STEAM理念下“數(shù)學+”跨學科主題學習探究

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）10-0080-03

隨著全球經濟的轉型和科技的迅猛發(fā)展，社會對人才的需求開始從單一技能型向復合型轉化，更加倚重個體在科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數(shù)學（Mathematics）等多個領域知識與方法的綜合應用能力，即更加倚重個體的STEAM素養(yǎng)。STEAM理念是以培養(yǎng)學生STEAM素養(yǎng)為旨歸的教學理念，通過整合科學、技術、工程、藝術和數(shù)學等跨學科的課程內容，設計主題學習任務，激發(fā)學生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，特別是培養(yǎng)學生在藝術與人文領域的審美能力與創(chuàng)造性思維。

在新一輪的基礎教育課程改革中，《義務教育課程方案（2022年版）》明確提出了“堅持素養(yǎng)導向，體現(xiàn)育人為本”的課程育人要求，要求“各門課程用不少于 10% 的課時設計跨學科主題學習”，培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。當前學界對跨學科主題學習的研究大多聚焦在策略探討層面，而對如何在跨學科主題學習中深度融合STEAM理念的研究并不多見。例如，朱立明等提出了核心素養(yǎng)框架下跨學科學習的理論框架[2，駱丹等闡述了跨學科學習的實施策略[3]，吳剛平從實踐角度探討了跨學科教學的可能性4，這些研究都非常有價值，但都未能融入對學生STEAM素養(yǎng)的培養(yǎng)。本文結合已有研究，基于STEAM理念下的“數(shù)學 + ”視角，以“蜂巢結構”課程設計與實施為例，探討“數(shù)學 + ”跨學科主題學習的理論意蘊、課程設計及課程實施策略，展現(xiàn)“數(shù)學 + ”跨學科主題學習的多維視角及對學生融合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

一、數(shù)學 + ”跨學科主題學習的理論意蘊

STEAM理念鼓勵學生用跨學科知識解決實際問題。“數(shù)學 + ”跨學科主題學習基于數(shù)學學科，以問題為核心，巧妙融合其他學科知識，促使學生開展跨學科主題式、融合式學習。在STEAM理念指引下，“數(shù)學+”跨學科主題學習展現(xiàn)出深厚的理論意蘊，主要體現(xiàn)在以下三個方面。

（一）整合聯(lián)結，構建體系化的數(shù)學課程框架

基于STEAM理念的“數(shù)學+”跨學科主題學習應創(chuàng)新融合數(shù)學及跨學科知識，構建體系化的數(shù)學課程內容。以“蜂巢結構”教學為例，蜂巢是由眾多單個蜂房構成，正六邊形蜂房能夠密鋪平面，充分利用平面空間，同時通過共用蜂房壁節(jié)省材料，增強結構的牢固性。從工程學的角度來看，這樣的結構設計無疑優(yōu)于圓柱形蜂房的結構設計。教師在教學中以“蜂巢的數(shù)學之美”為主線，先將數(shù)學中的平面幾何數(shù)學建模知識與生物學中的生物進化知識、工程學的結構設計知識等巧妙融合，通過介紹蜂巢的結構，促進學生探索正六邊形如何高效利用空間與材料，深化對數(shù)學知識的理解；再引入數(shù)學中的幾何學和優(yōu)化理論，解釋正六邊形在二維平面上能夠實現(xiàn)最優(yōu)填充的原理，從而讓學生理解蜂巢結構的數(shù)學基礎。

（二）學科融合，實施連貫性的數(shù)學教育活動

在STEAM理念下，“數(shù)學+\"跨學科主題學習通過強化數(shù)學與其他學科之間的聯(lián)系，幫助學生形成連貫的數(shù)學學習體驗，從而更好地理解和運用數(shù)學知識。以“蜂巢結構”的“數(shù)學 + ”跨學科主題學習為例，在實施該主題學習時，教師由觀察蜂巢結構切入，促使學生深化對正六邊形的理解，強化數(shù)學與物理學科的聯(lián)系，讓學生領略到力學平衡與數(shù)學穩(wěn)定性之間的關系。蜂巢作為生物建筑的典范，可用于深化學生對生物學和生態(tài)學知識的理解，拓寬他們的科學視野。從了解蜂巢的基本結構開始，到探究其背后的數(shù)學原理，再到分析其與物理、生物學等其他學科的聯(lián)系，學生的學習過程十分連貫，不僅層層深入，而且環(huán)環(huán)相扣。這一連貫的學習過程，使學生能夠將數(shù)學知識與其他學科知識進行有機的融合，從而構建出基于現(xiàn)實背景的完整的知識體系，為學生更好地理解和運用數(shù)學學科知識奠定了堅實的基礎。

（三）逐步深入，理解數(shù)學核心概念的層次性

在數(shù)學教育領域，數(shù)學核心概念是學科知識體系中的關鍵節(jié)點，是對數(shù)學知識本質的高度概括，具有極強的統(tǒng)攝性與廣泛的應用價值。基于STEAM理念的“數(shù)學 + ”跨學科主題學習能為學生搭建起理解數(shù)學核心概念層次性的橋梁。以“蜂巢結構”為例，其中蘊含的數(shù)學核心概念豐富多元，涵蓋平面幾何中的圖形密鋪、周長與面積計算的優(yōu)化，以及數(shù)學建模中的結構穩(wěn)定性分析等。教師可圍繞核心概念，分層組織如下教學活動：觀蜂巢六邊形，筑牢空間觀念；探數(shù)學原理，深化跨學科應用；研數(shù)學規(guī)律，豐富跨學科知識體系。

二、“數(shù)學+”跨學科主題學習課程設計的基本策略

要確保“數(shù)學 + ”跨學科主題學習能夠體現(xiàn)其所應有的理論意蘊，教師在進行課程設計時應遵循以下兩條基本策略：一是將基于STEAM理念的“數(shù)學 + ”跨學科主題學習任務化；二是促進STEAM理念下的“數(shù)學+”跨學科主題學習與學科主題學習實現(xiàn)有機的融合。

（一）將\"數(shù)學 + ”跨學科主題學習任務化

教師將基于STEAM理念的“數(shù)學 + ”跨學科主題學習任務化，通過將學習內容轉化為具體的學習任務，促進學生主動學習和探究。

首先，教師需要依據(jù)學生的學習需求和興趣愛好選定探究主題。如“數(shù)學+”跨學科主題學習的“蜂巢結構\"課程，因為正六邊形的蜂巢結構既可以展現(xiàn)自然規(guī)律，又是很好的數(shù)學學習素材，其性質和應用橫跨平面幾何、三角函數(shù)、數(shù)列等多個數(shù)學學習領域，所以是非常契合學生學習需求和興趣愛好的學習主題。

其次，在“數(shù)學+”跨學科主題學習的課程設計中，任務的設計、課程與評價的實施是實現(xiàn)“數(shù)學 + ，跨學科主題學習任務化的幾個關鍵環(huán)節(jié)。在任務設計中，教師應明確課程中的數(shù)學核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標，通過設計真實、可操作的任務，巧妙融合多學科知識點，引導學生深度探究和理解正六邊形的特性，基于“數(shù)”與“形”的巧妙轉換進行解題，提高數(shù)學能力。如：通過設計探究蜂巢結構的任務，巧妙融入跨學科知識，包括數(shù)學中的幾何對稱性與生物學的蜜蜂行為等，促使學生深化對正六邊形穩(wěn)定性和空間優(yōu)化的認識；通過構建真實情境任務，如讓學生扮演建筑師測尺寸、算材料、制模型等，引導學生嘗試設計蜂巢模型。在課程實施中，教師應對學生進行合理分組，確保每組學生具備不同的學科優(yōu)勢，能夠進行有效的跨學科合作；同時為學生提供課程資源支持，包括樣本、工具、材料等；在學生執(zhí)行任務時，教師要指導學生進行有效的分工、合作，并監(jiān)控學生的任務執(zhí)行進度，根據(jù)學生執(zhí)行任務的實際情況對任務的設計或課程的實施進行必要的調整。在課程評價中，教師應采用多元評價方式，觀察學生執(zhí)行任務的具體表現(xiàn)，檢查學生完成作品的情況并聽取學生的口頭報告；評價維度的設計也應注重多樣性，不僅關注數(shù)學和跨學科知識的掌握情況，而且應關注學生合作、創(chuàng)新和解決問題能力的發(fā)展；教師還應及時給出反饋意見或建議，幫助學生提升跨學科學習效果。

（二）將“數(shù)學+”跨學科主題學習與學科主題學習進行有機的融合

跨學科主題學習與學科主題學習都聚焦“主題”。學科主題學習側重本學科核心知識，強調深度理解、系統(tǒng)掌握；跨學科主題學習強調跨越學科邊界，引導學生發(fā)現(xiàn)學科聯(lián)系，用多學科知識解決實際問題。教師設計跨學科主題學習課程時，容易陷入“學科至上”或“去學科化”的誤區(qū)：前者擔心跨學科主題學習會削弱本學科的基礎，后者否定傳統(tǒng)學科教學、強調學科聯(lián)系。實際上，二者在教育實踐中并非孤立，而是相互交融、互為補充的。教師應平衡好二者的關系，既要理解跨學科學習的價值，又要重視學科基礎知識的鞏固。

以“蜂巢結構”的課程實施為例。從數(shù)學學科出發(fā)，學生能夠研究蜂巢的正六邊形幾何屬性，通過計算和構建數(shù)學模型，理解數(shù)學在實際生活中的應用，發(fā)展數(shù)學核心素養(yǎng)；轉向跨學科學習，則可以進一步豐富學生的學習維度，如生物學揭示了蜜蜂協(xié)作筑巢的知識，物理學、工程學解讀了蜂巢力學性能與材料優(yōu)化。將學科主題與跨學科主題融合，有利于學生全面深入地理解蜂巢現(xiàn)象，既掌握數(shù)學知識又拓寬學科視野，從而有效培養(yǎng)學生的STEAM素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。因此，在教育實踐中，教師應依據(jù)學生的學習需求設定教學目標，靈活運用學科學習和跨學科主題學習這兩種學習方式，既夯實學生的學科基礎知識，又引導學生展開跨學科的探究，為社會培養(yǎng)更多創(chuàng)新型跨界人才。

三、數(shù)學 + ”跨學科主題學習課程的設計與實施

在“數(shù)學 + ”跨學科主題學習的課程設計與實施中，問題設計以及課程實施流程設計是課程設計與實施的關鍵。

（一）“數(shù)學 +ⁱ ”跨學科主題學習課程中的問題設計

基于真實情境的“數(shù)學 + ”跨學科主題學習，將數(shù)學學習與真實世界中的情境和問題結合起來，讓學生在數(shù)學的實際應用中學習和運用數(shù)學知識[5]。在基于STEAM理念的“數(shù)學+”跨學科主題學習中，主題的選擇應具備挑戰(zhàn)性和融合性。首先，鼓勵學生在教師引導下探索挑戰(zhàn)性、跨學科的主題，將知識應用于實際問題解決[6。其次，應緊密對接國家課程標準，深入理解和運用數(shù)學概念和原理，確保教學的科學性和實用性，而非停留于表面操作。而在“數(shù)學+”跨學科主題學習的課程設計中，精準錨定問題又是主題選擇與設計的關鍵。為此，筆者構建了“數(shù)學+”跨學科主題學習課程的問題設計模型（如圖1），立足數(shù)學學科知識，以問題為核心，以素養(yǎng)提升為目標，以學科融合為路徑[7]，通過錨定適切問題，創(chuàng)設真實且較為復雜的問題情境并進行多維度的拓展與延伸，有效驅動整個主題學習過程。

以“蜂巢結構”為例，教師可依據(jù)“數(shù)學 + ”跨學科主題學習的問題設計模型，研制“數(shù)學 + ”跨學科主題學習“蜂巢結構”的課程框架（如圖2），通過提出一系列驅動性問題如“通過觀察蜂巢的正六邊形結構，說說這種結構有何優(yōu)點？”“如何將蜂巢結構運用到實際工程設計中\(zhòng)"“幾何視角下蜂巢有何功能”等，逐漸發(fā)展學生的跨學科思維，培養(yǎng)學生的數(shù)學核心素養(yǎng)，促進學生全面發(fā)展。

（二）“數(shù)學 + ”跨學科主題學習課程的流程設計

基于“數(shù)學 + ”跨學科主題學習的理論意蘊及問題設計模型，“數(shù)學 + ”跨學科主題學習課程的實施，應以學生為中心，以實際問題為導向，通過搭建學習支架，引導學生開展展示、交流、拓展等活動，讓學生在解決問題的過程中發(fā)展數(shù)學核心素養(yǎng)和跨學科知識應用能力。因此，以數(shù)學學科為核心的“數(shù)學 + ”跨學科主題學習課程的流程設計應遵循目標導向、任務驅動、活動實踐、評價反饋的原則：首先，明確數(shù)學學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標；其次，以核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標為指導，設計真實問題，作為驅動性任務；再次，基于真實問題的解決，設計豐富多樣的跨學科主題學習活動，促進學生積極、主動地參與到跨學科主題學習當中；最后，通過設計和實施即時評價反饋，保障學生的學習效果。

以“蜂巢結構”為例，教師遵循目標導向、任務驅動、活動實踐、評價反饋的原則，設計相應的“數(shù)學+”跨學科主題學習課程的實施流程（如第91頁圖3）：通過確定素養(yǎng)導向的課程培養(yǎng)目標，指引跨學科主題學習的真實問題設計；通過為學生搭建學習支架、設計基于問題解決的教學活動，驅動學生的主題學習過程；通過展示、交流、拓展，全面評價學生的主題學習過程與結果，并通過教師的即時反饋指導，最終促進學生的全面發(fā)展。

總之，小學數(shù)學跨學科主題學習活動既是數(shù)學教材的實踐延伸，也是對生活有所學、有所得、有所悟的一種體驗探索?！奥菸嚪壑械臄?shù)學”跨學科主題學習活動以學生熟悉的地方美食為切入點，打破學科壁壘，將數(shù)學與文化研究、數(shù)據(jù)分析等進行深度融合，引導學生探索數(shù)學在現(xiàn)實生活中的應用價值。學生通過深入探究螺螄粉背后的產業(yè)數(shù)據(jù)、市場運營和文化價值，逐步理解了數(shù)學的現(xiàn)實意義，掌握了分析問題、解決問題的思維方法。這種以核心素養(yǎng)為導向的跨學科學習模式，不僅讓學生在實踐中鞏固了數(shù)學知識，而且讓學生在觀察、思考和表達中切身體會到數(shù)學學科的魅力。

參考文獻

[1翟運勝.小學數(shù)學跨學科主題活動的設計與實施[J].小學數(shù)學教育，2024（12）：12-13.

[2]杜慧慧.跨學科理念下小學數(shù)學綜合與實踐主題活動研究[J].教育界，2024（15）：62-64.

[3]黃麗紅.小學數(shù)學跨學科主題學習存在的問題與應對策略[J].小學數(shù)學教育，2024（9）：10-12

[4]陶陽.多樣態(tài)融合：小學數(shù)學跨學科主題學習的實踐探索[J].小學教學參考，2024（11）：15-19.

（責編 韋榕峰）