基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)踐與思考

摘" 要：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是踐行STEAM理念的重要方式.數(shù)學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，將數(shù)學(xué)作為STEAM教育理念的核心，通過初中數(shù)學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)探索STEAM教育理念的落地方式.本文以“校園模型制作”項(xiàng)目實(shí)施過程為主線，提供了項(xiàng)目從立項(xiàng)到結(jié)項(xiàng)的過程，分析了STEAM理念對(duì)初中數(shù)學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的啟發(fā)和反思.

關(guān)鍵詞：STEAM；初中數(shù)學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；制作校園模型

基金項(xiàng)目：蘇州市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度立項(xiàng)課題“初中數(shù)學(xué)‘做’中學(xué)體系的構(gòu)建研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2022/LX/02/166/09）；江蘇省教育學(xué)會(huì)“十四五”教育科研規(guī)劃課題“指向核心素養(yǎng)的初中數(shù)學(xué)混合式教學(xué)實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)22A11SXSZ295）；蘇州工業(yè)園區(qū)基礎(chǔ)教育前瞻性教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“基于STEAM理念的初中數(shù)學(xué)綜合與實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)研究”；初中數(shù)學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐案例研究（項(xiàng)目編號(hào)：2023JY15-L44）.

1" STEAM教育理念與數(shù)學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

STEAM教育理念1986年起源于美國，該理念旨在加強(qiáng)“科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）”五大領(lǐng)域的交叉融合.數(shù)學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，在科學(xué)、技術(shù)、工程和藝術(shù)中都有廣泛應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)跨學(xué)科融合.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是STEAM教育理念的新型探索模式，以真實(shí)問題為驅(qū)動(dòng)任務(wù)，以實(shí)踐探索為主線，以制作作品為項(xiàng)目產(chǎn)物.數(shù)學(xué)作為STEAM教育理念其中一環(huán)，借助項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，依托數(shù)學(xué)學(xué)科核心概念，融合跨學(xué)科知識(shí)，讓數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容更廣泛有趣，充分發(fā)揮數(shù)學(xué)學(xué)科魅力，拓寬學(xué)生視野，打破學(xué)科壁壘，融會(huì)貫通，切實(shí)提升學(xué)生解決問題的能力.

2" 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)“校園的模型制作”課例

2.1" 項(xiàng)目簡介與學(xué)習(xí)目標(biāo)

校園擁有相對(duì)完備的現(xiàn)代化教育設(shè)施和優(yōu)美的環(huán)境，是學(xué)生熟悉的場所，這是不可忽視的項(xiàng)目學(xué)習(xí)資源.本項(xiàng)目以向參觀者介紹學(xué)校為背景，以STEAM理念為指導(dǎo)，以問題為驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作的方式，在實(shí)踐活動(dòng)中建構(gòu)新知、提升能力、發(fā)展素養(yǎng).

項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)要充分結(jié)合學(xué)情，九年級(jí)學(xué)生已學(xué)習(xí)過平面直角坐標(biāo)系、圖形相似、圓和銳角三角函數(shù)的知識(shí)，具備一定的問題提出和探究能力，故制定以下的學(xué)習(xí)目標(biāo).

（1）此項(xiàng)目是基于平面直角坐標(biāo)系、圖形的相似、圓、三角函數(shù)相關(guān)知識(shí)應(yīng)用為核心的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，涉及跨學(xué)科知識(shí)，有利于發(fā)展學(xué)生抽象能力、運(yùn)算能力、幾何直觀、空間觀念、推理能力、數(shù)據(jù)觀念、應(yīng)用意識(shí)和創(chuàng)新能力.

（2）通過學(xué)生自主提出問題，分析問題，小組合作解決問題的探究方式，提升學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的能力，提升核心素養(yǎng).

（3）學(xué)習(xí)使用3D建模軟件、反三角函數(shù)計(jì)算器、無人機(jī)、紅外測距儀、VR app和網(wǎng)絡(luò)畫板等工具探究問題，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)校的認(rèn)同、自豪、熱愛之情.

2.2" 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)性問題——以STEAM教育理念為指導(dǎo)的契機(jī)

驅(qū)動(dòng)性問題是源于現(xiàn)實(shí)世界的綜合性問題，可以是研究某一特定事物，也可以是解決具體的實(shí)際問題.驅(qū)動(dòng)性問題是項(xiàng)目開始的緣由，是激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力的重要因素，也充分體現(xiàn)了數(shù)學(xué)來源于生活，也回歸于生活.

本項(xiàng)目源于校園隨處可見的紙質(zhì)引導(dǎo)牌，引發(fā)學(xué)生思考：如何用更簡潔的方式向來訪者展示校園？問題涉及校園建筑，需要綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)的知識(shí)，與STEAM教育理念貼切，所以本項(xiàng)目是在STEAM教育理念指導(dǎo)下進(jìn)行.

教師組織學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴，提出方案，并列表分析（見表1），確定制作校園模型展示學(xué)校，制作校園模型并探究其中蘊(yùn)含的科學(xué)知識(shí).

2.3" 項(xiàng)目實(shí)施過程——STEAM教育理念的體現(xiàn)

項(xiàng)目實(shí)施是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的主體部分，涉及小組分工、項(xiàng)目實(shí)踐、項(xiàng)目匯報(bào)三部分，本項(xiàng)目以項(xiàng)目群的形式展開，分為四個(gè)子項(xiàng)目.項(xiàng)目涉及科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)的知識(shí)，是STEAM教育理念的實(shí)踐方式之一，但由于九年級(jí)學(xué)生還處在基礎(chǔ)教育階段，對(duì)更高層次的科學(xué)、技術(shù)、工程的知識(shí)掌握較淺薄，故主要以數(shù)學(xué)知識(shí)探究為主.

2.3.1" 小組分工

小組分工存在先分組后分工的誤區(qū)，這樣容易出現(xiàn)能力不匹配的現(xiàn)象，導(dǎo)致項(xiàng)目推進(jìn)困難，削弱部分學(xué)生對(duì)項(xiàng)目研究的興趣.所以筆者認(rèn)為應(yīng)該先確定研究對(duì)象和問題，再依據(jù)學(xué)生能力和興趣分工.

為了解學(xué)校布局和建筑特征，學(xué)生利用無人機(jī)拍攝學(xué)校的俯視圖，并探究學(xué)校內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從不同角度觀察，提出制作校園模型的方案和問題.

學(xué)生作為項(xiàng)目實(shí)施主體，根據(jù)個(gè)人興趣和能力分成4組，分別探究校園平面圖、夢(mèng)想樹、教學(xué)樓、操場中的數(shù)學(xué).教師則作為引導(dǎo)者，把控項(xiàng)目研究進(jìn)程，適時(shí)提供幫助.

2.3.2" 項(xiàng)目實(shí)踐

項(xiàng)目分成四個(gè)子項(xiàng)目，以項(xiàng)目群形式進(jìn)行（見表2）.教師結(jié)合項(xiàng)目目標(biāo)、數(shù)學(xué)知識(shí)、方法和技能以及展示方式進(jìn)行有效指導(dǎo).對(duì)于專業(yè)知識(shí)，教師提供解決問題的思路，指出涉及的知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象，讓學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)自主解決問題.

項(xiàng)目實(shí)踐中學(xué)生遇到問題可以歸為兩類：收集數(shù)據(jù)和涉及超出認(rèn)知范圍的專業(yè)學(xué)科知識(shí).下面以兩個(gè)子項(xiàng)目為例闡述解決問題的方法.

子項(xiàng)目1小組成員測量校園周長時(shí)遇到困難.學(xué)生解決問題途徑如下：利用校園外欄桿，測量欄桿間距離，數(shù)出欄桿個(gè)數(shù)；騎自行車?yán)@校一周，數(shù)出輪胎滾動(dòng)圈數(shù).兩類方法都體現(xiàn)了數(shù)學(xué)的轉(zhuǎn)化思想，化大為小和化曲為直.教師指導(dǎo)作用是幫助學(xué)生歸納數(shù)學(xué)思想，發(fā)展核心素養(yǎng).

子項(xiàng)目3小組利用3Dmax建模，需要測量屋頂傾斜角度，由于建筑特征，沒辦法到樓頂用測角儀直接測量角度，故用紅外測距儀測量屋頂各邊長度，構(gòu)造直角三角形解決問題.用已學(xué)過的銳角三角函數(shù)來體現(xiàn)直角三角形邊角關(guān)系，已知角求三角函數(shù)，但是已知邊求角需要用到反三角函數(shù)，這超出了學(xué)生已有知識(shí)范圍，所以教師需要介入指導(dǎo)，提供解決方案，如使用反三角函數(shù)計(jì)算器.

2.3.3" 項(xiàng)目匯報(bào)和展示

子項(xiàng)目1小組運(yùn)用數(shù)學(xué)和工程的知識(shí)，運(yùn)用比例尺和圖形相似的知識(shí)制作校園平面圖；子項(xiàng)目2小組利用信息技術(shù)VR app，生成二維碼展現(xiàn)學(xué)校中的地標(biāo)性建筑夢(mèng)想樹；子項(xiàng)目3小組運(yùn)用數(shù)學(xué)和信息的知識(shí)，運(yùn)用三角函數(shù)和相似的知識(shí)，利用反三角函數(shù)計(jì)算器計(jì)算角度，收集數(shù)據(jù)，并用3D建模軟件和3D打印技術(shù)制作模型；子項(xiàng)目4小組運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)畫板呈現(xiàn)操場中的數(shù)學(xué)問題，探究“足球最佳射門點(diǎn)問題”.

課堂上，各小組介紹自己的作品及制作過程，分享其中蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)知識(shí)和跨學(xué)科知識(shí)，根據(jù)評(píng)價(jià)量表對(duì)

本組和其他組的作品進(jìn)行反思與評(píng)價(jià).教師引導(dǎo)學(xué)生在作品分享的同時(shí)，關(guān)注問題發(fā)現(xiàn)與提出的過程，聚焦合作解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)，反思其中運(yùn)用的數(shù)學(xué)知識(shí)與思想方法.旨在發(fā)展學(xué)生語言表達(dá)能力和邏輯推理能力，以及在自評(píng)與他評(píng)、過程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)體系下，發(fā)展學(xué)生合作意識(shí)和反思總結(jié)的能力.

2.4.4" 作品改進(jìn)與遷移運(yùn)用

學(xué)生根據(jù)評(píng)價(jià)量表改進(jìn)作品，通過課后撰寫項(xiàng)目實(shí)踐感悟?qū)ψ髌愤M(jìn)行完善，從作品展現(xiàn)方式、空間圖形繪制等方面進(jìn)行調(diào)整.學(xué)生遷移運(yùn)用此次項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，可以完成其他項(xiàng)目的研究.例如，任意場景中的數(shù)學(xué)問題探究及模型制作.在修正完善作品中，發(fā)展遷移能力，是可持續(xù)發(fā)展的體現(xiàn).

2.5nbsp; 項(xiàng)目評(píng)價(jià)量規(guī)

項(xiàng)目展示期間，對(duì)每個(gè)小組的作品和匯報(bào)進(jìn)行評(píng)價(jià)，用于優(yōu)化設(shè)計(jì)和反思.評(píng)價(jià)量規(guī)設(shè)計(jì)結(jié)合自評(píng)和他評(píng)，過程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)，全方位、多元化進(jìn)行反饋（見表3）.課程評(píng)價(jià)的多元性有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性和積極性，發(fā)現(xiàn)自身優(yōu)點(diǎn)，保護(hù)學(xué)生的好奇心和探索欲.

3" 項(xiàng)目實(shí)踐反思

3.1" 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是STEAM教育理念新型實(shí)踐途徑

STEAM教育既是多學(xué)科知識(shí)的融合，更是不同學(xué)科的實(shí)踐活動(dòng)、精神內(nèi)涵和價(jià)值觀的融合.［1］STEAM教育理念可以理解為“基于數(shù)學(xué)元素，用科學(xué)和技術(shù)去解讀藝術(shù)和工程”［2］.所以STEAM教育理念為教師設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)提供參考，最后目標(biāo)是培養(yǎng)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科的綜合素養(yǎng).項(xiàng)目式學(xué)習(xí)著眼解決綜合實(shí)際問題，所以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是STEAM教育理念的新型實(shí)踐方式.

對(duì)比傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，STEAM理念能夠有效指導(dǎo)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的原因如下：①項(xiàng)目式學(xué)習(xí)源于真實(shí)情境中的問題，需要多學(xué)科知識(shí)協(xié)同解決，STEAM教育理念強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題；②STEAM理念指向問題解決，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，這與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)目標(biāo)一致.通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅可以掌握工程科學(xué)實(shí)踐所具備的基礎(chǔ)知識(shí)，而且還能具備更加有效地創(chuàng)造性解決問題的能力.［3］項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)重實(shí)踐的跨學(xué)科教育理念，與STEAM教育理念不謀而合.讓學(xué)生充分了解目前社會(huì)需要，單一技能已無法支撐未來人才發(fā)展，綜合知識(shí)運(yùn)用和團(tuán)隊(duì)協(xié)作才是創(chuàng)新的巨大動(dòng)力.

3.2" 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為STEAM教育理念提供起點(diǎn)

STEAM教育理念在傳統(tǒng)課堂比較難以實(shí)施是因?yàn)閭鹘y(tǒng)課堂專注單一學(xué)科，沒有跨學(xué)科綜合性的驅(qū)動(dòng)問題.區(qū)別于傳統(tǒng)教育，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的驅(qū)動(dòng)性問題真正來源于生活，需要綜合能力解決，所以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為STEAM教育理念提供了有效的“起點(diǎn)”，即發(fā)現(xiàn)一個(gè)真實(shí)和開放的問題.出于解決問題的初衷，學(xué)生進(jìn)行探索嘗試.

本項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)性問題是如何讓第一次來學(xué)校的參觀者深入了解校園.這個(gè)問題源于學(xué)校平時(shí)擺放的紙質(zhì)指示牌和引導(dǎo)的教師，學(xué)生不禁思考，有沒有更省時(shí)省力的方法？驅(qū)動(dòng)性問題往往是開放的，需要運(yùn)用綜合知識(shí)解決的，所以學(xué)生在解決過程中綜合運(yùn)用了數(shù)學(xué)、物理、工程、信息等知識(shí)制作校園模型，體現(xiàn)了STEAM教育理念.

3.3" 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐建議

數(shù)學(xué)學(xué)科作為基礎(chǔ)學(xué)科，廣泛應(yīng)用于其他學(xué)科，有自身優(yōu)勢進(jìn)行跨學(xué)科的融合.所以數(shù)學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)選題方向很廣泛，但是由于不同學(xué)段學(xué)生掌握知識(shí)廣度和深度不同，這對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和探究能力提出較高要求.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間長，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)和合作能力也提出較高要求.

為使學(xué)生能夠積極主動(dòng)地推進(jìn)項(xiàng)目，教師在設(shè)計(jì)項(xiàng)目目標(biāo)時(shí)，要充分考慮學(xué)生的學(xué)情和學(xué)習(xí)環(huán)境，明確項(xiàng)目目標(biāo)，聚焦數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)，有方向地引導(dǎo)學(xué)生在“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)進(jìn)行探索.在分工時(shí)需要因材施教，結(jié)合興趣和能力水平選擇子項(xiàng)目.

在項(xiàng)目實(shí)踐時(shí)，教師需要充分發(fā)揮引導(dǎo)和專業(yè)知識(shí)指導(dǎo)作用，幫助學(xué)生克服困難，避免打擊學(xué)生積極性.最后在評(píng)價(jià)階段，要建立完整的評(píng)價(jià)體系，將過程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合，才能更提高評(píng)價(jià)的可信度和有效度.

4" 小結(jié)

STEAM教育理念下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)打破了常規(guī)課堂所采用的講授法、談話法、討論法等教學(xué)方式，轉(zhuǎn)變成為以真實(shí)情境為背景，問題驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，重實(shí)踐、重運(yùn)用的跨學(xué)科學(xué)習(xí)模式，這就要求教師與時(shí)俱進(jìn)，

在提高自身專業(yè)水平的同時(shí)，學(xué)習(xí)多學(xué)科知識(shí)，由數(shù)學(xué)學(xué)科向工程、科學(xué)等方面探索，同時(shí)加強(qiáng)自身藝術(shù)與人文素養(yǎng)，形成以數(shù)學(xué)知識(shí)為核心的多學(xué)科融合的教育方式.

參考文獻(xiàn)

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