基于STEM理念的高中數學教學實踐探究

朱卿

【摘要】素質教育理念背景下的高中數學教學，更強調培養學生綜合知識運用能力，而基于STEM理念下的高中數學教學則能夠有效強化學科之間的聯系，并且借助學科交叉教學來培養學生自主探究能力.由此可見，將STEM理念運用于高中數學教學實踐過程之中，能夠充分挖掘STEM模式的優勢.基于此，本文將結合教學實踐案例來探究STEM理念之下的高中數學教學情況.

【關鍵詞】STEM理念;高中數學;實踐教學

STEM理念最初是由美國教育界提出，其主要目的是提升研究人員科學技術創新能力，強調了在科學教育中有必要將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）等四個單獨羅列的學科進行交叉性教學，從而在學科交叉過程中實現學習者知識運用能力的融會貫通.具體到高中數學教學過程中，教師也應當跳脫出教材內容將科學、技術、工程等學科相關的思維模式有效運用于數學學科教學中，使得學生成為綜合型、創新型、全能型人才，進而更好地推動高中數學學科教學發展.

一、STEM教學模式的內涵及其應用于高中數學教學的重要性分析

（一）STEM教學模式內涵及其與高中數學教學的關系

STEM教學模式主要是將STEM理念融合到具體學科教學過程之中，致力于提升學生解決問題的跨學科能力，并且注重學生主觀能動性的發揮.STEM教學模式的主要內涵便是整合科學、技術、工程、數學等多個學科，讓學生在發展數學核心素養的基礎之上，也注重技術素養的培養，進而將知識學以致用，真正有助于解決相關的現實問題.STEM教育模式能夠讓學生有效拓展在課堂上所學到的知識，使學生在日常學習過程中的零碎知識變得更加系統化.因此，STEM教育模式更加強調科學、技術、工程和數學各個學科之間的內在聯系，能夠將各個學科的知識與數學教學有效融合[1].基于此，STEM教學模式對高中數學教學而言有著重要的影響，主要體現在以下幾點：

首先，借助STEM教學理念，教師能夠在高中數學教學過程中更有效地激發學生的自主探究思維.對于高中階段的學生而言，其基本上掌握了相關的數學知識，更為重要的是學生能夠主動經歷探究數學知識的過程，主動尋求數學知識.其次，STEM教學模式也能夠提升數學知識的應用性，并且在生活化環境之下使學生能夠有意識地將生活現象與數學知識加以聯系，從而有效培養學生學科融合及解決問題等方面的能力.最后，在素質教育理念指導下的高中數學教學過程之中，教師也應當改變以往應試教育的教學模式，更應當注重學生綜合數學能力的提升.教師也應當真正從學生本位的角度出發來調整教學策略，使得學生能夠在自主能動性的驅使之下，借助小組合作等多種模式來有效掌握數學知識，提升數學運用能力.同時，教師還借助數學問題的設計與反思，讓學生更為有效地掌握數學題目背后所涉及的知識點，從而完善學生的數學知識體系，培養學生良好的數學邏輯思維.

（二）STEM教育理念對高中數學學科教育的影響

STEM教育理念對高中數學教學最大的影響體現在對學生數學核心素養的培養上.STEM教育理念能夠在有效提升學生數學解題能力的同時，更有效地拓展學生數學解題思維，使學生能夠從心底喜愛這門課程，只有學生自主學習積極性被充分激發出來，高中數學學科教學才能更好地開展.因此，教師在將STEM教育理念運用于高中數學學科教學時，也應當采取適當的教學策略使STEM教育理念與高中數學學科有效融合.高中數學教育對于培養學生的數學思維具有非常重要的作用.所以，教師更應當通過為學生滲透跨學科相關知識的方式，讓學生能夠更為牢固地掌握高中數學知識，增強數學學習動力以及拓展學生數學學習思維，進一步探究數學學科本身的學習目的與意義，綜合提升學生的數學學科素養.

二、基于 STEM 理念的高中數學教學設計原則

（一）注重引入跨學科，注重引入真實情境

跨學科的特點是STEM理念的核心，即教師在教學過程中，將各學科知識融入數學教學中，使學生能將生活中各個領域的內容綜合納入數學知識中，運用跨學科知識的融合解決現實生活問題.基于STEM理念的高中數學教學涉及科學、技術、工程、藝術等多元化知識，這些內容以數學為基礎.多元化的知識教學不僅改變了傳統高中數學課堂的枯燥乏味，使數學知識不再局限于表面化的抽象概念，還可以讓學生在學習過程中將各學科內容融會貫通，從而激發他們學習數學的興趣，使之在探索學習中提升綜合數學能力[2].

為了更好地實現高中數學的跨學科融合，教師要引入真實情境，即利用生活問題創設教學情境，結合科學、技術、工程、藝術等領域創設滲透STEM教育理念的數學情境，使學生可以在情境探索中綜合運用多元化知識分析問題、解決問題，并延伸到現實生活中進行遷移運用.例如，在教學“橢圓”的知識點時，教師便可以以劇院的穹頂設計為例，讓學生理解橢圓的數學性質與藝術特性，切實將數學知識點落實到生活問題的探究中.在高中數學教學中引導學生進入真實的生活情境，可以使他們以具象可視的角度認識抽象的數學問題，這種能夠降低理解難度的教學方法可以提高教學效果，并激發學生對生活數學的探究欲望.

（二）注重合作探究性學習，注重過程性評價

新課程改革下的高中數學教學具有自主、探究與合作的特點，使得學生能通過課程學習發展學科核心素養，并獲得社會性發展.教師將STEM理念滲透到高中數學教學中便可培養學生的合作探究能力.STEM課程的特性便是重視學生科學素養、技術素養、工程素養與數學素養的發展，即能夠運用科學知識，掌握使用方法，并且在學習過程中形成理解能力，最后提升在實際情景中解決數學問題的能力.由此出發，教師應基于STEM理念在高中數學課堂教學中開展合作探究性學習，使學生在師生、生生的交流中發散思維，進而在多方解題思路的整合中深化對所學知識的理解.

在合作探究學習的過程中，教師要注重過程性評價.傳統高中數學教學通常使用終結性評價，在應試教育機制的長期影響下，教師、家長與學生形成了只關注考試成績的錯誤觀念，這導致課堂教學中普遍缺乏過程性評價.過程性評價是指對學習過程的價值進行建構，強調學習者的主體參與作用，能夠促進學習者在過程中獲得發展.教師應認識到過程性評價的重要性，堅持階段性評價與終結性評價相結合、建議性評價與鼓勵性評價相結合的方式，使他們能在學習過程中自我發現、自我總結、自我提升.

三、基于STEM理念下的高中數學課程整體設計與構建

（一）確定課程目標

借助STEM應用可以提升學生在課堂學習中的積極性與專注力，有助于增強他們的自我學習效能，使之以主觀能動性為內驅力主動投入數學學習中.在學生自主探索的過程中，教師需要明確課程目標，使學生在正確的方向中培養思維能力，使學生的自主學習過程體現出多元化與層次性，如此才能提高數學教學的有效性.新課程改革理念下的數學課程目標不再是知識量的增加與應試技巧的掌握，而是要讓學生學會一舉反三，結合已有知識進行新知識的建構，以此達到提高數學思維能力、遷移運用能力的目的[3].為此，STEM理念下高中數學教學目標的確立分為兩方面，即STEM理念下的數學素養與基于數學素養的課程目標.

（二）選擇課程內容

STEM教育理念強調關注學生的學習過程，并運用實踐的方式嘗試“從做中學”，同時要科學結合跨學科元素進行課程設計，使學生在數學實踐學習中提升綜合素養.高中數學教學由知識技能、過程方法、情感態度與價值觀三部分組成，在選擇課程內容時也應全面考慮三維課程目標，既要使學生提升數學學習能力、實踐操作能力，又要發展他們的數學文化素養，使之形成科學嚴謹的數學精神.為此，在課程內容的選擇上，教師要注重教學的探究性與生成性，讓學生通過觀察、操作、交流與分析等方式探究出數學知識的應用規律，而后利用已有經驗進行邏輯推理，既可以調動學生的積極性，減輕后續學習的倦怠感，又可以培養他們的求實精神，促使學生形成終身學習理念.

（三）課程實施建議

課程實施主要分為四個步驟：教學分析、工具與資源設計、學習支架設計、學習活動設計.在教學分析階段，教師需要圍繞教學目標、學生特征、跨學科內容進行研究分析與總結整理.STEM教育理念強調學習活動要融入真實情境，為此，教師應通過教學分析確保數學知識與跨學科內容相關聯，使得教學內容能滿足學生的智力因素和非智力因素.工具與資源設計環節可借助信息技術，增強數學教學的立體感，能幫助學生快速認知與理解新知.為使學生獲得獨立完成學習任務的技能，教師要根據教學內容靈活創設情境，并通過建立知識支架來提高學生的學習能力.

（四）課程評價方式

課堂評價是通過他人指導發現自身問題的一種方式，主要分為師評與自評兩種方式.師評是指教師根據學生在學習過程中的情感、態度與認知發展程度，給予多元化的評價，以促使學生及時發現問題并進行自我調整.自評包括學生自我評價和相互評價，這更依賴他們的自我意識，可以使其站在同一思維角度上發現更有針對性的問題.基于STEM理念的高中數學課堂，教師通常采用自評的方式，以小組為單位，讓學生以小組成員為參照進行自我評價，如此可以使學生在相互監督、相互促進中更準確地捕捉到自己在學習過程中存在的漏洞，隨后根據小組成員提出的不同見解進行自我轉化，從而整體提升課堂評價的針對性與有效性.

四、基于STEM理念下的高中數學教學優化策略探究

（一）創設STEM教學情境，整合數學教學內容

素質教育理念倡導培養全面創新型人才，而STEM教學理念有助于培養跨學科、創新型人才.具體到高中數學教學過程中，為更好地優化高中數學教學模式，教師應當積極創設STEM教學情境，有效整合高中數學教材內容，拓展數學知識點，并且有意識地通過多學科知識的交叉展示來鞏固學生對相關數學知識的理解，有效豐富其知識儲備，使學生獲得良好的學習效果[4].而為了更好地創設STEM教學情境，教師可以借助多媒體設備為學生展示更多跨學科知識，并有意識地將其與高中數學知識點緊密聯系，讓學生能夠在技術的支持下得到全方位的培養和探索，讓學生能夠進一步在多媒體資源的引領之下開展自主探究活動，有效提升學生的知識探索能力以及獨立思考能力.

例如，教師在講解“直線與圓的位置關系”這部分內容時，為進一步使學生理解直線與圓的位置關系的種類，并能夠利用平面直角坐標系中點到直線的距離公式求圓心到直線的距離，教師可以首先為學生創設STEM教學情境，并將計算機技術引入數學課堂，為學生打造更為逼真的數學學習情境.教師在展示直線到圓心的距離與圓的半徑的關系時，首先借助網絡技術來整合與之相關的知識點，并借助動畫演示的方式讓學生在模擬操作中對“直線與圓”的位置關系有更加深入的理解，同時使學生結合數形結合思想來開展此節課的學習.而教師在教學過程中通過直觀的動畫演示能夠讓學生更加透徹地理解數學理論背后的知識點，更好地把握知識點間的內在聯系.在此基礎上，讓學生探究直線與圓的位置關系，并分析其特點以及掌握求直線與圓的相交弦的長度的方法，提高學生對這部分知識的掌握程度.

（二）把握STEM教學理念，激發自主探究興趣

STEM教學理念的核心是注重激發學生的自主探究能力以及學生的主觀能動性.因此，在高中數學教學實踐過程中，教師應將數學知識的內在邏輯性與關聯性以通俗易懂的方式加以呈現，切實激發學生對數學知識的探索興趣.在此基礎之上，學生通過小組合作的方式進行互動，通過組員之間的相互交流來有效解決相關數學問題.學生能夠在數學知識探究過程當中獲得樂趣，從而產生對后續探究的興趣[5].基于此，教師更應注重教學內容的趣味化呈現以及游戲化教學方案的實施，使學生能夠在寓教于樂的環境之下高效掌握數學知識，也能夠從繁重的高中課業當中解放出來，在興趣的吸引下主動參與數學知識探究.

例如，“圓的標準方程”這部分知識的教學目標不僅僅是讓學生掌握與圓相關的基本知識，還要求學生能夠運用解析法來研究幾何問題，并且結合數形結合思想借助圓的標準方程來解決問題.因此，教師在教學過程中應當準確把握STEM教學理念，使學生能夠在教師通俗易懂的講授過程中掌握這部分知識.教師在講授過程中同樣可以借助動畫演示的方式，激發學生自主證明“圓的方程”的欲望，并讓其能夠根據已知條件來求圓的標準方程.STEM教育實施的趣味性主要在于數形轉化，所以，在講授過程中，為進一步激發學生自主探究興趣，教師可以滲透數形轉化思想，讓學生將教材的知識點融入圖形探究中.在此基礎上，教師為學生創設生活化的數學解題氛圍，將教學目標融入生活案例中，讓學生在自主思考中有效解決數學問題.

（三）把握STEM課程標準，強化自主知識建構

STEM教學理念的標準在于時刻注重把握學生主體價值，換言之，能夠真正發揮學生作為學習者的主導優勢和個體價值，并且肯定學生的想法，讓學生擁有大膽質疑的能力.基于STEM教學理念之下的高中數學課堂教學，教師也應當把握STEM課程標準，讓學生自主建構知識，進一步在師生互動、生生互動之中實現數學知識的記憶、遷移與應用.與此同時，STEM教學模式也能夠為學生開展數學知識的探索與建構提供硬件設備，比如3D打印機、傳感器、思維導圖工具、三維建模工具等，能夠讓學生在技術支持下高效獲取知識，還能夠讓學生在實踐探索過程中有效完成數學教學目標，提升自身數學綜合能力.

例如，在講授“平面向量應用舉例”這部分知識時，基于STEM課程標準，為進一步讓學生高效掌握這部分知識，教師應當注重強化學生的自主知識建構能力.具體而言，由于學生已經掌握與向量相關的基本知識，教師可以借助問題引導的方式來激發學生的自主探究興趣，向學生拋出問題：“兩個人提一個大的旅行包，夾角越大越費力;在單杠上做引體向上運動，兩臂夾角越小越省力，這是怎么回事呢？除了從物理學的角度解答此問題，你們知道如何用學習到的平面向量知識來解釋這種現象嗎？”這樣的問題能夠充分激發學生積極探究的欲望.在此基礎上，讓學生以小組形式開展探究活動，加深對“平面向量知識應用”的認識.

（四）借鑒STEM評價體系，促進學生能力提升

STEM教學理念的最大特點是融合多學科知識以及重視實踐能力的培養.具體到高中數學教學評價環節，教師同樣可以借鑒STEM教育發展的評價工具開展教學，切實采取多重視角、多元評價的策略從課堂環境、課程結構、教學內容以及學生表現等指標進行評價，并能夠讓學生在教師指導下開展更有價值的協作學習，使學生能夠在教師評價之后積極思考與討論，從而有效掌握數學知識.而針對學生的課堂表現開展評價時，教師應將學生在問題的理解、活動探究、方案設計、模型創建以及測試等方面的表現一并納入評價體系中，而不應在評價過程中僅注重學生的單次考試成績，更應當對學生的課堂表現進行綜合、多元評價，并引入生生評價、自我評價等環節，真正將提升學生的數學綜合能力放在重要位置[6].

以“平面向量應用舉例”這部分知識的教學為例，當學生開展完相關知識的探究后，教師及時開展課堂評價工作，使學生能夠鞏固與之相關的知識，并能夠進一步建立與完善自身的數學知識體系.教師可以讓學生回顧“平面向量的基本知識、線性運算、基本定理及坐標表示、數量積”等知識點，并讓學生以思維導圖的形式加以展示，引導學生用“理論+習題”的形式鞏固這部分內容.教師可以將學生自主繪制的思維導圖納入評價過程，及時發現學生對這部分知識的掌握情況.在此基礎上，讓學生開展互評活動，通過小組內部出示題目測試的方式進一步檢驗對方的知識掌握程度，也為學生更好地掌握這部分知識奠定基礎.

三、結束語

STEM教學模式作為一種新的教學模式，應當受到高中數學教師的關注.教師也應當積極借鑒STEM教學理念的創新之處，將之與高中數學教學相融合，實現跨學科知識的覆蓋性教學，并且借助創新性的技術理念來有效促進數學課堂的教學模式的革新，培養自主探究性強、綜合能力過硬的高中生，讓學生在有限的數學課堂之上獲得更加實用的數學知識，綜合提升其數學能力，培養全能型、創新型的數學人才.

【參考文獻】

[1]陳宏.STEM理念下的數學學科教學分析[J].數學學習與研究，2020（4）：102.

[2]賴玉金.“STEM”視角下的初中數學教學方法研究[J].數學學習與研究，2019（23）：57.

[3]歐陽才學.STEM教育理念下數學教學實踐探索[J].中學數學教學參考，2019（30）：70-71.

[4]陳海釗.淺談新課標理念下高中數學情境教學模式[J].數學學習與研究，2019（18）：88.

[5]茍保國.新課程理念下高中數學教學策略初探[J].數學學習與研究，2019（16）：41.

[6]劉麗芳.基于STEM的高中數學教學設計與實踐探索[D].太原：山西師范大學，2019.