基于STEM教育理念的小學數學“綜合與實踐”教學策略

隨著基礎教育課程改革的深化，小學數學教學面臨從知識本位向素養本位的轉型需求。傳統教學模式重理論輕實踐、重結果輕過程，導致學生創新思維與問題解決能力發展受限。STEM教育理念的引入，為破解這一困境提供了新思路：其跨學科整合特性契合數學“綜合與實踐\"課程的內在要求，能有效促進知識遷移與素養提升。當前眾多研究雖關注STEM教育的學科融合價值，但對小學數學教學的具體實施路徑仍缺乏系統探索。本文基于新課改要求，聚焦小學數學“綜合與實踐\"課程實施中的現實困境，構建STEM教育理念指導下的教學實施框架。本研究旨在探索STEM教育本土化實施策略，為小學數學教學改革提供理論參照，助力學生數學核心素養與21世紀關鍵能力的協同發展。

一、STEM教育理念的研究背景

(一)新課改下小學數學“綜合與實踐”活動的教學要求

隨著時代的發展，我國教育部門持續推進新課改，對義務教育階段的教學提出了新的要求。在小學數學教學中，教師不僅需要培養學生的綜合能力，還應注重其社會責任感的養成，并將教育部門頒布的相關政策落實到教學中。新課改強調在小學數學課程中開設“綜合與實踐”板塊，旨在幫助學生扎實掌握理論知識，并將理論與實踐相結合。通過單元活動的方式，教師可以進一步豐富課堂教學形式，引導學生在活動中積極參與、充分鍛煉，從而熟練運用所學知識解決實際問題，并在實踐中深人思考問題的本質，提升綜合能力。

教師應鼓勵學生主動參與“綜合與實踐\"課堂，激發其探索知識的積極性。在團隊合作中，學生能夠進一步提升自身能力。新課改還要求小學“綜合與實踐\"課程注重數學與其他學科的融合，幫助學生深刻理解數學的意義，激發其對數學的興趣，培養良好的學習習慣。

（二）小學數學“綜合與實踐”活動實施中的挑戰

當前，我國學生在書面測試中的表現較為突出，但在動手實踐、創新思維等實操類測評中，與發達國家學生相比仍存在較大提升空間。隨著經濟社會快速發展，國民生活水平與教育觀念同步提升，家長對學生綜合素養的培育訴求日益強烈。為回應社會期待，新一輪課程改革對教育體系提出了創新要求，眾多中小學校積極更新教育理念，探索教學模式革新，為教育事業注人新的活力。

然而，在小學數學教學實踐中，仍存在以下突出問題：

教學模式固化：部分教師仍采用傳統理論灌輸法，課堂以知識傳授為主，綜合實踐環節占比不足。受應試教育導向影響，存在重理論輕實踐的傾向，導致實踐活動課程流于形式。

資源條件制約：場地設施不足、課時安排有限等客觀因素，制約了學生按要求開展實踐活動的可能性，造成“理論強、實踐弱\"的能力脫節現象。

學用轉化障礙：校園生活與現實生活存在割裂，學生缺乏將數學知識應用于實際情境的平臺，導致知識內化與行為外化機制失效，學習停留在表面記憶層面。

評價體系滯后：現有評估體系對實踐能力的考量不足，未能有效引導教師轉變教學方式，形成“考什么教什么\"的惡性循環。

這些問題共同導致了綜合實踐活動課程難以發揮應有價值，既阻礙學生核心素養的全面發展，也制約創新型人才培養目標的實現。為突破這一困境，需要構建“教一學一評”一體化的實踐育人體系，推動小學數學教學從知識本位向素養本位轉型。

二、STEM教育理念的含義

當前，我國學術界對STEM教育理念的定義呈現多元化視角。部分教育工作者認為，STEM教育應以解決實際問題為導向，注重培養學生的團隊協作能力，通過探索性任務引導學生提升綜合素養，使其成長為具備創新能力的復合型人才，以滿足社會對人才的需求。另一部分學者強調，STEM教育應結合問題情境展開，通過學科整合的方式培養學生的綜合能力與學習理念，激發學生的創新思維，使其掌握專業技能并靈活運用于解決學習與生活中的實際問題。也有觀點指出，STEM教育的核心在于將科學、技術、工程和數學等學科知識交叉融合，通過跨學科教學幫助學生適應社會變化，滿足社會對多元化人才的需求。還有學者認為，STEM教育的重點在于培養學生解決問題的能力，幫助其養成良好的學習習慣，并鼓勵學生進行深度學習與探索。這些觀點共同揭示了STEM教育在促進學生全面發展、適應社會需求方面的重要價值。

三、STEM教育理念在小學數學“綜合與實踐\"教學活動中的實施策略

(一)立足生活實踐，構建數學模型

我國新一輪課程改革強調數學教學應以生活現實為認知起點，引導學生在解決實際問題的過程中構建數學模型，實現數學知識的遷移應用。數學學科的本質屬性決定了其既源于生活實踐又服務于生活需求，通過綜合實踐活動架設數學與生活的雙向通道，能夠有效激發學生的學習內驅力。

在小學數學教學實踐中，依托綜合實踐活動課程可顯著增強學科知識與現實生活的聯結。例如將“圓的周長\"概念融入“確定跑道起跑線\"探究任務：教師首先揭示數學工具在生活中的廣泛應用，培養學生用數學眼光觀察世界的意識；繼而引導學生觀察田徑場起跑線差異現象，通過“運動員為何錯開站位\"等驅動性問題引發認知沖突。在問題引導下，學生通過測量跑道、計算周長差等實踐操作，親歷數學建模的全過程，這不僅加深了對圓周率在實際應用中的認識，還形成了一條從“發現問題\"到“數學抽象”，再到“構建模型\"并最終“實踐驗證\"的完整思維路徑。

此教學模式突破傳統課堂邊界，通過生活化的實踐載體，使學生在真實問題情境中完成知識建構與應用創新，既培養數學核心素養，又發展解決實際問題的綜合能力。教師作為引導者的角色轉變，更促進了學生從被動接受轉向主動探索，形成可持續發展的學習動力。

(二)鼓勵動手實踐，培養創新思維

新課改背景下，小學數學教學需注重學生數學應用思維的培養，而綜合實踐活動是達成這一目標的重要途徑。基于STEM教學理念的數學教學強調理論與實踐結合，引導學生在動手操作中反思總結，實現創新思維與實踐能力的協同發展。

以“自行車中的數學\"綜合實踐課為例，該課程以排列組合等知識為核心，旨在幫助學生運用理論解決實際問題。在教學實施過程中，教師應當全面指導學生經歷從“提出問題\"到\"建立模型”，再到\"數據解析求解”，并最終實現“結論的實際應用\"這一系列完整步驟。例如，教師可引導學生探討自行車車燈行駛距離問題，通過師生共同分析建立數學模型。在數據收集與模型驗證階段，學生可能發現因測量方式差異導致的誤差現象。此時，教師可進一步啟發學生探索多元解題思路，例如通過不同測量方法的對比分析誤差成因。在模型優化環節，教師可引入變速自行車原理等拓展內容，促進學生思維發散。通過小組合作與數據計算，學生最終完成數學模型的構建與驗證。此類實踐活動不僅深化了學生對教材知識的理解，更培養了其動手實踐、創新思考及團隊協作能力，實現數學素養的全面提升。

（三)團結協作，知行合一

在STEM教育理念的運用過程中，為了有效激活學生團隊協作能力，在自主探究過程中，教師可引導學生通過多維互動實現深度交流。綜合實踐課程通常采用小組合作模式，要求成員在協作中形成明確分工機制。

以\"一億有多大\"探究課為例，教師可通過結構化設計，引導學生從面積、重量、長度等維度展開實證探究。教學過程中，教師將學生分組后，各小組需結合生活經驗選擇差異化探究方向。部分小組測算一億張紙的堆疊高度，有的計算一億粒米的總重量，還有的驗證一億步的行走距離。教師將抽象問題轉化為可操作任務，通過迭代猜想與方案優化推進探究進程。實驗階段，小組成員分工明確，分別負責數據測算、結論整合與展示交流。這種協作模式不僅培養溝通技能，更形成優勢互補的探究機制。在成果共享環節，學生通過互動點評深化認知，實現從具象操作到抽象思維的躍升。可見，STEM教育理念下的綜合實踐，使數學探究突破傳統課堂邊界，在解決真實問題的過程中，系統培養團隊協作、方案策劃及實踐驗證等綜合素養。

（四）自信篤實，百家爭鳴

基于STEM教育理念系統培育學生自信心，教師通過創設梯度實踐活動，引導學生在持續探究中體驗成長價值。

以“探索圖形\"教學為例，教師將立體幾何知識與實踐操作深度融合，構建以認知、操作、創新為核心的三維學習空間。在知識建構階段，教師引導學生運用所學知識將小正方體逐步拼組為大正方體，通過觀察不同組合體的結構特征，培養空間想象與邏輯推理能力。實踐深化環節，教師組織長方體或正方體模型制作活動，鼓勵學生運用多元材料探索構造方法，雖制作路徑各異，但均指向對幾何體本質屬性的認知深化。教師進一步設計圖形分類探究活動，引導學生從棱長關系、表面積計算等維度建立分類標準，在思辨交流中拓展認知維度。該模式不僅突破傳統幾何教學的平面局限，更通過具身認知激發創新思維，使學生在問題解決過程中形成積極學習心態，逐步建構對數學本質的深層理解。

(五)跨學科整合與深度學習實踐

實踐過程中，教師構建以操作、思辨、創新為核心的學習體系，體現了具身認知理論與STEAM教育理念的深度融合。從認知發展視角看，該模式遵循“經驗具象化一思維結構化一能力遷移化\"的深度學習路徑。

具體而言，在操作層中，通過折疊、剪裁等具身活動，學生以觸覺與視覺雙重通道感知對稱特征。這種基于身體參與的學習方式，符合皮亞杰認知發展理論中“動作內化為思維\"的建構規律，使抽象數學概念獲得物理經驗支撐。而在思辨層中的圖案設計環節，教師引導學生將數學規律轉化為藝術語言，形成代數思維與幾何直觀的交互映射。例如，紋樣布局需精確計算比例關系，幾何對稱分析則驅動邏輯推理能力發展，此過程契合布魯納“表征系統轉化\"理論，促進具體經驗向符號認知的躍遷。在創新層面，雙軌評價模式通過成果展示和原理闡釋的任務設計，推動學生完成知識外化與元認知反思。方案對比中的迭代式交流，不僅深化對對稱軸數量與圖形穩定性關系的理解，更培養批判性思維一這正是維果茨基社會文化理論中“社會互動促進認知發展\"的典型實踐。

教學過程中，藝術要素作為數學思維的載體，使測量比例、布局規劃等數學活動獲得真實意義。當代數運算轉化為視覺圖式時，學生不僅掌握概念本質，更形成跨學科遷移能力。這種學科融合策略響應了21世紀核心素養要求，證明數學教育可通過創造性重構突破學科邊界，實現邏輯思維與創新能力的協同進化。

四、STEM教育理念驅動下的小學數學教學優化路徑

(一)教學體系的系統性重構

基于前文理論探討與實踐案例分析可知，STEM教育理念的有效實施需要構建涵蓋理念、課程、教學、評價四位一體的教學體系。在課程設計層面，應建立以核心素養為導向的跨學科知識圖譜，將數學課程標準中的“綜合與實踐\"領域內容與科學探究、工程技術、藝術設計等模塊有機整合。例如，在“校園節水方案設計\"主題活動中，可融合數學統計、工程技術、科學實驗等多學科元素，形成具有現實意義的項目式學習框架。

在教學實施過程中，需突破傳統課時限制，建立彈性化的長周期學習機制。典型STEM項目可分解為問題界定、方案設計、實踐驗證、成果展示四個階段，通過課內外聯動實現深度學習。這種時空重構要求學校創新管理制度，建立跨學科教研團隊，開發配套資源包，為教師提供結構化支持。

（二）教師專業發展的轉型路徑

作為STEM教育實踐的關鍵支撐力量，教師的專業素養直接決定項目實施的品質和深度。在知識儲備層面，開發模塊化培訓課程，覆蓋基礎科學原理認知、數字化工具應用及系統思維培育三大模塊，通過真實案例解析深化理解。在教學技能提升方面，重點強化項目設計全流程訓練，包含需求精準定位、目標梯度分解、學習支架構建、成果迭代優化及作品實體轉化五大環節，著力培養資源整合能力和過程性指導智慧。在教育素養重塑領域，通過沉浸式工作坊和創新實踐活動，引導教師轉變教育理念，形成敢于放手讓學生探究、善于引導思維發展、精于迭代優化設計的復合型教育能力。具體實施路徑可構建\"三位一體\"協同培養機制：依托高校提供前沿理論支撐，借助企業資源創設真實項目情境，通過教研機構搭建區域協作平臺。創新實施“雙師協同\"培養模式，為每個試點校配備學術導師與實踐導師，合作開發本土化案例資源庫。此外，建立教師發展動態檔案，通過階段性成果認證完整記錄教師從項目設計到實施反思的成長軌跡，推動教師實現由單一知識傳授者向課程設計者、學習引導者和協同創新者的多維角色轉型。

(三)評價體系的創新突破

針對傳統評價重結果輕過程的滯后性問題，構建\"四維三階”動態評估體系。知識應用維度通過真實場景建模任務考查數學抽象與遷移能力；實踐創新維度采用情境模擬評估問題解決的策略性與創新性，重點關注方案迭代次數與成本效益分析；協作能力維度借助團隊項目觀察任務分工、沖突解決及跨部門協作效能，引入全方位同伴互評機制；學習品質維度通過成長檔案袋追蹤批判性思維、問題意識和抗挫力發展，設置“探究深度雷達圖”并記錄猜想驗證、證據收集等關鍵行為節點。

技術創新方面，建立基于區塊鏈技術的全息學習檔案系統，確保過程性數據不可篡改且可追溯。融合AI學習分析平臺構建\"數字畫像”，通過微表情識別、語音情緒分析等技術捕捉學習投人度，結合錯題追蹤與知識圖譜生成個性化診斷報告。創新實施“過程性診斷 + 發展性預測\"雙軌評價：前者通過實時數據反饋調整教學策略，后者運用機器學習預測認知發展軌跡，為不同潛質學生定制差異化學習路徑。

（四）生態化支持系統的構建

要構建可持續發展的STEM教育生態，需建立政策引領、資源供給、實踐賦能的協同機制。政府層面應研制基礎教育階段STEM課程標準，設立專項發展基金，建立教師跨學科教學資格認證制度，將工程實踐能力納入職稱評審指標體系。學校層面要打造“實體空間 + 虛擬平臺\"雙軌學習場景，既建設配備3D打印、智能監測、虛擬現實設備的跨學科創客中心，又開發云端數字資源庫，構建線上線下融合的泛在學習環境。企業層面應創新“校企雙導師\"協作模式，由技術專家與高校教師聯合開發實踐項目，依托云計算平臺提供實時數據服務，形成遞進式培養體系。

五、結語

本研究通過STEM教育理念與小學數學綜合實踐課程的深度融合，構建了具有學科特色的實踐育人體系。理論層面，揭示具身操作向抽象思維轉化的認知機制；實踐層面，開發系列跨學科課例，驗證生活化情境對數學建模能力的培養效能。實證研究表明，跨學科整合顯著提升了學生的空間思維、邏輯推理與問題解決能力。通過重構“四位一體\"教學體系、建立“三維度六模塊\"教師發展模型、創新“四維三級\"評價機制，系統性解決了資源約束、評價滯后等現實問題，為小學數學教學從知識灌輸向素養建構轉型提供了可操作的實踐框架。未來研究需進一步探索人工智能技術支持下的個性化實踐路徑，完善城鄉差異背景下的實施策略，推動STEM教育在小學數學領域形成可推廣、可復制的中國化方案。

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