基于STEAM理念的高中數學跨學科教學

STEAM理念涉及科學、技術、工程、藝術和數學五大領域，倡導整合多個學科的知識，培養學生跨學科解決問題的能力以及創新思維和實踐操作技能，這與《普通高中數學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）中提出的核心素養的內涵相契合。因此，教師應將STEAM理念引入高中數學跨學科教學中，以培養學生解決現實問題的能力。

一、STEAM理念下高中數學跨學科教學的價值

（一）培養時代所需人才

STEAM理念下的高中數學跨學科教學能提升學生的綜合素養，培養時代所需的人才。在傳統教學模式中，學生多是被動接受知識，缺乏實踐的機會，而STEAM理念下的高中數學跨學科教學注重培養學生的實踐操作能力，教師可以通過開展項目活動、數學實驗等方式，讓學生在實踐中掌握數學知識，提升實踐能力。另外，STEAM理念下的高中數學跨學科教學還重視對學生創新思維的培養，能讓學生從不同的角度思考問題，突破傳統思維的桎梏，提升運用跨學科知識解決實際問題的能力[]。

（二）優化課堂教學模式

STEAM理念下的高中數學跨學科教學能促進學生的個性化發展，優化課堂教學模式。在這樣的跨學科教學中，教師往往會先提出探究任務，再指導學生以小組合作的方式去探究，這樣可以為學生提供表達個性化想法的機會，讓學生主動學習知識，激發學生的學習興趣和主動性[2]。此外，在合作學習中，學生還能通過相互交流實現知識素養、思維等方面的發展。

（三）推動課程改革

STEAM理念下的高中數學跨學科教學是推動課程改革的重要舉措，其不僅能讓課程內容滿足學生的個性化發展需求，還能讓數學教學朝著現代化、多樣化的方向發展。在傳統教學模式中，教師更重視對學生成績的評價，忽視了學生其他能力的發展，而STEAM理念下的高中數學跨學科教學則注重對學生的綜合評價，包括實踐能力、創新思維和自主學習能力等多個方面。為此，教師在這樣的教學中要對教學評價方式和內容進行優化，以滿足學生的發展需求[3]。

二、STEAM理念與跨學科教學的關聯

（一）教學理念的一致性

STEAM理念和跨學科教學都重視以學生為中心，整合跨學科的知識內容。第一，STEAM理念注重培養學生的主動性和創造性，讓其在探究和創造中獲取知識。而跨學科教學強調以學生為中心，讓學生在自主學習、合作學習中，多維度思考和解決問題。第二，STEAM理念強調多學科交叉、融合，倡導突破單一學科的限制，整合多學科知識，這與跨學科教學的理念契合。

（二）教學內容的綜合性

STEAM理念強調將理論知識與生活現象、真實問題聯系起來，突出知識的實用價值，鼓勵學生運用所學知識去解決實際問題。這樣的教學內容有助于培養學生的實際操作能力和問題解決能力，促進學生綜合能力的發展。而跨學科教學也強調知識在不同領域的應用，培養學生綜合運用知識的能力。由此可見，二者都強調知識的實用性和綜合性。

（三）教學手段的多樣性

STEAM教育和跨學科教學的實施通常都要依托多樣的教學手段，如探究式學習、合作學習、實踐活動學習等。在這樣的教學模式中，學生能有效培養自身的綜合素質，實現全方位的發展。

三、基于STEAM理念的高中數學跨學科教學策略

（一）以項目活動為載體，主動構建知識體系

項目活動是以特定目標為導向的教學活動。在項目活動教學中，教師可提出具有實際意義和挑戰性的問題，讓學生利用多學科知識和實踐操作技能去分析、解決。項目活動多以學生為主體，旨在讓學生通過調研、規劃、設計、評估等一系列步驟來解決實際問題。在基于STEAM理念的高中數學跨學科教學中，教師不僅要關注項目任務本身的邏輯和難度，還要營造綜合性學習環境，讓學生對學習內容有更深刻的理解[4]。這樣一來，學生在面對項目問題時，便能充分調動已掌握的學科知識和生活經驗，主動構建知識體系，實現思維的發展。

以“數學建模：建立函數模型解決實際問題”一課的教學為例。教師可以結合新課標中的案例“體重與脈搏”設計項目活動，讓學生在構建模型的過程中解決實際問題，以此有效培養學生的數學建模素養。首先，教師可引入如下生活問題：中醫怎么判斷一個人的脈搏是不是正常的？現在有一個數學模型，只要知道一個人的體重就可以推出其脈率，你認為可以實現嗎？請從數學、生物學等多個角度分析這一問題。教師從生活出發設計問題，不僅能激發學生的探究興趣，還能讓其將生活問題與所學知識聯系起來。其次，在學生思考后，教師可提煉數學問題：能否用數學模型來準確表達體重與脈率的關系？同時，教師可將學生分成多個探究小組，并為其提供多種動物體重與脈率的數據，讓其在合作探究中通過分析、計算、畫圖等方式，構建體重與脈率的函數模型。最后，教師可引導各小組學生驗證模型，并為學生提供相關生物學知識，如通過恒溫動物心臟的血流量與恒溫動物體重的關系等，讓學生結合生物學知識和函數知識，建立關于血流量與體重的數學模型，并分析該數學模型是否成立。項目活動結束后，教師可鼓勵學生創造性地表達與展示自己的探究成果，以此有效培養學生的綜合能力。

（二）以概念知識為統整，充分理解數學本質

概念是學生建構知識框架的基礎與核心，對于學生學習數學學科知識有著重要作用。因此，開展基于STEAM理念的高中數學跨學科教學時，教師應以概念知識為紐帶，確保學生充分理解數學知識的本質，將所學知識融會貫通。

以“數列”一章的教學為例。為了讓學生對本章相關概念形成更深刻的認識，教師可圍繞概念開展跨學科教學活動。首先，教師可結合數學史創設故事情境，向學生講述與斐波那契數列相關的故事。其次，當學生對數列的概念以及來源有一定的認識后，教師可結合生物學、藝術等領域的知識開展跨學科教學，如以樹狀圖的形式展示蜜蜂繁殖的規律，讓學生感受其中蘊含的生命與自然之美。再次，教師可指導學生查閱相關資料，讓學生將蜜蜂的繁殖規律與斐波那契數列聯系起來并表達自己的想法。最后，教師要肯定學生的發現，并結合斐波那契數列推導相關的公式，完善并補充數列的定義，將數學與自然聯系起來，以此提升教學質量。

（三）以核心知識為主體，搭建完整知識架構

在開展基于STEAM理念的高中數學跨學科教學時，教師要以核心知識為主體，逐步構建完善的知識網絡。為此，教師應在實際教學中提煉各學科核心知識，通過跨學科教學手段搭建由不同學科核心概念、關鍵概念、具體知識點組成的完整知識架構。

以“二項式定理”一課的教學為例。為了幫助學生構建完整的知識框架，加強對“二項式定理”相關知識的掌握，教師應開展跨學科教學活動。首先，教師應在備課環節對新課標的內容進行研讀，分析“二項式定理”一課的學習有助于培養學生的哪些能力，并自上而下地梳理各學科知識內容，構建具有結構性和內在聯系的教學體系。其次，教師應從教材內容出發，分析學生在學習過程中遇到的問題，如二項式運算正確率較低，這說明學生邏輯思維能力和運算能力不足。對此，教師應調整教學方案的內容，思考如何解決上述問題。最后，教師應有針對性地指導學生探索二項式定理的證明過程，并結合教學目標開展針對性較強的跨學科教學活動，以提升教學的效果。

（四）以工程思維為切入點，培養解決問題的能力

以工程思維為切入點的高中數學跨學科教學強調問題解決和創新實踐，有助于培養學生的創新思維和問題解決能力。教師應突出STEAM理念中的工程素養，并設計跨學科學習活動，讓學生在具體情境中應用數學知識，在發現問題、分析問題、解決問題的過程中，全面培養自身的解題思維、批判思維和創新能力[5]。具體而言，教師應設計一系列與工程實踐相關的數學問題或項目，將數學知識融入真實工程項目中，讓學生在解決問題的同時深刻理解數學知識，認識到數學知識的應用價值。

以“三角函數的應用”一課的教學為例。教師可以設計“測量建筑高度”這一工程項目，并將其分解為四個子任務，設計相應的問題，具體內容如下。

子任務一：分組搜集資料，復習相關知識

教師結合學生的學習情況，科學劃分學習小組，并設計“測量高度”相關問題，讓學生搜集相關資料，回顧解三角形的常見類型和方法。

子任務二：討論測量方案，明確小組分工

教師利用課件展示當地具有代表性的建筑物，并提出問題：“一些建筑物是可視而不可達的，有哪些測量方法能測出這些建筑的實際高度呢？需要測量哪些數據才能計算出準確的高度？”在此基礎上，學生小組確定測量目標并集中討論，最終得出測量方案并繪制測量草圖。

子任務三：實施測量并計算，完成測量報告

學生小組利用課余時間進行實地測量，獲取所選建筑物的相關數據，收集、記錄相關信息，嘗試計算并檢驗，最終完成測量報告。

子任務四：反思總結，展示交流

在完成測量報告后，各學生小組開展交流講評活動，結合測量過程制作手抄報或課件，展示項目成果。師生共同總結項目經驗，反思項目過程中的不足，并提出整改建議。

（五）以設計創造為抓手，提升知識應用能力

運用已掌握知識去創造，是優質人才應具備的能力。在高中數學教學中，教師可以設計具有創新性、挑戰性的任務，鼓勵學生結合數學、科學、技術、工程、藝術等領域的知識，解決實際問題或創造新事物。這樣，學生不僅可以提升知識應用能力，還可以發展創新思維。

以“簡單幾何體的表面積與體積”一課的教學為例。教師可以結合新課標中的案例指導學生，讓學生在設計創造中提升知識應用能力。首先，教師可利用課件展示圖1，并提出問題：小芳春節準備去探望奶奶，到商店買了一盒點心，為了美觀和喜慶，售貨員將點心盒包了起來，并在角上系了一個花結。售貨員說這樣不僅漂亮，而且比常規的十字捆扎更節省彩繩，你同意這種說法嗎？

其次，教師可指導學生將實際問題數學化，并讓學生準備幾個長方形盒子，通過具體的捆扎操作、測量和比較得出相應的結論。教師可繼續提問：在考場上我們無法通過動手實踐來獲得結論，那么還有哪些方法可以解決這一問題？最后，教師可引導學生將這一問題轉化為“平面上折線長度比較”問題，幫助其得出一般性結論。這樣的教學不僅能鍛煉學生的知識應用能力，還能促進學生創新思維的發展。

結語

總的來說，開展基于STEAM理念的高中數學跨學科教學，不僅可以加深學生對數學知識的理解，還能培養學生的綜合素養和高階思維，為學生未來的學習和工作奠定基礎。在實際教學中，教師要明白STEAM理念與跨學科教學之間的關聯，并采取多元的教學手段，設計內容豐富、形式多樣的教學活動，以促進學生的全面發展，為社會培養更多具備綜合素質的人才。

[參考文獻]

[1］李俊元.新高考導向下高中數學教學改革新探［J].新課程研究，2023（17）：90-92.

[2］汪世敏，劉俊蓉.高中數學跨學科主題教學的推進路徑［J].四川教育，2023（12）：28-29.

[3］李敏.跨學科：數學思想方法融入高中地理教學的研究[J].教學月刊·中學版（教學參考），2023（5）：15-19.

[4］汪盼盼.基于數學核心素養的跨學科教學策略［J].數理天地（高中版），2023（7）：95-97.

[5］吳旭紅，丁劍.核心素養下高中數學滲透跨學科知識的探索［J］.科學咨詢，2022（11）：233-235.