探究STEM教育理念在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐運(yùn)用

【摘要】STEM教育理念順應(yīng)了數(shù)學(xué)學(xué)科發(fā)展性、綜合性的特點(diǎn)，能夠?yàn)榭鐚W(xué)科教學(xué)指明道路及方向.教師需要有機(jī)整合多個(gè)教學(xué)要素，科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)方案，將STEM教育理念貫穿于高中數(shù)學(xué)教學(xué)的始終，全面提升學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)意識(shí)，讓學(xué)生主動(dòng)跳出單一學(xué)科的限制，實(shí)現(xiàn)多元知識(shí)的有效整合和靈活遷移.本文從STEM教育理念的基本內(nèi)涵著手，深入分析在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中運(yùn)用這一教學(xué)理念的意義以及具體對(duì)策，以期為縱向推進(jìn)高中數(shù)學(xué)教學(xué)改革提供理論借鑒.

【關(guān)鍵詞】STEM教育理念；高中數(shù)學(xué)；課堂教學(xué)

1 引言

在以STEM教育理念為先導(dǎo)精心設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，教師需要重新審視自身的多元角色，突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，通過(guò)跨學(xué)科教學(xué)以及多元知識(shí)的有效整合強(qiáng)化學(xué)生的知識(shí)印象，為學(xué)生創(chuàng)造合作探究、獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，全面挖掘?qū)W生潛能，開(kāi)啟學(xué)生的智慧大門(mén)，確保學(xué)生能夠保質(zhì)保量地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，自覺(jué)配合教師，逐步掌握適合自己的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)技巧.

2 STEM教育理念

STEM教育理念是一種典型的跨學(xué)科教育理念，以科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)的融合式教學(xué)為主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)學(xué)科知識(shí)的完美融合及無(wú)縫銜接.這一教育理念具有體驗(yàn)性、趣味性、跨學(xué)科性、協(xié)作性、情境性及設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)多學(xué)科知識(shí)的有效連接來(lái)解決核心問(wèn)題.在基于STEM教育理念設(shè)計(jì)教學(xué)方案時(shí)，教師需要精心選擇教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用多元知識(shí)，在合作探究中協(xié)同解決核心問(wèn)題.與此同時(shí)，教師還應(yīng)將工科思維融入教學(xué)設(shè)計(jì)，靈活滲透與工程學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，讓學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)中做、做中學(xué).對(duì)于高中數(shù)學(xué)教學(xué)來(lái)說(shuō)，STEM教育理念的滲透及踐行非常有必要.教師需要精心篩選適合STEM的內(nèi)容，依托教材查找模型制作、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)以及工程等素材，圍繞數(shù)學(xué)整合其他學(xué)科的知識(shí)，全面強(qiáng)化學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解及認(rèn)知，提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)[1].

3 STEM教育理念在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐運(yùn)用意義

3.1 有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

STEM教育理念主張跨學(xué)科教學(xué)，要求教師打破傳統(tǒng)，顛覆常規(guī)，通過(guò)多學(xué)科知識(shí)的有效整合開(kāi)闊學(xué)生視野，讓學(xué)生能夠深入領(lǐng)悟數(shù)學(xué)知識(shí)的本質(zhì)及原貌，進(jìn)而靈活利用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題，保持高漲的學(xué)習(xí)熱情.在跨學(xué)科學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生能夠接觸豐富的學(xué)習(xí)資源，課堂參與度比較高，能夠迅速被數(shù)學(xué)學(xué)科所吸引，保持較強(qiáng)的求知欲及好奇心，在學(xué)習(xí)興趣的驅(qū)動(dòng)下認(rèn)真探索新知并遷移多學(xué)科知識(shí).

3.2 有助于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)

新課改反復(fù)強(qiáng)調(diào)了核心素養(yǎng)培養(yǎng)的必要性，要求教師以此為導(dǎo)向精心組織課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)，全面提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，讓學(xué)生能夠成長(zhǎng)為創(chuàng)新型人才.STEM教育理念符合新課改提出的教學(xué)要求，以融合多門(mén)學(xué)科知識(shí)為核心，教師會(huì)從多個(gè)渠道整合優(yōu)質(zhì)的教育資源，從學(xué)生的生活實(shí)際中取材，精心創(chuàng)設(shè)生活情境，喚醒學(xué)生已有的認(rèn)知，鼓勵(lì)學(xué)生調(diào)用已有的生活經(jīng)驗(yàn)自主分析及靈活利用數(shù)學(xué)知識(shí)，逐步形成良好的綜合素養(yǎng).在教師的循循善誘下，學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)得到了鍛煉，對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)更加上心.

3.3 有助于發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力

數(shù)學(xué)知識(shí)的涵蓋面較廣，囊括了多個(gè)學(xué)科的知識(shí)及內(nèi)容，在融入STEM教育理念后，學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的認(rèn)知更加全面，能夠領(lǐng)悟數(shù)學(xué)知識(shí)的真諦，不再局限于思維淺層.教師也會(huì)主動(dòng)為學(xué)生搭建多學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)橋梁，全面調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，讓學(xué)生按照自己的想法自主探索、大膽遷移、深入思考，利用多元知識(shí)解決核心問(wèn)題.學(xué)生自主探究的機(jī)會(huì)越來(lái)越多，能夠逐步形成良好的創(chuàng)新能力和主人翁意識(shí)，學(xué)會(huì)對(duì)自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé).

4 STEM教育理念在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐運(yùn)用對(duì)策

4.1 引入信息技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力

在基于STEM教育理念組織開(kāi)展數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，數(shù)學(xué)教師需要將學(xué)科教學(xué)與信息技術(shù)融為一體，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)，為學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的形成鋪路[2].高中數(shù)學(xué)的邏輯性較強(qiáng)，學(xué)科知識(shí)抽象難懂，在引入新技術(shù)后，學(xué)科學(xué)習(xí)難度有所降低，學(xué)生也能夠產(chǎn)生耳目一新的感覺(jué)，學(xué)會(huì)站在不同的視角自主遷移其他學(xué)科的知識(shí)，深層次思考及研究數(shù)學(xué)問(wèn)題，保持良好的學(xué)習(xí)能動(dòng)性及活躍的數(shù)學(xué)思維[3].

例如 在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“空間幾何體的直觀(guān)圖和三視圖”時(shí)，教師可以從斜二側(cè)畫(huà)法著手，圍繞這一知識(shí)重難點(diǎn)帶領(lǐng)學(xué)生探索新知.在正式授課前，教師可以制作圓柱體的幾何模型并在課堂中展示實(shí)物，刺激學(xué)生的視覺(jué)，讓學(xué)生在眼看手摸中深入思考和分析這一幾何模型所對(duì)應(yīng)的物體的直觀(guān)圖.有的學(xué)生感覺(jué)無(wú)從下手，教師可以先讓學(xué)生與前后桌討論，然后利用信息化工具講解斜二測(cè)畫(huà)法的操作要點(diǎn)以及應(yīng)用流程，輔助虛擬化模擬方式，直觀(guān)呈現(xiàn)幾何模型的直觀(guān)圖以及三視圖的繪制過(guò)程，彌補(bǔ)學(xué)生在空間想象力上的不足，讓學(xué)生能夠在頭腦中有完整的印象[4].在確保學(xué)生順利進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)后，教師則可以將課堂歸還給學(xué)生，讓學(xué)生自行操作、大膽嘗試，逐步活躍課堂氣氛，提升整體的課堂教學(xué)質(zhì)量.

在STEM教育理念的指導(dǎo)下，數(shù)學(xué)教學(xué)與信息技術(shù)的融合度越來(lái)越深，學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)之間的理解也更加透徹，能夠?qū)崿F(xiàn)感性認(rèn)識(shí)向理性認(rèn)知的順利過(guò)渡，思維層次越來(lái)越高.學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較為扎實(shí)的學(xué)生還會(huì)嘗試?yán)脛?chuàng)造性的思維模式自主探索，積累豐富的經(jīng)驗(yàn)方法，在整合多學(xué)科知識(shí)的過(guò)程中找出最佳的解決對(duì)策，形成良好的探索思維和綜合實(shí)踐能力.

4.2 加強(qiáng)學(xué)科整合，打造高效數(shù)學(xué)課堂

學(xué)科整合是STEM教育理念的靈魂，教師需要打破學(xué)科之間的壁壘，精心組織開(kāi)展跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)，拉近學(xué)科知識(shí)的距離，逐步完善學(xué)生的思維框架，更新學(xué)生的知識(shí)庫(kù)，讓學(xué)生能夠深入分析不同學(xué)科知識(shí)的邏輯聯(lián)系以及融合之處，形成良好的邏輯思維能力[5].

首先，教師可以將數(shù)學(xué)與物理與知識(shí)相結(jié)合，讓學(xué)生自主遷移多學(xué)科知識(shí)，深入分析數(shù)量關(guān)系.STEM教育理念要求教師突破教學(xué)界限，高度重視學(xué)科融合，實(shí)現(xiàn)協(xié)同育人.在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師則可以嘗試多種學(xué)科融合模式，全面培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，提升學(xué)生的綜合能力，通過(guò)數(shù)學(xué)與其他學(xué)科知識(shí)的巧妙聯(lián)系來(lái)完善數(shù)學(xué)教學(xué)框架.在此基礎(chǔ)上，教師還可以有意識(shí)、有目的地將其他學(xué)科的知識(shí)引入數(shù)學(xué)，提升綜合教育合力，實(shí)現(xiàn)終極育人目標(biāo).

例如 在帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)“平面向量”時(shí)，教師可以結(jié)合這一板塊知識(shí)與物理學(xué)科知識(shí)之間的相似之處引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)習(xí)的物理知識(shí)分析數(shù)學(xué)問(wèn)題.物理中的矢量和數(shù)學(xué)中的向量非常相近，在某種程度上兩者基本相同，數(shù)學(xué)教師可以將兩個(gè)學(xué)科的知識(shí)相整合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)向量?jī)?nèi)涵的理解，讓學(xué)生能夠構(gòu)建完善系統(tǒng)的學(xué)習(xí)框架，深入理解向量并形成知識(shí)體系.教師可以布置與物理知識(shí)相關(guān)的向量問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生以矢量公式為基礎(chǔ)，自主推導(dǎo)和分析向量的運(yùn)算公式.如果學(xué)生存在思維短板，感覺(jué)無(wú)從下手，教師就可以繪制思維導(dǎo)圖，結(jié)合物理及數(shù)學(xué)概念的相同點(diǎn)及不同之處理性對(duì)比和綜合研究向量與矢量，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，讓學(xué)生能夠輕松上陣，實(shí)現(xiàn)高效吸收.在實(shí)際教學(xué)中，物理與數(shù)學(xué)的融合頻率較高，教學(xué)效果也非?？捎^(guān).教師只需要打破學(xué)科邊界，鼓勵(lì)學(xué)生站在物理的視角分析數(shù)學(xué)知識(shí)，嘗試通過(guò)物理方法解決數(shù)學(xué)問(wèn)題并推導(dǎo)數(shù)學(xué)公式，逐步形成良好的跨學(xué)科學(xué)習(xí)意識(shí).

其次，教師可以將數(shù)學(xué)與化學(xué)學(xué)科相融合，通過(guò)簡(jiǎn)單的排列組合拉近學(xué)生與數(shù)學(xué)知識(shí)之間的距離，讓學(xué)生能夠感受到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣及奧秘.比如在化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)化學(xué)方程式配平與計(jì)算，自主計(jì)算物質(zhì)的量的濃度，理性分析多個(gè)化學(xué)參數(shù)并運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí).教師則可以結(jié)合化學(xué)和數(shù)學(xué)這兩個(gè)學(xué)科知識(shí)的融合之處開(kāi)展跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)，鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生能夠經(jīng)歷學(xué)科知識(shí)探索的全過(guò)程，形成綜合素養(yǎng).

例如 “教師可以在數(shù)學(xué)課堂中引入化學(xué)方程式配平，講解歸一法，與學(xué)生共同剖析這一方法背后的數(shù)學(xué)原理，讓學(xué)生能夠細(xì)心觀(guān)察具體的配平過(guò)程，抓住方程式中的關(guān)鍵式，嘗試?yán)脭?shù)學(xué)運(yùn)算的方法調(diào)整數(shù)學(xué)計(jì)量數(shù).很多學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)性較足，學(xué)科素養(yǎng)以及運(yùn)算能力也得到鍛煉，能夠逐步形成綜合數(shù)理品質(zhì).因此，在圍繞STEM教育理念創(chuàng)新數(shù)學(xué)教學(xué)模式時(shí)，教師需要注重多門(mén)學(xué)科隱性知識(shí)和顯性知識(shí)的有效融合，彰顯數(shù)學(xué)知識(shí)的本質(zhì)及原貌，保障最佳的數(shù)學(xué)教學(xué)指南和水準(zhǔn).

4.3 組織實(shí)踐活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能

高中數(shù)學(xué)的邏輯性較強(qiáng)，十分考驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐能力及邏輯思維能力.教師需要組織開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，全面挖掘?qū)W生潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，確保STEM教育理念能夠順利落地.首先，教師需要明確教學(xué)主題，提煉教學(xué)重難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)主題與重難點(diǎn)知識(shí)的一一對(duì)應(yīng).為了體現(xiàn)STEM教育理念的驅(qū)動(dòng)作用，教師應(yīng)組織開(kāi)展小組合作教學(xué)活動(dòng)，豐富學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生深度研究主題，嘗試?yán)枚鄬W(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用.

例如 在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“幾何體的平面展開(kāi)圖”時(shí)，很多學(xué)生空間想象力不足，存在諸多的認(rèn)知阻礙.教師則可以開(kāi)展實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)，如提前準(zhǔn)備好若干根繩子，設(shè)置包粽子的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生嘗試用不同的方式捆扎幾何體，分析立體圖形與平面圖形的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)“最短路徑”這一經(jīng)典問(wèn)題有深刻的認(rèn)知和理解.在組織開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，教師需要以學(xué)生深入理解平面展開(kāi)圖為重點(diǎn)，圍繞這一目標(biāo)將科學(xué)、技術(shù)、工程等學(xué)科知識(shí)穿插進(jìn)數(shù)學(xué)教學(xué)中，逐步豐富數(shù)學(xué)活動(dòng)內(nèi)容.

其次，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生深入分析數(shù)據(jù)，提升學(xué)生的認(rèn)知水平.數(shù)學(xué)以研究數(shù)量關(guān)系為主導(dǎo)，揭示了現(xiàn)實(shí)世界的本質(zhì)及原貌，在設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，教師需要高度重視對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，帶領(lǐng)學(xué)生深入分析及研究相關(guān)數(shù)據(jù)，強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)學(xué)思維.與其他學(xué)科相比，數(shù)學(xué)是一門(mén)與學(xué)生生活實(shí)際聯(lián)系較為緊密的學(xué)科，教師應(yīng)貼近學(xué)生的生活實(shí)際，組織開(kāi)展極具生活氣息的數(shù)學(xué)活動(dòng)，強(qiáng)化學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力.

例如 在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“指數(shù)函數(shù)”時(shí)，教師可以引入與儲(chǔ)蓄相關(guān)的生活案例，提供給學(xué)生相關(guān)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生利用指數(shù)函數(shù)分析數(shù)據(jù)并建立函數(shù)模型.最后，教師需要拓展學(xué)生的認(rèn)知空間，重新設(shè)計(jì)教學(xué)方案.STEM教育理念要求教師開(kāi)展跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)同發(fā)展能力以及探究學(xué)習(xí)能力，教師應(yīng)遵循“以生為本”的教育理念，高度重視學(xué)生的課堂參與積極性，將課堂打造成學(xué)生自主探究的平臺(tái)，讓學(xué)生在小組合作、深度思考中積累豐富的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，逐步形成主人翁意識(shí)，自覺(jué)完成數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)觸類(lèi)旁通和舉一反三.

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在STEM教育理念的驅(qū)動(dòng)下，高中數(shù)學(xué)教師需要以開(kāi)放包容的心態(tài)看待多學(xué)科知識(shí)的有效融合，理順教學(xué)思路，將信息技術(shù)引入課堂，全面培養(yǎng)學(xué)生的思維能力；精心組織開(kāi)展跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)，逐步加強(qiáng)學(xué)科整合，打造高效數(shù)學(xué)課堂；結(jié)合數(shù)學(xué)這門(mén)課程的實(shí)踐屬性組織開(kāi)展多學(xué)科實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能.讓學(xué)生能夠放松身心，順利進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)并保持開(kāi)闊的視野、活躍的思維、端正的學(xué)習(xí)態(tài)度，出色完成學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握科學(xué)高效的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)要領(lǐng)，逐步培養(yǎng)良好的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng).

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