STEM教育與中學數學課程設計應用研究
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摘要：科技的不斷發展為教學改革提供了新思路，而STEM作為融合性的新教育理念和模式，實現了科學、技術，工程及數學四門學科的整合，更側重學生數學核心素養和技術素養的培養，引導學生學以致用，解決實際問題。本文主要以中學數學教學為例，探討STEM教育模式指導下數學課程的有效設計，以期更好地推動中學數學教學。
關鍵詞：STEM;中學數學;策略
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）19-0090-02
一、STEM教育模式的內涵及與數學教學的關系
STEM教學模式旨在將STEM教育融合在中學課程中，致力于實際問題的解決和學生主體能動性的發揮。本質是在多個獨立的學科中建立一個橋梁，為學生提供整體認識世界的機會，引導學生重新思考科學、技術、工程和數學的內涵及它們之間存在的關系，把學習的零碎知識變成相互聯系、完整統一的系統。STEM教學模式對學生提出了多層次的培養要求，其中“S”是“科學”的英文首字母，對于中學數學教學來說，就是將各類科學知識納入到數學教學中，讓學生在了解自然的基礎上加強與自然界的對話。而“T”是“技術”的英文首字母，倡導在數學教學中基于管理的方法思路進行教學的評價指導。而“E”是“工程”的英文首字母，讓學生在數學解題中對問題設計與資源開發有著一定的認識與把握。最后的“M”是“數學”英文首字母，力求實現學生主體能動性發揮基礎上，數學知識的學以致用，舉一反三，解決實際問題。STEM教育與中學數學課程設計應用研究，將把科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），數學（Mathematics）四門學科融合在中學數學課程里，帶動數學課程設計的創新化，將新興的技術理念比如3D打印技術、創客空間、電路板、傳感器、Scratch可視化等融入教學中。嘗試構建一個STEM教育融入中學數學課程設計的應用模式，以期學生獲取知識、探索意識、學科融合、技能培養和問題解決等方面的能力都實現質的飛躍。
二、STEM教學模式指導下的中學數學課程設計
STEM教學模式作為一種創新的教學模式，在與中學數學教學融合的過程中，迸發出更多的教學創意和靈感，借助創新的技術理念，STEM在中學數學課堂中充分滲透，大大提升數學課堂教學實效，也實現素質型創新型數學人才的培養。
?。ㄒ唬┗赟TEM教學模式，整合并綜合課程內容
素質教育理念倡導全面創新型人才的培養與輸出，而基于STEM教學模式，創新人才的培養需要多個方面的教學關注，STEM教學模式關注課堂教學資源的全面開發與綜合整合，從技術到工程到數學到科學，通過多學科知識的交叉展示，滲透教學，拓展學生的知識儲備，也大大提升了學生的數學科學視野。數學課堂不再局限于基礎知識的學習，更引入了科技的案例，技術的講解，讓學生得到全方面的培養與指導。在綜合性的資源引領下，學生自主探究學習，大大提升學生的數學計算能力，科學探索能力，獨立思考能力。例如在講解《直線與圓的位置關系》這部分內容時，針對“直線到圓心的距離與圓的半徑的關系”的闡述，教師可以借助技術手段，將計算機技術引入到數學課堂中，通過動畫演示，讓直線活動起來，讓學生在模擬實操中觀看直線運動變化中，直線到圓心的距離與圓半徑的關系，引導學生借助計算機進行距離的測量，找到位置關系對應的數量關系。發揮信息技術的教學優勢，變抽象的講解為直觀生動的動畫演示，學生真切地感受到知識的形成過程，也把握好知識間的內在關聯。借助技術的創新，加強教學云平臺的建構，帶動教與學的融合。信息技術指導下的在線交流，課下互動，建立和諧的是生活關系，也帶來數學課堂教學的高質高效。
?。ǘ┗赟TEM教學模式，提升數學教學的趣味性
中學階段的學生心智發育尚不成熟，正處于具象思維向抽象思維過渡的階段，數學知識的內在邏輯性與關聯性，對于他們來說，學習接受難度大。學生學習興趣不高，數學知識的探討不深入，教學無法取得理想預期。而基于STEM教學模式，基于創客教學，3D打印，多媒體展示，為課堂教學形式的創新提供了新思路。課堂上多種呈現方式，教師的授課選擇也更為多元，教師可以基于STEM教學模式，創新教學形式，優選活動主題，契合學生的學習實際，激發學生數學學習的興趣。引入具體的案例，通過科學的規劃部署，數學內容的趣味呈現，游戲化教學實施，數學教學達到寓教于樂的目的。例如在講解《圓》這部分時，涉及到系列知識的學習。教師在教學中必須發揮STEM教學模式的創新呈現優勢，將抽象的知識化繁為簡，引導學生在趣味性的思考中深入把握知識。如利用圓的對稱性，引導學生進行垂徑定理的推導。引導學生轉換思維，找到數學學習的突破口。求部分圓的面積問題時，把“不規則圖形”的面積轉化為“規則圖形”面積的和或者差來求解，學會數形結合，利用垂徑定理解決車、船能否通過的問題。借助方程思想判定平面直角坐標系中的三點能否確定一個圓等。STEM教育實施的趣味性主要是基于數形轉化，情境創設實現，數學教學中把多學科知識融于有趣、具有挑戰性、與學生生活相關的問題中，問題和活動的設計要能激發學習者內在的學習動機，問題的解決讓學生獲得學習的成就感。數學教學中還把STEM教育內容游戲化（將游戲的元素、方法和框架融于教育場景），基于探索和目標導向的學習被嵌入游戲中，實現數學趣味課堂的打造。
?。ㄈ┌l揮學生主體能動性，引導學生自主知識建構
在中學數學教學中，教師必須認識到學生作為學習者的主導優勢和個體價值。肯定學生的想法，讓學生大膽質疑思考，以小組為單位探討分析。STEM教學模式恰恰實現了對學生主體學習價值的關注，與建構主義教學理論不謀而合，讓學生真正成為課堂學習的主人，基于自身認識和團隊合作，自主進行知識體系和框架的建構?；赟TEM教學模式，讓學生自主進行知識建構，而不是被動學習。激發學生數學探究學習的動機與信念，鼓勵學生師生互動，生生互動，實現數學知識的記憶與遷移。STEM教學模式更為學生的自主知識建構提供了教學載體支持。3D打印機、開源電路板、傳感器、概念圖工具、SPSS數據分析工具、三維建模工具、創客空間、Scratch可視化工具等，讓學生嘗試自主獲取知識、探索意識、學科融合、技能培養和解決問題。例如在講解《火車模型制作》這部分時，教師可以基于STEM教學模式，組織小組合作探究。
三、結束語
STEM作為創新的教學模式，其在國內課堂教學中應用還處于起步階段，而其跨學科整合的設計，也彌補了課程教學知識結構性缺失的不足，基于技術，工程，科學及數學的四維融合，對中學數學課堂進行系統規劃部署，實現跨學科知識的覆蓋性教學。STEM教學模式為素質教育改革下課堂教學優化，課堂實效提升提供了新思路。因此在中學數學教學中，必須做好STEM教學模式的創新分析與研究探討，實現STEM教學模式在中學數學教學中優勢的最大發揮，實現創新型全面型人才的培養與輸出。
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