韋欣

《2017年中國STEM教育白皮書》提議將STEM教育發(fā)展納入國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，構(gòu)建系統(tǒng)化、跨學(xué)段的STEM整合課程。STEM整合課程能讓學(xué)生在真實情境中，經(jīng)歷有意義的學(xué)習(xí)過程，擁有足夠的學(xué)習(xí)機(jī)會以來探索和發(fā)展科學(xué)技術(shù)，綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識以提升問題解決的能力，符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的本質(zhì)要求。

STEAM理念的數(shù)學(xué)拓展活動是指在數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)上，融入STEAM理念，設(shè)計活動主題或者情境以及一系列問題，使學(xué)生在這個主題或者情境中，應(yīng)用數(shù)學(xué)知識，打破學(xué)科課程知識的界限，找到學(xué)科間的關(guān)聯(lián)點，以達(dá)成跨學(xué)科整合。

下面以“杯子主題”活動為例，說明基于STEAM理念的數(shù)學(xué)拓展活動設(shè)計思路。

一、活動設(shè)計

▲活動對象：小學(xué)五年級學(xué)生。

▲活動對象分析

1.年齡特點分析

小學(xué)五年級學(xué)生擁有一定的學(xué)習(xí)能力和動手操作能力，自主探索能力、觀察能力、抽象思維能力、小組合作經(jīng)驗等，對學(xué)習(xí)有較強(qiáng)的求知欲和興趣。

2.知識貯備水平的分析

數(shù)學(xué)知識：已進(jìn)行五年級“長、正方體體積”的單元學(xué)習(xí)。

科學(xué)知識：已進(jìn)行四年級“熱”的單元學(xué)習(xí)。

藝術(shù)知識：有色彩、線條、造型設(shè)計經(jīng)驗。

工程、技術(shù)知識：比較欠缺，需要教師多加指導(dǎo)。

3.生活經(jīng)歷分析

對于杯子，學(xué)生都非常熟悉，具有豐富的認(rèn)識和感受，不存在認(rèn)知空白，為活動實施提供了基本生活經(jīng)驗基礎(chǔ)。

綜上，選擇了“杯子”作為活動主題。因此，教師可以創(chuàng)設(shè)學(xué)生所了解、熟悉的情景，并帶學(xué)生在無形中進(jìn)入到情境中。在這一過程中，教師要給予學(xué)生充分的自由度進(jìn)行發(fā)揮和探索。

▲活動目標(biāo)

1.解決問題中合理應(yīng)用學(xué)過的知識，滲透轉(zhuǎn)化思想和科學(xué)觀，提高應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力，觀察、研究和推理能力。

2.查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，鍛煉搜集、分類、交流信息的能力。

3.小組協(xié)作完成各種設(shè)計、實驗方案，培養(yǎng)溝通合作交流的能力。

4.選擇處理各種實驗材料，學(xué)會運(yùn)用工具，培養(yǎng)工程意識、動手能力，基于實驗結(jié)果來提出合理科學(xué)的觀點。

5.學(xué)會自我學(xué)習(xí)管理，培養(yǎng)跨學(xué)科整合基礎(chǔ)知識的素養(yǎng)。

杯子主題活動要實現(xiàn)跨學(xué)科的整合，因此把活動拆分成以下幾個小主題。

▲活動主題分解

1.杯子的功能——兒童一天要喝幾杯水。

2.杯子的性能——設(shè)計保溫杯。

3.杯子的人性化設(shè)計——水溫測量器。

4.杯子的外觀設(shè)計——裝飾杯子。

▲涉及整合的學(xué)科知識

1.數(shù)學(xué)：數(shù)據(jù)測量，長正方體的體積、容積的概念及計算，統(tǒng)計圖表制作、比例。

2.科學(xué)：了解平時生活中的熱量的存在，以及熱量的傳遞方式、測量溫度，選擇合適的保溫材料，實驗操作。

3.工程：模型、杯子設(shè)計符合人體使用的舒適性、實用性，設(shè)計制作流程。

4.技術(shù)：制作保溫杯、溫度測量器。

5.人文藝術(shù)：綠色環(huán)保理念，色彩造型設(shè)計。

二、指向?qū)W生參與的活動實施路徑

孔企平認(rèn)為，學(xué)生在數(shù)學(xué)教學(xué)中的參與是指學(xué)生在課堂數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的心理活動方式和行為努力程度。它包括三個方面：行為參與、認(rèn)知參與和情感參與。行為參與指學(xué)生的行為努力程度;認(rèn)知參與指學(xué)生所運(yùn)用的反映其思維水平的學(xué)習(xí)方法;情感參與指學(xué)生的情感體現(xiàn)?；赟TEAM理念的數(shù)學(xué)拓展活動中，學(xué)生在主題活動中的參與程度高低直接關(guān)系著主題活動能否成功實施。同時也影響著活動的結(jié)果。除了行為參與，如果學(xué)生還具有合理的認(rèn)知參與及積極的情感參與，學(xué)生就能獲得較高的學(xué)習(xí)活動結(jié)果。

（一）設(shè)計問題，激發(fā)參與

基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)拓展活動，設(shè)計核心關(guān)鍵問題串是活動中非常重要的因素。它有兩個重要的作用，一是要激發(fā)學(xué)生的探究欲望;二是為學(xué)生的探究指明方向?？梢姡赟TEAM教育理念的數(shù)學(xué)活動，要設(shè)計一個來源于真實情境、富有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵問題。

以主題活動分解一：兒童一天要喝幾杯水為例，核心關(guān)鍵問題串設(shè)計及作用如下：

學(xué)生進(jìn)行小組合作，討論方案并尋找合適的實驗工具，想辦法測量得出杯子容積后計算需要喝幾杯水，并把整個過程整理記錄下來。學(xué)生的解決方案有：①借助針筒、小量杯一點一點倒水進(jìn)杯子，記錄倒水總次數(shù)，算出容積。②測量出杯子的直徑、高，用圓柱體積公式計算容積。③不規(guī)則形狀的杯子裝滿水倒進(jìn)規(guī)則形狀的大杯子，再用前面的方法得到容積。④口大底小的杯子取兩者直徑的平均數(shù)算容積。⑤把杯子裝滿水倒進(jìn)大量杯內(nèi)，大部分水倒至整百刻度線為止，剩下的水用小量杯測量。⑥把杯子裝滿水，倒進(jìn)正方體或長方體容器，測量長寬高，算出水的體積即杯子的容積。⑦把長方體容器裝滿水，倒水裝滿杯子，用長方體體積減去剩下水的體積。⑧方法如前，但只測量長方體沒水部分的長寬高。

拋出了核心問題，那如何測量杯子的容積？在課堂上，教師并沒有給出明確指導(dǎo)，而是引導(dǎo)學(xué)生多方面地發(fā)揮想象、發(fā)散思維。從學(xué)生豐富的解決方案中可以看出，學(xué)生基本都會綜合運(yùn)用五年級所學(xué)過的數(shù)學(xué)知識和科學(xué)實驗工具，利用轉(zhuǎn)化的思想，用一定的方法策略解決了這一實際問題。甚至還有學(xué)生運(yùn)用了六年級所學(xué)的圓柱體積計算公式來解決問題。在這過程中，學(xué)生不僅獲得了寶貴的數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗和情感體驗，還形成了一系列的解決問題方案設(shè)計，最終解決了問題。

（二）多維探索，深度參與

基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)拓展活動，需要學(xué)生對核心話題進(jìn)行多維探索，深度參與。學(xué)生的交流越深入，頭腦風(fēng)暴效果就越好。

以主題活動分解二：設(shè)計保溫杯為例，學(xué)生討論一個好杯子的標(biāo)準(zhǔn)是什么，在得出外觀、材質(zhì)、質(zhì)量、大小、保溫等指標(biāo)后，繼而討論怎樣能讓杯子的保溫效果更好。學(xué)生根據(jù)日常經(jīng)驗和已學(xué)的熱傳遞知識，最初想到添加外套、改變杯子材質(zhì)的方法。教師繼而要求學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，小組合作大膽討論，講的盡量不要重復(fù)，集合學(xué)生的所思所得，整理得到以下的思維導(dǎo)圖。

從圖可見，從添加外套→添加保溫材料→改變杯子結(jié)構(gòu)→加裝發(fā)熱裝置，學(xué)生的思維從單一走向多元，從簡單走向復(fù)雜，從無序走向有序，體現(xiàn)了項目設(shè)計、工程設(shè)計的特點。以小組為單位，教師讓學(xué)生深度挖掘增強(qiáng)杯子的保溫功能可以從哪些方面入手。與此同時，引導(dǎo)小組學(xué)生產(chǎn)生多元化的想法，并不斷讓學(xué)生從不同角度提出自己不同的觀點或補(bǔ)充。面對學(xué)生各種想法，教師要及時給予鼓勵和回應(yīng)。人人有交流的機(jī)會，人人有表達(dá)的機(jī)會，人人有自己的話可說，體現(xiàn)STEAM項目中對核心話題的深度探索、深度參與。

（三）動手實踐，反思完善

基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)拓展活動，動手實踐完成開放的項目任務(wù)，在反饋評價中反思改進(jìn)完善項目和完善概念認(rèn)知是活動的終極目標(biāo)。有了上述的深度交流作基礎(chǔ)，學(xué)生都認(rèn)可在杯子夾層中添加棉花、海綿等熱的不良導(dǎo)體會起到很好的保溫作用。但是，學(xué)生不知道哪種材料保溫性能最好，以及如何進(jìn)行驗證。而且學(xué)生在思考時，僅僅考慮到保溫的效果，而忽略了實際制作中可能存在的問題，如，杯子的重量是否會增加、外形是否美觀、成本是否超支等。因此，基于以上的問題計劃分三步進(jìn)行實踐制作保溫杯，如下表一;要求自行設(shè)計、填寫實驗表格或報告，如下表二。

STEAM項目的完成，除了要求學(xué)生學(xué)會跨學(xué)科應(yīng)用知識，還需要學(xué)生學(xué)會反思、學(xué)會完善。在此過程中，教師應(yīng)提供必要的幫助，引導(dǎo)學(xué)生選擇不同的材料，指導(dǎo)利用已有工具或者創(chuàng)造工具來完成項目。學(xué)生或小組進(jìn)行成果展示時，要求學(xué)生結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察、研究、推理、互評，基于實驗結(jié)果來提出新的觀點和假設(shè)，從而不斷反思完善項目。

在完善項目的同時，學(xué)生在解決實際問題的過程中，自發(fā)地對已有經(jīng)驗提取和再內(nèi)化，再在不斷完善概念。之前，學(xué)生一直認(rèn)為，保溫就是保持熱度不變。而現(xiàn)在，學(xué)生是在實驗、評價、交流、互相啟發(fā)的過程中，逐步完善了概念。保溫杯的功能其實不是保持溫?zé)?，而是保持溫度。保持溫度的方法，必須要利用熱的不良?dǎo)體制作，保證密封，以此減慢熱的傳遞。

總之，基于STEAM教育理念的數(shù)學(xué)活動的主要目標(biāo)是使學(xué)生在課程探究的過程中，合理運(yùn)用數(shù)學(xué)知識及各學(xué)科知識解決真實情境問題。通過“學(xué)習(xí)知識、小組設(shè)計、查找資料、交流再造、交流展示”等環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)課程知識，經(jīng)歷“自主設(shè)計——動手體驗——反思完善”的過程，提高學(xué)生的知識遷移能力，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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責(zé)任編輯? 羅燕燕? 美術(shù)編輯? 李澤文