融入STEM教學，促進學生多元發(fā)展

張僑平

【摘 要】近些年來，作為一種整合課程的STEM教育在全球各地蓬勃發(fā)展。如何將學校常規(guī)教學跟STEM學習有效地融合起來，是推行STEM教育需要面對的問題。我國香港地區(qū)的小學數(shù)學課堂教學在探索實踐中，基于數(shù)學課題設計相關(guān)的STEM教學活動，在協(xié)助學生理解數(shù)學學科知識的同時，促進他們跨學科、跨領(lǐng)域知識的學習和應用。

【關(guān)鍵詞】STEM 小學數(shù)學 教學實踐

一、背景

作為一種統(tǒng)整的教育模式，STEM教育融合了科學（Science）、科技（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）四個不同的學科，旨在強化學生在科學、科技、工程和數(shù)學各范疇的知識，強調(diào)跨范疇的融合和應用，注重培養(yǎng)學生各種高階能力和21世紀所需的技能等。STEM教育的理念最早于1986年由美國國家科學基金會提出，期待培育社會所需的數(shù)理人才，隨后逐步在全球范圍內(nèi)受到重視，亦被延伸到STEAM（兼容了藝術(shù)）、STREAM（增加了閱讀和藝術(shù)）乃至“STEM+”等，風靡一時。香港特區(qū)政府在2015年施政報告中首次明確提出推動STEM教育。在政府的引導和支持下，香港中小學開始了探索和實施STEM的教育之路。

在數(shù)學教育學習領(lǐng)域，推行 STEM 教育成為學校數(shù)學課程更新的發(fā)展焦點之一。學校數(shù)學教學活動需要融合STEM元素，使學生成為科學、科技和數(shù)學的終身學習者，能應對科技急速發(fā)展時代的種種改變和挑戰(zhàn)。基于STEM的特點，以整合的課程模式、跨學科的方式在學校推行STEM教育應該是較為理想的。然而，受傳統(tǒng)學校課程設置的影響，以學科知識為主導的教學模式仍是學校的主要教學形式，不少數(shù)學教師也未明確認識到整合課程的教學該如何實施。在香港推行STEM教育初期，數(shù)學教師一般是配合其他學科教師（如常識科、電腦科、科學科等）進行STEM活動，自己主導的STEM教學在數(shù)學中很少看到。如何能將學科教學和推行STEM教育合理、有效地結(jié)合起來，仍然是擺在教師面前的現(xiàn)實問題。

基于數(shù)學特定課題的STEM學習活動，需要教師能先確定數(shù)學學科的學習內(nèi)容和目標，然后考慮如何將這些數(shù)學元素同其他學習領(lǐng)域的學習元素適當?shù)亟Y(jié)合起來（見圖1）。本文以香港某學校（S校，一間女校）小學數(shù)學課堂的一次STEM教學實驗活動為例，介紹如何基于數(shù)學課題在課堂中進行STEM教育活動，讓學生在學習數(shù)學知識的同時，亦能綜合其他學習領(lǐng)域的相關(guān)學習元素，也希望這樣的教學經(jīng)驗能夠給一線數(shù)學教師在推行STEM學習活動時提供一些借鑒和參考。

二、教學設計和實施

教學實驗研究小組成員包括大學任教的數(shù)學教育研究人員、學校的數(shù)學學科組長、任教數(shù)學的教師、任教視覺藝術(shù)科的教師，共四人。S校自2015年就已經(jīng)開始摸索如何在學校推行STEM教育，從最初教師外出學習經(jīng)驗（如參加教育局舉辦的專業(yè)發(fā)展課程、工作坊、教育博覽會觀摩等），到參加聯(lián)校合作計劃，再到校內(nèi)自行組織，已經(jīng)過了多年的探索。為進行這次教學實驗，研究小組從學校STEM已推行的校本計劃和學生的學習特點（女校學生喜歡繪畫）出發(fā)，決定在二年級“圖形與空間”這一單元中選擇“認識立體圖形”這一課題來設計STEM教學活動，而課堂教學圍繞著設計“趣味放映機”的主題進行數(shù)學探究和跨學科的學習活動。

在第一學習階段“圖形與空間”范疇的數(shù)學學習方面，學生在一年級通過視覺直觀學習了不同的平面圖形，包括四邊形和圓形的基本概念，并通過圍釘板、折紙和繪畫等學習制作平面圖形;二年級時則在眾多平面圖形中集中認識正方形和長方形的特性。另外，學生在一年級立體圖形的課題中，直觀認識了有關(guān)角柱、圓柱、角錐、圓錐和球等立體圖形，二年級時則進一步比較和探討各種立體圖形的面。

在這次STEM學習活動中，學生會與視覺藝術(shù)科（下稱視藝科）進行跨學科課程學習活動，教師設計配合學生興趣和能力的STEM學習活動，發(fā)展學生的數(shù)學思維。學生會利用平面的長方形畫紙制作立體的紙環(huán)圓柱，也會運用有關(guān)度量（厘米）的技巧度量不同長度的紙條來進行數(shù)據(jù)比較和分析。在視藝科，學生會認識視覺暫留的有關(guān)原理，并運用不同的視覺元素和繪畫技巧設計動畫紙條和裝飾其他部件，制成趣味放映機。在整個學習過程中，學生會增強認識、描述、欣賞和運用圖形的能力，為日后學習相關(guān)幾何課題建立基礎。

在教學設計中，經(jīng)過科組老師的討論，研究小組擬定了教學活動中數(shù)學課堂的學習目標和綜合應用的目標，見下表：

整個跨學科學習專題課堂設計共有7節(jié)課（包括5節(jié)數(shù)學和2節(jié)視藝課），每節(jié)課課堂時間為30分鐘。在課堂上，學生會進行各種學習活動，分享她們預習的成果和匯報各項實踐活動的結(jié)果，而所有課前及課堂的學習進程會記錄在學習冊內(nèi)。通過參與課堂討論和實踐活動以及觀察同學的成果分享和匯報，學生能鞏固對圓和圓柱的認識，并把各學科、各范疇的知識貫穿、聯(lián)系及應用在日常生活當中。

具體來說，教師會要求學生在每節(jié)專題課前進行預習，包括在家觀看影片、搜集圖片或完成特定的學習任務，以準備在課堂上深入探討有關(guān)的學習內(nèi)容。比如，教師通過網(wǎng)上平臺發(fā)送預習短片鏈接，讓學生在家觀看有關(guān)視覺暫留的短片：

（1）皮卡丘奔跑吧！在圓桌高速旋轉(zhuǎn)的“視覺暫留”原理;

（2）一起動手制作神奇魔術(shù)扇;

（3）“視覺暫留”手感創(chuàng)意。

另外，教師也會要求學生預先完成學習冊上的預習任務：

（1）要求學生在家找一個廁紙筒，探究如何把廁紙筒剪出一個長方形。在學習冊上，繪畫虛線表示如何剪出長方形，并把剪好的廁紙筒帶回學校;

（2）要求學生搜集一些日常生活中包含圓心的圖片（如時鐘、電風扇、旋轉(zhuǎn)木馬、風車、竹蜻蜓、陀螺等），并貼在學習冊上。

之后，在課堂教學中，教師會帶著學生一起回顧圓柱的概念，然后探究如何把長方形制作成圓柱，作為放映機的紙環(huán)（如圖2）。接著，學生通過分享日常生活中包含圓心的例子，學習如何找出圓的中心，并探究如何找出紙碟的圓心，制作出放映機的轉(zhuǎn)盤。不同的學生會利用不同長度的紙條制作紙環(huán)，以在最后比較和分析不同紙環(huán)對動畫播放的影響。因此，學生會利用已學過的度量技巧度量長方形紙條的長度，并數(shù)出縫隙的格數(shù)，然后在課上匯報。140E3883-250C-4F02-94A0-8093D036A6B8

在視藝課堂上，學生會利用學習的視覺暫留的有關(guān)概念以及繪畫技巧，設計動畫紙條，貼在紙環(huán)的內(nèi)圈。另外，學生會運用不同的視覺元素裝飾廁紙筒作為放映機的轉(zhuǎn)軸，并拼合放映機的各個部件，完成整個放映機（如圖3）的制作。學生在完成作品后，會把作品介紹和動畫展示錄制成影片。影片會在課堂上播放，以分享學生的制作成果。

完成放映機的制作后，學生會在課堂上測試不同手柄的轉(zhuǎn)動次數(shù)、對應轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)、動畫可持續(xù)播放的秒數(shù)和清晰度。學生會在此測試中利用“秒”作為記錄時間的度量單位，初步認識“秒”的概念。測試后，學生會在課堂上分享測試數(shù)據(jù)，然后一起討論、比較及分析數(shù)據(jù)，并討論如何改良放映機。

三、STEM學習的評價

數(shù)學課堂的評價一般包括過程性評價（如課堂討論、口頭匯報、課堂工作紙等）和總結(jié)性評價（課后作業(yè)、小測驗等）。針對STEM活動的評價有別于一般的數(shù)學課堂教學。學生通過STEM教學活動學習相關(guān)的數(shù)學知識，在學習過程中不只是了解一些數(shù)學概念，還會嘗試將不同學習范疇的知識融合在一起，應用所學去解讀實踐的作品。因此，研究小組基于促進學習的評估理念（Assessment for learning），設計整個活動的評估標準及多樣化的評估方法，檢查學生的學習進度。學生在“趣味放映機”的學習過程中，數(shù)學教師會持續(xù)地搜集學生學習進展的資料，進行過程性評價。每一節(jié)課后，教師根據(jù)活動的目標，通過觀察、記錄，填寫評估量表，讓學生了解自己的學習進度。在活動中，教師也提供適時和優(yōu)質(zhì)的回饋，讓學生改善學習。學生的學習成果可以有多種形式，教師可以通過多樣化的評估，如觀察學生的學習冊、活動匯報，在學習冊中給予評語、課堂中互動的回饋等，讓學生了解和肯定自己的學習，每個活動后檢驗及評估自己所掌握的數(shù)學知識，以評估促進學習。

四、總結(jié)

毋庸置疑，數(shù)學在基礎教育中具有重要的地位，也是STEM的重要組成元素。然而，在不少STEM活動的設計和教學中，我們比較少見到數(shù)學的真正影響。數(shù)學教師往往充當“配角”去輔助其他學科，缺乏設計學科主導的教學活動。學生在STEM活動中以尋找數(shù)學元素居多，真正去學習數(shù)學概念和應用數(shù)學知識的較少。基于數(shù)學課題的有趣味性和挑戰(zhàn)性的STEM設計，為學生提供機會去“看到、知道、明白”STEM教育中的數(shù)學元素，在制作中進行跨學科、跨領(lǐng)域的學習，在學習中學會分析問題、搜集資料、分析和整理數(shù)據(jù)、協(xié)作交流和自我評估，促進了學生的主動思考和多元發(fā)展。這樣的教學也能為我國當前素養(yǎng)導向的教學實踐提供一些參考。140E3883-250C-4F02-94A0-8093D036A6B8