基于數學核心素養的STEAM校本課程設計

韓慧

【摘要】本文對STEAM校本課程設計進行初步探索，形成了基于數學核心素養的STEAM校本課程教學模式，并給出了一個具體的課程設計實施案例，為STEAM課程的開展和數學核心素養的落地提供了現實途徑.

【關鍵詞】數學核心素養;STEAM;校本課程

隨著高科技與計算機技術的發展，數學應用不僅在自然科學、工程技術等領域發揮著越來越重要的作用（如大數據、物聯網、人工智能），而且以空前的廣度和深度向經濟、生物、醫學、環境、交通等領域滲透.

一、基于數學核心素養的STEAM校本課程教學初探

STEAM是 Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程） 、Arts（藝術）、Maths（數學）的縮寫，是跨學科的綜合性素質教育，STEAM教學是將上述各學科知識有機融合到某一核心任務中，引導學生綜合運用各學科思維解決實際問題的教學活動，在此過程中既提升了學生的邏輯思維能力，又培養了分析、解決問題的能力以及溝通合作能力.

基于數學核心素養的STEAM校本課程是指以數學為基礎，用工程和藝術解讀科學和技術，將人文藝術中的“誰來做”和“為什么”加入STEAM 教育的“做什么”和“怎么做”，充分發揮學生的主體性，逐步提升學生的數學核心素養和各項素質[2].

在以往的STEAM教學中，往往存在以下問題：缺乏準確而又宏觀的定位以及規劃，學科之間的整合浮于表面，難以加強不同學科間的內在聯系;硬件資源和課程資源嚴重匱乏;學生原有的知識體系結構不良等，種種原因導致STEAM教學流于形式，沒有達到應有的效果.

我們將STEAM教育理念引入課程創新實踐，在基于數學核心素養的STEAM校本課程教學實踐中，探索出以問題項目為核心的學習方式[3]，研發了一系列基于項目的探究式課程，關注學生的過程性體驗，推進創意設計活動的開展，培養學生的多學科綜合應用與科技創新能力，構建師生共同可持續成長的平臺，營造了一種新的教育生態，提升了學生的綜合素養.

二、基于數學核心素養的STEAM校本課程設計案例

◆設計任務

元旦就快到了，為我們的晚自習值班老師送上一個平行光手電筒吧.手電筒設計制作的要求如下：

1.運用圓錐曲線（拋物線）的光學性質，制作平行光手電筒.

2.小組合作，利用身邊現有的材料，手工制作完成.

3.做到方便實用，且筒身制作精美.

◆工程約束

1.材料的選擇：塑料飲料瓶、鐵絲、3D打印機、拋物面燈罩、硬紙盒、一次性紙杯、冰棒棍、彩紙、拉花、燈泡、電路、電池.

2.工具的準備：膠槍、膠棒、剪刀等.

◆課程目標

1.掌握拋物線的光學性質，能運用該性質解決實際問題.（數學）

2.能利用現有技術或材料制作拋物面.（技術）

3.了解電路的連接方式，能運用現有材料正確組裝、連接電路.（物理）

4.能夠利用美學知識制作精美的手電筒手柄.（藝術）

◆學科領域

數學、技術、物理、藝術.

◆核心技能

1.學會使用傳統工具（膠槍、剪刀等）和現代工具（計算機、3D打印機）幫助解決問題，提高效率.（科技應用）

2.掌握科學探究的方法，能夠獨立設計制作方案并完成.（科學探究）

3.掌握設計制作的方法，并運用方法有效地完成任務.（工程設計）

4.樹立團隊合作意識，進行合理分工，與小組成員合作完成任務，愿意為團隊貢獻自己的力量.（團隊合作）

5.在項目制作的過程中，學會靈活運用既有知識、方法和經驗，分析與解決

跨學科問題.（問題解決）

◆項目實施過程

●引入的問題

平行光手電筒是利用拋物線的光學性質制作而成的，實際生活中有許多拋物線光學性質的應用實例，如汽車的遠光燈也是利用了拋物線的光學原理，遠光燈的光線平行射出，集中且亮度較大，可以照到更高、更遠的物體，對于夜間駕駛員的視線有很大的幫助.然而目前濫用遠光燈的現象相當嚴重，錯誤地使用遠光燈會增加危險事故的發生率.

那么拋物線的光學性質是什么？如何證明？其在生活中還有哪些實際應用呢？

●探究活動集

1.模擬實驗

學生觀看實物小球模擬拋物線光學原理的實驗，理解并嘗試總結拋物線的光學性質.

2.歸納原理

過焦點的光線經拋物線反射后，反射光線都平行于拋物線的對稱軸;反之，平行于拋物線對稱軸的入射光線經拋物線反射后必過拋物線的焦點.（教師動態圖模擬展示）

3.合作探究

（一）數學證明

學生小組合作，用多種方法進行證明：

（二）軟件模擬

利用皓駿軟件動態模擬拋物線的光學性質.

（三）教具驗證

學生自制拋物面對拋物線的光學性質進行驗證.

●問題解決

○制作模型的一般步驟：

1.選擇合適的材料;

2.準備適當的工具、加工設備;

3.按設計圖樣畫線;

4.對材料進行鋸割、切削等加工;

5.裝配;

6.對產品外觀造型、色彩進行設計;

7.完成制作.

○安全操作規程：

1.清點工具箱5種工具是否齊全：美工刀、剪刀、鋼鋸、熱熔膠槍、直尺.

2.熱熔膠槍的正確使用方法：

①熱熔膠棒插入膠槍內;

②打開支架，使膠槍立在桌子上，并在膠槍口處墊一個廢舊紙板，以防膠槍滴漏;

③插入電源通電，1分鐘后即可使用.

注意：出膠口金屬部分的溫度很高要注意別燙傷！使用完畢后及時拔出電源插頭！

3.注意用電安全.

4.注意不要直視燈光！

○產品制作

第一階段：材料初加工.

1.拋物面的制作.

方法一：利用3D打印技術制作拋物面.

方法二：用鐵絲制作拋物面狀的鐵絲外罩.

2.進行手電筒外觀造型、色彩的設計.

第二階段：材料組裝成型.

1.燈罩與電池電路正確組裝.（注意正、負極）

2.燈罩粘接在手柄上.（使用熱熔膠槍）

●分享交流

小組展示平行光手電筒作品，分享設計意圖、方法及心得，老師及同學對作品進行評價.

作品評價依據及標準：

1.實用：結構簡單合理;

2.經濟：廢物利用率高，環保;

3.美觀：主題鮮明，細致美觀;

4.創新：beautiful.

三、總結

在基于數學核心素養的STEAM校本課程的實施和探索過程中，我們力求使課程設計更注重關聯各學科的整合學習，更好地讓學生將各學科知識融會貫通，從而提高學習效率和質量;項目活動更能體現開放性、實踐性、綜合性、創造性，使學生學會尊重、學會交流與合作，讓學生更容易了解社會，學會用數學眼光觀察世界、用數學知識解決實際問題，促進數學核心素養的提升，更好地激發學生的無限潛能.

【參考文獻】

[1]王曉霞.以STEAM校本課程推進數學核心素養培養初探[J].數學學習與研究，2019（04）：160-161.

[2]朱亞芬，董黎明，焦寶聰.基于STEAM的數學創新思維課程設計研究[J].中國教育信息化·基礎教育，2018（16）：14-17.

[3]謝仁松.數學“項目化學習”與“STEAM教育”的深度融合[J].數學教學通訊，2017（22）：13-14.