基于數(shù)學核心素養(yǎng)的STEAM校本課程設(shè)計

韓慧

【摘要】本文對STEAM校本課程設(shè)計進行初步探索，形成了基于數(shù)學核心素養(yǎng)的STEAM校本課程教學模式，并給出了一個具體的課程設(shè)計實施案例，為STEAM課程的開展和數(shù)學核心素養(yǎng)的落地提供了現(xiàn)實途徑.

【關(guān)鍵詞】數(shù)學核心素養(yǎng);STEAM;校本課程

隨著高科技與計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)學應(yīng)用不僅在自然科學、工程技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用（如大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能），而且以空前的廣度和深度向經(jīng)濟、生物、醫(yī)學、環(huán)境、交通等領(lǐng)域滲透.

一、基于數(shù)學核心素養(yǎng)的STEAM校本課程教學初探

STEAM是 Science（科學）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程） 、Arts（藝術(shù)）、Maths（數(shù)學）的縮寫，是跨學科的綜合性素質(zhì)教育，STEAM教學是將上述各學科知識有機融合到某一核心任務(wù)中，引導學生綜合運用各學科思維解決實際問題的教學活動，在此過程中既提升了學生的邏輯思維能力，又培養(yǎng)了分析、解決問題的能力以及溝通合作能力.

基于數(shù)學核心素養(yǎng)的STEAM校本課程是指以數(shù)學為基礎(chǔ)，用工程和藝術(shù)解讀科學和技術(shù)，將人文藝術(shù)中的“誰來做”和“為什么”加入STEAM 教育的“做什么”和“怎么做”，充分發(fā)揮學生的主體性，逐步提升學生的數(shù)學核心素養(yǎng)和各項素質(zhì)[2].

在以往的STEAM教學中，往往存在以下問題：缺乏準確而又宏觀的定位以及規(guī)劃，學科之間的整合浮于表面，難以加強不同學科間的內(nèi)在聯(lián)系;硬件資源和課程資源嚴重匱乏;學生原有的知識體系結(jié)構(gòu)不良等，種種原因?qū)е耂TEAM教學流于形式，沒有達到應(yīng)有的效果.

我們將STEAM教育理念引入課程創(chuàng)新實踐，在基于數(shù)學核心素養(yǎng)的STEAM校本課程教學實踐中，探索出以問題項目為核心的學習方式[3]，研發(fā)了一系列基于項目的探究式課程，關(guān)注學生的過程性體驗，推進創(chuàng)意設(shè)計活動的開展，培養(yǎng)學生的多學科綜合應(yīng)用與科技創(chuàng)新能力，構(gòu)建師生共同可持續(xù)成長的平臺，營造了一種新的教育生態(tài)，提升了學生的綜合素養(yǎng).

二、基于數(shù)學核心素養(yǎng)的STEAM校本課程設(shè)計案例

◆設(shè)計任務(wù)

元旦就快到了，為我們的晚自習值班老師送上一個平行光手電筒吧.手電筒設(shè)計制作的要求如下：

1.運用圓錐曲線（拋物線）的光學性質(zhì)，制作平行光手電筒.

2.小組合作，利用身邊現(xiàn)有的材料，手工制作完成.

3.做到方便實用，且筒身制作精美.

◆工程約束

1.材料的選擇：塑料飲料瓶、鐵絲、3D打印機、拋物面燈罩、硬紙盒、一次性紙杯、冰棒棍、彩紙、拉花、燈泡、電路、電池.

2.工具的準備：膠槍、膠棒、剪刀等.

◆課程目標

1.掌握拋物線的光學性質(zhì)，能運用該性質(zhì)解決實際問題.（數(shù)學）

2.能利用現(xiàn)有技術(shù)或材料制作拋物面.（技術(shù)）

3.了解電路的連接方式，能運用現(xiàn)有材料正確組裝、連接電路.（物理）

4.能夠利用美學知識制作精美的手電筒手柄.（藝術(shù)）

◆學科領(lǐng)域

數(shù)學、技術(shù)、物理、藝術(shù).

◆核心技能

1.學會使用傳統(tǒng)工具（膠槍、剪刀等）和現(xiàn)代工具（計算機、3D打印機）幫助解決問題，提高效率.（科技應(yīng)用）

2.掌握科學探究的方法，能夠獨立設(shè)計制作方案并完成.（科學探究）

3.掌握設(shè)計制作的方法，并運用方法有效地完成任務(wù).（工程設(shè)計）

4.樹立團隊合作意識，進行合理分工，與小組成員合作完成任務(wù)，愿意為團隊貢獻自己的力量.（團隊合作）

5.在項目制作的過程中，學會靈活運用既有知識、方法和經(jīng)驗，分析與解決

跨學科問題.（問題解決）

◆項目實施過程

●引入的問題

平行光手電筒是利用拋物線的光學性質(zhì)制作而成的，實際生活中有許多拋物線光學性質(zhì)的應(yīng)用實例，如汽車的遠光燈也是利用了拋物線的光學原理，遠光燈的光線平行射出，集中且亮度較大，可以照到更高、更遠的物體，對于夜間駕駛員的視線有很大的幫助.然而目前濫用遠光燈的現(xiàn)象相當嚴重，錯誤地使用遠光燈會增加危險事故的發(fā)生率.

那么拋物線的光學性質(zhì)是什么？如何證明？其在生活中還有哪些實際應(yīng)用呢？

●探究活動集

1.模擬實驗

學生觀看實物小球模擬拋物線光學原理的實驗，理解并嘗試總結(jié)拋物線的光學性質(zhì).

2.歸納原理

過焦點的光線經(jīng)拋物線反射后，反射光線都平行于拋物線的對稱軸;反之，平行于拋物線對稱軸的入射光線經(jīng)拋物線反射后必過拋物線的焦點.（教師動態(tài)圖模擬展示）

3.合作探究

（一）數(shù)學證明

學生小組合作，用多種方法進行證明：

（二）軟件模擬

利用皓駿軟件動態(tài)模擬拋物線的光學性質(zhì).

（三）教具驗證

學生自制拋物面對拋物線的光學性質(zhì)進行驗證.

●問題解決

○制作模型的一般步驟：

1.選擇合適的材料;

2.準備適當?shù)墓ぞ摺⒓庸ぴO(shè)備;

3.按設(shè)計圖樣畫線;

4.對材料進行鋸割、切削等加工;

5.裝配;

6.對產(chǎn)品外觀造型、色彩進行設(shè)計;

7.完成制作.

○安全操作規(guī)程：

1.清點工具箱5種工具是否齊全：美工刀、剪刀、鋼鋸、熱熔膠槍、直尺.

2.熱熔膠槍的正確使用方法：

①熱熔膠棒插入膠槍內(nèi);

②打開支架，使膠槍立在桌子上，并在膠槍口處墊一個廢舊紙板，以防膠槍滴漏;

③插入電源通電，1分鐘后即可使用.

注意：出膠口金屬部分的溫度很高要注意別燙傷！使用完畢后及時拔出電源插頭！

3.注意用電安全.

4.注意不要直視燈光！

○產(chǎn)品制作

第一階段：材料初加工.

1.拋物面的制作.

方法一：利用3D打印技術(shù)制作拋物面.

方法二：用鐵絲制作拋物面狀的鐵絲外罩.

2.進行手電筒外觀造型、色彩的設(shè)計.

第二階段：材料組裝成型.

1.燈罩與電池電路正確組裝.（注意正、負極）

2.燈罩粘接在手柄上.（使用熱熔膠槍）

●分享交流

小組展示平行光手電筒作品，分享設(shè)計意圖、方法及心得，老師及同學對作品進行評價.

作品評價依據(jù)及標準：

1.實用：結(jié)構(gòu)簡單合理;

2.經(jīng)濟：廢物利用率高，環(huán)保;

3.美觀：主題鮮明，細致美觀;

4.創(chuàng)新：beautiful.

三、總結(jié)

在基于數(shù)學核心素養(yǎng)的STEAM校本課程的實施和探索過程中，我們力求使課程設(shè)計更注重關(guān)聯(lián)各學科的整合學習，更好地讓學生將各學科知識融會貫通，從而提高學習效率和質(zhì)量;項目活動更能體現(xiàn)開放性、實踐性、綜合性、創(chuàng)造性，使學生學會尊重、學會交流與合作，讓學生更容易了解社會，學會用數(shù)學眼光觀察世界、用數(shù)學知識解決實際問題，促進數(shù)學核心素養(yǎng)的提升，更好地激發(fā)學生的無限潛能.

【參考文獻】

[1]王曉霞.以STEAM校本課程推進數(shù)學核心素養(yǎng)培養(yǎng)初探[J].數(shù)學學習與研究，2019（04）：160-161.

[2]朱亞芬，董黎明，焦寶聰.基于STEAM的數(shù)學創(chuàng)新思維課程設(shè)計研究[J].中國教育信息化·基礎(chǔ)教育，2018（16）：14-17.

[3]謝仁松.數(shù)學“項目化學習”與“STEAM教育”的深度融合[J].數(shù)學教學通訊，2017（22）：13-14.