高中数学STEM教育理论的教学实践
【摘 要】本文论述STEM教育理论在高中数学教学中的实践应用，提出筛选STEM教育理论融入契机、建立STEM教育理论渗透机制、组织STEM教育理论实践活动、拓展STEM教育理论训练设计等教学建议，以期让学生在跨学科的思考和实践中建立学科核心素养。
【关键词】高中数学 STEM教育 教学实践
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2021）34-0093-02
STEM教育理论包括科学、技术、工程、数学等四个学科，其融合性特点极为鲜明。在数学学科教学中，教师引入STEM教育理论，其适配性更佳，为学科教学带来的帮助也更为显著。精选STEM教育理论教学对接点、寻找渗透切点、组织实践活动、拓展训练设计，能够让学生在充分思考和体验中建立学科核心素养。高中学生思想比较成熟，对多种学科融合具有更强的认同感，教师要做好教学调研，为学生提供跨学科学习的机会，形成融合性思考和探究。
一、筛选STEM教育理论融入契机
在数学学科教学设计环节，教师有意识地引入STEM教育理论，其适配性更高，能够为学生带来学科对接和融合的机会，也能够为课堂教学注入丰富的动力，提升教学品质。学生有独立思考的要求，教师借助多种辅助手段，推出一些学科融合性任务，能够给学生带来更多跨学科探究的机会。数学与科学、技术、工程等学科关系较为密切，教师在学科教学中有意识地开展学科融合设计，其助学效果会更为显著。学生主动开展跨学科思考和探索，能够带来丰富的学习启迪，其学习体验也会更深刻。
如教学苏教版高中数学必修2《空间几何体的表面积与体积》时，教师先介绍柱体、锥体、台体的特点，以及其表面积和体积的计算方法，然后通过对比设计，让学生理顺柱体、锥体、台体之间的关系，归结出表面积和体积的计算公式，了解几何体表面积和体积的求解过程，形成崭新的空间意识。在教学程序执行过程中，教师引导学生观察各种几何体，借助多媒体进行图形展示和分解，利用动画视频展开图形的立体观察。这些设计手段带有科学、技术、工程学科的特点，学生在学习思考中自然接触到多种学科内容的融合。特别是动漫技术的应用，其科学技术含量较高，对学生形成的感官冲击更为显著，其操作过程运用了技术手段，而图纸本身又属于工程范畴，这样的融合性设计，将多种学科内容进行技术处理，形成了完整的学习体系。
教师借助多种学科技术手段，对教学内容进行梳理和展示，给学生提供更为直观的学习体验，进一步证明了STEM教育理论的应用空间是极为广泛的，学生接受跨学科内容是主动的。立体几何本身为多种学科融合提供了机会，教师做出合适的设计，势必能对学生形成多种感官的冲击。教师要有创新意识，在对多种学科内容进行融合时，能够借助更多新技术，形成教学启动力。教师主动推出学科融合内容，利用多种对接思考展开教学渗透，让更多学生在主动思考中完成认知构建，这样的教学组织更值得推崇。
二、建立STEM教育理论渗透机制
STEM教育理论涉及多种学科的内容，跨学科特点较为鲜明，教师对此要有清晰的认识，从学生的学习实际出发，为学生提供更多渗透机会，将学科融合作为基本教学机制，确保融入制度的顺利执行，增强其组织效果。数学学科带有抽象性、逻辑性、实验性、工程性、科学性等特点，与技术、科学、工程等学科的关系较为密切，教师有意识地提供教学对接机会，让学生结合其他学科内容进行对接处理，势必能为学生提供良好的学习契机。数学教学有实验操作内容、有信息搜集需要、有实践应用要求，这些都是重要的教学设计动机。
组织数学实践性活动时，教师要从操作方法、活动程序、实践创新等角度进行设计，引导学生自然进入融合环节，结合多种学科特点做出对应设计，自然形成跨学科的学习契机。如教学苏教版高中数学必修2《直线的方程》时，教师对直线方程的点斜式进行重点解读，引导学生借助点斜式对直线方程中的斜截式、两点式进行推演，自然过渡到求解直线方程问题，让学生厘清直线与方程的一一对应关系。为激发学生主动探索的兴趣，教师先引导学生进行估猜，确定一条直线的条件，再根据猜想得到的条件，求出直线的方程。教师设计投放了一些思考问题：确定一条直线需要几个条件？根据所给直线，如何求出直线方程？方程导出的条件是什么？如果直线的斜率不存在，那么如何表示直线方程？学生对这些问题展开深入思考，对直线方程的解法进行对应探索。学生展开自主思考和互动交流，教师积极参与其中，为学生学习提供一些参考，让学生找到解决问题的突破点，完成学习认知的构建。
STEM教育理论表现为多种学科的自然融合，教师在数学学科教学中渗透这些理念，能够让学生有更多学习思考的选择。学生在跨学科运作中获得丰富的学习启迪，对学科认知展开系统性构建，其學习探索呈现高效性，这样的教学设计无疑是比较有价值的。学生对STEM教育理论的理解和应用，要体现在学习思考和实践操作的过程中。教师不需要进行理论讲解，只需让学生借助对接思考完成融合和接纳，这样的学习才具有创造性，学生由此建立起来的学习认知才会更为鲜活而丰满。
三、组织STEM教育理论实践活动
设计数学学科教学活动时，教师要从活动形式选择、活动程序组织、活动效果评价等方面做出积极探索，为学科活动顺利展开创造良好条件。教师组织学生开展数学活动时，还要对活动的融合性进行探索，让学生结合其他学科知识展开互动探索学习，给学生形成心理冲击并启动思维，让学生在实践探索过程中建立综合学习认知能力。生活观察、实验操作、数据处理、案例分析、社会调查、质疑释疑等，这些都离不开多种学科的支持，教师对此需要有清晰的认识。
数学与科学、技术等学科的融合点较多，教师在选择渗透切点时，要对学习内容进行深度解析，推出更多渗透性活动，让学生在探索性学习过程中完成思维对接。如教学苏教版高中数学必修2《直线、平面平行的判定及其性质》时，教师借助多种实验演示，对直线与平面平行的性质定理进行直接的展示和解读，要求学生自行开展生活化的实验，对直线与平面平行的性质进行验证思考。学生积极行动起来，开始思考教师设计的问题。如：如果直线与平面平行，这条直线与这个平面内直线的位置关系如何？学生开始实际操作，对直线与平行平面内的直线关系进行梳理，结果发现，如果直线与平面平行，这条直线与平行平面内直线的位置关系有平行或者异面两种，并可以用实验操作的方法进行验证。教师继续投放相关思考问题，让学生利用多种实验操作完成认知验证。为激发学生学习热情，教师鼓励学生自行展开思维设计，并利用实践操作对直线与平面的位置关系进行推导，建立系统性学习认知。学生有实验操作的经验，自然能够积极响应，开始了创意性探索，在实践操作过程中展开推导和思考，使学习探索活动顺利展开。
在这个教学环节中，教师让学生进行实践操作来验证相关问题和结论，其目的是要借助技术、工程、实验等学科手段，对数学原理进行推演和证明，使学生自然形成数学学科认知基础。学生有推导操作经验，教师适时进行延伸设计，鼓励學生展开多种形式的验证操作，能够促使学生主动展开学科融合探索。在这个操作过程中，要运用到技术、科学、工程等学科的知识，STEM教育理论应用特征更为鲜明。
四、拓展STEM教育理论训练设计
数学学科训练内容选择、训练形式创新、训练延伸组织等，都需要教师进行融合性探索，借助更多辅助手段，推出更多学习活动，与学生生活进行多点对接，让学生在实践探索中提升学科综合素质。STEM教育理论与数学训练设计相融合，教师要对学生的学力基础和训练诉求做好评估，以便为学科训练方案的设计、投放、执行、评价创造良好的条件。学生对融合性训练设计较为关注，教师要有对接创新的意识，对学生的学习思维走势、训练基础等制约因素做出科学判断。特别是网络信息技术的广泛应用，为学科训练融合设计提供了良好的条件。
数学、科学、技术、工程等多种学科的融合，体现了STEM教育跨学科的共性追求。教师对多种学科特点进行综合处理，推出更多实践性训练内容，势必对学生形成心理冲击，以提高训练的有效性和实践性。如在教学苏教版高中数学必修2《圆的标准方程》相关内容时，教师先利用多媒体展示一些生活图片，要求学生对这些圆的生活应用有直观了解，然后推出学习内容和任务：如隧道的出口是一个半圆形，如何借助坐标法研究圆的方程呢？学生开始对应思考，课堂学习顺利启动。在导学环节，展示隧道出口图形自然带有工程特点，对圆的坐标进行研究属于科学范畴，对图形进行对应讨论又带有技术特点。学生进入深度学习环节，其学习思维顺利启动。教师继续引导，设计更多实践性任务：生活中有太多圆的图案，借助多种信息渠道展开搜集活动，找到这些案例，进行必要的测量，根据掌握的数据进行计算和推导，通过建立坐标系列出圆的方程，在解读过程中建立圆的方程认知。学生根据教师的指导展开信息搜集，很快就找到身边的一些圆形物品，开始了具体的观察和测量，在互动交流中达成学习共识，设计出圆的方程，在解读过程中完成认知内化。教师让学生进行集体展示，介绍自己的操作过程，集中介绍操作经验，给学生提供相互学习的机会。
教师设计生活画面，要求学生对这些图形进行分析，结合数据展开计算操作，自然形成圆的方程的解题能力。特别是生活案例的寻找，让学生有了更多真切的感知体验，其实践特征更为鲜明，学生从操作推演中获得的学习体验也更为深刻。结合生活案例展开规划和操作，其学习带有科学、技术、工程的意味，教师做出针对性设计，让学科学习带上STEM教育理论特征。
数学与科学、技术、工程等学科有较多相通之处，教师借助STEM教育理论展开融合性设计，为学生提供更多深度思考的机会，形成新的教学动机，以满足学生跨学科探索的要求。高中学生有一定的学科认知基础，教师适时启动STEM教育理论教学机制，能够对学生形成思维冲击，让学生自然进入学科探究环节，在实际操作中建立学科认知能力。
【参考文献】
[1]戴天竹.STEM教育理念在高中数学课堂教学中的应用[J].中学数学，2020（11）.
[2]沈党平.整合教育，理念升级：整合性STEM教育理念下高中数学教学模式的建构[J].数学大世界（上旬），2018（7）.
[3]欧阳才学.STEM教育理念下数学教学实践探索[J].中学数学教学参考，2019（30）.
【作者简介】平丽敏（1971— ），女，江苏无锡人，大学本科学历，高级教师，现就职于江苏省扬州市新华中学，主要研究方向为高中数学教学与研究。
（责编 唐玉萍）
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