基于STEM的高中數(shù)學(xué)教學(xué)策略與實(shí)踐探索

田自上

摘 要：基于高中數(shù)學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，面對新課程改革下的高中數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)，將STEM教學(xué)模式融入高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，促使學(xué)生在具體的教學(xué)中形成一定的綜合性思維，使得學(xué)生在具體的學(xué)習(xí)中深化所學(xué)的數(shù)學(xué)知識，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生自身創(chuàng)新能力、邏輯思維能力的提升?；诖耍P者以高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)作為研究切入點(diǎn)，對當(dāng)前高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上提出了STEM與高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的整合策略，并進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

關(guān)鍵詞：高中數(shù)學(xué);STEM;教學(xué)策略;融合途徑

在新時代背景下，對人才質(zhì)量需求也隨之提升，必須要不斷提高相關(guān)人才的創(chuàng)新能力、探究能力等。在這一背景下，STEM教育理念也隨之提升。與傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)理念不同，STEM教育理念是一種全新的素質(zhì)教育理念，與當(dāng)前的人才需求特點(diǎn)相適應(yīng)。其中，S是指科學(xué)（Science），T是指技術(shù)（Technology），E是指工程（Engineering），M則是指數(shù)學(xué)（Maths），將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個學(xué)科有機(jī)結(jié)合到一起，要求教師在具體的教學(xué)中，完成數(shù)學(xué)知識的傳授，還要充分借助STEM教育理念，促使學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的過程中逐漸形成綜合性的數(shù)學(xué)思維，并逐漸提高自身的邏輯思維能力、創(chuàng)新能力等，最終滿足新課程理念下的高中數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)。

一、新課程理念下高中數(shù)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

雖然新課程理念下，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)，已經(jīng)成為高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的終極目標(biāo)，要求教師在開展數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的時候，必須要在強(qiáng)化數(shù)學(xué)知識教學(xué)的基礎(chǔ)上，注重學(xué)生邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、知識探究能力的培養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)自身的全面發(fā)展，但是在具體的教學(xué)中受到傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)模式和教學(xué)理念的制約，高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)仍然存在諸多問題，集中體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）素質(zhì)教育力度不夠

高中數(shù)學(xué)教師在當(dāng)前的課堂教學(xué)中，依然受到傳統(tǒng)“應(yīng)試教育”模式和理念的束縛，以強(qiáng)化數(shù)學(xué)知識教學(xué)作為教學(xué)重點(diǎn)，并且在具體的教學(xué)中，以單純的知識灌輸作為唯一的教學(xué)手段。在這種情況下，由于高中數(shù)學(xué)素質(zhì)教育力度不夠，以至于學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中難以提高自身的數(shù)學(xué)思維能力、知識探究能力和創(chuàng)新能力等，致使高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)效果不佳，難以實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)下的高中數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)[1]。

（二）數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣和積極性低下

學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣直接決定了學(xué)習(xí)效果。但是受到傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)理念和模式的制約，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，難以積極主動參與到數(shù)學(xué)課堂學(xué)習(xí)中。集中體現(xiàn)在：學(xué)生在數(shù)學(xué)課堂上常常無法集中精力，無法跟上教師的思維，屢次出現(xiàn)開小差的現(xiàn)狀;學(xué)生片面地認(rèn)為數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的最終目的是應(yīng)付高考，沒有真正意識到數(shù)學(xué)知識在實(shí)際生活中的具體應(yīng)用，以至于學(xué)生不愿意投入大量的精力參與到數(shù)學(xué)課程學(xué)習(xí)中;基于數(shù)學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，對學(xué)生的理解能力、邏輯思維能力要求相對比較高，多數(shù)高中學(xué)生并未找到最佳的學(xué)習(xí)方法，以至于常常出現(xiàn)力不從心的現(xiàn)象，致使學(xué)生逐漸喪失數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣。

（三）學(xué)生的自主探究意識比較薄弱

在當(dāng)前的高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)模式下，基本上都局限在“教師講解知識，學(xué)生被動接受知識”的模式下。長此以往，學(xué)生在這種被動的學(xué)習(xí)模式下，就會逐漸產(chǎn)生依賴性、被動性，不僅難以激發(fā)學(xué)生的自主探究興趣，還制約了高中學(xué)生數(shù)學(xué)思維、創(chuàng)新能力的發(fā)展，與高中數(shù)學(xué)新課程理念下的教學(xué)要求不相符[2]。

二、基于STEM的高中數(shù)學(xué)教學(xué)策略與實(shí)踐分析

STEM教育理念具有明顯的跨學(xué)科特點(diǎn)，而高中數(shù)學(xué)學(xué)科也具有極強(qiáng)的綜合性，其中涉及科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等諸多學(xué)科的知識，而其他學(xué)科的學(xué)習(xí)也是建立在數(shù)學(xué)這一學(xué)科的基礎(chǔ)知識之上。因此，基于STEM教學(xué)理念，教師在設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)課程教學(xué)的時候，必須要堅(jiān)持跨學(xué)科的原則，引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中了解其他學(xué)科的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生借助數(shù)學(xué)知識解決現(xiàn)實(shí)生活中面臨的問題。

（一）基于STEM內(nèi)涵，融合各個學(xué)科知識

首先，充分重視跨學(xué)科的引入。由于STEM的最關(guān)鍵特征是跨學(xué)科的，即綜合利用各學(xué)科專業(yè)知識來進(jìn)行課堂教學(xué)。高中數(shù)學(xué)同樣具備綜合性特點(diǎn)，數(shù)學(xué)涉及許多其他科目的專業(yè)知識，如科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等。此外，還必須在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上建立其他科目的學(xué)習(xí)和鍛煉。因此，在開發(fā)基于STEM的高中數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)時，教師應(yīng)正確指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的全過程中掌握和學(xué)習(xí)其他科目的內(nèi)容，并學(xué)習(xí)整合這些內(nèi)容以解決實(shí)際問題。其次，重視真實(shí)情境的引入。利用日常生活中的特定問題來構(gòu)建課堂教學(xué)場景。科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)都是滲透課堂教學(xué)中特定場景的課程。STEM教學(xué)理念在高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的滲透，要求教師將數(shù)學(xué)和實(shí)際場景緊密結(jié)合，以帶領(lǐng)學(xué)生基于綜合性知識研究并處理實(shí)際問題，并在此過程中獲取新知。最后，重視過程性評價。根據(jù)STEM教學(xué)計(jì)劃的設(shè)計(jì)，應(yīng)設(shè)計(jì)特殊的過程評估工具。學(xué)生在互評、自評的完整過程中會及時思考和彌補(bǔ)自身短處。教師結(jié)合學(xué)生的實(shí)際學(xué)情完成對應(yīng)教學(xué)支架的供給，以引導(dǎo)學(xué)生有效綜合并應(yīng)用數(shù)學(xué)知識，不斷提升學(xué)習(xí)效率。

（二）依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，篩選STEM融合內(nèi)容

基于STEM教育理念，教師在整合數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的時候，應(yīng)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)、合理的選擇。這主要是因?yàn)椴⒉皇撬械臄?shù)學(xué)內(nèi)容，都適合STEM教育。因此，教師必須要依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，遵循STEM教學(xué)理念的跨學(xué)科性、體驗(yàn)性和情境性，積極尋找高中數(shù)學(xué)與STEM之間的契合點(diǎn)，選擇有針對性的融合內(nèi)容。具體來說，指數(shù)函數(shù)內(nèi)容與高中生物中的“細(xì)胞分裂”“生物體內(nèi)碳14的衰減”相關(guān)，對數(shù)函數(shù)與“地震震級的變化規(guī)律、溶液pH的變化規(guī)律”相關(guān)，冪函數(shù)與“理想狀態(tài)下氣體的壓強(qiáng)與體積關(guān)系”相關(guān)，直線的斜角與斜率與物理中速度、位移知識相關(guān)等等。因此，教師應(yīng)結(jié)合具體的數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容，選擇與相關(guān)的STEM問題，將兩者有機(jī)結(jié)合到一起[3]。

（三）高中數(shù)學(xué)與STEM教育理念的整合途徑

1.融入科學(xué)，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。數(shù)學(xué)和科學(xué)相輔相成，它們是彼此的基礎(chǔ)和前提。高中數(shù)學(xué)教材內(nèi)涵蓋著諸多科學(xué)素材，教師可抓住數(shù)學(xué)這一特點(diǎn)，將科學(xué)知識滲透到日常課堂教學(xué)上，通過有效整合數(shù)學(xué)和科學(xué)的方式，促使高中生的科學(xué)素養(yǎng)得到良好發(fā)展。在高中數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)中，要求教師在開展高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的時候，應(yīng)將數(shù)學(xué)內(nèi)容與信息技術(shù)整合到一起，真正實(shí)現(xiàn)高中數(shù)學(xué)與信息技術(shù)的有機(jī)整合，促使學(xué)生在信息技術(shù)的幫助下，加深對數(shù)學(xué)知識的理解。同時，學(xué)生在這一過程中，也提升了自身的信息素養(yǎng)。具體來說，基于高中數(shù)學(xué)知識復(fù)雜性、難以理解的現(xiàn)狀，教師可充分借助幾何畫板、Flash軟件等，將數(shù)學(xué)知識直觀、形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。如此一來，不僅實(shí)現(xiàn)了高中數(shù)學(xué)知識的可視化，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。同時，學(xué)生在數(shù)學(xué)與信息技術(shù)融合的學(xué)習(xí)中，提升了自身的計(jì)算機(jī)信息素養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的全面發(fā)展[4]。

2.融入技術(shù)，培養(yǎng)信息素養(yǎng)。信息技術(shù)給社會的前進(jìn)發(fā)展帶來不竭動力，并廣泛應(yīng)用于社會各領(lǐng)域內(nèi)，在高中數(shù)學(xué)教學(xué)過程中引入信息技術(shù)，能夠使學(xué)生更加容易理解數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，找尋數(shù)學(xué)規(guī)律，認(rèn)識數(shù)學(xué)本質(zhì)。在信息技術(shù)的輔助下，有機(jī)整合“數(shù)”與“形”，如借助幾何畫板、思維導(dǎo)圖等軟件，高效實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)知識動態(tài)化。因此，基于STEM的高中數(shù)學(xué)教學(xué)，需要教師重視引進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)探索未知的知識，使其信息素養(yǎng)得到不斷提升。在高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，由于高中數(shù)學(xué)知識具有極強(qiáng)的復(fù)雜性，高中學(xué)生只有具備較強(qiáng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，面臨高中數(shù)學(xué)難題的時候才會擁有清晰的解題思路。但是在新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求下，教師在優(yōu)化和開展高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的時候，必須要關(guān)注學(xué)生數(shù)學(xué)知識應(yīng)用能力的培養(yǎng)和提升?；诖?，教師可將高中數(shù)學(xué)知識與科學(xué)知識有機(jī)結(jié)合到一起，引領(lǐng)學(xué)生在借助數(shù)學(xué)知識解決實(shí)際生活問題的過程中強(qiáng)化自身的知識應(yīng)用能力。同時，在這一過程中，學(xué)生的邏輯思維能力、創(chuàng)新能力、知識探究能力等也隨之提升。

3.融入工程，培養(yǎng)工程素養(yǎng)。數(shù)學(xué)知識和工程問題也有著非常緊密的聯(lián)系，有相當(dāng)多的工程在其測量、計(jì)算、推演、模擬以及預(yù)算環(huán)節(jié)中，都需要使用數(shù)學(xué)知識。因此，基于STEM的高中數(shù)學(xué)教學(xué)開展過程中，教師還可取材于具體工程，培養(yǎng)學(xué)生整合數(shù)學(xué)知識分析并解決工程問題，不僅能夠?qū)W(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力進(jìn)行有效培養(yǎng)，而且還能增強(qiáng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。在高中數(shù)學(xué)新課程理念影響下，教師應(yīng)立足于數(shù)學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，積極開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)，使得學(xué)生在數(shù)學(xué)建模的過程中，加深數(shù)學(xué)知識的理解，并促使學(xué)生正確利用數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際生活中遇到的問題?；诖?，高中數(shù)學(xué)教師在優(yōu)化課堂教學(xué)的時候，可結(jié)合具體的數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容，將相關(guān)的工程問題融入教學(xué)中，促使學(xué)生在解決工程問題的過程中，加深對數(shù)學(xué)知識的理解，了解科學(xué)研究的一般步驟，最終促使學(xué)生在工程解決的過程中提高自身的發(fā)現(xiàn)問題能力、解決問題能力等，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。

三、結(jié)語

綜上所述，面對新時代背景下的育人要求，傳統(tǒng)的高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)模式顯然已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的教學(xué)要求。教師遵循STEM教育理念下的育人要求，遵循STEM教育理念下的育人原則，精心篩選STEM融合內(nèi)容，設(shè)計(jì)高中數(shù)學(xué)教學(xué)流程，并在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中融入技術(shù)、科學(xué)、工程教育等，促使學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的過程中發(fā)展自身的邏輯思維能力、創(chuàng)新能力等，最終實(shí)現(xiàn)高中學(xué)生的全面發(fā)展。

[1]戴天竹.STEM教育理念在高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)數(shù)學(xué)，2020（11）：84.

[2]尚穎異.基于STEM理念的數(shù)學(xué)探究式教學(xué)模式的實(shí)踐研究[D].江西師范大學(xué)，2020.

[3]歐陽才學(xué).STEM教育理念下數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐探索[J].中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)參考，2019（30）：70.

[4]劉麗芳.基于STEM的高中數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐探索[D].山西師范大學(xué)，2019.