STEAM 教育理念下的小學數學作業設計與實施*

劉春季

《義務教育數學課程標準(2022 年版)》 強調動手實踐、自主探究是學習數學的重要方式,要求學生能夠體會數學知識之間、數學與其他學科之間、數學與生活之間的聯系。作業既是幫助學生鞏固知識、提高能力的有效途徑,更是實施教學評價、改進教學的重要依據。基于“雙減” 政策的落實,小學數學作業設計需要加強優化與創新。我們認為,作業設計可結合STEAM 教育理念,通過改變小學數學作業的內容來調動學生的學習興趣,使學生樂于探究;通過改變數學作業的方式來培養學生動手實踐的能力、分析問題和解決問題的能力,提升學生的數學核心素養。

一、STEAM 教育概述

STEM 由Science (科學)、Technology (技術)、Engineering (工程)和Mathematics (數學)的首字母組成,STAM 教育將科學、技術、工程與數學的學科知識進行了有機結合。隨著課程改革和STEM教育實踐研究的開展,藝術(Arts)類課程也被納入STEM 之中,形成以STEAM 課程為主要特色的STEAM 教育。目前,美國、韓國、英國等國家已逐漸將其應用于教學實踐之中,運用STEAM 教育模式對于提升我國基礎教育創新能力具有重要意義。

二、小學數學作業現狀分析

為了解當前小學數學作業的狀況,筆者采取抽樣調查方式,對本校921 名學生進行了調查,對作業內容、形式、難度等方面進行了總結分析,其結論如下。

第一,作業內容較為陳舊。日常生活中有很多奇妙有趣的現象,卻很少體現在作業內容中。很多內容脫離學生的實際生活,使他們逐漸覺得數學枯燥、單調、無趣,進而產生厭煩情緒。

第二,作業形式較為單一。教師布置的作業多以文本形式為主,主要源于教材或配套教輔材料。大部分作業題目都是例題的翻版,很少出現開放題,既缺乏思考價值,也談不上綜合實踐、探究合作及人文關懷。

第三,作業難度比較高。作業是鞏固復習、拓展延伸的一項學習活動,作業難度應該適中。偏題、怪題并不適合絕大多數學生鞏固所學知識,并且難度較大的題目會影響學生學習的積極性和自尊心。作業設計應結合教學內容,合理控制題目的難度,不能超出所學范圍。

三、STEAM 教育理念下的小學數學作業設計

作業設計既要關注內容、形式和作業量,也要具有趣味性,貼近學生的生活。因此,將STEAM 教育理念融合于小學數學作業設計的整個過程是很有必要的。

(一)作業設計原則

STEAM 教育理念下的小學數學作業設計應注重學科融合,應注重提高學生的數學學習興趣,引導學生參與貼近生活的實踐活動,體會數學在日常生活中的實用價值,提高學生的應用意識和創新意識。因此,小學數學作業設計應遵循融合性、趣味性、實踐性、開放性和生活性原則。

1.融合性原則。STEAM 教育理念下的數學作業應形式多樣,注重學科之間的整合,重視文理交融,將所學內容和科學、工程、技術、美術等有機結合,讓數學作業“活” 起來,為學生的終身發展奠定堅實的基礎。

2.趣味性原則。小學階段的學生大都具有活潑易動、注意力難集中的特點,要使學生順利完成數學作業,作業的趣味性尤為重要。趣味性的數學作業有助于數學課堂的延伸、發散思維的培養及學習興趣的提升。

3.實踐性原則。STEAM 教育傾向于學科整合的教學方式,注重實踐教學和數學生活化,倡導“做中學”。因此,實踐操作是不可缺少的。小學數學作業設計可將知識的鞏固和技能的提升貫穿于教學實踐活動之中,引導學生主動參與、動手操作、合作探究,培養學生的應用意識和創新能力。

4.開放性原則。新課程改革強調要轉變傳統數學作業內容和形式的單一化,向多元化、開放式的方向轉變,應設計條件開放、結論開放、策略開放的綜合性作業,以適應不同學生的個性差異,促進學生的個性化發展。

5.生活性原則。數學源于生活。教師應捕捉學生身邊有價值的數學因素,將真實的數學問題呈現給學生,使學生通過解決身邊的數學問題來感受數學在生活中的應用價值。

(二)作業類型設計

1.預習準備型。遵循STEAM 教育理念,預習準備型作業可以這樣設計: 以查找資料的形式引導學生自主探索學習新知識,也可通過動手制成作品來呈現,或通過寫一寫、畫一畫進行整理等。預習準備型作業有助于培養學生學習的主觀能動性,更有利于提高學生的思維能力和創新能力。

作業設計案例1:

(1) 作業題目: 制作鐘面。

(2) 教材內容: 一年級上冊第八單元《認識鐘表》。

(3) 作業類型: 預習準備型。

(4) STEAM 理念涉及學科: 科學、 技術、 藝術、 數學。

(5) 作業目標: 通過觀察鐘表, 了解鐘面上有什么; 通過制作鐘面, 初步認識鐘表上的指針、 數、刻度等; 通過制作和設計鐘面, 提高學生動手操作、獨立設計的能力。

(6) 作業要求: 觀察家中的鐘表上有什么, 再上網查查鐘表的圖片, 想一想所有的鐘表有哪些共同點; 準備一張硬紙板, 繪制出一個鐘面; 簡單裝飾鐘面; 和家長說說制作的鐘面上都有什么。

(7) 作業評價: 教師通過學生制作的鐘面情況, 了解學生對鐘面的掌握程度并進行評價; 學生小組間相互欣賞鐘面作品, 交流鐘面由什么組成。教師根據學生匯報情況加以評價; 評選出班級的優秀作品并展示。

2.知識鞏固型。作業是學生鞏固知識的有效途徑。STEAM 理念下的小學數學作業可改進作業內容和形式,以達到充分調動學生的積極性,鞏固所學知識的目標。

作業設計案例2:

(1) 作業題目: 七巧板日記。

(2) 教材內容: 一年級下冊第四單元《認識圖形》。

(3) 作業類型: 知識鞏固型。

(4) STEAM 理念涉及學科: 科學、 藝術、數學。

(5) 作業目標: 借助七巧板拼圖的活動, 進一步鞏固正方形、 三角形, 并初步認識平行四邊形;通過拼擺圖形, 培養學生初步的空間觀念和創新意識。

(6) 作業要求: 將紙質七巧板的七個圖形剪下來, 設計圖案; 為作品涂色; 將作品貼在日記模板的左側, 并在右側寫下學習七巧板后的感受。

(7) 作業評價: 以班級為單位, 展示學生的作品, 各班學生輪流參觀拓展視野, 回班后交流收獲。

3.拓展延伸型。作業應該具有拓展性和延伸性的功能。拓展延伸型作業可分為課堂練習作業和課后家庭作業。這樣的作業有助于培養學生主動探索的欲望,更為學生提供了深度思考的學習機會。

作業設計案例3:

(1) 作業題目: 搭建牙簽橋。

(2) 教材內容: 四年級下冊第二單元《認識圖形》。

(3) 作業類型: 拓展延伸型。

(4) STEAM 理念涉及學科: 科學、 技術、 工程、 藝術、 數學。

(5) 作業目標: 通過制作牙簽橋, 進一步感受三角形的穩定性; 培養學生動手操作、 總結歸納的能力。

(6) 作業要求: 利用牙簽、 橡皮筋等材料制作牙簽橋; 對牙簽橋進行裝飾, 為牙簽橋起個名字。

(7) 作業評價: 班級內評選出最漂亮、 最穩固的牙簽橋并在年級展示; 總結交流制作心得。

4.生活實踐型。數學源于生活,應用于生活,數學中的每一個問題模型均來源于實際生活。STEAM 教育以數學為基礎,注重學科融合。STEAM理念下的小學數學作業設計須將數學知識與學生的生活結合在一起,通過工程、技術、科學、藝術等所建立的數學模型解決實際問題,增強數學作業的實踐性、真實性。

作業設計案例4:

(1) 作業題目: 栽蒜苗。

(2) 教材內容: 四年級下冊第八單元《統計》。

(3) 作業類型: 生活實踐型。

(4) STEAM 理念涉及學科: 科學、 技術、數學。

(5) 作業目標: 通過栽蒜苗, 記錄蒜苗每天成長的高度, 培養學生收集、 整理數據的能力; 將實驗數據制成合適的統計圖并分析數據, 培養學生的數據意識。

(6) 作業要求: 準備大蒜、 容器、 水, 栽蒜苗; 每天為蒜苗拍照并記錄高度, 記錄14 天; 根據記錄的數據, 分別制成條形統計圖和折線統計圖;思考并回答通過栽蒜苗和制作統計圖, 自己知道了什么。

(7) 作業評價: 學生小組內交流栽蒜苗心得,通過統計圖分析蒜苗生長情況; 教師根據學生統計圖制作的情況, 組織學生進行組內評價和全班交流;小組評選優秀作品, 進行全班展示。

5.制作創造型。數學家弗賴登塔爾曾指出,學習數學唯一正確的方法是實行再創造,而教師的任務就是引導和幫助學生進行這種再創造。制作創造型的數學作業設計有助于培養學生獨立設計、動手操作的能力,也有助于培養學生發現美、欣賞美、創造美的能力。

作業設計案例5:

(1) 作業題目: 我眼中的100。

(2) 教材內容: 一年級下冊第三單元《生活中的大數》。

(3) 作業類型: 制作創造型。

(4) STEAM 理念涉及學科: 技術、 工程、 藝術、 數學。

(5) 作業目標: 通過數100 的活動, 鍛煉學生數數能力, 直觀感受100, 培養數感; 通過創意拼擺圖形, 培養學生的創造力和動手操作能力。

(6) 作業要求: 布置作業之前, 由老師對活動進行初步的講解和要求解讀; 選定事物進行數數,例如數豆子、 花生、 大米、 珠子等, 數數時可以2個2 個數、 5 個5 個數、 10 個10 個數等, 數出100個; 充分發揮自己的想象能力利用100 個物品進行創意拼搭或拼圖, 呈現出關于100 的作品, 比如用100 粒豆子拼成一幅風景畫。 創作過程中可能需要剪、 貼、 拼、 搭等操作, 家長可以輔助孩子完成。

(7) 作業評價: 以班級為單位展示學生的作品, 各班學生輪流參觀, 其間老師進行相應的指導和說明。 回班后學生進行交流。

上述五種類型作業都是結合STEAM 教育理念設計出來的,旨在將學生所學知識和科學、美術等學科進行整合,通過技術、工程等策略幫助使學生在實踐操作中鞏固知識,構建知識體系,落實學生數學核心素養的培養。

(三)作業的多元評價

《義務教育數學課程標準(2022 年版)》 建議采用多元的評價主體和多樣的評價方式,鼓勵學生自我監控學習的過程和結果。小學數學作業可以根據作業內容、類型等特點,采取互動性、過程性、發展性評價相結合的多元評價方式。

1.互動性評價。互動性評價主要包括教師評價、學生自評、學生互評等多個方面。在對數學作業進行評價時,教師可以對學生的作業情況進行評定,評定結果可以按ABCD 分為不同等級,也可以對作業進行評語式評價。同時,學生也可以參與作業的評價過程,如采取自我評價或組內互評。其中組內互評可以采取投票的方式,選出組內最優秀的作業。

2.過程性評價。學生的學習過程比學習結果更為重要。學生完成作業的過程能夠反映其掌握知識的程度、理解的水平,也能反映出學生的學習態度和認真程度。關注學生完成作業的過程有助于教師客觀把握學生的整體學習水平、了解學生運用知識的狀況。因此,教師要注重評價學生做作業的整個過程,根據學生完成作業的情況及時調整教學策略,優化教學設計。

3.發展性評價。數學作業評價不能只是為了評價而評價,要在評價中尋找優秀作業案例,表揚思維嚴謹、有創新的作業案例;要在評價過程中發現學生中普遍存在的問題,及時提出糾正意見。應該看到,STEAM 理念下設計的小學數學作業,其內容主要以學科整合為主,其形式主要以動手操作為主,設計出來的作業大多沒有標準答案。因此在評價學生作業時,教師應以真誠、贊賞的眼光尋找學生作業中的優點和閃光點,重視增強學生學習數學的信心,提高學生學習數學的興趣。

四、STEAM 教育理念下的小學數學作業實施

(一)布置作業之前,講清作業要求

基于STEAM 理念設計的小學數學作業是一種新型的作業模式,對于很多小學生來說比較陌生。所以在布置作業之前,教師須向學生詳細講清作業要求,確保學生明白作業內容。為保證作業的質量,也可將作業要求告知家長,給予學生適當的幫助。例如在學完“認識立體圖形” 一課后,可以布置制作創作型作業“立體圖形創意拼”。教師先對學生講清作業要求: 首先,在家中找一找哪些物品是長方體、正方體、球或圓柱,找到的越多越好;其次,根據這些物品,設計并拼成一個你喜歡的形狀,如設計一條船、一輛汽車、一架飛機、一個蛋糕等;再次,利用手中的立體圖形,通過拼一拼、練一練、粘一粘等方法,完成作品;最后,為作品加以裝飾。作業布置完畢,教師可將作業要求通過網絡發給家長。當學生在完成作業過程中遇到問題時,家長可查看作業要求給予相應的指導。

(二)結合教學內容,科學布置作業

STEAM 教育理念強調科學、技術、工程、藝術與數學的整合。依據這種理念設計作業就應該根據課程標準的要求、小學數學知識的性質與特點,科學、合理地布置有價值的數學作業。

(三)加強作業評價與反饋

基于STEAM 教育理念所設計的小學數學作業,其完成結果中通常會呈現一份作品。因此,針對這種作業應采取學生自評、小組互評、教師講評相結合的評價方式,通過組內、全班匯報與交流,選出優秀作品,并給予適當的獎勵。例如,在“立體圖形創意” 作業完成后,教師可要求學生把拼搭好的作品帶到學校,學習小組之間相互欣賞、觀察,交流有哪些立體圖形、都用在圖形的哪個部分等。然后由各個小組推選出最有創意的作品,在班級或年級平臺上進行展示。

五、STEAM 教育理念下小學數學作業設計的若干建議

目前一些發達國家對STEAM 教育的實踐研究已較為成熟,而我國在STEAM 教育實踐研究方面還存在著一些不足。因此,在新課程改革背景下,實現STEAM 理念下小學數學作業的本土化開發,還應關注以下幾個方面。

(一)作業設計關注學科整合,增強綜合性

STEAM 教育強調學科之間有系統、有方法的融合。教師可以依據數學教材,結合科學、技術、工程、美術甚至是語文、歷史、地理等學科知識,巧用教材中富有創造性的元素進行學科整合,設計綜合性較強的數學作業,為學生提供更多的獨立思考和自主探究空間,吸引學生全身心地投入,培養學生的數學思維能力,豐富學生的數學情感,促進學生全面而有個性的發展。

(二)作業設計關注日常生活,體現生活化

《義務教育數學課程標準(2022 年版)》 中強調要培養學生學會用發展的眼光發現生活中的數學問題,學會主動運用已有的知識去解決問題。堅持STEAM 教育理念,也應注重數學作業設計實現真探究。教師應更多地設計與日常生活聯系密切的數學作業內容,使學生在完成作業的過程中體會數學在生活中的價值,提高學生應用所學知識的能力、解決實際生活問題的能力。

(三)作業設計關注學生差異,重視層次性

小學數學作業的設計應從學生的實際情況出發,針對學生的個體差異設計不同層次的作業。例如,相同內容的作業可以設計為自主創作類、參考模仿類,由學生自主選擇。通過這種方式,既可關注學生的個體差異,也能賦予學生自主選擇的權利。

(四)作業評價關注評價功能,加強評價多元化

《義務教育數學課程標準(2022 年版)》 要求教學評價目標多元化,評價內容多維度和評價方法多樣化。在基于STEAM 理念設計的小學數學作業中,操作類型作業居多,書面解題作業較少,作業評價不能簡單地以對、錯為評價標準。作業評價須注重過程,評價方式應以鼓勵為主。評價的主體也應多元化,學生可以先對自己的作業進行自評,然后由同學之間進行互評,最后再由教師加以總結和評價。通過多元化的評價,讓學生在自評中更全面地了解自己對數學知識的掌握程度;在互評中以欣賞、學習的眼光看待同學的作品,吸取他人長處;在教師的評價中明確努力的方向,提高數學學習能力。

總之,在“雙減” 背景下,教師可結合STEAM教育理念,依據融合性、趣味性、開放性、生活性、實踐性等原則,嘗試設計預習準備型、知識鞏固型、拓展延伸型、生活實踐型、制作創造型等類型的小學數學作業。在作業實施過程中,教師可關注學科間的整合,體現作業的生活化。關注評價的積極功能,增強作業評價的多元化。筆者相信,隨著STEAM 理念下小學數學作業設計與實施研究的不斷深入,我們在促進學生鞏固知識、增強學習數學的興趣和信心、提高應用意識和創新意識、培養數學核心素養等方面將會獲得更大的成功。