STEM教育与中学数学课程设计应用研究
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摘要：科技的不断发展为教学改革提供了新思路，而STEM作为融合性的新教育理念和模式，实现了科学、技术，工程及数学四门学科的整合，更侧重学生数学核心素养和技术素养的培养，引导学生学以致用，解决实际问题。本文主要以中学数学教学为例，探讨STEM教育模式指导下数学课程的有效设计，以期更好地推动中学数学教学。
关键词：STEM;中学数学;策略
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）19-0090-02
一、STEM教育模式的内涵及与数学教学的关系
STEM教学模式旨在将STEM教育融合在中学课程中，致力于实际问题的解决和学生主体能动性的发挥。本质是在多个独立的学科中建立一个桥梁，为学生提供整体认识世界的机会，引导学生重新思考科学、技术、工程和数学的内涵及它们之间存在的关系，把学习的零碎知识变成相互联系、完整统一的系统。STEM教学模式对学生提出了多层次的培养要求，其中“S”是“科学”的英文首字母，对于中学数学教学来说，就是将各类科学知识纳入到数学教学中，让学生在了解自然的基础上加强与自然界的对话。而“T”是“技术”的英文首字母，倡导在数学教学中基于管理的方法思路进行教学的评价指导。而“E”是“工程”的英文首字母，让学生在数学解题中对问题设计与资源开发有着一定的认识与把握。最后的“M”是“数学”英文首字母，力求实现学生主体能动性发挥基础上，数学知识的学以致用，举一反三，解决实际问题。STEM教育与中学数学课程设计应用研究，将把科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）四门学科融合在中学数学课程里，带动数学课程设计的创新化，将新兴的技术理念比如3D打印技术、创客空间、电路板、传感器、Scratch可视化等融入教学中。尝试构建一个STEM教育融入中学数学课程设计的应用模式，以期学生获取知识、探索意识、学科融合、技能培养和问题解决等方面的能力都实现质的飞跃。
二、STEM教学模式指导下的中学数学课程设计
STEM教学模式作为一种创新的教学模式，在与中学数学教学融合的过程中，迸发出更多的教学创意和灵感，借助创新的技术理念，STEM在中学数学课堂中充分渗透，大大提升数学课堂教学实效，也实现素质型创新型数学人才的培养。
（一）基于STEM教学模式，整合并综合课程内容
素质教育理念倡导全面创新型人才的培养与输出，而基于STEM教学模式，创新人才的培养需要多个方面的教学关注，STEM教学模式关注课堂教学资源的全面开发与综合整合，从技术到工程到数学到科学，通过多学科知识的交叉展示，渗透教学，拓展学生的知识储备，也大大提升了学生的数学科学视野。数学课堂不再局限于基础知识的学习，更引入了科技的案例，技术的讲解，让学生得到全方面的培养与指导。在综合性的资源引领下，学生自主探究学习，大大提升学生的数学计算能力，科学探索能力，独立思考能力。例如在讲解《直线与圆的位置关系》这部分内容时，针对“直线到圆心的距离与圆的半径的关系”的阐述，教师可以借助技术手段，将计算机技术引入到数学课堂中，通过动画演示，让直线活动起来，让学生在模拟实操中观看直线运动变化中，直线到圆心的距离与圆半径的关系，引导学生借助计算机进行距离的测量，找到位置关系对应的数量关系。发挥信息技术的教学优势，变抽象的讲解为直观生动的动画演示，学生真切地感受到知识的形成过程，也把握好知识间的内在关联。借助技术的创新，加强教学云平台的建构，带动教与学的融合。信息技术指导下的在线交流，课下互动，建立和谐的是生活关系，也带来数学课堂教学的高质高效。
（二）基于STEM教学模式，提升数学教学的趣味性
中学阶段的学生心智发育尚不成熟，正处于具象思维向抽象思维过渡的阶段，数学知识的内在逻辑性与关联性，对于他们来说，学习接受难度大。学生学习兴趣不高，数学知识的探讨不深入，教学无法取得理想预期。而基于STEM教学模式，基于创客教学，3D打印，多媒体展示，为课堂教学形式的创新提供了新思路。课堂上多种呈现方式，教师的授课选择也更为多元，教师可以基于STEM教学模式，创新教学形式，优选活动主题，契合学生的学习实际，激发学生数学学习的兴趣。引入具体的案例，通过科学的规划部署，数学内容的趣味呈现，游戏化教学实施，数学教学达到寓教于乐的目的。例如在讲解《圆》这部分时，涉及到系列知识的学习。教师在教学中必须发挥STEM教学模式的创新呈现优势，将抽象的知识化繁为简，引导学生在趣味性的思考中深入把握知识。如利用圆的对称性，引导学生进行垂径定理的推导。引导学生转换思维，找到数学学习的突破口。求部分圆的面積问题时，把“不规则图形”的面积转化为“规则图形”面积的和或者差来求解，学会数形结合，利用垂径定理解决车、船能否通过的问题。借助方程思想判定平面直角坐标系中的三点能否确定一个圆等。STEM教育实施的趣味性主要是基于数形转化，情境创设实现，数学教学中把多学科知识融于有趣、具有挑战性、与学生生活相关的问题中，问题和活动的设计要能激发学习者内在的学习动机，问题的解决让学生获得学习的成就感。数学教学中还把STEM教育内容游戏化（将游戏的元素、方法和框架融于教育场景），基于探索和目标导向的学习被嵌入游戏中，实现数学趣味课堂的打造。
（三）发挥学生主体能动性，引导学生自主知识建构
在中学数学教学中，教师必须认识到学生作为学习者的主导优势和个体价值。肯定学生的想法，让学生大胆质疑思考，以小组为单位探讨分析。STEM教学模式恰恰实现了对学生主体学习价值的关注，与建构主义教学理论不谋而合，让学生真正成为课堂学习的主人，基于自身认识和团队合作，自主进行知识体系和框架的建构。基于STEM教学模式，让学生自主进行知识建构，而不是被动学习。激发学生数学探究学习的动机与信念，鼓励学生师生互动，生生互动，实现数学知识的记忆与迁移。STEM教学模式更为学生的自主知识建构提供了教学载体支持。3D打印机、开源电路板、传感器、概念图工具、SPSS数据分析工具、三维建模工具、创客空间、Scratch可视化工具等，让学生尝试自主获取知识、探索意识、学科融合、技能培养和解决问题。例如在讲解《火车模型制作》这部分时，教师可以基于STEM教学模式，组织小组合作探究。
三、结束语
STEM作为创新的教学模式，其在国内课堂教学中应用还处于起步阶段，而其跨学科整合的设计，也弥补了课程教学知识结构性缺失的不足，基于技术，工程，科学及数学的四维融合，对中学数学课堂进行系统规划部署，实现跨学科知识的覆盖性教学。STEM教学模式为素质教育改革下课堂教学优化，课堂实效提升提供了新思路。因此在中学数学教学中，必须做好STEM教学模式的创新分析与研究探讨，实现STEM教学模式在中学数学教学中优势的最大发挥，实现创新型全面型人才的培养与输出。
参考文献：
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