基于STEM教育理念的小學數學跨學科整合教學策略

【摘要】在新課程改革浪潮的推動下，運用跨學科知識解決現實問題是我國基礎教育改革的明確目標之一.但就實際情況而言，在小學數學教學中，跨學科整合教學的實施效果不夠好.文章以STEM教育理念為導向，旨在探究小學數學跨學科教學的實施方法，首先分析了小學數學跨學科教學的意義，其次提出了跨學科整合教學原則，最后圍繞項目活動、概念性知識、核心知識網、工程思維、設計創造等方面闡述了小學數學跨學科整合教學的實施方法，以期實現小學數學跨學科的有效整合，推動小學數學教學向更富實踐性、探索性和創新性的方向發展.

【關鍵詞】STEM教育理念；小學；數學；跨學科教學

引 言

STEM教育理念逐漸受到廣泛關注并在實踐中得到深入應用.STEM，即科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四大領域，倡導通過整合各學科知識，培養學生跨學科解決問題的能力、創新思維和實踐操作技能.這和我國《義務教育數學課程標準（2022年版）》的基本理念和需求基本一致.為促進學校教育培養和提升學生解決現實問題所必需的思維能力及實踐能力，在義務教育階段，將STEM教育理念引入小學數學跨學科整合教學中，是新一輪教學改革的趨勢.

一、STEM教育理念下小學數學跨學科教學意義

（一）促進學生核心概念理解

核心概念是學科知識體系的精髓，具有持久的價值和廣泛的遷移性，是學生深入學習和自主探索的基礎支柱，也是驅動學生積極求知和保持學習熱情的關鍵要素.基于STEM教育理念的小學數學跨學科教學，強調從核心概念入手，巧妙地將數學與其他學科的核心知識點相互聯結，通過精心設計的教學活動，實現不同學科知識體系的無縫對接與深度融合，幫助學生準確理解數學的核心概念，增進對數學及其他學科之間內在聯系的認識.

（二）促進學生高階思維發展

在STEM課程設計與實施中，數學與其他學科的跨學科整合特別有利于培育學生在面對問題時的主動探究精神.學生在解決實際問題的過程中，能清晰地認識到所要學習的知識內容、來源以及獲取知識的方法，并在此基礎上學會在與多元信息和文本資源交互的過程中主動建構個人知識體系，實現知識的遷移和應用，用所學的數學原理解決實際生活中的種種難題.此外，通過跨學科的教學實踐活動，如完成涉及數學及STEM其他領域的項目作品，學生不僅鍛煉了靈活使用符號工具進行溝通交流的能力，還在解決問題時表現出創新性思考，洞察不同事物間的相互影響關系，發掘多種問題解決方案，并在實踐中學會自我調控，克服困難，抵御干擾，這無疑極大地促進了學生高階思維能力的發展.

（三）促進學生動手實踐能力發展

在常規教學實踐中，由于應試教育的壓力，教師常常從零散的學科知識點著手，花費大量時間讓學生反復操練基本知識與技能，然后才過渡到知識的應用層面.這種方式雖然強化了學科知識體系的構建，卻在一定程度上忽視了對學生動手操作能力與實踐創新能力的培養.基于STEM教育理念的小學數學跨學科教學，恰恰重視并彌補了這一方面的缺失.在這一教學模式下，學生有機會通過跨學科的綜合實踐活動，將數學知識與其他STEM領域的技能有機結合起來，在制作實物產品或解決問題的過程中，運用并深化理解各類知識，通過實踐操作，最大限度地挖掘自身潛能.

（四）促進學生學習能力提升

布置跨學科任務，能夠有效激發學生對未知領域的好奇心，增強其內在的學習動力；學生在解決跨學科問題的過程中，不斷克服難題，抵抗消極情緒，逐漸磨煉出穩定持久的學習耐力；通過參與挑戰性強的數學跨學科實踐活動，學生能夠在自主設計、獨立解決問題、做出決策或進行調研的過程中，不斷提升自身的能力，形成高效的學習能力.學習動力、學習耐力和學習效能共同助力學生學習能力的提升.

二、基于STEM教育理念的小學數學跨學科整合教學原則

（一）價值引領與科學探究相結合

教師應引導學生在探究數學問題的同時，理解數學與現實世界的關聯，培養他們尊重事實、追求真理的科學態度，以及運用科學方法解決問題的習慣.通過數學跨學科的整合，學生在跨學科的科學探究中領悟數學的實用價值和社會價值.

（二）活動序列化與多學科統整相結合

小學數學跨學科整合教學應依據學生的認知發展規律和學科知識體系，設計一系列循序漸進、環環相扣的教學活動.這些活動應涵蓋多個學科領域，但又以數學為主線，形成有序的活動序列，保證學生在逐步接觸和掌握各學科知識的同時，能夠清晰地看到數學與其他學科之間的內在聯系，實現知識的系統化.

（三）實踐操作與高階思維發展相結合

教學中應強調實踐操作的重要性，鼓勵學生通過動手實踐、模擬實驗、項目設計等方式，親身體驗數學知識的應用場景.在實際操作中，注重培養學生分析問題、解決問題的高階思維能力，包括批判性思維、創新思維、系統思維等，使學生能夠在面對復雜情境時，靈活運用所學知識，發揮創造力，解決實際問題.

三、基于STEM教育理念的小學數學跨學科整合教學策略

（一）以項目活動為載體

項目活動是一種以特定目標為導向的教學方法，其圍繞著一個具有實際意義和挑戰性的主題展開，通常涉及多學科知識的融合和實踐操作技能的應用.在教育場景中，項目活動要求學生積極參與，通過調研、規劃、設計、執行、評估等一系列步驟來解決實際問題或創造某項成果，從而獲得深層次的學習體驗.教師在實施跨學科整合教學時，不僅要關注項目任務本身的內在邏輯和難度設置，還需悉心營造綜合性學習環境，以增進學生對學習內容的理解和掌握.在這樣的項目活動中，數學等學科知識不再孤立存在.學生在面對源自現實生活的實際問題時，不再是單純吸收和記憶基礎理論知識，而是轉變為以解決問題為導向，在特定情境中積極調動既有的學習經驗和各類相關學科知識，形成一個主動構建知識體系的過程.如此一來，學生在參與項目活動的過程中，其創新能力、問題解決技巧、批判性思考及團隊合作交際能力等諸多高級認知能力得到顯著提升，進而推動其思維品質向更高層次躍進.

以人教版小學數學三年級上冊“數學廣角———集合”為例，教師可以“顏色配制中的學問”為主題開展項目活動，以便讓學生在實踐中深化理解排列與組合的基本原理，并體會其在日常生活中的廣泛應用.首先，激發興趣，導入主題.教師課前可以通過“石頭、剪刀、布”的游戲引導學生直觀感受兩兩組合的現象，引發他們對組合問題的興趣.在此基礎上，教師為學生講述生活中色彩搭配的實際例子，如衣服顏色搭配、食物配比等，進而過渡到顏色配制的主題，揭示數學與生活實踐的緊密關系.

其次，設計與實施項目任務.教師要將學生分成多個小組，每個小組需要合作完成任務———利用三種不同顏色的食物汁進行兩兩配制，記錄下所有可能的新顏色組合，并確保每種組合僅出現一次，避免重復和遺漏.然后，引導各小組討論并制訂詳細的實驗計劃，強調實驗過程中要使用等量的食物汁，以及如何系統地進行兩兩配對以找到所有可能的組合.學生實驗過程中，教師巡回指導，提出富有啟發性的問題“怎樣有效組織實驗以發現顏色配制的規律”幫助學生理解實驗的目的和方法，并借此機會講解排列數和組合數的區別及其計算方式.

再次，創造性地表達與展示.在學生完成顏色配制后，教師要引導學生利用自己調配出的新顏色，共同創作一幅有意義的圖畫，以此鍛煉他們的審美意識和創新能力.各小組不僅要展示最終的藝術作品，還要詳盡闡述實驗的設計思路、過程、結論，以及他們在合作中扮演的角色和收獲的經驗，突出數學知識轉化為視覺藝術形式的過程.

最后，進行反思與總結.在展示與分享之后，教師引導學生反思整個實驗過程，從科學實驗的角度出發，概括科學實驗的概念及其重要性，討論科學家是如何通過設計實驗解決問題的.

（二）以概念性知識為統整

概念性知識構成了特定學科領域的基礎知識架構和核心原理，對于該學科的學習和發展起著至關重要的支撐作用.因此，教師在進行跨學科整合教學時，應以概念性知識為核心紐帶，確保學生充分理解和掌握數學概念的本質特性，并能在不同學科交叉的情境中豐富和完善這些概念知識，以達成知識的融會貫通.同時，教師還應注意將事實性知識與概念性知識有機結合，建立兩者間的遞進聯系，確保低階知識能夠支撐高階思維技能的發展，而高階思維訓練又能反哺低階知識的理解和應用，形成良性循環的教育生態.

以人教版小學數學四年級下冊“圖形的運動（二）”為例，本單元主要探討圖形平移、旋轉和軸對稱等基本變換概念.教師可以將這些數學概念與藝術甚至信息技術等學科內容相融合，如通過計算機編程模擬圖形的動態變換，讓學生直觀感受和理解數學概念的同時，也接觸到編程邏輯.此外，教師還可以結合藝術設計中的圖案制作，讓學生在動手實踐中進一步鞏固和拓展對圖形運動概念的理解.

（三）以核心知識網為主體

在基于STEM教育理念的小學數學跨學科整合教學中，除了圍繞概念性知識進行統整之外，教師更要構建一個由核心概念知識、關鍵概念知識至具體知識點逐層遞進、相互關聯的知識網絡.因此，教師應立足于各學科的核心知識，編織出包含不同學科核心概念、關鍵概念及其具體知識點的完整知識架構.

第一，教師可以基于國家課程標準，從頂層逐步向下梳理，尋找各個學科內部嚴謹有序的知識結構，形成既有結構性又有內在聯系的核心知識體系.第二，教師可以從具體的教材內容、知識點以及學生在學習過程中遇到的難點和重點出發，逐步向上尋找和提煉出更具普遍適用性的概念.通過細致分析、整合這些知識點所共有的深層含義，并對照單元目標、教學目標乃至整體課程目標，確保提煉出的概念與課程教學目標相吻合.

（四）以工程思維為切入點

工程思維強調問題解決和創新實踐，要求學生在實際情境中應用數學知識，模擬工程師的思考路徑，從識別問題、分析問題、設計解決方案、實施方案直至評估結果，全過程鍛煉學生的系統性思維、批判性思維及創新能力.因此，教師可以設計一系列與工程實踐相關的數學問題或項目，比如通過搭建模型、設計實驗、解決實際工程問題等，將數學概念和公式融入真實的工程項目，進而讓學生在實踐中深刻理解數學概念的應用價值，培養他們跨學科解決問題的能力，提高學生的動手實踐能力和創新意識，為未來打下堅實基礎.

以人教版小學數學五年級下冊“數學廣角———植樹問題”為例，教師可以設計一系列與植樹相關的實際工程情境，讓學生通過模擬真實世界中的植樹規劃，如公園綠化帶的樹木種植布局、公路兩側植樹間距的確定等，來應用數學概念和公式.在這個過程中，首先，學生需要識別問題，明確植樹情境中的數學問題本質，如“在一段指定長度的路上，每隔多少米栽一棵樹最合適？”；接著，引導學生運用數學方法分析問題，如借助線性規劃、周期性排列等數學原理來解析植樹間距問題；隨后，學生需設計并實施方案，繪制植樹示意圖，模擬計算最佳植樹方案；最后，通過評估結果，檢驗設計方案是否合理有效，能否滿足實際工程的需求.

（五）以設計創造為抓手

設計創造著重引導學生通過設計和創造活動，將數學知識與其他學科的元素緊密結合，從而提升學生的知識應用能力.在教學實踐中，教師可以設計一系列富有挑戰性和創新性的任務，鼓勵學生運用所學的數學原理、方法以及科學、技術、工程等相關知識，解決實際問題或創造出新穎的作品.通過設計創造活動，學生不僅能夠在實踐中加強對數學概念的掌握，更能鍛煉其問題解決、創新思維、團隊協作等跨學科綜合能力.同時，設計創造的過程也賦予了學生更多主動參與和自我探索的機會，有利于激發學生對數學及其他學科的濃厚興趣，促進其全面發展.

以人教版小學數學六年級下冊“比例”為例，教師可以讓學生運用所學的比例知識，結合環保理念，設計一款合理的、節約材料的包裝盒尺寸，要求包裝盒既美觀又節省材料，同時滿足物品安全存放的需求.此外，教師還可以延伸至藝術設計領域，讓學生運用比例美學原則，設計一套包含多種圖形元素且保持和諧比例的海報或圖案組合.在創作過程中，學生不僅要考慮各個部分的尺寸比例，還要兼顧整體布局的視覺平衡美感.

結 語

在STEM教育理念的引領下，小學數學跨學科整合教學不僅有助于提升學生的核心概念理解、高階思維能力和動手實踐能力，還為學生創造了更廣闊的學習空間.通過堅持價值引領與科學探究、活動序列化與多學科統整、實踐操作與思維發展等教學原則，以及依托項目活動、統整概念性知識、組織核心知識網、以工程思維和設計創造為抓手，能夠更有效地促進學生的全面發展，培養其創新精神和實踐能力，為培養具備綜合素養的人才打下堅實的基礎.

【參考文獻】

[1]馬俊海，張維忠.基于數學學科的STEM課程設計[J].現代基礎教育研究，2023，52（4）：205-211.

[2]張屹，李幸，黃靜，等.基于設計的跨學科STEM教學對小學生跨學科學習態度的影響研究[J].中國電化教育，2018（7）：81-89.

[3]渠慧慧，孟獻華，申苗苗.跨學科學習中“跨學科素養”的結構層次與表現特征[J].基礎教育課程，2023（14）：19-27，34.

[4]符辰，劉東旭，張丹.小學數學跨學科主題學習路徑的實踐研究[J].小學數學教育，2024（5）：17-18，21.

[5]李綱.讓跨學科融合在小學數學課堂真實發生[J].新教育，2024（5）：59-61.