基于STEM教育理念，以問題為導(dǎo)向，創(chuàng)新綜合與實踐教學

［摘 要］STEM教育是集科學、技術(shù)、工程和數(shù)學于一體的學科跨界、知識整合、培養(yǎng)綜合能力的一種教育形式?；赟TEM教育理念，以問題為導(dǎo)向，創(chuàng)新綜合與實踐教學，旨在培養(yǎng)學生的綜合應(yīng)用能力和多學科交叉融合能力。綜合與實踐教學中，教師要基于STEM教育理念，堅持以問題為導(dǎo)向，通過多元化的形式引入問題，以加快學生認知遷移的過程，讓學生學得更有趣、更有效。學生只有對問題產(chǎn)生興趣，才會善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。

［關(guān)鍵詞］STEM教育理念；問題導(dǎo)向；綜合與實踐；創(chuàng)新

［中圖分類號］ G623.5 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-9068（2024）03-0048-03

2009年，美國國家科學委員會提出強化STEM教育理念，意在培養(yǎng)學生多學科交叉融合的能力。STEM教育理念以尋找解決問題的方法為任務(wù)，讓學生發(fā)現(xiàn)并找出與解決問題相關(guān)的學科知識和技術(shù)方法，從而提升學生創(chuàng)造性解決問題的能力。

蘇教版數(shù)學教材共編排了25個綜合與實踐活動，這是融實踐性、探索性和研究性為一體的全新課程。它改變了以往以知識講授與理解記憶為主的教學模式，提倡讓學生通過理解、探究，能熟練運用數(shù)學來解決某個特定問題，以獲取數(shù)學知識與學習體驗。在綜合與實踐教學中，無論是數(shù)學知識的綜合，還是數(shù)學方法的實踐，都與STEM教育理念相近相通。教師要基于STEM教育理念，堅持以問題為導(dǎo)向，創(chuàng)新教學策略與方法，引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，以有效增強綜合與實踐課程教學效果。

一、多元化導(dǎo)入問題，使學習狀態(tài)變被動為主動

“教無定法，貴在得法?！睙o論是傳統(tǒng)的教學方法，還是運用多媒體技術(shù)進行教學，都要先讓學生對這門學科產(chǎn)生興趣。部分STEM教育案例顯示，將數(shù)學教學游戲化，把問題解決的方法融入游戲中，能使學生更加樂學、好學數(shù)學。就綜合與實踐課程而言，特別是在一些課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，基于STEM教育理念，采取聽故事、猜謎語、做游戲等多元化手段提出問題，不僅能讓學生帶著疑問去探究解決問題的方法，更能激發(fā)學生主動參與學習的熱情，獲得好的教學效果。

如在綜合與實踐的創(chuàng)新拓展課“A4紙的秘密”的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師先不講述A4紙的由來，而是播放麻省理工學院折紙實驗的一段視頻，并提出動手操作的要求：“理論上折疊A4紙到30次就可以超過珠穆朗瑪峰的高度，折疊42次可以到達月球，折疊103次可以突破宇宙邊界，但實際上呢？3000米長的抽紙，麻省理工學院學生只能折疊13次。我們今天也來做個實驗，每人折疊一張A4紙，看看能折幾次?！辈还軐W生怎么努力，實驗結(jié)果表明，只能折疊5～6次。接著，教師播放國內(nèi)的A4紙折疊實驗：“一張A4紙最多只能折疊7次，且需要大約相當于100公斤的力量才能完成。”此時，學生的興趣已被激發(fā)，教師再回歸到課堂教學，講述折疊原理和A4紙的由來。最后，教師總結(jié)A4紙的特點，并拓展講解白銀的比例：“白銀比例的原理為工廠的生產(chǎn)帶來了方便，也節(jié)約了資源……”“原來A4紙的學問這么大！”學生不禁發(fā)出感嘆，體會到數(shù)學無處不在。

無論是STEM教育理念，還是后期加入A元素的STEAM教育理念，提升解決問題能力的第一步就是要讓學生對問題產(chǎn)生興趣。這節(jié)創(chuàng)新拓展課看似虛功較多，甚至前期導(dǎo)入比重遠大于知識點的教學，但綜合運用、動手操作等多種手段，將天文、物理等學科知識服務(wù)于數(shù)學教學，使白銀比例這樣的抽象理論教學水到渠成。虛功實做，學生經(jīng)歷了認識、思考、操作、探究、應(yīng)用等過程，會真正對數(shù)學學習產(chǎn)生興趣。只有對數(shù)學產(chǎn)生興趣，學生才會覺得數(shù)學學習不是枯燥無味，而是很有意思，數(shù)學好玩。

二、備課本更要備學生，使學習方法從認知走向遷移

教育心理學研究認為，STEM教育理念強調(diào)問題的解決，這實際上是一個從經(jīng)驗獲得到知識遷移的過程。從綜合與實踐活動教學的設(shè)計思路來看，經(jīng)驗獲得與知識遷移的特質(zhì)表現(xiàn)得更加明顯。STEM教育理念致力培養(yǎng)學生綜合掌握科學、技術(shù)、工程、數(shù)學這四門學科的知識和技能。在拓展學生認知范圍的同時，STEM教育理念要求教師通過學科之間的關(guān)系，引導(dǎo)學生靈活進行知識遷移，以提高學生解決實際問題的能力。基于STEM教育理念，教師在開展綜合與實踐活動教學時應(yīng)以生為本，既要備課本，更要備學生，這樣才能使學生的學習方法由認知走向遷移。

如教學“大數(shù)的認識”“用計算器計算”的內(nèi)容后，很多教師會按部就班地開展“一億有多大”的綜合與實踐活動教學?！耙粌|”這個數(shù)太大了，學生很難結(jié)合已有的知識經(jīng)驗來獲得直觀感受。因此，教師備課時不僅要考慮設(shè)計不同的探究活動，讓學生從不同角度感受一億的大小，還要基于學生已有的知識經(jīng)驗，考慮學生是否能夠熟練運用估算、測量、統(tǒng)計和分析等知識解決問題。這樣旨在讓學生通過小組合作探究，經(jīng)歷猜想、實驗、推理和對照的過程，利用可想象的素材充分感受一億這個數(shù)有多大。通過對具體數(shù)量的感知和體驗，學生進一步理解數(shù)的意義并建立數(shù)感，獲得從認知到遷移成功的體驗。開展這個綜合與實踐活動教學，教師可以就地取材，利用數(shù)作業(yè)本的方式，選擇兩個學生上臺做實驗：一個人數(shù)作業(yè)本，數(shù)50本；另一個人計時。實驗結(jié)果顯示，數(shù)50本作業(yè)本大約需要45秒。以此類推，數(shù)100本作業(yè)本大約需要多少秒？由此，學生推算出數(shù)一億本作業(yè)本大約需要3年的時間。如果每天按8小時的工作時長來算，要用10年左右的時間才能數(shù)完一億本作業(yè)本。在學生獲得估計、實驗、推算的成功經(jīng)驗后，教師可以出示一些主題，讓學生小組自選主題合作探究。這樣，學生在具體的情境中體驗一億的大小，感受到數(shù)學與生活之間的密切聯(lián)系，獲得解決問題的策略和方法。

三、設(shè)計解決問題模型，使學習過程從模仿走向創(chuàng)新

STEM教育理念認為，“工程問題”能夠教會學生用邏輯的方式思考和解決問題；將“工程問題”引入STEM教育的目的是致力于學生思維習慣的培養(yǎng)。如利用工程設(shè)計原理，通過解決問題模型設(shè)計法把問題解決的過程分為理解、分析、規(guī)劃、執(zhí)行與評價五個模塊，為學生解決問題提供具體的策略參考和支架支持。雖然這一理念與方法存在格式化、套路化等諸多不足，但學生通過過程的模塊模仿問題解決步驟，解決其他同類問題時思路也會更加直觀、清晰?；诖?，教師也可以先行設(shè)計解決問題模型，讓學生在模仿中熟練掌握解決問題的方法，形成問題解決的邏輯思維；再立足教學的具體情景，引導(dǎo)學生進行自我提問與原因分析。學生在經(jīng)歷從簡單模仿到改良創(chuàng)新的這個過程后，問題解決思路逐漸清晰，能夠正確解決問題。

如在探究數(shù)學規(guī)律時，教師可開展“撕紙游戲”的綜合與實踐活動教學，先講述游戲規(guī)則，再讓學生進行猜想：“一張紙，先撕成4片，從中取出1片再撕成4片，接著從中取出1片撕成4片。如此循環(huán)下去，撕100次后停止，一共有多少片紙？”問題提出后，學生躍躍欲試。教師趁勢利用學生動手撕紙的興趣，讓他們自己動手看看到底會怎么樣，能不能找到答案。顯然，靠數(shù)碎紙片的方法是解決不了問題的，因為撕到10次左右的時候，學生已經(jīng)數(shù)亂了，有的直接給出“4×100=400（片）”的答案。“這個答案對嗎？”通過提出問題，促使學生深入思考、探究。教師可適時提示解決問題的方法，如制訂方案、操作執(zhí)行、推理驗證、得出結(jié)論等。

師：首先，我們要分析一下問題。手動將一張紙撕100次，不僅難度大，而且煩瑣費時。（出示表1）我們可以從撕的過程中找出規(guī)律，這樣才能快速找出答案。其次，我們要制訂一個方案，即三人為一組合作探究，一人撕紙，一人整理，一人統(tǒng)計。最后，大家有序配合，才能更好地解決問題?，F(xiàn)在請兩位同學上臺來配合老師操作。

（第4次撕紙的時候，學生已經(jīng)得出答案：不是撕1次增加4片，而是只增加3片；總結(jié)出規(guī)律后，通過第5次撕紙進行驗證，最后推理得出撕100次紙會得到301片紙，而不是400片）

師：我們改變一下游戲規(guī)則，第一小組、第二小組分別將一張紙每次撕成5片，第三小組、第四小組分別將一張紙每次撕成6片，看看撕100次后有多少片紙片。

學生操作后發(fā)現(xiàn)規(guī)律，有的津津樂道：“老師，我們撕紙時不一定要撕一樣的大小，可以從中撕一小塊下來，這樣方便下次撕。”也有的學生自信滿滿地說：“按照這樣的規(guī)律，撕100次就是（100×片數(shù)+1）片?！痹趯W生有了解決問題的經(jīng)驗和方法后，教師開展一些找規(guī)律的小游戲。如：“花展中按照紅、黃、綠的順序擺放花盆，擺到第100盆時是什么顏色的花？”“觀察1÷7=0.142857142857……，你知道小數(shù)部分的第100位上是多少嗎？”從問題分析到方案制訂、從執(zhí)行操作到推理驗證，學生掌握這樣的問題解決方法后腦洞大開，使用各種替代物品，制訂各式各樣的統(tǒng)計圖表，最后通過驗證得出正確的結(jié)論。

書圣王羲之行楷字帖是現(xiàn)在學習書法的主要臨摹參照，實際上，王羲之年幼學習書法時也是從臨摹開始的。因此，在讓學生參照模仿的過程中，教師一定要抓住契機，哪怕是學生一點小小的改變，都可以去放大，肯定學生的創(chuàng)新。就如蹣跚學步的孩子，只要他邁出了第一步，下一步就不難了。在綜合與實踐教學中，教師要充分調(diào)動學生參與活動的積極性，利用解決問題模型，為學生創(chuàng)造更多的機會去探索、去尋找、去創(chuàng)造，以有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

四、融入多元化生活元素，使學習意識從自信走向自覺

數(shù)學源于生活，用于生活，高于生活。STEM教育理念認為，數(shù)學（M）被廣泛運用于科學（S）、技術(shù)（T）和工程（E）中，是解決問題的工具。對小學階段的數(shù)學教學來說，如果單純地把數(shù)學當作凌駕于生活之上的工具學科來教學的話，學生會因為抽象化能力不強、邏輯推理不夠縝密，而自信心受挫，產(chǎn)生學習心理障礙。因此，近年來，美國在推廣STEM教育理念的基礎(chǔ)上，又加入了藝術(shù)（Arts）元素，將理念拓展成STEAM教育，更加注重學習與現(xiàn)實世界的聯(lián)系，更加注重學習過程的遷移，讓STEM教育理念更加全面?；赟TEAM教育理念，在綜合與實踐教學中，教師應(yīng)當融入更加多樣化的生活元素，選擇與實際生活緊密相連的問題作為教學任務(wù)，讓學生通過解決生活中的實際問題來提高自信心，形成主動解決問題的意識，獲得學習的成功感。

例如，綜合與實踐的創(chuàng)新拓展課“農(nóng)歷”的教學，如果直接引入農(nóng)歷的計時方法以及閏月的概念，學生不容易理解和掌握，但如果結(jié)合春節(jié)、端午節(jié)、中秋節(jié)等節(jié)日來展開話題，學生容易產(chǎn)生學習的興趣。教師也可以通過提問學生“你的生日是哪一天”“你一年過幾次生日”“為什么有的同學一年會過3次生日”等，適時引入陽歷、陰歷、農(nóng)歷的概念，使學生對歷法基本概念的認識水到渠成。又如，教學綜合與實踐的創(chuàng)新拓展課“十二生肖與時間”時，教師先列出十二生肖圖表，說出自己的屬相，再讓學生介紹自己的屬相，并準確地說出學生的出生年份。接著，教師提出問題：“老師是哪一年出生的？”學生通過十二生肖表與年份的關(guān)系，推算出教師的出生年份。

對一些開放性的教學內(nèi)容，教師也可以適當放手，讓學生利用課余時間自己去想辦法探究。如教學綜合與實踐活動“大樹有多高”時，教師可以布置讓學生在陽光下觀察自己影子的作業(yè)，并測量不同物體影子的長度，自行推算出大樹的高度。通過對不同時間、不同地點、不同物體的影子測量，學生很快發(fā)現(xiàn)物體的高度與影長成正比，不僅推算出大樹的高度，還能推算出旗桿、教學樓的高度。在自覺綜合運用已有知識經(jīng)驗解決現(xiàn)實生活問題的過程中，學生獲得的成就感更強，數(shù)學學習的價值體現(xiàn)得更大。

《十萬個為什么》是20世紀60年代初我國編輯出版的一套青少年科普讀物，一直流行至今。在生活中，孩子喜歡問為什么，大家都會夸贊他愛學習，因為他想知道為什么，就必須要了解這個問題是什么、思考怎么辦才能解決這個問題。小學數(shù)學問題解決教學，就是要教師通過一定的教學方法，培養(yǎng)學生嘗試從日常生活中提出簡單的數(shù)學問題，并能運用知識加以解決問題的能力。綜合與實踐既是重實踐、重過程的活動，也是促進學生能力提升、人格成長的有效手段。學生成功解決生活中的數(shù)學問題后往往會更加自信，自然而然地會主動嘗試利用已有的知識經(jīng)驗解決其他問題，從而獲得更多的成功體驗。

總之，堅持以問題導(dǎo)向，基于STEM教育理念開展小學數(shù)學綜合與實踐教學，關(guān)鍵要通過問題層層推進，引導(dǎo)學生參與、思考、交流與合作，找出解決問題的方法，并在解決問題的過程中應(yīng)用知識、收獲知識，逐步培養(yǎng)學生的綜合能力，促進學生綜合素養(yǎng)的發(fā)展，為學生獲得未來生存與發(fā)展所需的能力打下堅實的基礎(chǔ)。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育數(shù)學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2] 李剛，呂立杰.從STEM教育走向STEAM教育：藝術(shù)（Ats）的角色分析[J].中國電化教育，2018（9）：31-39，47.

[3] 趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學生創(chuàng)新能力：訪美國STEAM教育知名學者格雷特·亞克門教授[J].開放教育研究，2016，22（5）：4-10.

[4] 董澤華，卓澤林.基于項目學習的STEM整合課程內(nèi)涵與實施路徑研究[J].中國電化教育，2019（8）：76-81，90.

（責編 杜 華）