STEM教育理念下培養(yǎng)高中數(shù)學(xué)深度思維能力的線上教學(xué)實(shí)踐研究

薛彥旭

【摘要】教育事業(yè)的不斷發(fā)展與對(duì)STEM教育理念的學(xué)習(xí)和引入，在教學(xué)理念、教學(xué)核心素養(yǎng)和內(nèi)容等方面逐漸改變了高中數(shù)學(xué)的教學(xué)方式.基于全新教育教學(xué)模式下的STEM教育理念不斷深入高中數(shù)學(xué)教學(xué)，促使學(xué)生的思維能力和學(xué)習(xí)能力產(chǎn)生明顯的提高和進(jìn)步.在STEM教育理念下，本文對(duì)高中數(shù)學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生深度思維能力的線上教學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐分析，并提出了有效建議.

【關(guān)鍵詞】STEM教育理念;高中學(xué)生;深度思維能力;線上教學(xué)

【基金項(xiàng)目】甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題《STEM教育理念下，線上教學(xué)對(duì)高中數(shù)學(xué)深度思維培養(yǎng)的實(shí)踐研究》（立項(xiàng)號(hào)GS[2020]GHB2733）.

一、概念的界定

STEM教育是一種注重科學(xué)和實(shí)踐的教育理念和教育模式.它涵蓋了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多門(mén)學(xué)科知識(shí)，它打破了傳統(tǒng)意義上的單學(xué)科知識(shí)傳授模式，注重跨學(xué)科知識(shí)的整合和實(shí)踐，是一種多學(xué)科相互融合的綜合教育.STEM中的“S”（Science，即科學(xué)）重在認(rèn)識(shí)世界和解釋自然客觀規(guī)律，“T”（Technology，即技術(shù)）和“E”（Engineering，即工程）強(qiáng)調(diào)在尊重自然客觀規(guī)律之上對(duì)世界的改造，解決人類(lèi)社會(huì)發(fā)展歷程中遇到的各種各樣的問(wèn)題，“M”（Mathematics，即數(shù)學(xué)）則是構(gòu)建技術(shù)與工程兩門(mén)學(xué)科的基礎(chǔ)工具.STEM課程絕不是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門(mén)學(xué)科的知識(shí)和教育簡(jiǎn)單疊加起來(lái)，這四者之間是互相支撐、互相補(bǔ)充、均衡發(fā)展的關(guān)系.

思維的深度是指集中思維能力在資料中找出合乎邏輯的聯(lián)系，得出一定的結(jié)論，或?qū)追N解決方案加以比較研究，從而得出一種解決問(wèn)題的辦法，即透過(guò)現(xiàn)象得出本質(zhì)的思考能力.它不僅決定著思想高度的提升，也決定著思維廣度的延伸，從某種程度上影響著思維的速度.

線上教學(xué)即網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育，它是指跨越地理空間進(jìn)行的教育教學(xué)活動(dòng).遠(yuǎn)程教育涉及各種教育活動(dòng)，主要包括課堂問(wèn)題背景、授課方式、探討研究、合作交流和歸納總結(jié)等.它不僅克服了傳統(tǒng)教育在空間、時(shí)間、受教育年齡和教育環(huán)境等方面的限制，還帶來(lái)了嶄新的學(xué)習(xí)模式，它將使傳統(tǒng)教育發(fā)生巨大的變化.

二、利用線上教學(xué)平臺(tái)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中實(shí)踐STEM教育理念，凸顯教師主導(dǎo)地位，深化學(xué)生主體作用

高中數(shù)學(xué)教育教學(xué)的核心素養(yǎng)是培養(yǎng)學(xué)生的抽象概括能力、邏輯推理能力、數(shù)學(xué)建模能力、直觀想象能力、運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，這些能力的養(yǎng)成會(huì)為學(xué)生今后的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，多元化信息教學(xué)輔助手段的介入，對(duì)高中數(shù)學(xué)教學(xué)方式提出了挑戰(zhàn)和更高的要求，即線上、線下教學(xué)中應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)科思維、核心素養(yǎng)的養(yǎng)成等.將STEM教育理念融入課堂教學(xué)勢(shì)在必行，而怎樣有效地融入科學(xué)、技術(shù)、工程內(nèi)容是當(dāng)下教育研究的大熱門(mén).

1.線上教學(xué)可以幫助教師在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)

在高中數(shù)學(xué)課堂中融入STEM教育理念，教師需細(xì)致分析教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)生的綜合特征、個(gè)體差異和跨學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備等.教師可繪制學(xué)習(xí)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)關(guān)系和切合點(diǎn)，為學(xué)生提供能在思維上連續(xù)具體地構(gòu)建學(xué)習(xí)中的真實(shí)情境和解決問(wèn)題的辦法，當(dāng)然包括線上、線下查閱的資料等，還應(yīng)巧妙設(shè)計(jì)課堂程序，優(yōu)化備課過(guò)程，形成高效的、學(xué)生容易接受的導(dǎo)學(xué)案和課件.例如，在進(jìn)行空間幾何體的三視圖和直觀圖的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師可預(yù)設(shè)好情境、教學(xué)方法、自學(xué)方法、學(xué)生自主探究問(wèn)題、同伴合作交流問(wèn)題等，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供豐富的動(dòng)態(tài)演示圖片或老師自帶實(shí)物進(jìn)行演示，在課堂上讓學(xué)生動(dòng)手構(gòu)建一些立體實(shí)物，通過(guò)從不同角度觀察、對(duì)比、歸納圖形的特征，嘗試總結(jié)三視圖和直觀圖的畫(huà)法，老師指引學(xué)生注意畫(huà)圖的注意事項(xiàng)，總結(jié)知識(shí)，感悟數(shù)學(xué)方法，積淀數(shù)學(xué)思想.

2.線上教學(xué)能幫助學(xué)生整合數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)體系，交叉學(xué)科之間的邏輯關(guān)系、情境問(wèn)題

當(dāng)下是信息時(shí)代，知識(shí)量大，輻射領(lǐng)域廣，學(xué)生接觸的知識(shí)、信息量大，而線上學(xué)習(xí)不受時(shí)間、地域的影響，能為主動(dòng)學(xué)習(xí)者提供豐富多彩的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，隨時(shí)隨地可以學(xué)習(xí)，但在學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生要能去偽存真，養(yǎng)成一定的思維能力，從而吸取精華，整合信息，細(xì)化知識(shí)體系.在STEM教育理念下增強(qiáng)學(xué)科之間的聯(lián)系，能夠降低學(xué)生學(xué)習(xí)綜合知識(shí)的困難程度.融合各科目背景知識(shí)的學(xué)習(xí)和積累，構(gòu)建與數(shù)學(xué)的相關(guān)聯(lián)系，用數(shù)學(xué)思維主動(dòng)去解決問(wèn)題，這不僅增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科的再認(rèn)識(shí)，也鞏固了交叉學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而提升學(xué)生的綜合素養(yǎng).

三、利用線上教學(xué)輔助平臺(tái)深化STEM教育理念

1.在高中數(shù)學(xué)線上課堂融入科學(xué)和技術(shù)教育

在STEM教育理念之下，通過(guò)線上教育的教學(xué)方式可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、熱愛(ài)學(xué)習(xí)的好習(xí)慣，并能獨(dú)立研究問(wèn)題、解決問(wèn)題，從而提升創(chuàng)新思維能力.這就需要學(xué)生將已有的知識(shí)結(jié)合觀察能力、動(dòng)手能力、抽象概括能力，把實(shí)際問(wèn)題抽象概括為數(shù)學(xué)問(wèn)題，再把教學(xué)理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，加深對(duì)學(xué)科的再認(rèn)識(shí).其主要目的就是讓學(xué)生從實(shí)際生活出發(fā)，利用實(shí)踐提升自身的創(chuàng)新能力和思維能力.

例題，水車(chē)是人類(lèi)一項(xiàng)古老的發(fā)明，最早出現(xiàn)在東漢時(shí)期，是中國(guó)農(nóng)耕文化的重要組成部分，其原理是利用水流產(chǎn)生的動(dòng)力將水從地勢(shì)低處提升到地勢(shì)高處進(jìn)行灌溉.如圖1是一個(gè)水車(chē)的示意圖，已知水車(chē)逆時(shí)針勻速旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間是80秒，半徑為3米，水車(chē)中心B（即圓心）距水面1.5米，若以水面為x軸、圓心到水面的垂線為y軸建立直角坐標(biāo)系，水車(chē)的一個(gè)水斗從出水面點(diǎn)A處開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)t秒后轉(zhuǎn)到P點(diǎn)的位置，則點(diǎn)P到水面的距離h與時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系式為（）.

A.h=3sinπ40t-π6+1.5

B.h=1.5cosπ40t+π6+3

C.h=3cosπ40t-π3+1.5

D.h=1.5sinπ40t+π3+3

分析如圖所示，過(guò)P向x軸作垂線，垂足為E，過(guò)B作x軸的平行線交圓B于點(diǎn)C，交PE于點(diǎn)D，則h=PE=PD+1.5.

由BO=1.5，可得∠CBA=∠BAO=π6.

∵水車(chē)的角速度ω=2π80=π40，

∴由題意，可得∠PBA=π40t，

可得∠PBD=∠PBA-∠CBA=π40t-π6，

∴在△PBD中，PD=PBsin∠PBD=3sinπ40t-π6，

∴點(diǎn)P到水面的距離h=PD+1.5=3sinπ40t-π6+1.5.

學(xué)生查閱資料了解了用水流動(dòng)力進(jìn)行灌溉的知識(shí)，知道了水流動(dòng)力的基本原理，并通過(guò)電腦模擬和計(jì)算器計(jì)算，擬合出水流動(dòng)力距離h與時(shí)間t的正弦曲線，不僅知道了科學(xué)知識(shí)和生活應(yīng)用的聯(lián)系，更增強(qiáng)了學(xué)生探索自然界奧妙的能力.

2.信息技術(shù)與教學(xué)方式的融合

開(kāi)展線上教學(xué)需要教師結(jié)合高中數(shù)學(xué)的課程特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)方式，即根據(jù)線上教學(xué)的特點(diǎn)，通過(guò)互動(dòng)的教學(xué)方式開(kāi)展高中數(shù)學(xué)學(xué)科線上教學(xué)，將STEM教學(xué)用到的自學(xué)資料、活動(dòng)設(shè)計(jì)方案等提前分享到線上平臺(tái)，以便學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐，逐步培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)習(xí)慣.老師則根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，按照之前下達(dá)的任務(wù)對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)高中數(shù)學(xué)的時(shí)候能夠利用STEM思維方式潛移默化地進(jìn)行學(xué)習(xí)，以逐漸培養(yǎng)學(xué)生的思維能力.如在教學(xué)高中教材人教A版“橢圓”一節(jié)時(shí)，筆者利用學(xué)校的多媒體機(jī)房，在每個(gè)學(xué)生機(jī)上安裝了Excel和“幾何畫(huà)板”軟件，并在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生繪制橢圓，根據(jù)橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的特點(diǎn)，給a和b設(shè)置一些參數(shù)，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)a和b取不同的值時(shí)橢圓的形狀變化.另外，學(xué)生可通過(guò)分組合作，觀察圖像的動(dòng)態(tài)演示效果，歸納橢圓扁圓的變化情況，加深對(duì)橢圓數(shù)與形的體會(huì)和理解，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用能力.

3.在高中數(shù)學(xué)線上課堂中融入工程教育

在新課改背景下，高中數(shù)學(xué)教材中多數(shù)知識(shí)的生成過(guò)程都是通過(guò)生活中的例子來(lái)呈現(xiàn)的.所以教師可通過(guò)線上微課平臺(tái)搭建高中數(shù)學(xué)線上課堂，通過(guò)線上展示高中數(shù)學(xué)與其他學(xué)科課程的結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，同時(shí)借助STEM理念對(duì)當(dāng)前教學(xué)方式進(jìn)行優(yōu)化，以學(xué)生為中心，通過(guò)線上微課平臺(tái)進(jìn)行新舊知識(shí)的聯(lián)系.學(xué)生根據(jù)STEM教育理念收集學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，并在線上與老師或者同學(xué)進(jìn)行交流，進(jìn)而解決自己遇到的問(wèn)題.分析發(fā)現(xiàn)，線上學(xué)習(xí)更加有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)的積極性和主動(dòng)性.如學(xué)習(xí)高中教材人教A版必修4“三角函數(shù)模型的簡(jiǎn)單應(yīng)用”一節(jié)中，有如下例題.

例題：某游樂(lè)場(chǎng)中半徑為30米的摩天輪逆時(shí)針（固定從一側(cè)觀察）勻速旋轉(zhuǎn)，每5分鐘轉(zhuǎn)一圈，其最低點(diǎn)離底面5米，如果以你從最低點(diǎn)登上摩天輪的時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，那么你與地面的距離y（米）隨時(shí)間t（秒）變化的關(guān)系式為（）.

A.y=30sin2π5t-π2+35

B.y=30sinπ150t-π2+35

C.y=30sin2π5t+π2+5

D.y=30sinπ150t+π2+5

分析設(shè)y=Asin（ωt+φ）+B.

由題意，可得A=30，ω=2π300=π150，B=30×2+5-30=35，（0，5）為最低點(diǎn)，

代入可得5=30sin φ+35，則sin φ=-1，

φ=-π2+2kπ，k=0時(shí)，φ=-π2，

∴y=30sinπ150t-π2+35，選B.

在項(xiàng)目問(wèn)題解決中，筆者指引學(xué)生實(shí)地考察游樂(lè)場(chǎng)中摩天輪人與地面的距離y（米）隨時(shí)間t（秒）變化的關(guān)系，通過(guò)運(yùn)算了解了工程問(wèn)題，同時(shí)體會(huì)了科學(xué)研究的一般方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng).

隨著STEM教育理念的出現(xiàn)，教師在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，適當(dāng)?shù)乩肧TEM理念優(yōu)化教學(xué)方式，提升學(xué)生自身的綜合能力.而這也會(huì)成為各個(gè)學(xué)科進(jìn)行教學(xué)的一種新方式，打破傳統(tǒng)單一的教學(xué)方式，延伸到其他學(xué)科之中，讓學(xué)生體會(huì)在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)的同時(shí)，還能夠利用數(shù)學(xué)思維和工具研究其他學(xué)科的問(wèn)題，并最終轉(zhuǎn)化為學(xué)生內(nèi)在的綜合核心素養(yǎng)，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和研究能力.

【參考文獻(xiàn)】

[1]李創(chuàng)榮.STEM教育理念下高中數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐探索[J].散文選刊：中旬刊，2020（3）：24-25.

[2]戴天竹.STEM教育理念在高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)數(shù)學(xué)：高中版，2020（6）：84-85.