STEAM理念下小學(xué)數(shù)學(xué)單元實(shí)踐性課程開發(fā)與應(yīng)用研究

劉雅蘭 孫晶 楊瑞松 周淑紅 趙承

摘要：在知識(shí)迭代迅速的時(shí)代背景下，教育工作者要超前識(shí)變、供給升級(jí)。研究立足于幫助小學(xué)數(shù)學(xué)教師更好地設(shè)計(jì)和開發(fā)跨學(xué)科、單元式的實(shí)踐課程，呈現(xiàn)了“STEAM理念下小學(xué)數(shù)學(xué)單元實(shí)踐性課程”理論模型架構(gòu)和應(yīng)用模型架構(gòu)，引導(dǎo)教師在此模型引領(lǐng)下，自主研發(fā)出適合學(xué)生未來綜合素養(yǎng)發(fā)展的實(shí)踐性課程。

關(guān)鍵詞：小學(xué)數(shù)學(xué)；STEAM理念；實(shí)踐性課程；課程開發(fā)

（一）問題提出的背景

教育承載著培養(yǎng)堪當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人的偉大使命。隨著全球化、數(shù)字化時(shí)代的到來，“變化”成為常態(tài)，社會(huì)對(duì)人才的需求觀發(fā)生變化。社會(huì)需要學(xué)生具有在復(fù)雜真實(shí)情境中提取和分析信息、綜合解決問題的能力，成長(zhǎng)為具有跨界融合和綜合思維的復(fù)合型人才、創(chuàng)新型人才。在此過程中，學(xué)校教育對(duì)學(xué)生素養(yǎng)的培養(yǎng)將對(duì)學(xué)生一生的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

（二）問題的發(fā)現(xiàn)

在課程改革20年后的今天，小學(xué)數(shù)學(xué)課堂上教師的觀念和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，但與經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)中新時(shí)代人才的需求尚有距離。課堂教學(xué)中仍存在“學(xué)科本位”“知識(shí)本位”“教師本位”的傾向，這是教育工作者需要認(rèn)真審視的問題。

（三）解決的主要問題

基于上述問題，團(tuán)隊(duì)成員研發(fā)“STEAM理念下小學(xué)數(shù)學(xué)單元實(shí)踐性課程”，期望通過STEAM（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)）理念與數(shù)學(xué)教育相融合，借助STEAM課程的“知識(shí)跨界、場(chǎng)景多元、問題生成、批判建構(gòu)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”等特質(zhì)，對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)思考，重構(gòu)了基于“真實(shí)情境”的挑戰(zhàn)性、實(shí)踐性課程。通過課程實(shí)施，使學(xué)生在運(yùn)用跨學(xué)科、融合性思維解決問題的主題和項(xiàng)目式研究中提升素養(yǎng)，成為復(fù)合型與創(chuàng)新型人才。

1.構(gòu)畫“未來人才培養(yǎng)中跨界融合思維”與數(shù)學(xué)教育的銜接點(diǎn)

《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》中指向?qū)W生核心素養(yǎng)落地的一個(gè)重要舉措是跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。本成果用了近十年時(shí)間，創(chuàng)造性地把STEAM理念融入小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)，設(shè)計(jì)具有復(fù)雜情境、跨學(xué)科、具有挑戰(zhàn)性的實(shí)踐課程，使學(xué)生在信息的收集、整理、分析和解決的過程中，不僅獲得數(shù)學(xué)知識(shí)和能力，還能在跨學(xué)科運(yùn)用知識(shí)解決問題的過程中提升綜合思維與素養(yǎng)能力。研究成果為跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)提供新思路，為跨學(xué)科融合思維的培養(yǎng)探索出了一條有效路徑。

2.探索“指向?qū)W生能力發(fā)展”的數(shù)學(xué)知識(shí)實(shí)踐樣態(tài)的課程

“教什么”“怎么教”就是課程開發(fā)的兩個(gè)關(guān)鍵要素。我們以結(jié)構(gòu)化、單元視角、知識(shí)的序列呈現(xiàn)為核心，用主題式、項(xiàng)目式的實(shí)踐活動(dòng)為載體，構(gòu)建了“STEAM理念下小學(xué)數(shù)學(xué)單元實(shí)踐性課程”。成果構(gòu)建了課程理論模型（理念、目標(biāo)、分類、要素、主題）、課程應(yīng)用模型（結(jié)構(gòu)支架、評(píng)價(jià)支架、思維支架），主要解決兩個(gè)問題：一是教材內(nèi)知識(shí)基于單元及實(shí)踐思考下的重構(gòu)；二是基于學(xué)生素養(yǎng)提升的實(shí)踐課程的開發(fā)。這些課程的開發(fā)與實(shí)踐為教師設(shè)計(jì)和實(shí)施指向?qū)W生能力發(fā)展的課程提供了前瞻的引領(lǐng)。

3.解決“指向?qū)W生素養(yǎng)發(fā)展”課程資源匱乏的問題

為更好實(shí)現(xiàn)學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中的主體參與和素養(yǎng)發(fā)展，將STEAM理念融入小學(xué)數(shù)學(xué)的課程研發(fā)中，構(gòu)畫了“六類主題和項(xiàng)目式實(shí)踐課程”，并形成典型的課例。課例中借助探究問題的設(shè)計(jì)、環(huán)節(jié)的安排，讓學(xué)生在獨(dú)立學(xué)習(xí)、合作對(duì)話、質(zhì)疑反思、群體構(gòu)建中達(dá)成對(duì)問題的深入理解和能力的形成，為一線教師實(shí)施素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)提供了豐富的課程資源和案例資源。

第一階段：成果萌芽期（2012.9-2015.12）

2012年，以“構(gòu)建生命成長(zhǎng)課堂”為目標(biāo)，在中小學(xué)同時(shí)進(jìn)行了學(xué)生學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)習(xí)慣的問卷調(diào)查及分析研究。調(diào)研后形成兩個(gè)維度的思考（見圖1）：一是結(jié)構(gòu)的知識(shí)樣態(tài)能為學(xué)生主動(dòng)遷移、創(chuàng)新發(fā)展提供支持；二是以“問題”為線索的實(shí)踐性課堂，使得學(xué)生以學(xué)習(xí)共同體的樣態(tài)，在參與式、合作式的學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)生命成長(zhǎng)[1]，。

第二階段：成果的形成期（2016.3-2017.12）

前期實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)化的知識(shí)樣態(tài)應(yīng)該包括內(nèi)容、過程、學(xué)習(xí)策略和思維路徑的結(jié)構(gòu)化。具體表現(xiàn)為每一類知識(shí)都有自己的核心和本質(zhì)、課堂教學(xué)呈現(xiàn)的過程、學(xué)生思維的方法和路徑是一致的。把握了知識(shí)的結(jié)構(gòu)，教學(xué)就可以從開始的“教結(jié)構(gòu)”到后來的“用結(jié)構(gòu)”[2]，學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)化的思維主動(dòng)獲取知識(shí)。由此，研究從做數(shù)學(xué)的實(shí)踐活動(dòng)逐步發(fā)展到蘊(yùn)含“復(fù)雜真實(shí)情境”“跨學(xué)科學(xué)習(xí)”的STEAM理念融入下的小學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)踐性課程，教學(xué)成果初步形成。

第三階段：成果的應(yīng)用期（2018.3-2022.7）

在前期研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)畫了融合“單元立場(chǎng)”和“STEAM理念的實(shí)踐課程”的理論模型和應(yīng)用模型。在成果的系統(tǒng)豐實(shí)、深入實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)培植中構(gòu)畫、開發(fā)了“六類主題和項(xiàng)目式實(shí)踐課程”，相繼在香坊區(qū)內(nèi)各實(shí)驗(yàn)學(xué)校進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用、成效檢驗(yàn)，取得了較好的反饋效果，并逐步在哈爾濱市及省域內(nèi)交流推廣，多次在國(guó)家級(jí)會(huì)議上做成果匯報(bào)，形成了豐富的視頻課程資源和典型課例資源。

三、成果的主要內(nèi)容

本成果構(gòu)建了單元實(shí)踐性課程的理論模型（課程理念、目標(biāo)、分類、要素、主題）和應(yīng)用模型（結(jié)構(gòu)支架、評(píng)價(jià)支架、思維支架）。

（一）“STEAM理念下小學(xué)數(shù)學(xué)單元實(shí)踐性課程”理論模型架構(gòu)

1.理論模型的結(jié)構(gòu)

針對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展而設(shè)計(jì)的“STEAM理念下單元實(shí)踐性課程”，包括課程核心理念定位，在理念指導(dǎo)下的課程目標(biāo)、課程分類、課程要素、課程主題。

2.理論模型的內(nèi)容

（1）課程理念

STEAM理念與小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)、學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展相融合，把適應(yīng)未來發(fā)展的跨界融合的人才特質(zhì)具象為“七種思維”，即：結(jié)構(gòu)化思維、研究性思維、程序性思維、實(shí)踐性思維、綜合性思維、創(chuàng)造性思維、交往性思維，這些是成果的內(nèi)核。借助七種思維統(tǒng)領(lǐng)研究和實(shí)踐，確保研究的方向性與目標(biāo)性（見圖2）。

（2）課程目標(biāo)

成果中的課程目標(biāo)分成四個(gè)維度：“理解與感悟”“過程與經(jīng)歷”“思維與提升”“意志與品質(zhì)”。通過STEAM理念下的小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)科單元實(shí)踐性課程的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，讓學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)的主體參與中獲得對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的深度理解和主動(dòng)遷移，在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)和項(xiàng)目式研究中經(jīng)歷困惑破解、經(jīng)驗(yàn)改進(jìn)和方法形成的過程，并在過程中提升思維品質(zhì)，培養(yǎng)理性精神和創(chuàng)新品質(zhì)（見圖3）。

（3）課程分類

一是基于教材單元重構(gòu)的實(shí)踐課程。STEAM理念與小學(xué)數(shù)學(xué)教材知識(shí)相融合，基于單元視角和實(shí)踐立場(chǎng)的角度對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，統(tǒng)籌規(guī)劃，重構(gòu)路徑。

如，以“圖形的旋轉(zhuǎn)”這部分內(nèi)容為例，呈現(xiàn)基于單元思考下的STEAM跨學(xué)科實(shí)踐課程時(shí)，要充分考慮“圖形的旋轉(zhuǎn)”是“圖形的運(yùn)動(dòng)”整體知識(shí)中的一部分，在設(shè)計(jì)實(shí)踐性課程時(shí)要選用折紙與數(shù)學(xué)、編程與數(shù)學(xué)等共用載體，也要注重與生活實(shí)際的關(guān)聯(lián)（見表1）。

二是基于學(xué)生素養(yǎng)提升的實(shí)踐課程。小學(xué)階段是學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵期，尤其是數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的11個(gè)“核心素養(yǎng)表現(xiàn)”，有些素養(yǎng)不是靠某一單元知識(shí)或在某一學(xué)段就可以形成的，體現(xiàn)出了階段性、發(fā)展性的特點(diǎn)。為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的序列課程，為教師提供了實(shí)踐引領(lǐng)。如，針對(duì)“空間觀念”的培養(yǎng)，開發(fā)了適用不同年級(jí)的“拆拼紙盒”實(shí)踐活動(dòng)。通過立體紙盒的“拆”、平面圖形的“拼”等活動(dòng)，讓學(xué)生在二維與三維的不斷切換中，經(jīng)歷想象、猜想、驗(yàn)證、質(zhì)疑、反思等空間經(jīng)驗(yàn)的累積，漸進(jìn)形成空間觀念（見表2）。

（4）課程要素

對(duì)成果進(jìn)行整體統(tǒng)構(gòu)，對(duì)課程重構(gòu)中要關(guān)注的內(nèi)容進(jìn)行核心要素分解，凝練三個(gè)核心詞：STEAM理念、單元立場(chǎng)、實(shí)踐課程。三個(gè)核心詞成為具體實(shí)施和應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，為教師設(shè)計(jì)和實(shí)施提供實(shí)踐引領(lǐng)。

（5）課程內(nèi)容

課程的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了序列性、連貫性和整體性，圍繞課程內(nèi)容設(shè)計(jì)了六種具體路徑，并以此為載體設(shè)計(jì)貫穿各學(xué)段的實(shí)踐性課程框架。

（二）“STEAM理念下小學(xué)數(shù)學(xué)單元實(shí)踐性課程”應(yīng)用模型架構(gòu)

應(yīng)用架構(gòu)包含課程的開發(fā)和推廣應(yīng)用。在課程的開發(fā)中，為保障成果研發(fā)的科學(xué)性、前瞻性、有效性，研究以“三個(gè)支架”為支撐。

1.結(jié)構(gòu)支架

構(gòu)建STEAM課程理念下小學(xué)數(shù)學(xué)單元實(shí)踐性課程的實(shí)施結(jié)構(gòu)支架，用支架規(guī)范教師實(shí)踐的路線，引領(lǐng)教師系統(tǒng)思考問題，為課程實(shí)施提供路線引領(lǐng)（見圖4）。

2.評(píng)價(jià)支架

第一類為自我評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己活動(dòng)情況及時(shí)關(guān)注自己學(xué)習(xí)過程，關(guān)注學(xué)生思維的深刻性與活動(dòng)的有效性。

第二類為表現(xiàn)性評(píng)價(jià)，即在“學(xué)生作品”環(huán)節(jié)中呈現(xiàn)學(xué)生的特色成果，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)設(shè)置不同的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各條目分值和整體得分。

第三類是反思性評(píng)價(jià)，即在“學(xué)習(xí)收獲”環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行理性思考，呈現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)方法進(jìn)行整理與反思。

3.思維支架

在學(xué)生項(xiàng)目研究的過程中設(shè)計(jì)“智慧錦囊”板塊，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支架，包括對(duì)學(xué)生思考角度、數(shù)學(xué)方法和思維路徑的支撐，培養(yǎng)學(xué)生在遇到困難的時(shí)候查找、選擇、運(yùn)用資源解決問題的能力，同時(shí)構(gòu)建起主動(dòng)遷移的思想方法和思維路徑。

比如，你怎么確定你在釘子板上圍出的圖形是平行四邊形呢？可以從下面幾個(gè)維度找到自己的關(guān)注點(diǎn)。

點(diǎn)：有兩條相鄰的邊，相較于一點(diǎn)，一共有4個(gè)頂點(diǎn)；

角：有4個(gè)角（角的關(guān)系，可先猜想、再測(cè)量驗(yàn)證）；

邊：有4條，根據(jù)方向，分成兩組。

研究團(tuán)隊(duì)成員組成架構(gòu)合理，由省、市、區(qū)三級(jí)教研員，高校教師和一線教師組成，在理論上有指導(dǎo)、在實(shí)踐上有跟進(jìn)、在應(yīng)用上有層次。幾年來，成果在全國(guó)大型會(huì)議上交流十余次，在省內(nèi)各地域內(nèi)進(jìn)行推廣與應(yīng)用。同時(shí)，走進(jìn)大學(xué)課堂，與大學(xué)生們分享對(duì)研究性課程的思考。

2021年9月至2022年7月，成果在哈爾濱市農(nóng)村教育聯(lián)盟中推廣和應(yīng)用，促進(jìn)農(nóng)村和薄弱學(xué)校的課堂教學(xué)改革的深入，為農(nóng)村學(xué)校的課堂教學(xué)帶來了新樣態(tài)，相關(guān)活動(dòng)在省、市多家媒體進(jìn)行專題報(bào)道。整個(gè)成果研究的過程都記錄在項(xiàng)目主持人的專著《一個(gè)小學(xué)數(shù)學(xué)教研員的手記》（2020年出版）中，團(tuán)隊(duì)研究成果有10余篇論文和案例在各級(jí)刊物上發(fā)表。

（一）效果

研究成果從提出問題，到成果應(yīng)用，歷經(jīng)10余年時(shí)間，團(tuán)隊(duì)成員邊研究、邊實(shí)踐、邊檢驗(yàn)、邊完善，不斷將成果應(yīng)用于實(shí)踐，取得顯著效果。

1.促進(jìn)教師課程意識(shí)的形成

成果的研發(fā)和應(yīng)用喚醒了教師的主體意識(shí)，促進(jìn)結(jié)構(gòu)視角、整合觀念和實(shí)踐意識(shí)融合下的課程思維的形成。他們不僅是課程的被動(dòng)使用者，還是課程的創(chuàng)設(shè)者和開發(fā)者。

2.實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的發(fā)展

學(xué)生在教師呈現(xiàn)的課程中以“STEAM課程理念”為引領(lǐng)，以“單元課程”的實(shí)施為機(jī)遇，在基于“真實(shí)問題”“實(shí)踐性”“研究性”學(xué)習(xí)狀態(tài)下自主設(shè)計(jì)、研究、構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的概念體系；并在問題解決過程中觸發(fā)學(xué)生高階思維狀態(tài)[3]，借助“問題的獲取和研究、方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施、研究路徑與思維支架的搭建、多元表達(dá)、成果創(chuàng)造和宣傳”等具體活動(dòng)，經(jīng)歷整體策劃、系統(tǒng)思考、跨學(xué)科解決問題的過程，展現(xiàn)了個(gè)性對(duì)問題的獨(dú)特思考，初步形成未來社會(huì)活動(dòng)參與的意識(shí)和能力。

3.為學(xué)生提供了“學(xué)習(xí)空間和資源”

課程的研發(fā)破解了“片面、割裂的碎片化知識(shí)和思維方式”，去除了“假想情境”，以解決“基于知識(shí)達(dá)成而設(shè)計(jì)的小問題”等課堂教學(xué)中存在的問題，形成了豐富、可應(yīng)用的課程資源。成果中最大的特色，即在“STEAM課程理念”與“單元數(shù)學(xué)知識(shí)”融合性思考下，設(shè)計(jì)了有利于跨學(xué)科實(shí)踐的六個(gè)課程主題。這六個(gè)主題的序列課程為學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)、結(jié)構(gòu)化認(rèn)知、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)累積提供具體媒介，拓展了學(xué)生“學(xué)習(xí)的空間和資源”，為學(xué)生學(xué)習(xí)力的提升提供有效支撐。

4.促進(jìn)區(qū)域教育的發(fā)展

成果理論上有建樹，實(shí)踐上有創(chuàng)新，具有前瞻性和導(dǎo)向性，獲得了黑龍江省基礎(chǔ)教育教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。成果在哈爾濱市各區(qū)、各學(xué)段普及、推廣、應(yīng)用，受到眾多好評(píng)。對(duì)哈爾濱市小學(xué)數(shù)學(xué)教育教學(xué)工作起到了重要的專業(yè)引領(lǐng)和策略支撐的作用，為相關(guān)教育決策的制定提供了重要依據(jù)。

成果在省內(nèi)多個(gè)地域的進(jìn)修學(xué)校和基層學(xué)校進(jìn)行推廣與應(yīng)用，給成果應(yīng)用單位的數(shù)學(xué)教育帶來很多啟發(fā)和引領(lǐng)，促進(jìn)該區(qū)域的小學(xué)數(shù)學(xué)教育的發(fā)展。

（二）反思

本研究成果雖在STEAM課程理念下小學(xué)數(shù)學(xué)單元實(shí)踐性課程教學(xué)中有所突破，但有待深化完善的地方還有很多。

（1）從成果內(nèi)容看：在課程內(nèi)容上可持續(xù)進(jìn)行開發(fā)，從學(xué)生思維序列性呈現(xiàn)角度進(jìn)行更多研究與課程呈現(xiàn)。

（2）從成果方法看：在成果研究過程中注重用科學(xué)的方式引領(lǐng)實(shí)踐，但研究的系統(tǒng)性、科學(xué)性和可操作性，還需要進(jìn)一步論證和校驗(yàn)。

（3）從成果手段看：研究過程和成果的呈現(xiàn)方式介入了信息技術(shù)的融合，持續(xù)研究中更應(yīng)該關(guān)注借助信息技術(shù)助力成果研究過程的支撐，包括研究成果的多元呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)支撐等。

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課題項(xiàng)目：黑龍江省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度教研專項(xiàng)重點(diǎn)課題“STEAM教育視域下小學(xué)數(shù)學(xué)‘單元實(shí)踐性課程’的開發(fā)與實(shí)施研究”（JYB1422075）

見習(xí)編輯/張婷婷