高中數學STEM教育理論的教學實踐

【摘 要】本文論述STEM教育理論在高中數學教學中的實踐應用，提出篩選STEM教育理論融入契機、建立STEM教育理論滲透機制、組織STEM教育理論實踐活動、拓展STEM教育理論訓練設計等教學建議，以期讓學生在跨學科的思考和實踐中建立學科核心素養。

【關鍵詞】高中數學 STEM教育 教學實踐

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）34-0093-02

STEM教育理論包括科學、技術、工程、數學等四個學科，其融合性特點極為鮮明。在數學學科教學中，教師引入STEM教育理論，其適配性更佳，為學科教學帶來的幫助也更為顯著。精選STEM教育理論教學對接點、尋找滲透切點、組織實踐活動、拓展訓練設計，能夠讓學生在充分思考和體驗中建立學科核心素養。高中學生思想比較成熟，對多種學科融合具有更強的認同感，教師要做好教學調研，為學生提供跨學科學習的機會，形成融合性思考和探究。

一、篩選STEM教育理論融入契機

在數學學科教學設計環節，教師有意識地引入STEM教育理論，其適配性更高，能夠為學生帶來學科對接和融合的機會，也能夠為課堂教學注入豐富的動力，提升教學品質。學生有獨立思考的要求，教師借助多種輔助手段，推出一些學科融合性任務，能夠給學生帶來更多跨學科探究的機會。數學與科學、技術、工程等學科關系較為密切，教師在學科教學中有意識地開展學科融合設計，其助學效果會更為顯著。學生主動開展跨學科思考和探索，能夠帶來豐富的學習啟迪，其學習體驗也會更深刻。

如教學蘇教版高中數學必修2《空間幾何體的表面積與體積》時，教師先介紹柱體、錐體、臺體的特點，以及其表面積和體積的計算方法，然后通過對比設計，讓學生理順柱體、錐體、臺體之間的關系，歸結出表面積和體積的計算公式，了解幾何體表面積和體積的求解過程，形成嶄新的空間意識。在教學程序執行過程中，教師引導學生觀察各種幾何體，借助多媒體進行圖形展示和分解，利用動畫視頻展開圖形的立體觀察。這些設計手段帶有科學、技術、工程學科的特點，學生在學習思考中自然接觸到多種學科內容的融合。特別是動漫技術的應用，其科學技術含量較高，對學生形成的感官沖擊更為顯著，其操作過程運用了技術手段，而圖紙本身又屬于工程范疇，這樣的融合性設計，將多種學科內容進行技術處理，形成了完整的學習體系。

教師借助多種學科技術手段，對教學內容進行梳理和展示，給學生提供更為直觀的學習體驗，進一步證明了STEM教育理論的應用空間是極為廣泛的，學生接受跨學科內容是主動的。立體幾何本身為多種學科融合提供了機會，教師做出合適的設計，勢必能對學生形成多種感官的沖擊。教師要有創新意識，在對多種學科內容進行融合時，能夠借助更多新技術，形成教學啟動力。教師主動推出學科融合內容，利用多種對接思考展開教學滲透，讓更多學生在主動思考中完成認知構建，這樣的教學組織更值得推崇。

二、建立STEM教育理論滲透機制

STEM教育理論涉及多種學科的內容，跨學科特點較為鮮明，教師對此要有清晰的認識，從學生的學習實際出發，為學生提供更多滲透機會，將學科融合作為基本教學機制，確保融入制度的順利執行，增強其組織效果。數學學科帶有抽象性、邏輯性、實驗性、工程性、科學性等特點，與技術、科學、工程等學科的關系較為密切，教師有意識地提供教學對接機會，讓學生結合其他學科內容進行對接處理，勢必能為學生提供良好的學習契機。數學教學有實驗操作內容、有信息搜集需要、有實踐應用要求，這些都是重要的教學設計動機。

組織數學實踐性活動時，教師要從操作方法、活動程序、實踐創新等角度進行設計，引導學生自然進入融合環節，結合多種學科特點做出對應設計，自然形成跨學科的學習契機。如教學蘇教版高中數學必修2《直線的方程》時，教師對直線方程的點斜式進行重點解讀，引導學生借助點斜式對直線方程中的斜截式、兩點式進行推演，自然過渡到求解直線方程問題，讓學生厘清直線與方程的一一對應關系。為激發學生主動探索的興趣，教師先引導學生進行估猜，確定一條直線的條件，再根據猜想得到的條件，求出直線的方程。教師設計投放了一些思考問題：確定一條直線需要幾個條件？根據所給直線，如何求出直線方程？方程導出的條件是什么？如果直線的斜率不存在，那么如何表示直線方程？學生對這些問題展開深入思考，對直線方程的解法進行對應探索。學生展開自主思考和互動交流，教師積極參與其中，為學生學習提供一些參考，讓學生找到解決問題的突破點，完成學習認知的構建。

STEM教育理論表現為多種學科的自然融合，教師在數學學科教學中滲透這些理念，能夠讓學生有更多學習思考的選擇。學生在跨學科運作中獲得豐富的學習啟迪，對學科認知展開系統性構建，其學習探索呈現高效性，這樣的教學設計無疑是比較有價值的。學生對STEM教育理論的理解和應用，要體現在學習思考和實踐操作的過程中。教師不需要進行理論講解，只需讓學生借助對接思考完成融合和接納，這樣的學習才具有創造性，學生由此建立起來的學習認知才會更為鮮活而豐滿。

三、組織STEM教育理論實踐活動

設計數學學科教學活動時，教師要從活動形式選擇、活動程序組織、活動效果評價等方面做出積極探索，為學科活動順利展開創造良好條件。教師組織學生開展數學活動時，還要對活動的融合性進行探索，讓學生結合其他學科知識展開互動探索學習，給學生形成心理沖擊并啟動思維，讓學生在實踐探索過程中建立綜合學習認知能力。生活觀察、實驗操作、數據處理、案例分析、社會調查、質疑釋疑等，這些都離不開多種學科的支持，教師對此需要有清晰的認識。

數學與科學、技術等學科的融合點較多，教師在選擇滲透切點時，要對學習內容進行深度解析，推出更多滲透性活動，讓學生在探索性學習過程中完成思維對接。如教學蘇教版高中數學必修2《直線、平面平行的判定及其性質》時，教師借助多種實驗演示，對直線與平面平行的性質定理進行直接的展示和解讀，要求學生自行開展生活化的實驗，對直線與平面平行的性質進行驗證思考。學生積極行動起來，開始思考教師設計的問題。如：如果直線與平面平行，這條直線與這個平面內直線的位置關系如何？學生開始實際操作，對直線與平行平面內的直線關系進行梳理，結果發現，如果直線與平面平行，這條直線與平行平面內直線的位置關系有平行或者異面兩種，并可以用實驗操作的方法進行驗證。教師繼續投放相關思考問題，讓學生利用多種實驗操作完成認知驗證。為激發學生學習熱情，教師鼓勵學生自行展開思維設計，并利用實踐操作對直線與平面的位置關系進行推導，建立系統性學習認知。學生有實驗操作的經驗，自然能夠積極響應，開始了創意性探索，在實踐操作過程中展開推導和思考，使學習探索活動順利展開。

在這個教學環節中，教師讓學生進行實踐操作來驗證相關問題和結論，其目的是要借助技術、工程、實驗等學科手段，對數學原理進行推演和證明，使學生自然形成數學學科認知基礎。學生有推導操作經驗，教師適時進行延伸設計，鼓勵學生展開多種形式的驗證操作，能夠促使學生主動展開學科融合探索。在這個操作過程中，要運用到技術、科學、工程等學科的知識，STEM教育理論應用特征更為鮮明。

四、拓展STEM教育理論訓練設計

數學學科訓練內容選擇、訓練形式創新、訓練延伸組織等，都需要教師進行融合性探索，借助更多輔助手段，推出更多學習活動，與學生生活進行多點對接，讓學生在實踐探索中提升學科綜合素質。STEM教育理論與數學訓練設計相融合，教師要對學生的學力基礎和訓練訴求做好評估，以便為學科訓練方案的設計、投放、執行、評價創造良好的條件。學生對融合性訓練設計較為關注，教師要有對接創新的意識，對學生的學習思維走勢、訓練基礎等制約因素做出科學判斷。特別是網絡信息技術的廣泛應用，為學科訓練融合設計提供了良好的條件。

數學、科學、技術、工程等多種學科的融合，體現了STEM教育跨學科的共性追求。教師對多種學科特點進行綜合處理，推出更多實踐性訓練內容，勢必對學生形成心理沖擊，以提高訓練的有效性和實踐性。如在教學蘇教版高中數學必修2《圓的標準方程》相關內容時，教師先利用多媒體展示一些生活圖片，要求學生對這些圓的生活應用有直觀了解，然后推出學習內容和任務：如隧道的出口是一個半圓形，如何借助坐標法研究圓的方程呢？學生開始對應思考，課堂學習順利啟動。在導學環節，展示隧道出口圖形自然帶有工程特點，對圓的坐標進行研究屬于科學范疇，對圖形進行對應討論又帶有技術特點。學生進入深度學習環節，其學習思維順利啟動。教師繼續引導，設計更多實踐性任務：生活中有太多圓的圖案，借助多種信息渠道展開搜集活動，找到這些案例，進行必要的測量，根據掌握的數據進行計算和推導，通過建立坐標系列出圓的方程，在解讀過程中建立圓的方程認知。學生根據教師的指導展開信息搜集，很快就找到身邊的一些圓形物品，開始了具體的觀察和測量，在互動交流中達成學習共識，設計出圓的方程，在解讀過程中完成認知內化。教師讓學生進行集體展示，介紹自己的操作過程，集中介紹操作經驗，給學生提供相互學習的機會。

教師設計生活畫面，要求學生對這些圖形進行分析，結合數據展開計算操作，自然形成圓的方程的解題能力。特別是生活案例的尋找，讓學生有了更多真切的感知體驗，其實踐特征更為鮮明，學生從操作推演中獲得的學習體驗也更為深刻。結合生活案例展開規劃和操作，其學習帶有科學、技術、工程的意味，教師做出針對性設計，讓學科學習帶上STEM教育理論特征。

數學與科學、技術、工程等學科有較多相通之處，教師借助STEM教育理論展開融合性設計，為學生提供更多深度思考的機會，形成新的教學動機，以滿足學生跨學科探索的要求。高中學生有一定的學科認知基礎，教師適時啟動STEM教育理論教學機制，能夠對學生形成思維沖擊，讓學生自然進入學科探究環節，在實際操作中建立學科認知能力。

【參考文獻】

[1]戴天竹.STEM教育理念在高中數學課堂教學中的應用[J].中學數學，2020（11）.

[2]沈黨平.整合教育，理念升級：整合性STEM教育理念下高中數學教學模式的建構[J].數學大世界（上旬），2018（7）.

[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）.

【作者簡介】平麗敏（1971— ），女，江蘇無錫人，大學本科學歷，高級教師，現就職于江蘇省揚州市新華中學，主要研究方向為高中數學教學與研究。

（責編 唐玉萍）