基于STEAM理念的小學(xué)數(shù)學(xué)拓展活動(dòng)主題設(shè)計(jì)思路

韋欣

《2017年中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》提議將STEM教育發(fā)展納入國(guó)家創(chuàng)新人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，構(gòu)建系統(tǒng)化、跨學(xué)段的STEM整合課程。STEM整合課程能讓學(xué)生在真實(shí)情境中，經(jīng)歷有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程，擁有足夠的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)以來(lái)探索和發(fā)展科學(xué)技術(shù)，綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)以提升問(wèn)題解決的能力，符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的本質(zhì)要求。

STEAM理念的數(shù)學(xué)拓展活動(dòng)是指在數(shù)學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，融入STEAM理念，設(shè)計(jì)活動(dòng)主題或者情境以及一系列問(wèn)題，使學(xué)生在這個(gè)主題或者情境中，應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，打破學(xué)科課程知識(shí)的界限，找到學(xué)科間的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，以達(dá)成跨學(xué)科整合。

下面以“杯子主題”活動(dòng)為例，說(shuō)明基于STEAM理念的數(shù)學(xué)拓展活動(dòng)設(shè)計(jì)思路。

一、活動(dòng)設(shè)計(jì)

▲活動(dòng)對(duì)象：小學(xué)五年級(jí)學(xué)生。

▲活動(dòng)對(duì)象分析

1.年齡特點(diǎn)分析

小學(xué)五年級(jí)學(xué)生擁有一定的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手操作能力，自主探索能力、觀察能力、抽象思維能力、小組合作經(jīng)驗(yàn)等，對(duì)學(xué)習(xí)有較強(qiáng)的求知欲和興趣。

2.知識(shí)貯備水平的分析

數(shù)學(xué)知識(shí)：已進(jìn)行五年級(jí)“長(zhǎng)、正方體體積”的單元學(xué)習(xí)。

科學(xué)知識(shí)：已進(jìn)行四年級(jí)“熱”的單元學(xué)習(xí)。

藝術(shù)知識(shí)：有色彩、線條、造型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

工程、技術(shù)知識(shí)：比較欠缺，需要教師多加指導(dǎo)。

3.生活經(jīng)歷分析

對(duì)于杯子，學(xué)生都非常熟悉，具有豐富的認(rèn)識(shí)和感受，不存在認(rèn)知空白，為活動(dòng)實(shí)施提供了基本生活經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。

綜上，選擇了“杯子”作為活動(dòng)主題。因此，教師可以創(chuàng)設(shè)學(xué)生所了解、熟悉的情景，并帶學(xué)生在無(wú)形中進(jìn)入到情境中。在這一過(guò)程中，教師要給予學(xué)生充分的自由度進(jìn)行發(fā)揮和探索。

▲活動(dòng)目標(biāo)

1.解決問(wèn)題中合理應(yīng)用學(xué)過(guò)的知識(shí)，滲透轉(zhuǎn)化思想和科學(xué)觀，提高應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力，觀察、研究和推理能力。

2.查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，鍛煉搜集、分類、交流信息的能力。

3.小組協(xié)作完成各種設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)溝通合作交流的能力。

4.選擇處理各種實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)會(huì)運(yùn)用工具，培養(yǎng)工程意識(shí)、動(dòng)手能力，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)提出合理科學(xué)的觀點(diǎn)。

5.學(xué)會(huì)自我學(xué)習(xí)管理，培養(yǎng)跨學(xué)科整合基礎(chǔ)知識(shí)的素養(yǎng)。

杯子主題活動(dòng)要實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的整合，因此把活動(dòng)拆分成以下幾個(gè)小主題。

▲活動(dòng)主題分解

1.杯子的功能——兒童一天要喝幾杯水。

2.杯子的性能——設(shè)計(jì)保溫杯。

3.杯子的人性化設(shè)計(jì)——水溫測(cè)量器。

4.杯子的外觀設(shè)計(jì)——裝飾杯子。

▲涉及整合的學(xué)科知識(shí)

1.數(shù)學(xué)：數(shù)據(jù)測(cè)量，長(zhǎng)正方體的體積、容積的概念及計(jì)算，統(tǒng)計(jì)圖表制作、比例。

2.科學(xué)：了解平時(shí)生活中的熱量的存在，以及熱量的傳遞方式、測(cè)量溫度，選擇合適的保溫材料，實(shí)驗(yàn)操作。

3.工程：模型、杯子設(shè)計(jì)符合人體使用的舒適性、實(shí)用性，設(shè)計(jì)制作流程。

4.技術(shù)：制作保溫杯、溫度測(cè)量器。

5.人文藝術(shù)：綠色環(huán)保理念，色彩造型設(shè)計(jì)。

二、指向?qū)W生參與的活動(dòng)實(shí)施路徑

孔企平認(rèn)為，學(xué)生在數(shù)學(xué)教學(xué)中的參與是指學(xué)生在課堂數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的心理活動(dòng)方式和行為努力程度。它包括三個(gè)方面：行為參與、認(rèn)知參與和情感參與。行為參與指學(xué)生的行為努力程度;認(rèn)知參與指學(xué)生所運(yùn)用的反映其思維水平的學(xué)習(xí)方法;情感參與指學(xué)生的情感體現(xiàn)。基于STEAM理念的數(shù)學(xué)拓展活動(dòng)中，學(xué)生在主題活動(dòng)中的參與程度高低直接關(guān)系著主題活動(dòng)能否成功實(shí)施。同時(shí)也影響著活動(dòng)的結(jié)果。除了行為參與，如果學(xué)生還具有合理的認(rèn)知參與及積極的情感參與，學(xué)生就能獲得較高的學(xué)習(xí)活動(dòng)結(jié)果。

（一）設(shè)計(jì)問(wèn)題，激發(fā)參與

基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)拓展活動(dòng)，設(shè)計(jì)核心關(guān)鍵問(wèn)題串是活動(dòng)中非常重要的因素。它有兩個(gè)重要的作用，一是要激發(fā)學(xué)生的探究欲望;二是為學(xué)生的探究指明方向。可見(jiàn)，基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)活動(dòng)，要設(shè)計(jì)一個(gè)來(lái)源于真實(shí)情境、富有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵問(wèn)題。

以主題活動(dòng)分解一：兒童一天要喝幾杯水為例，核心關(guān)鍵問(wèn)題串設(shè)計(jì)及作用如下：

學(xué)生進(jìn)行小組合作，討論方案并尋找合適的實(shí)驗(yàn)工具，想辦法測(cè)量得出杯子容積后計(jì)算需要喝幾杯水，并把整個(gè)過(guò)程整理記錄下來(lái)。學(xué)生的解決方案有：①借助針筒、小量杯一點(diǎn)一點(diǎn)倒水進(jìn)杯子，記錄倒水總次數(shù)，算出容積。②測(cè)量出杯子的直徑、高，用圓柱體積公式計(jì)算容積。③不規(guī)則形狀的杯子裝滿水倒進(jìn)規(guī)則形狀的大杯子，再用前面的方法得到容積。④口大底小的杯子取兩者直徑的平均數(shù)算容積。⑤把杯子裝滿水倒進(jìn)大量杯內(nèi)，大部分水倒至整百刻度線為止，剩下的水用小量杯測(cè)量。⑥把杯子裝滿水，倒進(jìn)正方體或長(zhǎng)方體容器，測(cè)量長(zhǎng)寬高，算出水的體積即杯子的容積。⑦把長(zhǎng)方體容器裝滿水，倒水裝滿杯子，用長(zhǎng)方體體積減去剩下水的體積。⑧方法如前，但只測(cè)量長(zhǎng)方體沒(méi)水部分的長(zhǎng)寬高。

拋出了核心問(wèn)題，那如何測(cè)量杯子的容積？在課堂上，教師并沒(méi)有給出明確指導(dǎo)，而是引導(dǎo)學(xué)生多方面地發(fā)揮想象、發(fā)散思維。從學(xué)生豐富的解決方案中可以看出，學(xué)生基本都會(huì)綜合運(yùn)用五年級(jí)所學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)工具，利用轉(zhuǎn)化的思想，用一定的方法策略解決了這一實(shí)際問(wèn)題。甚至還有學(xué)生運(yùn)用了六年級(jí)所學(xué)的圓柱體積計(jì)算公式來(lái)解決問(wèn)題。在這過(guò)程中，學(xué)生不僅獲得了寶貴的數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)和情感體驗(yàn)，還形成了一系列的解決問(wèn)題方案設(shè)計(jì)，最終解決了問(wèn)題。

（二）多維探索，深度參與

基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)拓展活動(dòng)，需要學(xué)生對(duì)核心話題進(jìn)行多維探索，深度參與。學(xué)生的交流越深入，頭腦風(fēng)暴效果就越好。

以主題活動(dòng)分解二：設(shè)計(jì)保溫杯為例，學(xué)生討論一個(gè)好杯子的標(biāo)準(zhǔn)是什么，在得出外觀、材質(zhì)、質(zhì)量、大小、保溫等指標(biāo)后，繼而討論怎樣能讓杯子的保溫效果更好。學(xué)生根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)和已學(xué)的熱傳遞知識(shí)，最初想到添加外套、改變杯子材質(zhì)的方法。教師繼而要求學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，小組合作大膽討論，講的盡量不要重復(fù)，集合學(xué)生的所思所得，整理得到以下的思維導(dǎo)圖。

從圖可見(jiàn)，從添加外套→添加保溫材料→改變杯子結(jié)構(gòu)→加裝發(fā)熱裝置，學(xué)生的思維從單一走向多元，從簡(jiǎn)單走向復(fù)雜，從無(wú)序走向有序，體現(xiàn)了項(xiàng)目設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。以小組為單位，教師讓學(xué)生深度挖掘增強(qiáng)杯子的保溫功能可以從哪些方面入手。與此同時(shí)，引導(dǎo)小組學(xué)生產(chǎn)生多元化的想法，并不斷讓學(xué)生從不同角度提出自己不同的觀點(diǎn)或補(bǔ)充。面對(duì)學(xué)生各種想法，教師要及時(shí)給予鼓勵(lì)和回應(yīng)。人人有交流的機(jī)會(huì)，人人有表達(dá)的機(jī)會(huì)，人人有自己的話可說(shuō)，體現(xiàn)STEAM項(xiàng)目中對(duì)核心話題的深度探索、深度參與。

（三）動(dòng)手實(shí)踐，反思完善

基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)拓展活動(dòng)，動(dòng)手實(shí)踐完成開(kāi)放的項(xiàng)目任務(wù)，在反饋評(píng)價(jià)中反思改進(jìn)完善項(xiàng)目和完善概念認(rèn)知是活動(dòng)的終極目標(biāo)。有了上述的深度交流作基礎(chǔ)，學(xué)生都認(rèn)可在杯子夾層中添加棉花、海綿等熱的不良導(dǎo)體會(huì)起到很好的保溫作用。但是，學(xué)生不知道哪種材料保溫性能最好，以及如何進(jìn)行驗(yàn)證。而且學(xué)生在思考時(shí)，僅僅考慮到保溫的效果，而忽略了實(shí)際制作中可能存在的問(wèn)題，如，杯子的重量是否會(huì)增加、外形是否美觀、成本是否超支等。因此，基于以上的問(wèn)題計(jì)劃分三步進(jìn)行實(shí)踐制作保溫杯，如下表一;要求自行設(shè)計(jì)、填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)表格或報(bào)告，如下表二。

STEAM項(xiàng)目的完成，除了要求學(xué)生學(xué)會(huì)跨學(xué)科應(yīng)用知識(shí)，還需要學(xué)生學(xué)會(huì)反思、學(xué)會(huì)完善。在此過(guò)程中，教師應(yīng)提供必要的幫助，引導(dǎo)學(xué)生選擇不同的材料，指導(dǎo)利用已有工具或者創(chuàng)造工具來(lái)完成項(xiàng)目。學(xué)生或小組進(jìn)行成果展示時(shí)，要求學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察、研究、推理、互評(píng)，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)提出新的觀點(diǎn)和假設(shè)，從而不斷反思完善項(xiàng)目。

在完善項(xiàng)目的同時(shí)，學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，自發(fā)地對(duì)已有經(jīng)驗(yàn)提取和再內(nèi)化，再在不斷完善概念。之前，學(xué)生一直認(rèn)為，保溫就是保持熱度不變。而現(xiàn)在，學(xué)生是在實(shí)驗(yàn)、評(píng)價(jià)、交流、互相啟發(fā)的過(guò)程中，逐步完善了概念。保溫杯的功能其實(shí)不是保持溫?zé)幔潜３譁囟取１３譁囟鹊姆椒ǎ仨氁脽岬牟涣紝?dǎo)體制作，保證密封，以此減慢熱的傳遞。

總之，基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)活動(dòng)的主要目標(biāo)是使學(xué)生在課程探究的過(guò)程中，合理運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)及各學(xué)科知識(shí)解決真實(shí)情境問(wèn)題。通過(guò)“學(xué)習(xí)知識(shí)、小組設(shè)計(jì)、查找資料、交流再造、交流展示”等環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)課程知識(shí)，經(jīng)歷“自主設(shè)計(jì)——?jiǎng)邮煮w驗(yàn)——反思完善”的過(guò)程，提高學(xué)生的知識(shí)遷移能力，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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責(zé)任編輯? 羅燕燕? 美術(shù)編輯? 李澤文