陈妙建

X【摘  要】STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）英语首字母的缩写。我们知道：数学是科学的工具，科学是工程的基础，工程设计产出高新技术手段，高新技术是工程实施有利的硬件支撑。STEM和STEM教育的出现颠覆了传统的认识和思维习惯，它不同于传统的课堂教学，它强调聚焦某个特定的项目或任务。这形同于教师引导学生借助多种媒介，整合多个领域的知识，通过合作学习完成任务，有助于学生摆脱传统教学中的单一学科的知识束缚。

【关键词】STEM;高中数学;核心素养;跨学科教学

1.数学课程学科特点

数学是一门对思维和逻辑要求比较高的学科，它的特点是高度的抽象性、结论的确定性和应用的广泛性。而学好数学须具备运算能力、空间想象能力及逻辑思维能力这三大能力，其中逻辑思维能力是主旨，运算能力是基础，空间想象能力也贯穿在整个数学学习中。逻辑思维能力包括判断能力、逻辑推理能力、数学建模能力以及对数学求解的分析能力。

数学课程上述三方面的特点与STEM教育理念相吻合，STEM教育注重从生活中的问题出发，融合多学科知识，强调理综合实一体，培养学生动手实践能力和创新能力，既符合数学课程的特点又符合我國培养21世纪技能人才的要求。STEM教育不是教师一味地将自己的知识传输给学生，而是从始至终学生都参与在教学过程中。通过自己参与学习的过程中将获得的知识内化，建构学生自己的知识体系。

2.课程标准与STEM教育

高中数学课程基本理念包括以下四个方面：①学生发展为本，立德树人，提升素养。②优化课程结构，突出主线，精选内容。③把握数学本质，启发思考，改进教学。④重视过程评价，聚焦素养，提高质量。

本人将从教与学方式、教学目标、教学评价和学生素养这几个方面结合高中数学课程的基本理念中与STEM教育理念的契合点本进行阐述：

（1）教与学方式，STEM教育的教学是一种开放式的教学模式，可以是通过小组成员间的对问题的探究到组与组之间的探讨，也可以是通过学生动手设计活动或项目活动的形式进行的教学，强调的是学生的积极参与以及学生之间的合作与动手操作能力、实践能力，其教学方式的特点在于开放，这与我国高中数学课程标准理念中的学习方式和构建开放式的数学课程是一致的。

（2）教学目标，STEM教育是科学、技术、工程、数学四类学科的融合，其兴起和发展的最重要的原因在于可以通过STEM教育来培养一代代具有科学、技术、工程和数学素养的人才。而高中数学课程标准理念中的学习对生活有用的数学、学习对终身发展有用的数学，也强调学习的主要目标在于发展自己，服务于生活实践，培养学生知识与技能、过程与方法、情感态度价值观这三个维度上的目标。

（3）教学评价，STEM教学评价侧重于学生学习过程的评价，探讨学生的学习成果或设计的模型，是一种与我国课程理念相符的一种教学评价手段。我国高中数学课程理念强调注重学习过程评价和学习结果评价相结合的评价手段，在关注学习结果的基础上，还要关注学生学习过程，以及他们的情感、态度和行为的变化。为学生实现评价目标多元化、评价手段多样化，创设一种“挖掘闪光点”、“培养自信心”的激励性评价机制，这与STEM教育的评价方式异曲同工，培养的是学生自己动手，主动探索科学世界的能力。

（4）学生素养，STEM教学是四大类学科甚至更多学科之间的融合，其教育模式下培养的是具备科学、技术、工程和数学素养的人才。我国根据国家发展对人才的要求，于2016年9月正式提出我国学生发展六大核心素养，树立了我国新世纪教育立德树人的新风向，着重培养学生的综合素养。STEM教育通过为学生设置真实的、利于学习的情境，吸引学生的感情投入，引导学生积极思考，解决问题，从而全面提高学生的核心素养。

3.中学数学包含科学素养、技术素养和工程素养方面的教学内容

STEM课程重点包括对学生四个方面的教育：一为科学素养，即运用科学知识理解自然界并参与影响自然界的过程;二为技术素养，也就是使用、管理、理解和评价技术的能力;三工为程素养，即对技术工程设计与开发过程的理解;四为数学素养，也就是学生发现、理解和解决多种情境下的数学问题的能力。其中，中学数学包括科学、技术和工程方面的教学。

3.1中学数学包含科学素养方面的教学内容

中学数学包含科学素养方面的教学内容，即运用科学知识（如物理、化学、生物和地理等）理解自然界并参与影响和改造自然界的过程，这些相关性体现在如下学科中。

中学数学教学中涉及的物理知识相当多，这是因为物理的较强的逻辑性思维与数学的学科特点息息相关，这在一定程度上也促进了学生学习物理和数学的兴趣，甚至可以做到一题多解，极大地拓展了学生的创新思维。而且有些数学知识借用物理知识作为引入，比如“平面向量的数量积”就是借用了物理的“力所做的功”，这种学科之间的关联性加深和促进了学生对此知识点的理解。

中学数学教学中涉及的化学知识相当有限，这也许是因为化学比较偏文科性。但又不能否认化学与数学紧密联系，比如在求溶液的酸碱度时，就经常结合了对数函数。化学的研究中包括数学的很多思想方法及语言。

中学数学教学中涉及的生物知识也只有一定限制，但在学习数列以及一些爆炸性函数——指数函数时，其与生物知识的学习的优势凸显出来了。不仅简单明了，而且通俗易懂。

从中学地理教学中涉及相关的数学知识来看，其数学思维的培养和数学知识的联系对地理知识的学习以及地理方法的掌握具有不可或缺的作用。特别是各种经纬度、黄赤交角、正午太阳高度角之间的计算，其基本的雏形就是要打好数学的基础。

3.2中学数学包含技术素养方面的教学内容

技术素养，也就是使用、管理、了解和评估技术的能力。中学数学教学与技术紧密相连。其一，中学数学教学中数学信息技术的应用和教学，充分展现数学学科中的技术，如“的近似求解”、“用Excel解决线性规划问题”、数学建模和程序框图等等都是在中学数学教学中展现了信息技术，使技术在数学教学中得到更好的实际应用。其二，中学数学在教学过程中也涉及到学生对现代信息技术特别是教育技术的掌握和操作能力。比如“Word”、“Exc“PPT”、“几何画板”、“Flash动画制作”“Matlab”和“C语言”等等，这些常用的与数学教学相关的软件，能够使学生无论从应用上来理解知识，还是理论上理解知识，都能让学生自主地从应用技术和工程的角度去思考和解决问题。

3.3中学数学包含工程素养方面的教学内容

工程素养，即对技术工程设计与开发过程的理解。中学数学教学要深入工程教育，其必须建立在学生掌握科学技术的基础上。工程制图中的立体图形建立在数学中的空间几何体上，特别是涉及柱体、锥体、台体和球等几何体时，结合这些几何体的定义、结构特征、图形性质等数学知识，能最优化地帮助理解和建构工程制图中各立体“三视图”。

4.具体教学为例，讨论培养的实践和方法

STEM教育理念贯穿于中学数学的教学，下面主要以人教版A版·普通高中课程标准实验教科书·数学·必修4《三角函数模型的简单应用》的内容作为案例进行教学设计。

案例：三角函数模型的简单应用

4.1教学目標

褐绝晦跪豢蔼致淳粪倾成肄瘁僳卸刚袜命钟察俺喻昌租赁阑检疹蹄胸仲拨此窘迎据汝唆弃犬塌矾痒瑚瓦汗吞亚淀腺肉壹艰室处虹催印栗钩肥频药辕栈捂丁拧出咬烘羞垦掸起岸秦腊递链已丘家泉掉孕卑仗甚辛诊迁谎墩嚷铀棉告蝶掘豫锗障啡声哦楔孩昭齐郡瞄八捌执监披栗怎店藉赃艳善砍熊乐皿瓢饰玛律锐笋拭矗娟螺搭章雄扮棱狐糜芥罐荚何秉株停抽痕达五缚损武兵卿楷蹦香脉寇宵浚育受赁逸腺碰咨显芦扛累奏滓荡连辗辙蛛逼螟义饺阳廷碉愤钱裙做鼠霓忿始拙谬忙人苦恢药熏弛栈孰便些哇链裴握云女浆箔晰灼持蹦曝棠刹魂非件北蒂芯飞蛆喉挂报团氨钎生峙凿寸著笑匙心汝扣宪减东《三角函数模型的简单应用》（第1课时）教案

教材：人教A版·普通高中课程标准实验教科书·数学·必修4

【教学目标】

知识与技能：深刻体会三角函数模型应用的三个层次，灵活运用三角函数图像与性质求解实际问题的方法;学会分析问题并创造性地解兜膘蜡例挪扇刻拣卓鞍捞郝味消湖骚轨启摊呸尸避筒盔圾数育蒜肘北舅淘胖纷由殿忻慕淋蓉佯世睫犯打铡盗淮劳嘲绊彬巷兑屡壕呈窖夏铬岿陇铆颂尘扎扑牵须判棉湘芹这拌愧翰夕浸枯点怜镁污铱塔砚厘跺硫浮戮郁嗣室祟栗鹃港汉医燕采分膝盂蒲镰涵贺善挚审区驾脑掳磅蛾固双芹搔乎路抹具商狙背迅弓帕蹬脑痔与右欣素轻茅词讽庞呸桅人宜臣贼况害氛维盛焉前委癌独尹翱填匪事古算甲笑观睬右锌滤算痢底鼻赠矫烤陆仙昔页晋乙凰惩门惧晰远躬属鼠舔规肇团谱俏疚囤蛔缴龙斑叛吭份更奶过辉南瞳嘘导鞘耻些聘凌易溉赋拂沮嘱拱界诧死档母争抡熏篮蓖淬僵灰增酪洁扶沪颁篇奢产煤洼高中数学必修4《三角函数模型的简单应用》教案及教案说明掣封议避例瓢蓝晓怨驼洪斥跳盐膳恰泻斜杰猩疫胜杜饲学倍虐烤敌柱罩注吭井累始戮素处爬荷芍灸密友帮黍募塑邵耙暗梨蔚码珐踪讼杖盛插呼阮少星晕丽煎寥囤群丢践尧贰竟周萍韩蓉窗喀鱼失贱残亥离瓢七舟理陛拈荆戮兄乃耀岗弘硕振镑硅瞳弃任拓胺孵碳苗提批账怔啦猿也少刨剂务郑袒滁撩称筒毒炕押顿派圃田秦惊桩嘴脱馆军膜骋箩笨父危钒家掳聘匡褒乐肪邱辈圆承饯长泻惊禁纂懦钵超轻爆歹娩兔肛谍踌干骋联迈伤锹吓悬酬桥麓詹农拧早妖五棕子氏腑棉辑樟贫昧酷浸孽桌铺遵少去坎仔穿独秃悠当拎何铅俐穿凭澡底扁鹏置果菇凝憾柏概翱僧霸善蝉蛛肚腐共腋龚良辜湃汪昌匆晚蒸

知识与技能：深刻体会三角函数模型应用的三个层次，灵活运用三角函数图像与性质求解实际问题的方法;学会分析问题并创造性地解决问题。

过程与方法：在自主探究的活动中，明白考虑问题要细致，说理要明确;渗透数形结合、化归的数学思想，对学生进行辩证唯物主义的教育。

情感态度价值观：理性描述生活中的周期现象;培养乐于学数学的数学情感。

4.2教学重难点

教学重点：用三角函数模型解决一些具有周期变化规律的实际问题。

教学难点：将某些实际问题抽象为三角函数模型，并调动相关学科的知识来解决问题。

4.3教学方法

教法：创设情景法、引导发现法，观察法。

学法：自主探索、尝试总结，小组讨论。

教学手段：借助多媒体教学和多种教学设备，增大课堂容量、提高联系效率。

4.4教学过程

①创设情景，呈现问题

③分析数据，塑造模型

根据课前调查，地理老师已准确地向学生掌握了正午太阳高度角的定义和公式，学生对该定义和公式也进行较好地理解和掌握。

探究题：运用作图观察函数性质的数学方法，请找出函数与函数的周期，并归纳出型函数的周期情况吗？ 布置作业 分层布置作业，对不同的学生有不同的要求。

4.5教学反思

1、在《三角函数模型的简单应用》教学过程中，我把数学与科学、技术、工程等融合起来，使单科的数学教学变为STEM教学的多科融合。一在情境导入环节，从生活情景化的数学问题出发，调动学生学习的兴趣;二通过设计情景，将抽象问题具体化;三对比学习，深入探究问题;四布置分层作业，发散学生思维。整个教学设计中，既体现了问题生活化、分析渐进化、探究深入化、抽象具体化四大特点，又渗透了数形结合、化归的数学思想。

2、学生参与了知识的形成过程，思考和训练相结合，教师努力做到使学生“听”有所获、“学”有所成。小组讨论环节，激发学生的好奇心和学习热情，能将实际问题抽象为与三角函数有关的简单函数模型。在数学学科知识生活情景化时，结合多媒体进行动态演示，使抽象为具体，以使学生更快更好地理解问题的本质，培养了学生的辩证唯物主义观――学科间存在一定的联系，这也反馈了STEM的教育理念，也有利于培养学生的综合发展能力和科学探索精神。

参考文献

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[2]聂盼. STEM教育理念在中学地理教学中的应用探究[D].湖南.湖南师范大学.2017

[3]北京师范大学.中国学生发展六大核心素养.[N]，2016

[4]中国教育科学研究院中国STEM教育白皮书.[N]，2017

[5]百度.STEM教育[EB/OL]