáng)其環(huán)保意識(shí)和解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；STSE教育理念；高中數(shù)學(xué)；課堂實(shí)踐

高中數(shù)學(xué)教育的目標(biāo)不僅僅是傳授數(shù)學(xué)知識(shí)和技能，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，在這一過程中教育改革發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，促進(jìn)了教育理念的更新和教學(xué)方法的創(chuàng)新。教育改革在國家層面可以通過重新審視課程設(shè)置和教學(xué)大綱，將環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展等現(xiàn)實(shí)問題納入高中數(shù)學(xué)課程中，意味著不僅要注重?cái)?shù)學(xué)知識(shí)和技能的傳授，還要強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)在解決實(shí)際問題中的應(yīng)用。教育改革在日常教學(xué)中可以推動(dòng)STSE教育理念的融入，通過引入與環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的數(shù)學(xué)問題和案例，讓學(xué)生了解數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系。

一、核心素養(yǎng)下對(duì)于高中數(shù)學(xué)教學(xué)的要求

核心素養(yǎng)下對(duì)高中數(shù)學(xué)教學(xué)有一系列重要要求。首先，數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模、直觀想象、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)分析等，綜合而言，形成綜合素養(yǎng)和能力的要求包括以下幾個(gè)方面：第一，學(xué)生能將數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，能理解不同領(lǐng)域的知識(shí)之間的聯(lián)系；第二，學(xué)生能運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，能從多角度思考問題，提出解決方案；第三，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維，能提出新的觀點(diǎn)和想法，能從新的角度看待問題；第四，學(xué)生能自主學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)，具有終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和方法；第五，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行合作交流，能在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮協(xié)作作用，能與他人進(jìn)行有效的溝通和交流。通過以上要求和方法，高中數(shù)學(xué)教學(xué)可以幫助學(xué)生形成數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，提高解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新思維能力，為未來的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次，數(shù)學(xué)教育應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與社會(huì)問題的探討和解決，高中數(shù)學(xué)課堂應(yīng)提供機(jī)會(huì)，讓學(xué)生從科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境的角度來分析和思考現(xiàn)實(shí)問題，培養(yǎng)他們的批判性思維和問題解決能力，學(xué)生應(yīng)該能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和技能，為社會(huì)和環(huán)境問題提供創(chuàng)新性的解決方案。最后，高中數(shù)學(xué)教育需要注重培養(yǎng)學(xué)生的倫理和價(jià)值觀[1]。

二、教育改革背景下STSE教育理念的優(yōu)勢(shì)

STSE是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、社會(huì)（Society）、環(huán)境（Environment）的英文縮寫，是一種綜合性的教育方法，旨在將科學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活、社會(huì)和環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域相結(jié)合，以促進(jìn)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和解決實(shí)際問題的能力，在教育改革的背景下其理念具有如下優(yōu)勢(shì)。首先，STSE教育強(qiáng)調(diào)將科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境等因素融合到教育中，使學(xué)生能夠更全面地理解知識(shí)與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)系。傳統(tǒng)的學(xué)科教育往往局限于學(xué)科內(nèi)部的知識(shí)體系，而STSE教育則通過跨學(xué)科的視角，使學(xué)生能夠更深入地思考科學(xué)知識(shí)與社會(huì)環(huán)境的互動(dòng)關(guān)系，從而提升他們的綜合素養(yǎng)和批判性思維能力。其次，STSE教育能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。通過引入與學(xué)生生活密切相關(guān)的實(shí)際問題和案例，學(xué)生能夠更加直觀地感受到科學(xué)知識(shí)在解決實(shí)際問題中的應(yīng)用，從而增強(qiáng)其學(xué)習(xí)動(dòng)力。另外，STSE教育能夠培養(yǎng)學(xué)生的解決問題能力和創(chuàng)新精神。通過探究真實(shí)的社會(huì)和環(huán)境問題，學(xué)生不僅可以運(yùn)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和解決，還能夠培養(yǎng)解決問題的能力和創(chuàng)造性思維，從而為未來的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)[2]。

三、STSE教育理念與培養(yǎng)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)之間的關(guān)系

首先，STSE教育理念強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境之間的聯(lián)系和融合，這與數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)中的數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模、直觀想象、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)分析等方面有著密切的聯(lián)系。數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅要求學(xué)生掌握數(shù)學(xué)知識(shí)，還要求學(xué)生能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，這正符合STSE教育理念的要求，因此STSE教育理念與數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)之間存在著相互促進(jìn)、相輔相成的關(guān)系。其次，STSE教育理念對(duì)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)有所提升。第一，STSE教育理念蘊(yùn)含從具體情境中抽象出數(shù)學(xué)本質(zhì)，與數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)中的抽象思維相吻合，通過引入實(shí)際問題和情境，可以幫助學(xué)生更好地理解抽象的數(shù)學(xué)概念和知識(shí)，進(jìn)而提高他們的抽象思維能力。第二，STSE教育理念還蘊(yùn)含運(yùn)用邏輯推理方法解決問題，與數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)中的邏輯推理能力相呼應(yīng)，通過引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問題，可以幫助學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)知識(shí)之間的聯(lián)系，進(jìn)而提高學(xué)生的邏輯推理能力。第三，STSE教育理念蘊(yùn)含建立數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問題，這與數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)中的數(shù)學(xué)建模能力相一致，通過引導(dǎo)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型，可以幫助學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而提高學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力。第四，STSE教育理念蘊(yùn)含幾何直觀和空間想象能力在實(shí)際問題中的應(yīng)用，這與數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)中的直觀想象能力相符合。通過引入實(shí)際問題和具體情境，可以幫助學(xué)生更好地理解抽象的數(shù)學(xué)概念和問題，進(jìn)而提高他們的直觀想象能力。第五，STSE教育理念蘊(yùn)含從數(shù)據(jù)中提取信息、做出預(yù)測(cè)和決策的能力，這與數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)中的數(shù)據(jù)分析能力相呼應(yīng)。

四、基于核心素養(yǎng)及教改背景下的STSE教育理念在實(shí)踐中的應(yīng)用思考

（一）選擇環(huán)保相關(guān)問題

教師可以選擇與環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的數(shù)學(xué)問題，如能源消耗、污染控制、資源管理等，將這些問題引入數(shù)學(xué)課堂，這些問題既能激發(fā)學(xué)生的興趣，又能幫助他們理解數(shù)學(xué)在解決現(xiàn)實(shí)問題中的應(yīng)用。首先，教師可以讓學(xué)生研究一個(gè)城市的能源消耗情況，包括電力、燃?xì)夂腿加偷氖褂茫瑢W(xué)生可以收集和分析歷史能源消耗數(shù)據(jù)，并使用數(shù)學(xué)方法來預(yù)測(cè)未來的消耗趨勢(shì)，通過這個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生可以了解如何使用數(shù)學(xué)模型來幫助城市規(guī)劃更可持續(xù)的能源政策，減少碳排放。其次，學(xué)生可以研究某個(gè)污染源，如化工廠，來了解它的排放情況，可以使用數(shù)學(xué)模型來估算不同排放水平對(duì)周圍環(huán)境的影響，并提出減少污染的數(shù)學(xué)建議，項(xiàng)目可以幫助學(xué)生理解如何利用數(shù)學(xué)來制定環(huán)境政策，以減少空氣和水污染。最后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生探討資源管理問題，如森林資源的可持續(xù)利用，學(xué)生可以使用數(shù)學(xué)方法來模擬森林伐木和再生的過程，以確定最佳的伐木策略，以保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，通過項(xiàng)目，學(xué)生可以理解數(shù)學(xué)在可持續(xù)資源管理中的應(yīng)用，以維護(hù)生態(tài)平衡和生物多樣性。

（二）注重跨學(xué)科的整合

將數(shù)學(xué)與其他學(xué)科整合，鼓勵(lì)學(xué)生跨學(xué)科地探討環(huán)保問題。例如：可以與科學(xué)課程合作，研究氣候變化和數(shù)學(xué)模型之間的關(guān)系，或者與社會(huì)科學(xué)合作，分析環(huán)境政策和社會(huì)影響的數(shù)據(jù)，這種整合有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。第一，數(shù)學(xué)和科學(xué)課程可以合作來研究氣候變化，學(xué)生可以分析氣象數(shù)據(jù)，使用數(shù)學(xué)模型來預(yù)測(cè)氣候變化的趨勢(shì)，學(xué)生可以研究溫室氣體排放與全球氣溫升高之間的關(guān)系，并使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來評(píng)估這種關(guān)聯(lián)，通過這個(gè)跨學(xué)科項(xiàng)目，學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的應(yīng)用，還可以深入了解氣候科學(xué)和環(huán)境問題。第二，與社會(huì)科學(xué)課程合作，學(xué)生可以研究環(huán)保政策和社會(huì)影響，可以分析環(huán)境法規(guī)的數(shù)據(jù)，了解政策對(duì)空氣質(zhì)量、水資源和社區(qū)的影響。學(xué)生可以使用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和經(jīng)濟(jì)學(xué)原理來評(píng)估政策的有效性，以及政策對(duì)不同社會(huì)群體的影響，通過這個(gè)項(xiàng)目，能夠理解數(shù)學(xué)與社會(huì)科學(xué)的交叉點(diǎn)，以及如何運(yùn)用數(shù)學(xué)來評(píng)估環(huán)境政策的效果。第三，將數(shù)學(xué)與生物學(xué)整合，學(xué)生可以研究生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性，可以使用數(shù)學(xué)模型來分析食物鏈和生態(tài)相互作用，以了解不同物種之間的關(guān)系[3]。

（三）創(chuàng)新課堂教學(xué)方法

教育改革也要求教育工作者必須探索采用創(chuàng)新的教學(xué)方法，如項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)和探究式學(xué)習(xí)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、合作和解決問題的能力，同時(shí)將數(shù)學(xué)知識(shí)與實(shí)際問題相結(jié)合，推動(dòng)教育教學(xué)的創(chuàng)新和提高。首先，教師可以提出一個(gè)大型項(xiàng)目，要求學(xué)生合作解決與環(huán)保相關(guān)的問題。例如：學(xué)生可以開展一個(gè)關(guān)于當(dāng)?shù)匦@節(jié)水方案的項(xiàng)目。在這個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生需要收集水消耗數(shù)據(jù)，分析用水習(xí)慣，并提出改進(jìn)方案以減少浪費(fèi)。通過這種項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作和項(xiàng)目管理技能。其次，教師可以提供一個(gè)真實(shí)的環(huán)保問題，要求學(xué)生探討并提出解決方案。例如：學(xué)生可以研究當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量問題，分析數(shù)據(jù)以確定主要污染源，并提出改善空氣質(zhì)量的建議。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要運(yùn)用數(shù)學(xué)方法來分析數(shù)據(jù)和制定解決方案，從而培養(yǎng)了他們的批判性思維和解決問題的能力。最后，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生通過自主探究來解決環(huán)保問題[4]。

（四）強(qiáng)化數(shù)據(jù)建模分析

在教育改革的背景下，強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和建模能力，將數(shù)學(xué)運(yùn)用于環(huán)保問題的解決，具有重要意義。這一建議符合教育改革的核心理念，即通過實(shí)踐性的學(xué)習(xí)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和解決問題的能力。首先，學(xué)生可以收集當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析不同污染物的濃度、天氣條件等數(shù)據(jù)，以確定不同因素對(duì)空氣質(zhì)量的影響，并建立數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)未來的空氣質(zhì)量變化。通過這個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生將學(xué)會(huì)如何使用數(shù)學(xué)來解釋環(huán)保數(shù)據(jù)和制定政策建議，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。其次，學(xué)生可以研究可持續(xù)能源的數(shù)據(jù)，如太陽能和風(fēng)能的產(chǎn)量，利用數(shù)學(xué)建模分析可再生能源的增長趨勢(shì)，并預(yù)測(cè)未來的能源需求。通過這個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生將了解數(shù)學(xué)在可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保方面的應(yīng)用，同時(shí)認(rèn)識(shí)到可再生能源的重要性。最后，學(xué)生可以研究垃圾分類和廢物管理的數(shù)據(jù)，包括不同類型的廢物產(chǎn)生和處理方式，利用數(shù)學(xué)方法分析垃圾處理效率，評(píng)估垃圾分類政策的影響。通過這個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生將學(xué)到如何使用數(shù)據(jù)來優(yōu)化廢物管理，減少垃圾堆積和資源浪費(fèi)。通過上述實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)生將學(xué)會(huì)如何運(yùn)用數(shù)學(xué)工具收集、分析和解釋與環(huán)保問題相關(guān)的數(shù)據(jù)，不僅提升了他們的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，還增強(qiáng)了他們的科學(xué)素養(yǎng)和解決問題的能力。這些實(shí)踐性的學(xué)習(xí)方式有助于學(xué)生更好地應(yīng)對(duì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展方面的挑戰(zhàn)[5]。

（五）強(qiáng)調(diào)倫理和價(jià)值觀

在解決環(huán)保問題時(shí)，教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)倫理和價(jià)值觀的重要性，討論環(huán)保決策和行動(dòng)的倫理考量，可以幫助學(xué)生理解科學(xué)和數(shù)學(xué)不僅僅是工具，還與社會(huì)責(zé)任和倫理有關(guān)。首先，學(xué)生可以研究資源分配和管理的倫理問題，如水資源的分配，也可以討論在有限水資源下如何分配給不同社會(huì)群體，以滿足基本需求并保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，通過倫理討論學(xué)生將了解數(shù)學(xué)在資源管理中的倫理挑戰(zhàn)，以及如何平衡社會(huì)需求和環(huán)境保護(hù)。其次，學(xué)生可以探討碳排放和氣候變化的倫理問題，可以分析不同國家和公司的碳排放數(shù)據(jù)，討論誰應(yīng)該承擔(dān)更大的責(zé)任來減少排放，通過這個(gè)項(xiàng)目學(xué)生將理解數(shù)學(xué)與環(huán)境倫理和全球公平之間的關(guān)系，以及如何使用數(shù)學(xué)來支持環(huán)保政策。最后，學(xué)生可以研究與環(huán)保數(shù)據(jù)收集和隱私保護(hù)相關(guān)的倫理問題，討論在環(huán)保研究中如何平衡數(shù)據(jù)收集的必要性與保護(hù)個(gè)人隱私的權(quán)益，通過倫理討論，學(xué)生將了解數(shù)學(xué)在數(shù)據(jù)分析和倫理決策中的作用，以及如何維護(hù)數(shù)據(jù)隱私和倫理標(biāo)準(zhǔn)。

（六）鼓勵(lì)社區(qū)參與實(shí)踐

在教育改革的背景下，鼓勵(lì)學(xué)生參與環(huán)?；顒?dòng)和社區(qū)服務(wù)項(xiàng)目，將數(shù)學(xué)技能用于解決當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保問題，不僅加強(qiáng)了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，還提供了實(shí)際的應(yīng)用機(jī)會(huì)。這一建議符合教育改革的核心理念，即將課堂學(xué)習(xí)與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。首先，學(xué)生可以參與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保清理活動(dòng)，如清理海灘、公園或河流。在這些活動(dòng)中，學(xué)生可以運(yùn)用數(shù)學(xué)技能幫助組織者計(jì)劃和執(zhí)行清理活動(dòng)，例如估算所需的志愿者人數(shù)、計(jì)算清理區(qū)域的面積，或者跟蹤垃圾清理的進(jìn)展。通過這樣的實(shí)踐，學(xué)生不僅參加了社區(qū)服務(wù)，還將數(shù)學(xué)應(yīng)用于實(shí)際環(huán)保問題中，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合。其次，學(xué)生可以合作開展廢物減量計(jì)劃，旨在減少學(xué)?；蛏鐓^(qū)的廢物產(chǎn)生。通過分析廢物生成的模式、制定減量目標(biāo)并監(jiān)測(cè)廢物減量的進(jìn)展，學(xué)生可以深入思考廢物管理和資源利用的環(huán)保問題，并實(shí)際參與減少廢物的努力。最后，學(xué)生可以協(xié)助當(dāng)?shù)丨h(huán)保組織或政府部門收集環(huán)境數(shù)據(jù)，如水質(zhì)、空氣質(zhì)量或野生動(dòng)植物種群。他們可以運(yùn)用數(shù)學(xué)技能幫助分析數(shù)據(jù)，檢測(cè)環(huán)境問題或趨勢(shì)，并協(xié)助制定改進(jìn)政策的建議。通過這樣的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生將深入理解數(shù)學(xué)在環(huán)保工作中的應(yīng)用，并為改善環(huán)境做出貢獻(xiàn)。

結(jié)束語

綜上所述，本文強(qiáng)調(diào)了將STSE教育理念與高中數(shù)學(xué)課堂相結(jié)合的重要性，特別是在環(huán)保領(lǐng)域，通過鼓勵(lì)學(xué)生參與實(shí)際環(huán)保項(xiàng)目，跨學(xué)科整合和創(chuàng)新教學(xué)方法的運(yùn)用，以及數(shù)據(jù)分析、數(shù)學(xué)建模、倫理意識(shí)和社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)，可以更好地實(shí)現(xiàn)高中數(shù)學(xué)教育的目標(biāo)。綜合性的教育方法將培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，使學(xué)生成為未來的接班人和決策者，能夠更好地解決復(fù)雜的環(huán)保問題，為可持續(xù)的未來做出貢獻(xiàn)。

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本文系廣西教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度課題“基于STSE教育理念培養(yǎng)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的高中教學(xué)改進(jìn)研究”（課題編號(hào)：2023C408）的研究成果。