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      基于STEM教育的數(shù)學(xué)問題解決教學(xué)研究

      2021-04-12 23:21:05劉俊含吳華
      關(guān)鍵詞:STEM教育數(shù)學(xué)教學(xué)

      劉俊含 吳華

      【摘 要】STEM教育理念強調(diào)創(chuàng)新實踐和多學(xué)科整合,這為以問題為導(dǎo)向的數(shù)學(xué)教學(xué)提供了新思路。將STEM教育理念和數(shù)學(xué)問題解決過程相融合,是對現(xiàn)有數(shù)學(xué)教學(xué)的創(chuàng)新。這種新的教學(xué)模式將教學(xué)過程從課前準(zhǔn)備、課堂實施、課后反思與評價三方面進行了闡述。整個教學(xué)過程通過問題情境引出數(shù)學(xué)問題,學(xué)生在教師啟發(fā)下找到解決數(shù)學(xué)問題的條件和思路,提升學(xué)生的STEM跨學(xué)科能力。該模式的提出能夠推動STEM教育與數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)深度融合,提升學(xué)生跨學(xué)科思維和問題解決能力。

      【關(guān)鍵詞】STEM教育;數(shù)學(xué)問題解決;數(shù)學(xué)教學(xué)

      STEM教育是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Mathematics)四門學(xué)科的組合,它強調(diào)多學(xué)科的交叉融合,即將四門學(xué)科組合成有機整體,以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力[1]。

      近年來,STEM教育在國內(nèi)外相關(guān)國家和組織的推動下取得諸多進展。以美國、加拿大為代表的西方國家和日本、新加坡等亞洲國家都制定并實施了關(guān)于提升學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維的STEM培養(yǎng)目標(biāo)和項目課程。在中國,以培養(yǎng)學(xué)生STEM能力為定位的課下培訓(xùn)機構(gòu)迅速遍及全國;上海、深圳等一線城市的試點學(xué)校也開展了豐富多彩的STEM課堂教學(xué)。但不論校內(nèi)還是校外的STEM課程,都以設(shè)置科學(xué)課、綜合實踐活動、動手操作課的形式開展。數(shù)學(xué)作為STEM四大學(xué)科中的基礎(chǔ)學(xué)科,是工程、技術(shù)、醫(yī)學(xué)、計算機等眾多領(lǐng)域的研究工具。如果借助數(shù)學(xué)課堂開展STEM教育活動,不僅能豐富STEM的應(yīng)用性,也有利于打破克服數(shù)學(xué)課堂枯燥乏味的特點。

      1? ?數(shù)學(xué)問題解決

      數(shù)學(xué)家波利亞將數(shù)學(xué)解題分為理解題目、擬定方案、執(zhí)行方案、回顧四個過程,并針對每個過程給出相應(yīng)的啟發(fā)性策略,形成一張“怎樣解題表”[2]。培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力不僅在于提升學(xué)生的數(shù)學(xué)思維,更重要的是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中能夠形成適應(yīng)社會、獨立生存的必要素養(yǎng)。數(shù)學(xué)作為STEM四大學(xué)科里唯一的基礎(chǔ)學(xué)科,數(shù)學(xué)問題解決與STEM教育理念的融合可以提升學(xué)生解決數(shù)學(xué)問題、探究創(chuàng)新方面的能力,進而使學(xué)生獲得主動思考、解決各類問題的能力,達到“1+1>2”的效果。

      2? ?基于STEM教育的數(shù)學(xué)問題解決

      STEM教育在國際廣受歡迎是因為它所強調(diào)的創(chuàng)新、創(chuàng)造以及動手實踐的屬性。而數(shù)學(xué)問題解決STEM教學(xué)下的教學(xué)目標(biāo)不單是傳遞數(shù)學(xué)知識與技能,更多的是一種運用多學(xué)科知識的體驗,即將數(shù)學(xué)等學(xué)科作為應(yīng)用工具。在具體的教學(xué)目標(biāo)下,將STEM作為依托的數(shù)學(xué)問題解決以生成性目標(biāo)為重心,不再過分關(guān)注預(yù)設(shè)性的教學(xué)目標(biāo),在保證數(shù)學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)知識扎實的前提下開放更多活動和探究給學(xué)生,讓學(xué)生在創(chuàng)造中學(xué)數(shù)學(xué)。

      在基于STEM的數(shù)學(xué)課堂上,學(xué)生沉浸在情境化的數(shù)學(xué)世界中,師生通過各種創(chuàng)造性的“做”來完成教學(xué)過程。因為STEM教育要求創(chuàng)新性思維,即基于創(chuàng)造的體驗性學(xué)習(xí),所以在教學(xué)設(shè)計上,教師對預(yù)設(shè)問題的設(shè)計較少,學(xué)生在合作探究中生成的問題較多。

      3? ?基于STEM教育的數(shù)學(xué)問題解決教學(xué)模式

      基于STEM教育的數(shù)學(xué)問題解決作為STEM與數(shù)學(xué)問題解決相融合的教學(xué)模式,以學(xué)生創(chuàng)新思維、實踐探究能力的培養(yǎng)為根本目標(biāo),尤其側(cè)重以實踐創(chuàng)新和科學(xué)精神為引領(lǐng),讓學(xué)生在STEM多學(xué)科知識的運用中實現(xiàn)全面發(fā)展和個性發(fā)展。本研究結(jié)合數(shù)學(xué)教學(xué)實際,設(shè)計了STEM教育下的數(shù)學(xué)問題解決教學(xué)模式,如圖1所示[3]。

      該模式作為基于STEM教育而提出的一種數(shù)學(xué)教學(xué)模式,以培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決能力為根本目標(biāo),強調(diào)以解決問題和實踐創(chuàng)新為導(dǎo)向,鼓勵學(xué)生在數(shù)學(xué)課堂上運用跨學(xué)科知識解決問題,實現(xiàn)個性化全面發(fā)展。轉(zhuǎn)變數(shù)學(xué)課堂以傳統(tǒng)講授為主的形式,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的熱情。針對數(shù)學(xué)問題解決教學(xué)模型,有以下幾點需要說明。

      首先,從教師“教”的角度來說,解決數(shù)學(xué)問題的教學(xué)模式在課前準(zhǔn)備上,要求教師針對本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)提出具有情境性的數(shù)學(xué)問題,并且該問題要靠近班級內(nèi)大部分學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”,即提出的問題既要有挑戰(zhàn)性,又要能使學(xué)生有動力、有能力去解決?;赟TEM教育的數(shù)學(xué)課堂顯然不會只有數(shù)學(xué)學(xué)科知識,相關(guān)學(xué)科知識準(zhǔn)備指教師應(yīng)將本節(jié)課數(shù)學(xué)問題涉及的科學(xué)、技術(shù)、工程類知識準(zhǔn)備好,以應(yīng)對課堂上學(xué)生可能出現(xiàn)的對跨學(xué)科知識不了解而產(chǎn)生的問題。由于學(xué)生的生活環(huán)境不同,所以不能要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)科學(xué)技術(shù)類知識,學(xué)生在課前完成本節(jié)數(shù)學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)知識預(yù)習(xí)即可。

      其次,教師在引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)階段需注意,除了使用問題串的形式外,還可以鼓勵學(xué)生之間互相引導(dǎo)探究,讓學(xué)生自己找到解決辦法。此時,教師的觀察指導(dǎo)就發(fā)揮了重要作用。既要觀察同組內(nèi)每個學(xué)生參與討論的情況,也要觀察各組集體討論時的氛圍與進展。在這一過程中,課堂實錄必不可少,課堂實錄不僅有助于教師在課后反思自己的教學(xué),還可以讓教師從微觀角度觀察學(xué)生課堂的學(xué)習(xí)動態(tài)和思維變化。課堂實施階段是學(xué)生主體地位最明顯的階段,也是一節(jié)課的關(guān)鍵。

      最后,以創(chuàng)造性導(dǎo)向和問題解決導(dǎo)向作為評價的基礎(chǔ)。在評價方式上,采取過程性評價、迭代式評價,注重學(xué)生學(xué)習(xí)中廣泛收集各類信息,根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進行實時評價,并根據(jù)學(xué)生情緒狀態(tài)調(diào)整的情況進行疊加式的動態(tài)評價,打破傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)中通過筆試評定是否達成教學(xué)目標(biāo)的模式。STEM教學(xué)目標(biāo)是在培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)中發(fā)展學(xué)生解決問題的能力,因此教師應(yīng)通過學(xué)生是否能根據(jù)一個實際問題運用所學(xué)和已掌握的多學(xué)科知識建立評價方案,并安排好計劃實施。同時,針對幾何內(nèi)容的教學(xué)評價可以采用產(chǎn)品設(shè)計、制作實物等方式進行。通過對作品的創(chuàng)造性進行合理評價,來衡量學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性問題解決能力。

      當(dāng)前我國對數(shù)學(xué)人才和創(chuàng)新人才的需求迫切。STEM 教育為傳統(tǒng)教學(xué)提供了更多參考價值和教學(xué)觀念。STEM教育的多學(xué)科融合理念,對提升學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力有著重要作用。在分析STEM教育與數(shù)學(xué)教學(xué)關(guān)系的基礎(chǔ)上,本研究創(chuàng)新性地構(gòu)建融合STEM教育的數(shù)學(xué)問題解決教學(xué)模式,為數(shù)學(xué)課堂的開展提供了新思路,對教學(xué)模型進行具體闡釋和應(yīng)用。接下來,本研究還將結(jié)合教學(xué)實驗結(jié)果做進一步深入研究。

      【參考文獻】

      [1]朱學(xué)彥,孔寒冰.科技人力資源開發(fā)探究——美國STEM學(xué)科集成戰(zhàn)略解讀[J].高等工程教育研究,2008(2).

      [2](美)波利亞著.涂泓,馮承天譯.怎樣解題:數(shù)學(xué)思維的新方法[M].上海:上??萍冀逃霭嫔?,2007.

      [3]李彤彤.創(chuàng)客式教學(xué):面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEAM課程教學(xué)新范式[J].中國電化教育,2018(9).

      【作者簡介】

      劉俊含(1996~),女,佤族,遼寧大連人,遼寧師范大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院課程與教學(xué)論(數(shù)學(xué))專業(yè)2018級碩士研究生。研究方向:現(xiàn)代教育技術(shù)與課程整合。

      吳華(1964~),女,碩士,教授。研究方向:現(xiàn)代教育技術(shù)與課程整合。

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