淺談STEAM教育理念下的高等數學教學改革

黃笑娟

一、STEAM教育理念

STEAM分別代表科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）、數學（Mathematics）。STEAM教育就是集科學、技術、工程、藝術、數學于一體的綜合教育。STEAM是從STEM教育計劃演變而來的，STEM最早是由美國政府主導的一項教育計劃，旨在打破學科疆域，通過對學科素養的綜合應用解決實際問題，同時培養綜合性的人才。STEAM與STEM相比，只是比STEM計劃多加了一項藝術，相對來說，STEAM比STEM注重的元素更加多元化，更加全面，要求的學科能力更豐富多樣。

STEAM教育中五門學科的教學必須緊密相連，以整合的教學方式培養學生掌握知識和技能，課程融合既要滿足核心課程標準，又要滿足藝術課程標準，并能進行靈活遷移應用，解決真實世界的問題。融合的STEAM教育具備新的核心特征：跨學科、體驗性、情境性、協作性、設計性、藝術性。

1.跨學科

將知識按學科進行劃分，對于科學研究、深入探究自然現象的奧秘和將知識劃分為易于教授的模塊有所助益，但并不反映我們生活世界的真實性和趣味性。因此，分科教學在科學、技術和工程高度發達的今天已顯出很大弊端。針對這一問題，理工科教育出現了取消分科、進行整合教育的趨勢。STEAM教育因此應運而生，跨學科性是它最重要的核心特征。

2.藝術性

STEAM中的這個“A”狹義上指美術、音樂等，廣義上則包括美術、音樂、社會、語言等人文藝術，實際代表了STEAM強調的藝術與人文屬性。STEAM教育的藝術性強調在自然科學教學中增加學習者對人文科學和社會科學的關注與重視，例如，在教學中增加科學、技術或工程等相關發展歷史，從而激發學生興趣、增加學習者對STEAM與生活聯系的理解以及提高學生對STEAM相關決策的判斷力；再如，在對學生設計作品的評價中，加入審美維度的評價，提高學生作品的藝術性和美感。

概括來說，STEAM教育的藝術性是以數學元素為基礎，從工程和藝術角度解釋科學和技術。

3.體驗性

STEAM教育不僅主張通過自學或教師講授習得抽象知識，更強調學生動手、動腦，參與學習過程。STEAM提供了學生動手做的學習體驗，學生應用所學的數學和科學知識應對現實世界問題，創造、設計、建構、發現、合作并解決問題。因此，STEAM教育具有體驗性特征，學生在參與、體驗獲得知識的過程中，不僅獲得結果性知識，還習得蘊含在項目問題解決過程中的過程性知識。

4.情境性

STEAM教育具有情境性特征，強調讓學生獲得將知識進行情境化應用的能力，同時能夠理解和辨識不同情境的知識表現，即能夠根據知識所處背景信息聯系上下文辨識問題本質并靈活解決問題。STEAM教育強調知識是學習者通過學習環境互動建構的產物，而非來自于外部的灌輸。教師在設計STEAM教育項目時，項目的問題一方面要基于真實的生活情境，另一方面又要蘊含所要教的結構化知識。這樣，學生在解決問題的過程中，不僅能獲得知識，還能獲得知識的社會性、情境性及遷移運用的能力。情境性問題的解決，可以讓學生體驗真實的生活，獲得社會性的成長。

5.協作性

STEAM教育強調在群體協同中相互幫助、相互啟發，進行群體性知識建構。在完成任務的過程中，學生需要與他人交流和討論。STEAM教育的協作性就是要求學習環境的設計包括“協作”和“會話”兩要素：讓學生以小組為單位，共同搜集和分析學習資料、提出和驗證假設、評價學習成果。同時，學習者通過會話商討如何完成規定的學習任務。需指出的是，小組學習最后的評價環節以小組成員的共同表現為參考，而不是根據個人的表現進行獨立評價。

6.設計性

STEAM教育要求學習產出環節包含設計作品，通過設計促進知識的融合與遷移運用，通過作品外化學習的結果、外顯習得的知識和能力。對于學生而言，設計出創意作品是獲得成就感的重要方式，也是維持和激發學習動機、保持學習好奇心的重要途徑。在設計過程中，學生學習了知識、鍛煉了能力、提高了STEAM素養，因此設計性是STEM教育的又一核心特征。

二、高等數學教學中的兩難境地

1.傳統教學模式的尷尬

（1）注重高等數學基礎概念學習，缺乏技能性訓練。在教學過程中強化了對基本概念、定理、公理的學習和推證，強化學生對高等數學的習題的求解方法和技能的學習和訓練，但卻缺乏對工程具體問題的分析能力的培養，特別是數據的處理。

（2）教學方法和手段與信息技術發展脫節。計算機技術和網絡技術影響著現代學生的學習和生活，雖然在教學過程中也曾采用多媒體教學手段進行嘗試，但現有的高等數學教學體系和知識下，多媒體教學效果遠不及傳統的黑板教學方式，在教學體系和知識不改變的情況下，高等數學的信息化教學改革很難推進。

2.注重應用教學模式的尷尬之處

江西科技師范大學上一個學年推廣應用了一本以實際應用為學習背景的高數教材，打破了傳統教學的思維模式，以各專業的實際應用問題引出高數知識點，使學生體會到了高等數學的價值所在。但從教學效果和反饋來看，依然存在許多尷尬之處。因為大一的學生還沒有學到自己專業的專業課程，導致他們無法理解教材上的高深的應用實例，也使得高等數學講師不得不在講解高數知識之前，先介紹相關應用的專業背景知識，使本來就不多的課時變得更緊張了。

三、STEAM教育理念融入高等數學教學的改革建議

1.高等數學教師隊伍的觀念和教學思想的改革

高等數學課程的教師多數是一般院校的數學系數學專業的理科畢業生，對高等數學的學習和理解比較深刻，但對所培養的學生的專業知識理解就很薄弱，完全按照自己在本科學 習階段的習慣和要求進行教學，導致教學內容與專業人才培養嚴重脫節。因此，高等數學課程改革，要從高等數學的任課教師的改革入手，承擔某專業的高等數學課程的教師到相應的專業教研室進行調研，了解該專業的人才培養方案、市場定位、就業去向、專業特色、知識構成、高等數學知識的需求等內容，改革自己的教學思想與觀念，然后與專業教研室的教師一起準備該專業的高等數學的教學大綱。endprint

2.改革高等數學教學大綱，為專業特色的形成奠定基礎

高等數學的改革應首先從專業建設的教學大綱開始。根據各專業的人才培養要求，根據其專業知識結構和基礎知識構成，擬定各專業的高等數學課程的教學基本內容，形成相應的教學大綱，強調高等數學課程為專業知識學習服務，培養學生專業工程問題的數學分析能力和技巧的訓練，減少那些不必要和煩瑣的解題方法訓練，做到學以致用，以專業施教為目的。基于此，在制訂教學大綱時，要努力突破原有課程的界限，根據各專業特點靈活選用教學內容，使數學與相關課程和相關內容有機結合，使學生能在較少的學時內學到較多的知識，編寫出符合應用型本科人才培養要求和具有專業特色的各專業的高等數學教學大綱。

3.高等數學教學方法的改革

現有的高等數學的內容體系是傳統而完整的，教學方法幾十年沒有改變，教師課堂僅僅講述基本概念、基本定理、推證公式、講解例題。因此我們發現有85%的學生認為學習高等數學枯燥，教學方法呆板，學生被置于被動地位，課堂上昏昏欲睡，馬馬虎虎地學習，得過且過，完全感受不到高等數學課程學習的樂趣和意義。這是因為傳統的教學思想過分重視演繹法，重視對基本原理的推論和推廣，而缺乏對學生的創新精神和創新能力的培養。

現在的學生思想活躍，觀念多樣化，強調自我和獨立性，喜歡個性化。因此，必須針對學生的狀態，改革現有的教學方法，以實踐性活動來開展課堂教學，切入點在教學重難點的突破 。同時課堂教學的例題應該選擇與學生所學專業有關的專業實際問題，每個高數知識點都能從專業實際應用需要出發進行學習，從數學的角度逐漸地將專業實際問題抽象為數學問題，再用數學的分析結果去解釋相應的物理現象與工程問題，這樣不僅將數學知識與專業知識相結合，同時也加深了學生對專業的理解，幫助其認識到數學的重要性，從而激發學生對高等數學課程學習的積極性，以體會到高等數學不僅是基礎理論，更是解決工程問題的重要工具。另外，學生在學習高數的同時，相應的專業課程也應與高數內容同步進行教學，才能使學生順利理解高數知識的專業應用實例。

4.利用網絡平臺進行網上輔導、答疑

高等數學的教學內容較多，題目靈活多變，為使學生能及時了解高等數學學習的效果，我們要充分利用高等數學課程網站，在校園網上進行高等數學網上輔導、答疑和自測。學生可以通過該系統對學習情況進行自測，明確自己應加強和注意的知識點，培養學生的自主學習和創新思維能力。

教學過程中，要做好上述工作，要求數學教師和專業課教師密切配合，且得到校教務部門及其他院系的支持。此處，還要求教師自身學習一定的相關專業的專業知識，花費一定的時間，投入一定的精力，工作量是比較大的。但通過這些工作，教師不僅搞好了教學，也提高了自身的業務水平。同時，根據專業特色和定位，有針對性地制訂數學教學大綱，轉變高等數學課教師的思想觀念，計算機輔助教學措施和專業軟件相結合，應用計算機網絡技術和精品課程建設等手段，是提高應用型本科生高等數學水平和能力的有效途徑，是將培養學生的創新精神和能力放在高等數學教學的首位的體現。

參考文獻：

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