STEAM教育理念下高中數學教學模式建構策略

【摘 要】STEAM是一種有別于傳統的單學科、重書本知識的教育方式和教育理念，它鼓勵學生在科學、技術、工程、藝術和數學領域共同發展和提高，對于培養學生的綜合素養、促進學生全面發展具有重要意義與實踐價值。在高中數學教學過程中，教師要在滿足數學學科教育要求的基礎上，重視學生科學、技術、工程及藝術等其他素養與能力的提升，以綜合運用不同學科的理論知識實現跨領域的融合，全面提升學生的綜合素質與創新能力。

【關鍵詞】高中數學;STEAM理念;教學模式;建構策略

【中圖分類號】G633.6? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2022）18-0041-03

STEAM涵蓋科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）、數學（Mathematics）這幾個領域，STEAM教育就是這幾門學科融合的綜合性教育[1]。因此，教師在高中數學教學中滲透STEAM教育理念也要圍繞這幾門學科進行相互交叉、滲透和融合，引導學生學會以多學科視角綜合思考、分析與解決問題。從這個思路出發，本文將融合信息技術、加強學科整合、開展實踐活動這幾個方向作為切入點，循序漸進地在高中數學課堂中實施STEAM教學，以促進學生全面發展。

1? ?融合信息技術，發展思維品質

1.1? 進行深度翻轉，發展探究思維

在高中數學課堂中融合信息技術，可以理解為STEAM理念中技術與數學的結合。基于高中數學學科抽象性強的特點，信息技術的引入在很大程度上可以降低學生學習新知識的難度，促使學生對數學問題進行更深層次的探究，在此基礎上促進學生思維能力的發展[2]。如在教學“空間幾何體的三視圖與直觀圖”時，以用斜二測畫法畫出空間幾何體的直觀圖來講，教師可以準備一個實物圓柱放在講臺上，讓學生思考并嘗試怎樣才能畫出物體的直觀圖，讓學生就此進行探究，接下來再為學生講解用斜二測畫法畫水平放置的正六邊形的直觀圖的方法，但學生感到較為抽象不好理解。那么，教師可引入生動直觀的動畫演示來為學生逐步展示用斜二測畫法畫直觀圖的步驟，然后讓學生參照動畫演示來繪制該實物圓柱的直觀圖，可以發現學生基本都能完成，教學效果較好。

STEAM教育理念通過將信息技術與數學教學融合，可以幫助學生實現對數學知識的深層次理解與探究，使學生在創新性的教學模式下進行高階思維的訓練，在深度探究中通過各種途徑和方法，運用多學科知識去尋找問題的解決方案，促進探究思維的不斷發展。

1.2? 顯化知識背景，發展形象思維

在STEAM理念指導下的數學課堂不再局限于數學知識點的教學，而是同時關注到知識背后的文化背景、思想方法等，這對培養學生的數學思維及素養都有著積極的作用。在這個過程中，教師可利用信息技術生動、直觀的特點來幫助學生顯化知識背景，理解知識內涵。如在教學“對數”時，為了拓展學生的學科視野，教師可制作5～8分鐘的微課視頻，為學生介紹對數的知識背景，讓學生通過直觀有趣的視頻了解蘇格蘭數學家——納皮爾為了簡化計算，多年潛心研究大數字的運算技術，最終克服重重困難，成功發明了“對數”的故事，并讓學生結合具體的數據觀察當時納皮爾發明的一種計算特殊多位數之間的乘積的方法，體會其中的對數運算思想，以此來加深學生的認識。這樣可以讓學生在學習數學知識的同時了解知識背后的文化及歷史，滲透學科思想，進而為培養學生良好的數學核心素養奠定基礎。信息技術進入高中數學課堂，可以借助多媒體、微課、希沃白板等形式為學生提供動態直觀的畫面，以此增強學生學習與獲取知識的積極性，這在幫助學生發展形象思維、積累直觀表象方面具有突出的作用。

1.3? 提供梯級練習，發展邏輯思維

STEAM教育理念在高中數學教學中的應用不僅體現在對課堂教學的改進與創新上，還可以拓展到習題訓練、作業布置等方面。具體來講，教師可借助信息技術與數學教學的融合來為學生提供梯級練習題目，讓學生不斷獲得提升，發展邏輯思維。如教師可通過游戲闖關的方式來為學生設計難度不斷遞增的梯度型作業，如初級難度以教材習題訓練及基礎概念鞏固為主，訓練題型包括選擇題、填空題等，適宜基礎較差或學習能力較弱的學生;接下來的中級難度可在當堂教學內容的基礎上進行一定的變式，適宜水平中等的學生，著重考查學生的知識應用能力及舉一反三的靈活性思維;最后一個層級可進一步提高要求，設計開放性、創新性強的習題，學習能力較強的學生可進行嘗試。這樣闖關式的練習更容易調動學生的探究欲望，并讓不同層級水平的學生均能獲得相應的發展。在應用STEAM教育理念開展高中數學教學的時候，信息技術往往是作為引導學生深入拓展、顯化知識背景與提供梯級練習的一種工具，核心還是在于數學知識的教學與數學問題的解決。

2? ?加強學科整合，聚合課程合力

2.1? 整合物理學科，分析數量關系

STEAM教學理念最關鍵的地方在于學科教學要敢于打破學科邊界，通過對學科素養的綜合培養來整合學科知識，解決實際問題，以此培養綜合型人才。因此，在高中數學課堂中，教師可有計劃、有意識地引入其他學科的知識內容，形成課程合力來優化教學。以“平面向量”的教學為例，向量又稱為矢量，實際上是一個物理概念，如力、速度、位移以及電場強度、磁感應強度等很多物理量都是矢量。在物理學中，矢量就是既有大小也有方向的量，那么對應的只有大小沒有方向的量就叫作標量。對應到數學中，我們把這種既有大小也有方向的量叫作向量，而把那些只有大小沒有方向的量稱為數量。這里就涉及向量的計算問題，教師可引導學生結合物理學中矢量與標量不同的運算規則與公式來思考向量運算與數量運算的相同點與不同點，讓學生了解與向量運算相關的知識，這樣學生更容易接受。物理與數學是兩門較為相近的學科，存在密切的關系。教師在數學教學中可引入相關的物理知識內容，通過這兩門學科的整合教學來進一步打破學科邊界，讓學生學會應用數學知識解決物理問題，又能結合物理現象推導數學方法，以此來獲得跨學科的綜合發展。

2.2? 整合化學學科，理解排列組合

化學學科與數學學科可聯系的知識內容也有很多，如化學方程式計算、化學方程式配平以及有關質量分數、物質的量濃度的計算等內容。教師可通過跨學科教學引導學生著眼于知識之間的聯系和規律，發揮出學科整合教學的積極效用。如在配平化學方程式中，學生會學習到“歸一法”的配平技巧，這就是對數學原理與計算法則的直接應用。具體來講，就是找到化學方程式中的關鍵式，先假定其化學式前計量式為1，然后再根據運算法則與規律逐步配平其他化學式前的化學計量數。如若出現分數則需要化分數為整數，在這個過程中，學生的數學運算能力與素養也能得到一定的提升，這樣通過數學學科與化學學科的結合，可以使學生在掌握化學方程式配平技巧的同時，進一步強化計算能力。教師在這個過程中不僅要重視數學與化學學科顯性知識點的融合，更要重視這兩門學科所蘊含的隱性思維方式、思想方法的借鑒和互補。

2.3? 整合生物學科，滲透模型思想

教師還要不斷思考數學學科教學內容與生物學科的契合點，關注學科間的聯系，并將生物學科的相關內容引入數學課堂，這樣學生不僅能樹立與強化模型思想，還會在無形中加深對生物學科知識的印象。如高中生物遺傳概率的計算就涉及了數學中的概率模型，包括分類用概率相加原理及分步用概率相乘原理的知識點。如下列生物題目：計算Aa Bb×Aa BB相交子代中基因型aa BB所占的比例。根據概率分步相乘原理，子代個別基因型所占比例等于該個別基因型中各對基因型出現概率的乘積，因為Aa×Aa相交子代中aa基因型個體占，Bb×BB相交子代中BB基因型個體占，所以aa BB基因型個體占所有子代的×=，應用數學模型順利解答了該生物問題。

3? ?開展實踐活動，激發創新潛能

3.1? 結合課堂難點，確立主題

為了利用STEAM教育理念促進學生綜合實踐能力與創新能力的發展，教師可立足于高中數學課堂的教學重難點來確定課堂主題，引導學生通過合作與實踐完成主題探究，促使學生利用多學科知識來解決生活實際問題，提升學以致用的能力。如“幾何體的表面展開圖”這一知識點對很多空間想象能力較弱的學生來說難度很大，那么教師可巧借實踐活動，從“包粽子”這一實際情境出發，組織學生進行“用繩子扎緊粽子”的實驗，利用幾何體和繩子針對正四面體的表面設計閉環路徑，這樣學生能在實際操作中體會立體圖形轉化為平面圖形的過程，理解其對應關系，并在此基礎上直觀感受幾何體中的最短路徑問題。教師在開展實踐活動時要始終把數學重難點的突破與理解作為核心，圍繞這個目標穿插和設計與科學、技術、工程、藝術等其他學科相關的知識內容，將其綜合到實踐活動的設計與實施中來，讓學生獲得多方面能力的提升。

3.2? 拓展認知時空，設計方案

STEAM教育理念除了跨學科教學以外，還更為注重學生的探究學習與協同發展。教師在設定教學任務或問題之后，在開展實踐活動之前可讓學生先通過協作的方式來設計實踐方法，這樣學生的參與感與合作感會更強。仍以通過包粽子的方式來理解幾何體的表面展開圖的教學為例，在課堂上直接進行包粽子的活動，很容易讓學生把重點放在其他方面，難以投入到數學學習中，這就需要教師引導學生通過設計合理方案來進行模擬教學。學生想到并設計出利用正四面體折紙模型和細繩模擬扎緊粽子的過程，并根據實驗中的具體情況分析了成功或失敗的原因，進一步優化了方案設計，最后根據實驗模擬將實際問題抽象為數學模型，取得了積極的教學反饋。由此可見，STEAM理念在開展實踐活動中的應用是要讓學生利用跨學科的知識解決生活中的實際問題，通過引導學生構建富有創造性的思維模式來提升創造能力，形成良好的思維習慣。

3.3? 分析詳細數據，深化認知

數學歸根結底是一門研究現實世界的存在形式和數量關系的學科，教師所設計與組織的實踐活動要以培養具有科學素養和創新實踐能力的人才為根本目標，引導學生應用數學知識去深入分析詳細數據，建構數學模型，在這個過程中幫助學生優化思維方式，提煉數學思想方法。以指數函數思想在生活中的應用為例，教師可引入儲蓄相關的復利計算：1980年，我國人均收入為255美元，到2000年，我國人均收入達到了817美元，那么我國人均收入年平均增長率是多少？學生通過對數據的深入分析并結合所學數學知識，提出設年平均增長率是x，從題目中抽象出指數函數模型y=N（1+x）p，那么N對應的是1980年我國人均收入255美元，p對應的是年平均增長率x，代入得255（1+x）20=817，解得x=6%。這樣，學生通過對實際生活問題的探討深化了對指數模型及思想的理解，構建出指數函數模型從而高效解題。

總而言之，在STEAM教育理念下探討數學教學模式建構策略的改進與創新，要以STEAM教育理念為核心，通過轉變教師角色、改革傳統教學方式來為學生提供自主探索的機會和自我發展的空間，讓學生在數學課堂中感受與領悟數學與其他學科間的聯系與交叉，深刻理解知識的實用價值，以此拓展學生的認知視野，提升學生的知識整合能力，取得理想的教學效果。

【參考文獻】

[1]王越波.STEAM教育與小學數學教學的切入點[J].求知導刊，2020（35）.

[2]羅忠康.新課程背景下信息技術與高中數學教學的整合[J].教育信息技術，2012（10）.

【作者簡介】

陳佳程（1988～），男，漢族，江蘇常熟人，碩士，中小學一級教師。研究方向：概率論與數理統計。