STEAM教育理念下高中數(shù)學教學模式建構(gòu)策略

【摘 要】STEAM是一種有別于傳統(tǒng)的單學科、重書本知識的教育方式和教育理念，它鼓勵學生在科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學領(lǐng)域共同發(fā)展和提高，對于培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)、促進學生全面發(fā)展具有重要意義與實踐價值。在高中數(shù)學教學過程中，教師要在滿足數(shù)學學科教育要求的基礎(chǔ)上，重視學生科學、技術(shù)、工程及藝術(shù)等其他素養(yǎng)與能力的提升，以綜合運用不同學科的理論知識實現(xiàn)跨領(lǐng)域的融合，全面提升學生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】高中數(shù)學;STEAM理念;教學模式;建構(gòu)策略

【中圖分類號】G633.6? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2022）18-0041-03

STEAM涵蓋科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學（Mathematics）這幾個領(lǐng)域，STEAM教育就是這幾門學科融合的綜合性教育[1]。因此，教師在高中數(shù)學教學中滲透STEAM教育理念也要圍繞這幾門學科進行相互交叉、滲透和融合，引導學生學會以多學科視角綜合思考、分析與解決問題。從這個思路出發(fā)，本文將融合信息技術(shù)、加強學科整合、開展實踐活動這幾個方向作為切入點，循序漸進地在高中數(shù)學課堂中實施STEAM教學，以促進學生全面發(fā)展。

1? ?融合信息技術(shù)，發(fā)展思維品質(zhì)

1.1? 進行深度翻轉(zhuǎn)，發(fā)展探究思維

在高中數(shù)學課堂中融合信息技術(shù)，可以理解為STEAM理念中技術(shù)與數(shù)學的結(jié)合?；诟咧袛?shù)學學科抽象性強的特點，信息技術(shù)的引入在很大程度上可以降低學生學習新知識的難度，促使學生對數(shù)學問題進行更深層次的探究，在此基礎(chǔ)上促進學生思維能力的發(fā)展[2]。如在教學“空間幾何體的三視圖與直觀圖”時，以用斜二測畫法畫出空間幾何體的直觀圖來講，教師可以準備一個實物圓柱放在講臺上，讓學生思考并嘗試怎樣才能畫出物體的直觀圖，讓學生就此進行探究，接下來再為學生講解用斜二測畫法畫水平放置的正六邊形的直觀圖的方法，但學生感到較為抽象不好理解。那么，教師可引入生動直觀的動畫演示來為學生逐步展示用斜二測畫法畫直觀圖的步驟，然后讓學生參照動畫演示來繪制該實物圓柱的直觀圖，可以發(fā)現(xiàn)學生基本都能完成，教學效果較好。

STEAM教育理念通過將信息技術(shù)與數(shù)學教學融合，可以幫助學生實現(xiàn)對數(shù)學知識的深層次理解與探究，使學生在創(chuàng)新性的教學模式下進行高階思維的訓練，在深度探究中通過各種途徑和方法，運用多學科知識去尋找問題的解決方案，促進探究思維的不斷發(fā)展。

1.2? 顯化知識背景，發(fā)展形象思維

在STEAM理念指導下的數(shù)學課堂不再局限于數(shù)學知識點的教學，而是同時關(guān)注到知識背后的文化背景、思想方法等，這對培養(yǎng)學生的數(shù)學思維及素養(yǎng)都有著積極的作用。在這個過程中，教師可利用信息技術(shù)生動、直觀的特點來幫助學生顯化知識背景，理解知識內(nèi)涵。如在教學“對數(shù)”時，為了拓展學生的學科視野，教師可制作5～8分鐘的微課視頻，為學生介紹對數(shù)的知識背景，讓學生通過直觀有趣的視頻了解蘇格蘭數(shù)學家——納皮爾為了簡化計算，多年潛心研究大數(shù)字的運算技術(shù)，最終克服重重困難，成功發(fā)明了“對數(shù)”的故事，并讓學生結(jié)合具體的數(shù)據(jù)觀察當時納皮爾發(fā)明的一種計算特殊多位數(shù)之間的乘積的方法，體會其中的對數(shù)運算思想，以此來加深學生的認識。這樣可以讓學生在學習數(shù)學知識的同時了解知識背后的文化及歷史，滲透學科思想，進而為培養(yǎng)學生良好的數(shù)學核心素養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。信息技術(shù)進入高中數(shù)學課堂，可以借助多媒體、微課、希沃白板等形式為學生提供動態(tài)直觀的畫面，以此增強學生學習與獲取知識的積極性，這在幫助學生發(fā)展形象思維、積累直觀表象方面具有突出的作用。

1.3? 提供梯級練習，發(fā)展邏輯思維

STEAM教育理念在高中數(shù)學教學中的應(yīng)用不僅體現(xiàn)在對課堂教學的改進與創(chuàng)新上，還可以拓展到習題訓練、作業(yè)布置等方面。具體來講，教師可借助信息技術(shù)與數(shù)學教學的融合來為學生提供梯級練習題目，讓學生不斷獲得提升，發(fā)展邏輯思維。如教師可通過游戲闖關(guān)的方式來為學生設(shè)計難度不斷遞增的梯度型作業(yè)，如初級難度以教材習題訓練及基礎(chǔ)概念鞏固為主，訓練題型包括選擇題、填空題等，適宜基礎(chǔ)較差或?qū)W習能力較弱的學生;接下來的中級難度可在當堂教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行一定的變式，適宜水平中等的學生，著重考查學生的知識應(yīng)用能力及舉一反三的靈活性思維;最后一個層級可進一步提高要求，設(shè)計開放性、創(chuàng)新性強的習題，學習能力較強的學生可進行嘗試。這樣闖關(guān)式的練習更容易調(diào)動學生的探究欲望，并讓不同層級水平的學生均能獲得相應(yīng)的發(fā)展。在應(yīng)用STEAM教育理念開展高中數(shù)學教學的時候，信息技術(shù)往往是作為引導學生深入拓展、顯化知識背景與提供梯級練習的一種工具，核心還是在于數(shù)學知識的教學與數(shù)學問題的解決。

2? ?加強學科整合，聚合課程合力

2.1? 整合物理學科，分析數(shù)量關(guān)系

STEAM教學理念最關(guān)鍵的地方在于學科教學要敢于打破學科邊界，通過對學科素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)來整合學科知識，解決實際問題，以此培養(yǎng)綜合型人才。因此，在高中數(shù)學課堂中，教師可有計劃、有意識地引入其他學科的知識內(nèi)容，形成課程合力來優(yōu)化教學。以“平面向量”的教學為例，向量又稱為矢量，實際上是一個物理概念，如力、速度、位移以及電場強度、磁感應(yīng)強度等很多物理量都是矢量。在物理學中，矢量就是既有大小也有方向的量，那么對應(yīng)的只有大小沒有方向的量就叫作標量。對應(yīng)到數(shù)學中，我們把這種既有大小也有方向的量叫作向量，而把那些只有大小沒有方向的量稱為數(shù)量。這里就涉及向量的計算問題，教師可引導學生結(jié)合物理學中矢量與標量不同的運算規(guī)則與公式來思考向量運算與數(shù)量運算的相同點與不同點，讓學生了解與向量運算相關(guān)的知識，這樣學生更容易接受。物理與數(shù)學是兩門較為相近的學科，存在密切的關(guān)系。教師在數(shù)學教學中可引入相關(guān)的物理知識內(nèi)容，通過這兩門學科的整合教學來進一步打破學科邊界，讓學生學會應(yīng)用數(shù)學知識解決物理問題，又能結(jié)合物理現(xiàn)象推導數(shù)學方法，以此來獲得跨學科的綜合發(fā)展。

2.2? 整合化學學科，理解排列組合

化學學科與數(shù)學學科可聯(lián)系的知識內(nèi)容也有很多，如化學方程式計算、化學方程式配平以及有關(guān)質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量濃度的計算等內(nèi)容。教師可通過跨學科教學引導學生著眼于知識之間的聯(lián)系和規(guī)律，發(fā)揮出學科整合教學的積極效用。如在配平化學方程式中，學生會學習到“歸一法”的配平技巧，這就是對數(shù)學原理與計算法則的直接應(yīng)用。具體來講，就是找到化學方程式中的關(guān)鍵式，先假定其化學式前計量式為1，然后再根據(jù)運算法則與規(guī)律逐步配平其他化學式前的化學計量數(shù)。如若出現(xiàn)分數(shù)則需要化分數(shù)為整數(shù)，在這個過程中，學生的數(shù)學運算能力與素養(yǎng)也能得到一定的提升，這樣通過數(shù)學學科與化學學科的結(jié)合，可以使學生在掌握化學方程式配平技巧的同時，進一步強化計算能力。教師在這個過程中不僅要重視數(shù)學與化學學科顯性知識點的融合，更要重視這兩門學科所蘊含的隱性思維方式、思想方法的借鑒和互補。

2.3? 整合生物學科，滲透模型思想

教師還要不斷思考數(shù)學學科教學內(nèi)容與生物學科的契合點，關(guān)注學科間的聯(lián)系，并將生物學科的相關(guān)內(nèi)容引入數(shù)學課堂，這樣學生不僅能樹立與強化模型思想，還會在無形中加深對生物學科知識的印象。如高中生物遺傳概率的計算就涉及了數(shù)學中的概率模型，包括分類用概率相加原理及分步用概率相乘原理的知識點。如下列生物題目：計算Aa Bb×Aa BB相交子代中基因型aa BB所占的比例。根據(jù)概率分步相乘原理，子代個別基因型所占比例等于該個別基因型中各對基因型出現(xiàn)概率的乘積，因為Aa×Aa相交子代中aa基因型個體占，Bb×BB相交子代中BB基因型個體占，所以aa BB基因型個體占所有子代的×=，應(yīng)用數(shù)學模型順利解答了該生物問題。

3? ?開展實踐活動，激發(fā)創(chuàng)新潛能

3.1? 結(jié)合課堂難點，確立主題

為了利用STEAM教育理念促進學生綜合實踐能力與創(chuàng)新能力的發(fā)展，教師可立足于高中數(shù)學課堂的教學重難點來確定課堂主題，引導學生通過合作與實踐完成主題探究，促使學生利用多學科知識來解決生活實際問題，提升學以致用的能力。如“幾何體的表面展開圖”這一知識點對很多空間想象能力較弱的學生來說難度很大，那么教師可巧借實踐活動，從“包粽子”這一實際情境出發(fā)，組織學生進行“用繩子扎緊粽子”的實驗，利用幾何體和繩子針對正四面體的表面設(shè)計閉環(huán)路徑，這樣學生能在實際操作中體會立體圖形轉(zhuǎn)化為平面圖形的過程，理解其對應(yīng)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上直觀感受幾何體中的最短路徑問題。教師在開展實踐活動時要始終把數(shù)學重難點的突破與理解作為核心，圍繞這個目標穿插和設(shè)計與科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)等其他學科相關(guān)的知識內(nèi)容，將其綜合到實踐活動的設(shè)計與實施中來，讓學生獲得多方面能力的提升。

3.2? 拓展認知時空，設(shè)計方案

STEAM教育理念除了跨學科教學以外，還更為注重學生的探究學習與協(xié)同發(fā)展。教師在設(shè)定教學任務(wù)或問題之后，在開展實踐活動之前可讓學生先通過協(xié)作的方式來設(shè)計實踐方法，這樣學生的參與感與合作感會更強。仍以通過包粽子的方式來理解幾何體的表面展開圖的教學為例，在課堂上直接進行包粽子的活動，很容易讓學生把重點放在其他方面，難以投入到數(shù)學學習中，這就需要教師引導學生通過設(shè)計合理方案來進行模擬教學。學生想到并設(shè)計出利用正四面體折紙模型和細繩模擬扎緊粽子的過程，并根據(jù)實驗中的具體情況分析了成功或失敗的原因，進一步優(yōu)化了方案設(shè)計，最后根據(jù)實驗模擬將實際問題抽象為數(shù)學模型，取得了積極的教學反饋。由此可見，STEAM理念在開展實踐活動中的應(yīng)用是要讓學生利用跨學科的知識解決生活中的實際問題，通過引導學生構(gòu)建富有創(chuàng)造性的思維模式來提升創(chuàng)造能力，形成良好的思維習慣。

3.3? 分析詳細數(shù)據(jù)，深化認知

數(shù)學歸根結(jié)底是一門研究現(xiàn)實世界的存在形式和數(shù)量關(guān)系的學科，教師所設(shè)計與組織的實踐活動要以培養(yǎng)具有科學素養(yǎng)和創(chuàng)新實踐能力的人才為根本目標，引導學生應(yīng)用數(shù)學知識去深入分析詳細數(shù)據(jù)，建構(gòu)數(shù)學模型，在這個過程中幫助學生優(yōu)化思維方式，提煉數(shù)學思想方法。以指數(shù)函數(shù)思想在生活中的應(yīng)用為例，教師可引入儲蓄相關(guān)的復利計算：1980年，我國人均收入為255美元，到2000年，我國人均收入達到了817美元，那么我國人均收入年平均增長率是多少？學生通過對數(shù)據(jù)的深入分析并結(jié)合所學數(shù)學知識，提出設(shè)年平均增長率是x，從題目中抽象出指數(shù)函數(shù)模型y=N（1+x）p，那么N對應(yīng)的是1980年我國人均收入255美元，p對應(yīng)的是年平均增長率x，代入得255（1+x）20=817，解得x=6%。這樣，學生通過對實際生活問題的探討深化了對指數(shù)模型及思想的理解，構(gòu)建出指數(shù)函數(shù)模型從而高效解題。

總而言之，在STEAM教育理念下探討數(shù)學教學模式建構(gòu)策略的改進與創(chuàng)新，要以STEAM教育理念為核心，通過轉(zhuǎn)變教師角色、改革傳統(tǒng)教學方式來為學生提供自主探索的機會和自我發(fā)展的空間，讓學生在數(shù)學課堂中感受與領(lǐng)悟數(shù)學與其他學科間的聯(lián)系與交叉，深刻理解知識的實用價值，以此拓展學生的認知視野，提升學生的知識整合能力，取得理想的教學效果。

【參考文獻】

[1]王越波.STEAM教育與小學數(shù)學教學的切入點[J].求知導刊，2020（35）.

[2]羅忠康.新課程背景下信息技術(shù)與高中數(shù)學教學的整合[J].教育信息技術(shù)，2012（10）.

【作者簡介】

陳佳程（1988～），男，漢族，江蘇常熟人，碩士，中小學一級教師。研究方向：概率論與數(shù)理統(tǒng)計。