STEM教育理念下數(shù)學知識在園林工程中的應用案例設計

吳敏靈

(廣州市番禺區(qū)職業(yè)技術學校 廣東廣州 511400）

數(shù)學作為中職階段的一門基礎學科，為學生開展專業(yè)課的系統(tǒng)學習奠定了基礎。STEM課程理念可有效提升中職數(shù)學教學質(zhì)量，相較于以往僅以數(shù)學書本知識為基礎的教育形式，STEM集科學、技術、工程、數(shù)學為一體，為學生探索世界提供路徑，引導學生靈活運用數(shù)學知識，使數(shù)學成為解決問題的工具，從而提升學生的數(shù)學能力。本文通過數(shù)學知識在“園林工程”中的應用教學案例，把STEM教育理念融入到課堂教學實踐中。

一、課例設計依據(jù)

中職學校的學生主要以專業(yè)技術和專業(yè)工程的課程學習為主，學習方式基本是以問題解決為目標。筆者在項目化教學模式實施的過程中，發(fā)現(xiàn)涉及到的數(shù)學問題是學生的短板。而專業(yè)課教師又沒有太多時間和經(jīng)驗，教會學生解決專業(yè)課所需要的數(shù)學知識。因此，筆者嘗試從STEM的教育理念入手，把學生在專業(yè)課程學習中遇到的典型的項目課程案例，移植到數(shù)學課堂中，教會學生需要的數(shù)學知識，幫助學生能順利完成專業(yè)系統(tǒng)學習。

二、課例特色

教師在課堂教學時，師生可以共同梳理一個在生活中常見的視頻案例，了解工程設計的主要環(huán)節(jié)。在此基礎上，教師創(chuàng)設問題情境，以“安裝自發(fā)噴灌系統(tǒng)”為任務進行分析討論。這樣，教師把數(shù)學、技術和工程進行交叉融合，讓學生在實踐體驗中，學會應用多學科知識應對現(xiàn)實問題。

三、課例內(nèi)容呈現(xiàn)

（一）教學目標

知識目標：了解工程設計過程及其各個環(huán)節(jié)，知道設計是動態(tài)有章可循的。能力目標：經(jīng)歷設計的一般過程，在思考、討論與合作實踐中，初步學會有計劃、有步驟開展設計活動的方法。情感目標：培養(yǎng)技術實踐、表達、交流、評價的能力與協(xié)作意識，感受技術問題解決過程的艱辛與曲折。

（二）教學過程

1.引入環(huán)節(jié)。教師可以這樣引入：我校的園林實訓場地建成已有一段時間，剛開始，每天都有同學給植物澆水，植物長勢特別好，但大家沒有堅持維護，植物就漸漸凋謝，同學是否有既能節(jié)省人力、物力，又能維護好花圃的方法呢？

2.創(chuàng)設情境環(huán)節(jié)。教師播放一段視頻“根據(jù)周邊濕度能自發(fā)噴水澆灌的噴灌系統(tǒng)”，引導學生進行案例分析，梳理分析視頻中是如何分布噴灌器的，目的是什么。此外，植物種植的間距是否有要求，目的又是什么，并把學生對這些問題的回答，都簡要記錄在黑板上。

設計意圖：視頻中自發(fā)噴灌的系統(tǒng)能激發(fā)學生的好奇心與求知欲。教師在教學設計上，擺脫了傳統(tǒng)的“教師講、學生聽”的模式，采用引導—分析—探究的形式，師生共同梳理視頻內(nèi)容，得出結論：噴灌器的分布與植物種植間距息息相關，目的是最大限度利用資源，節(jié)省成本。以上環(huán)節(jié)的設計符合STEM教育的情境性特征。

3.提出問題，明確任務環(huán)節(jié)。教師提問：同學們是不是也想親自做一套擁有自發(fā)噴灌系統(tǒng)的園林微型景觀呢？現(xiàn)在園林實訓場地騰出了一塊方形空地，大家可以在節(jié)省成本的前提下，去種滿雞冠花，布上管線，并接上微型的自發(fā)噴灌器。

設計意圖：本課提出的任務與學生的專業(yè)課程和生活實際息息相關，教師在充分考慮知識點的同時，還體現(xiàn)了數(shù)學、工程等跨學科知識的交叉融合。在解決問題的過程中，教師要引導學生綜合運用多學科知識，與STEM教育的跨學科性相一致。

4.方案的制定環(huán)節(jié)。學生接到任務后，到現(xiàn)場進行了數(shù)據(jù)測量。（1）測量方形空地的長和寬，并做好記錄。（2）學習安裝微型噴灌器，先簡單安裝一個，觀察噴灌器的噴水形式—傘狀，類似拋物線，測量噴水達到的最大高度和噴灌器到水達到最遠點的距離，做好記錄。（3）測量出水口到空地邊緣的距離，做好記錄，為后續(xù)布置水管做準備。（4）確定種植雞冠花的間距、噴灌器安裝的間距和數(shù)量，以及準備水管的長度。

設計意圖：確定種植雞冠花的間距和數(shù)量、噴灌器安裝的間距和數(shù)量、要準備水管的長度計算，這些都是應用數(shù)學知識解決實際問題的過程，是多學科知識融合的交叉點和整合點，是觸發(fā)學生學習與探究的觸發(fā)器。學生根據(jù)實物測量操作，對數(shù)學知識的認識更加深刻，從理論轉向解決實際問題，從而發(fā)揮了數(shù)學基礎性和工具性的作用。

5.繪制設計圖環(huán)節(jié)。（1）學生根據(jù)“方案制定環(huán)節(jié)”中測量的第（1）（2）項數(shù)據(jù)，計算在噴水能夠覆蓋整塊方形空地的前提下，需要用噴灌器的數(shù)量和安裝間距。用到的數(shù)學公式可能有圓的面積計算公式s=πr2，涉及到拋物線的一元二次函數(shù)公式y(tǒng)=ax2+bx+c(a≠0)。（2）學生根據(jù)噴灌器的分布，計算需要種植的雞冠花的數(shù)量。種植雞冠花時，盡量不要種在噴灌器落水的最低點，否則只能澆到花的根部，葉子和花就照顧不了，稍有欠缺。（3）學生根據(jù)噴灌器的分布，設置水管的布局。（4）學生根據(jù)以上數(shù)據(jù)，繪制出設計圖。

學生根據(jù)自己的設計理念，把測量數(shù)據(jù)融合到設計構圖中，熟悉制作方案設計圖的思維和操作過程。在此過程中，教師要全程巡視指導，幫助學生分析遇到的問題。然后，通過討論研究，幫助學生找到解決問題的方法，讓學生建立完成任務的信心。

6.園林景觀的制作環(huán)節(jié)。學生根據(jù)自己的設計圖，到現(xiàn)場進行景觀制作。在動手前，教師要跟學生明確制作步驟：松土→布置水管→安裝噴灌器→種植雞冠花。

園林班學生對布置水管和安裝噴灌器比較陌生，在實施過程中，可能會出現(xiàn)以下幾方面的欠缺：（1）裁剪水管和拼接水管。（2）水管埋藏的深度如何控制。（3）噴灌器的安裝問題。這時，需要有電工教師引導學生分析安裝的技巧和要領，完成水管的布置和噴灌器的安裝。整個噴灌系統(tǒng)安裝完成后，要經(jīng)過測試合格以后，才按設計圖種上花朵。學生在種花過程中，要注意不能破壞水管和噴灌器。

設計意圖：學生在制作園林景觀的過程中，教師要對他們生成的問題進行及時指導，與學生共同優(yōu)化設計方案，完善設計作品。只有學生親身經(jīng)歷實踐，才會對教師在方案制定階段提出的問題有更深入理解。

7.園林景觀的測試環(huán)節(jié)。園林景觀完成后，學生測試整體情況，對有問題的地方進行修改調(diào)整，并不斷優(yōu)化設計過程。

8.展示交流與評價環(huán)節(jié)。本課采取學生自評、互評與教師評價相結合的評價方式。為更好地達到教學目標，教師制作了自評和互評量表。評價過程強調(diào)多元評價主體，面向?qū)W習過程。

四、實踐反思

本課立足學生實際，以STEM理念作為引領，在數(shù)學課堂中推行跨學科的數(shù)學綜合實踐，讓中職數(shù)學課堂教學由知識型向應用型轉化。學生看到數(shù)學能夠應用到專業(yè)課程學習中，才能激發(fā)學習數(shù)學的興趣，產(chǎn)生學習和研究數(shù)學應用的動力，從而逐漸形成應用數(shù)學的意識和能力。