STEM教育在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的現(xiàn)狀分析

李峰 宋曉政

摘 要：科學(xué)育人觀喚醒了教師的質(zhì)量意識(shí)、拓展觀念與創(chuàng)新精神，教師開(kāi)始立足數(shù)學(xué)課堂積極探究STEM教育理念的適宜性、實(shí)用性與有效性，力求借助STEM教育理念高質(zhì)量、高效益地完成新課改革的使命。然而，STEM教育理念與傳統(tǒng)教育理念具有較大差異，教師在積極踐行過(guò)程中出現(xiàn)了明顯的不適應(yīng)。因此，教師立足STEM教育理念以及對(duì)教師的施教要求，全面匯集STEM教育理念在數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并深度考量STEM教育理念在數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，努力找到問(wèn)題產(chǎn)生的根源。

關(guān)鍵詞：STEM教育理念;數(shù)學(xué)教學(xué);現(xiàn)狀分析;高中生

在科學(xué)育人觀的大力推進(jìn)下，教師自覺(jué)為數(shù)學(xué)教學(xué)融入新理念、新思維與新資源，力求實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)教學(xué)的提質(zhì)增效與創(chuàng)新轉(zhuǎn)型，為高中生建構(gòu)最優(yōu)化的主體成長(zhǎng)環(huán)境。因此，教師群體在教學(xué)實(shí)踐中慢慢發(fā)現(xiàn)了STEM教育理念的先進(jìn)性、整合性與創(chuàng)新性，開(kāi)始將STEM教育理念應(yīng)用于課堂教學(xué)中。然而，STEM教育理念在融入數(shù)學(xué)教學(xué)的過(guò)程中出現(xiàn)了一些始料未及的問(wèn)題，值得教師深思。

一、STEM教育理念的概念簡(jiǎn)介

STEM教育理念屬于課程整合性創(chuàng)新理念，主張立足科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）、數(shù)學(xué)（M）四大學(xué)科的課程基點(diǎn)去審視一個(gè)“知識(shí)點(diǎn)”的信息內(nèi)容、知識(shí)關(guān)聯(lián)與范疇外延，力求從多個(gè)知識(shí)基點(diǎn)去解釋同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際內(nèi)涵及其外延[1]。因此，STEM教育理念具有非常突出的全面性、多樣性、體系性以及創(chuàng)新性，能夠給予高中生全新的數(shù)學(xué)認(rèn)知思維方式，幫助高中生在數(shù)學(xué)認(rèn)知過(guò)程中積累下多元化知識(shí)信息。由此可見(jiàn)，STEM教育理念能夠成為教師完成新課程改革的指導(dǎo)思想，也能夠成為教師保質(zhì)保量地實(shí)施素質(zhì)教育的得力抓手。

二、STEM教育理念對(duì)教師的施教要求

第一，STEM教育理念要求教師擁有多元化知識(shí)基礎(chǔ)。STEM教育理念立足科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四大學(xué)科的課程知識(shí)，要求教師以數(shù)學(xué)知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，將數(shù)學(xué)知識(shí)延伸到其他三大學(xué)科范疇，以此幫助高中生拓寬知識(shí)視野以及完善體系架構(gòu)。因此，教師必須具有堅(jiān)實(shí)的多元化知識(shí)基礎(chǔ)，才能夠完成立足數(shù)學(xué)知識(shí)基點(diǎn)的對(duì)外思維輻射活動(dòng)以及知識(shí)關(guān)聯(lián)探究，否則STEM教育理念就會(huì)成為無(wú)源之水。

第二，STEM教育理念要求教師擁有開(kāi)放化思維方式。STEM教育理念強(qiáng)調(diào)對(duì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行多元化的課程詮釋與學(xué)科定義，因而教師要借助自己的四大課程知識(shí)為高中生探究出一個(gè)數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)與其他課程知識(shí)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。因此，教師要以開(kāi)放性思維方式考量一個(gè)數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)的外延拓展與課程關(guān)聯(lián)，能夠在多個(gè)知識(shí)范疇內(nèi)自由“切換”，為高中生展示STEM教育理念的開(kāi)放性與輻射性。

第三，STEM教育理念要求教師擁有關(guān)聯(lián)化探究方向。STEM教育理念以科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四大學(xué)科為課程基點(diǎn)，主張四大學(xué)科內(nèi)容的兼容關(guān)聯(lián)、區(qū)域融合、體系重組[2]。因此，教師要在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中立足STEM教育理念，科學(xué)審視一個(gè)數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)在其他三大學(xué)科范疇內(nèi)的有效關(guān)聯(lián)與知識(shí)詮釋，以此幫助高中生建構(gòu)“大數(shù)學(xué)觀”或“科學(xué)觀”，幫助高中生掌握多元化知識(shí)體系。

三、STEM教育理念在數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

STEM教育理念對(duì)教師的知識(shí)基礎(chǔ)、教學(xué)能力、專業(yè)視野以及文化素養(yǎng)要求較高，因而STEM教育理念在融入數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的過(guò)程中會(huì)遇到一些問(wèn)題。

（一）STEM教育理念在教學(xué)資源中融入較少

在數(shù)學(xué)課堂上，教學(xué)資源是教師提升教學(xué)內(nèi)容以及探究任務(wù)趣味性、外延性與拓展性的有效手段，因而能夠成為STEM教育理念的融入空間。然而，教師并不習(xí)慣將STEM教育理念融入教學(xué)資源中，沒(méi)有潛移默化地為高中生引入一種新型的思維方式，沒(méi)有達(dá)到心智啟迪、思維拓展的活動(dòng)效果。由此可見(jiàn)，教師并沒(méi)有很好地掌握STEM教育理念的活動(dòng)精髓，存在畏難情緒或排斥情緒。因此，STEM教育理念在教學(xué)資源中融入量過(guò)少，不能達(dá)到啟發(fā)高中生的目的。

（二）STEM教育理念在教學(xué)活動(dòng)中探究很少

在數(shù)學(xué)課堂上，教學(xué)活動(dòng)是師生之間思維交流與思想碰撞的互助探究區(qū)間以及信息交流平臺(tái)，因而也能夠成為STEM教育理念在數(shù)學(xué)課堂上大放異彩的活動(dòng)空間[3]。然而，教師常常生硬地將STEM教育理念引入教學(xué)活動(dòng)中，導(dǎo)致高中生感到非常突兀，甚至打斷他們的認(rèn)知思維，從而難以發(fā)揮STEM教育理念的價(jià)值。因此，STEM教育理念與數(shù)學(xué)知識(shí)的探究活動(dòng)尚處于脫離狀態(tài)，沒(méi)有融為一體，高中生也沒(méi)有切身體驗(yàn)到STEM教育理念的精妙之處，更無(wú)法在探究中積累經(jīng)驗(yàn)。

（三）STEM教育理念在進(jìn)行過(guò)程中權(quán)重過(guò)低

在數(shù)學(xué)課堂上，教學(xué)過(guò)程是師生合作、集思廣益、信息交流、思想溝通的重要通道，也是師生互助、集體感悟STEM教育理念的物質(zhì)基礎(chǔ)[4]。然而，教師并沒(méi)有給予高中生足夠的探究空間，沒(méi)有讓高中生去深度感知STEM教育理念的思想精髓與方法要領(lǐng)，延緩了高中生對(duì)STEM教育理念的主體掌握。由此可見(jiàn)，STEM教育理念尚未對(duì)高中生的認(rèn)知思維產(chǎn)生良好的方向?qū)б⒎绞脚囵B(yǎng)與習(xí)慣養(yǎng)成，需要教師科學(xué)創(chuàng)設(shè)高品質(zhì)的數(shù)學(xué)教學(xué)，加速高中生對(duì)STEM教育理念的悅納。

四、STEM教育理念在數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用現(xiàn)狀的分析

STEM教育理念具有突出的先進(jìn)性與創(chuàng)新性，因而在融入數(shù)學(xué)教學(xué)中進(jìn)程較為緩慢，能夠反映出新舊教學(xué)思想的積累碰撞與教學(xué)習(xí)慣變更中的陣痛。

（一）忽視STEM教育理念在教學(xué)資源中的功效

在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)資源是幫助教學(xué)內(nèi)容提升趣味性與新奇性的人性化元素，而STEM教育理念又能夠提升教學(xué)資源的先進(jìn)性與創(chuàng)新性，給予高中生良好的思維啟迪與思想震撼。因此，STEM教育理念在教學(xué)資源中融入較少，說(shuō)明教師忽視STEM教育理念在教學(xué)資源中的功效，沒(méi)有將STEM教育理念融入教學(xué)資源中，STEM教育理念的教育功能展示不足，尚未激發(fā)高中生的興趣。

例如，在人教版必修1第一章第一節(jié)“集合”的課堂教學(xué)中，教師在引導(dǎo)高中生認(rèn)知“子集”與“母集”的關(guān)系時(shí)可以引入“機(jī)器人拼裝”這一教學(xué)資源。機(jī)器人分為下肢、軀體、頭部、上肢四部分，因而高中生可以將“機(jī)器人”定義為“母集”，而下肢、軀體、頭部、上肢這四大零件集合都是“機(jī)器人”的“子集”。這樣，“機(jī)器人”教學(xué)資源就隱含了STEM教育理念中的“工程學(xué)”知識(shí)，將“機(jī)器人”由一個(gè)“整體工程”分為若干個(gè)“子項(xiàng)目”，以此提升高中生對(duì)“子集”與“母集”的深度理解，這樣的教學(xué)效果會(huì)更好。因此，只有這樣才能夠切實(shí)展示STEM教育理念在數(shù)學(xué)課堂上的教育教學(xué)功效。

（二）忽視STEM教育理念在教學(xué)活動(dòng)中的作用

在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)活動(dòng)是高中生直接感知與掌握STEM教育理念的認(rèn)知空間與探究機(jī)會(huì)，更是高中生實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階與視野拓展的發(fā)展區(qū)間。因此，STEM教育理念在教學(xué)活動(dòng)中探究較少，說(shuō)明教師忽視STEM教育理念在教學(xué)活動(dòng)中的作用，沒(méi)有借助STEM教育理念助力高中生的知識(shí)學(xué)習(xí)與課程融合。

例如，在人教版必修2第一章第一節(jié)“空間幾何體的結(jié)構(gòu)”的課堂教學(xué)中，教師使用多媒體設(shè)備為高中生直觀展現(xiàn)正方體、長(zhǎng)方體是如何利用小木棒搭建而成，以此幫助高中生獲取強(qiáng)烈的感官刺激與深刻的印象。因此，教師的電化教學(xué)活動(dòng)就隱含了非常多的“科技成分”，體現(xiàn)了STEM教育理念中“技術(shù)元素”，自然能夠取得更好的教學(xué)效果，以此展示STEM教育理念的先進(jìn)作用。因此，教師只要借助電化教學(xué)中的科學(xué)元素與科技元素才能夠更好地進(jìn)行數(shù)學(xué)教學(xué)，才能夠借助STEM教育理念優(yōu)化高中生的立體幾何學(xué)習(xí)過(guò)程。

（三）忽視STEM教育理念在教學(xué)過(guò)程中的價(jià)值

在數(shù)學(xué)課堂上，教學(xué)過(guò)程是高中生全面體驗(yàn)與主體養(yǎng)成STEM教育理念的實(shí)踐空間，是促進(jìn)高中生思維素養(yǎng)科學(xué)遞升的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。因此，STEM教育理念在教學(xué)過(guò)程中權(quán)重過(guò)低，說(shuō)明教師忽視STEM教育理念在教學(xué)過(guò)程中的實(shí)用價(jià)值，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的科學(xué)轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新發(fā)展，導(dǎo)致育人環(huán)境欠佳。

例如，在人教版必修5第二章第二節(jié)“等差數(shù)列”的課堂教學(xué)中，教師在引領(lǐng)高中生掌握“首項(xiàng)”“末項(xiàng)”“公差”“通項(xiàng)公式”時(shí)，要著意探究一下“公差”，因?yàn)椤肮睢笔墙忉尅暗炔顢?shù)列”各項(xiàng)之間關(guān)聯(lián)性、轉(zhuǎn)變性的“金鑰匙”。教師還要在探究“公差”這一“規(guī)律性元素”時(shí)引入STEM教育理念，立足“科學(xué)”展示“各項(xiàng)”“公差”與“規(guī)律”之間的邏輯關(guān)系與推理關(guān)系，以此深度學(xué)習(xí)獲取更好的教學(xué)效果，充分體現(xiàn)STEM教育理念的教學(xué)價(jià)值。

總之，STEM教育理念內(nèi)含的課程融合思想與教師固有的教學(xué)思想差別很大，因而STEM教育理念融入數(shù)學(xué)教學(xué)尚需時(shí)日，不可能一蹴而就。因此，教師不僅要正視STEM教育理念融入數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，還要深度考量形成問(wèn)題的根本原因。這樣，教師不僅能夠有效解決問(wèn)題，還能夠極大地推進(jìn)STEM教育理念在數(shù)學(xué)教學(xué)中的融入速度與兼容質(zhì)量，推動(dòng)數(shù)學(xué)教學(xué)提質(zhì)增效、創(chuàng)新轉(zhuǎn)型。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛彥旭.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[J].數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究，2021（30）：26-27.

[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.

[3]劉桂珍.基于STEM教育理念下的高中數(shù)學(xué)課堂互動(dòng)教學(xué)模式實(shí)踐探究[J].新課程，2019（12）：166.

[4]歐陽(yáng)才學(xué).STEM教育理念下數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐探索[J].中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)參考，2019（30）：70-71.

注：本文系甘肅省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度STEM教改實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)課題“STEM教育下的高中數(shù)學(xué)活動(dòng)課程開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究：以函數(shù)中的數(shù)學(xué)建模和探究為例”（課題立項(xiàng)號(hào)：GS[2021]GHBZX108）的研究成果。