基于STEM的高中數(shù)學(xué)教學(xué)策略與實(shí)踐探索

伴隨著新時(shí)代的來(lái)臨，社會(huì)對(duì)人才需求也逐步增強(qiáng)，在此背景下，STEM教育理念應(yīng)運(yùn)而生，STEM簡(jiǎn)而言之就是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)英文首字母的縮寫，之間存在著較為緊密的聯(lián)系。STEM教育的出現(xiàn)是對(duì)以往認(rèn)識(shí)和思維習(xí)慣的轉(zhuǎn)變，將特定項(xiàng)目或任務(wù)作為了重點(diǎn)內(nèi)容，教師則依托多種媒介來(lái)對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行融合，最后通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)來(lái)使學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，STEM教育的實(shí)施既有助于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力的提升，而且也是人才培養(yǎng)符合當(dāng)前社會(huì)人才需求的重要保障。1.新課改理念下高中數(shù)學(xué)教學(xué)存在的問(wèn)題1.1學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力較差。目前，高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，這種“滿堂灌”的教學(xué)模式迫使學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)。長(zhǎng)此以往，學(xué)生在被動(dòng)接受數(shù)學(xué)知識(shí)的模式下很難產(chǎn)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，對(duì)教師在課堂上講解數(shù)學(xué)知識(shí)逐漸產(chǎn)生依賴性，形成了被動(dòng)接受數(shù)學(xué)知識(shí)的習(xí)慣。在這種情況下，學(xué)生很難積極主動(dòng)的去參與到自主學(xué)習(xí)、研究數(shù)學(xué)知識(shí)的過(guò)程中，甚至喪失了自主探究數(shù)學(xué)知識(shí)的興趣。與此同時(shí)，這種“滿堂灌”的教學(xué)模式不僅不利于學(xué)生邏輯思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，還與新時(shí)代教育體系中高中數(shù)學(xué)新課改理念的教學(xué)目標(biāo)背道而馳。1.2學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣不高，積極性較低。愛(ài)因斯坦曾說(shuō):“興趣是最好的老師”。學(xué)生對(duì)高中數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣直接決定了數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)效果。但是大多數(shù)學(xué)生受到傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)模式的影響，很難對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，很難積極主動(dòng)地參與到數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)中去，這就使得高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)難以取得理想化的效果。目前，學(xué)生對(duì)高中數(shù)學(xué)知識(shí)不感興趣體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，教師在數(shù)學(xué)課堂上講授數(shù)學(xué)知識(shí)，學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)不感興趣，就無(wú)法集中注意力去學(xué)習(xí)，一旦出現(xiàn)思想開小差的情況，教師的數(shù)學(xué)思維學(xué)生就很難跟上。長(zhǎng)此下去，學(xué)生的積極性受挫，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)積極性降低；第二，部分學(xué)生覺(jué)得數(shù)學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的最終目的就是為了應(yīng)付高考，覺(jué)得學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)自己以后的生活不能起到任何作用，還有一部分學(xué)生不愿意投入大量的精力去探究數(shù)學(xué)知識(shí)，認(rèn)真學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)課程；第三，數(shù)學(xué)學(xué)科具有邏輯性和理論性的學(xué)科特點(diǎn)，這對(duì)學(xué)生的理解能力以及邏輯思維能力要求較高，大多數(shù)的高中學(xué)生并沒(méi)有找到適合自己的學(xué)習(xí)方法，長(zhǎng)期下去學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)就很難提起興趣。2.在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中運(yùn)用STEM教學(xué)模式的必要性2.1有利于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)過(guò)程中不斷形成的適應(yīng)未來(lái)社會(huì)需要和個(gè)人發(fā)展的思維品質(zhì)、關(guān)鍵能力、情感態(tài)度以及價(jià)值觀。而STEM教育與數(shù)學(xué)教育存在著一定的共同點(diǎn)。數(shù)學(xué)教學(xué)可以通過(guò)數(shù)學(xué)探究等方式使學(xué)生獲得數(shù)學(xué)知識(shí)和技能。通過(guò)營(yíng)造數(shù)學(xué)情境，注重探究過(guò)程的評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。而STEM教育則是以解決實(shí)際問(wèn)題為主，讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中架構(gòu)知識(shí)體系，獲得學(xué)習(xí)技能。堅(jiān)持以問(wèn)題為導(dǎo)向，突出學(xué)生的主體地位，凸顯教師引導(dǎo)者的作用，讓學(xué)生在自主研究的過(guò)程中獲得邏輯思維能力，創(chuàng)新能力的全面提高。最終促進(jìn)學(xué)生全方面的綜合能力的發(fā)展，因此STEM教育與數(shù)學(xué)教育在教育理念、教育方式以及教育特點(diǎn)上都有許多相同的部分。在新課改理念的要求下，STEM教育為高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)提供了教學(xué)策略。此外，STEM教育不僅能解決真實(shí)情境中發(fā)生的問(wèn)題、對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)起到促進(jìn)作用，還能夠?qū)?shù)學(xué)與其他學(xué)科聯(lián)系起來(lái)。在高中課堂教學(xué)中，運(yùn)用STEM教學(xué)模式不僅可以改變數(shù)學(xué)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，還能夠讓學(xué)生對(duì)知識(shí)保持興趣的同時(shí)，學(xué)到其他的知識(shí)和技能，有利于學(xué)生綜合能力的全面發(fā)展。2.2有利于突出學(xué)生的主體地位。在傳統(tǒng)的高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，我們普遍希望采取以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)模式，讓學(xué)生成為高中數(shù)學(xué)教學(xué)的主體，教師只是起著引導(dǎo)者的作用，對(duì)學(xué)生遇到問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥，引導(dǎo)他們?nèi)ヌ剿鲾?shù)學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)能力。從建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論來(lái)看，學(xué)生應(yīng)該通過(guò)自主學(xué)習(xí)架構(gòu)自身的知識(shí)體系，而不是通過(guò)教師強(qiáng)行灌輸一些符號(hào)、信息來(lái)獲得知識(shí)。從目前來(lái)看，我國(guó)大部分地區(qū)的高中數(shù)學(xué)教學(xué)都是重視書本理論，并沒(méi)有讓學(xué)生親自參與到數(shù)學(xué)實(shí)踐中去，學(xué)生只是聽(tīng)教師進(jìn)行講解，沒(méi)有給學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)、探索知識(shí)的機(jī)會(huì)。這種采取“滿堂灌”的課堂教學(xué)模式，忽視學(xué)生的主體地位，將教師引導(dǎo)者的身份與學(xué)生的主體地位相顛倒，變成了以教師為主體，學(xué)生僅參與的現(xiàn)實(shí)情況。在整個(gè)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的過(guò)程中，學(xué)生很少有獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，教師提出問(wèn)題的次數(shù)遠(yuǎn)高于學(xué)生回答問(wèn)題的次數(shù)，學(xué)生從課堂的主體地位變成了被迫接受知識(shí)的聆聽(tīng)者，長(zhǎng)期下去，學(xué)生參與到高中課堂教學(xué)的積極性不高，對(duì)高中數(shù)學(xué)課堂知識(shí)的興趣逐漸降低，學(xué)生的主觀能動(dòng)性也受到了極大的影響，這與建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論背道而馳。將STEM教育運(yùn)用到實(shí)際的高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，以真實(shí)的情境問(wèn)題來(lái)引發(fā)學(xué)生的積極思考，以問(wèn)題為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造能力。通過(guò)創(chuàng)造真實(shí)的情境讓學(xué)生體會(huì)到通過(guò)自身努力，就能解決生活中的問(wèn)題，學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)就會(huì)產(chǎn)生濃厚的興趣，學(xué)生的參與度大大增加，積極性也會(huì)逐漸增強(qiáng)。學(xué)生不僅提高了自己的邏輯思維能力，還培養(yǎng)了自己的創(chuàng)新能力。而在整個(gè)高中課堂教學(xué)過(guò)程中，教師只是一個(gè)引導(dǎo)者、點(diǎn)撥者，學(xué)生才是主體、創(chuàng)造者。因此，在高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中運(yùn)用STEM教學(xué)模式，可以極大的滿足新課改理念的要求，突出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，形成以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)模式。3.探討基于STEM的高中數(shù)學(xué)教學(xué)策略與實(shí)踐探索3.1營(yíng)造STEM教學(xué)情境，對(duì)整個(gè)數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理和整合。素質(zhì)教育理念就是大力提倡培養(yǎng)全面發(fā)展的創(chuàng)新型人才，而STEM教育理念則可以培養(yǎng)出更多跨學(xué)科同時(shí)又兼顧創(chuàng)新的社會(huì)人才，尤其是將這一教育理念貫穿于高中階段的數(shù)學(xué)教學(xué)當(dāng)中，對(duì)當(dāng)前數(shù)學(xué)教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，同時(shí)還應(yīng)該為學(xué)生營(yíng)造STEM教學(xué)情境，對(duì)高中數(shù)學(xué)教材中的內(nèi)容進(jìn)行梳理和整合，延伸知識(shí)面，通過(guò)多學(xué)科知識(shí)交叉的方式將數(shù)學(xué)重難點(diǎn)內(nèi)容展現(xiàn)出來(lái)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，積累更多知識(shí)，在很大程度上提升教學(xué)成效。另外，教師勢(shì)必要充分利用多媒體技術(shù)將跨學(xué)科知識(shí)展現(xiàn)在學(xué)生面前并與所講授的數(shù)學(xué)知識(shí)有效銜接，在教師引導(dǎo)下以先進(jìn)的多媒體技術(shù)為支撐促使學(xué)生自主開展探究活動(dòng)，以便全方位提高學(xué)生數(shù)學(xué)知識(shí)探究及獨(dú)立思考能力。以“三角函數(shù)”相關(guān)知識(shí)為例，為了讓學(xué)生對(duì)三角函數(shù)知識(shí)有深刻的了解與掌握，鍛煉其知識(shí)運(yùn)用能力，教師可以借助多媒體為學(xué)生呈現(xiàn)以下例題：例：現(xiàn)有塔AB和樓CD，已知這兩個(gè)建筑物的水平距離為80m，以樓頂C和樓底D處為測(cè)量點(diǎn)分別測(cè)得A的角為45°和60°，試著求出塔的高度和樓的高度。師：同學(xué)們，在我們的日常生活中經(jīng)常會(huì)看見(jiàn)各種各樣的建筑物，那么我們能不能用數(shù)學(xué)知識(shí)去進(jìn)行一些建筑物高度的計(jì)算呢？來(lái)看這這一題。從這一題中，你們可以得到什么信息呢？此題涉及到實(shí)際生活當(dāng)中的工程項(xiàng)目，為了使這一問(wèn)題得到有效的解決，教師可以著重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模，根據(jù)已知題意繪制出相應(yīng)的模型，并以模型為基礎(chǔ)來(lái)解決問(wèn)題。如下圖：建立模型之后，各個(gè)隱藏條件都非常清晰，對(duì)后續(xù)學(xué)生解答也具有重要意義。圖1生：可以得出，塔和樓都是與地面垂直的，CD和BE的高度一樣，塔的高度等于樓CD的高度加上AE。師：對(duì)，所以△ABD是直角三角形，還能得出什么條件呢？生：題目中給出了塔和樓的距離，說(shuō)明CE和BD之間的距離等于80m，還給出了在樓底測(cè)量的角度是60°，所以可以計(jì)算出塔AB的高度，有了塔的高度，樓的高度也就能計(jì)算出來(lái)。三角函數(shù)在工程中有著較為豐富的應(yīng)用，教師可以利用多媒體技術(shù)將工程類問(wèn)題生動(dòng)的展現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生直觀感受到三角函數(shù)在生活當(dāng)中的應(yīng)用，并通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題鞏固學(xué)生對(duì)三角函數(shù)知識(shí)的掌握。3.2找準(zhǔn)STEM教學(xué)理念，不斷調(diào)動(dòng)學(xué)生自主探究興趣。STEM教學(xué)理念主張全面調(diào)動(dòng)學(xué)生自主探究能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，為此高中數(shù)學(xué)教師在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該將數(shù)學(xué)中不同知識(shí)點(diǎn)所具備的內(nèi)在邏輯關(guān)系和關(guān)聯(lián)性采用簡(jiǎn)單的方式表示出來(lái)，換句話說(shuō)，也就是將數(shù)學(xué)知識(shí)更加直觀、形象的展現(xiàn)出來(lái)，以期調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的探究欲及興趣。這種情況下，教師可以采取小組合作學(xué)習(xí)的方式，通過(guò)小組內(nèi)部進(jìn)行溝通和討論共同尋找解決問(wèn)題的辦法，而在討論和探究過(guò)程中學(xué)生收獲更大樂(lè)趣，點(diǎn)燃他們學(xué)習(xí)熱情，對(duì)之后數(shù)學(xué)知識(shí)探究產(chǎn)生濃郁興趣。另外，教師應(yīng)該注重教學(xué)內(nèi)容是否具備趣味性，或者采用游戲的方式開展教學(xué)活動(dòng)，真正做到寓教于樂(lè)，在趣味、快樂(lè)的氛圍里快速、高效學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)，從根本上為學(xué)生減輕課業(yè)負(fù)擔(dān)，通過(guò)興趣吸引更多學(xué)生積極參與到數(shù)學(xué)知識(shí)的探究活動(dòng)當(dāng)中。例如在學(xué)習(xí)函數(shù)等相關(guān)知識(shí)內(nèi)容時(shí)，為了幫助學(xué)生更好地掌握各個(gè)函數(shù)性質(zhì)及圖像性質(zhì)，教師可以將課堂轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)教室當(dāng)中，讓學(xué)生利用Excel和幾何畫板軟件來(lái)繪制一次函數(shù)、二次函數(shù)和反比例函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等函數(shù)圖像。由于學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操作興趣較高，所以在繪制圖像的過(guò)程中每個(gè)同學(xué)都聚精會(huì)神，。在學(xué)生對(duì)每個(gè)函數(shù)圖像有充分的了解之后，教師還可以組織小組合作學(xué)習(xí)，并為小組布置相應(yīng)的探究任務(wù)。以《函數(shù)的基本性質(zhì)》一課為例，教師可以讓各小組自主探索函數(shù)單調(diào)性是什么，增(減)函數(shù)各是什么及單調(diào)性，最終以動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)的方式到講臺(tái)上進(jìn)行展示、匯報(bào)。各小組利用軟件將小組合作學(xué)習(xí)成果進(jìn)行展示的過(guò)程中，每個(gè)學(xué)生也能更加深刻的了解函數(shù)等相關(guān)知識(shí)。又如為各小組布置以下題目：已知點(diǎn)A(2,0)B(8,0)，點(diǎn)D與點(diǎn)A的距離是D與點(diǎn)B距離的五分之一，求D的軌跡并寫出軌跡方程。由此可見(jiàn)，在高中數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中融合信息技術(shù)，既有助于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的提升，又能夠提升學(xué)習(xí)效果，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生信息技術(shù)能力。3.3充分運(yùn)用STEM評(píng)價(jià)體系，推動(dòng)學(xué)生綜合能力的提高。STEM與其他教學(xué)理念存在諸多不同，最大的不同之處則為該理念將多學(xué)科知識(shí)融合在一起，并且注重學(xué)生實(shí)踐能力的發(fā)展和提升，尤其是高中數(shù)學(xué)教學(xué)評(píng)價(jià)，可以運(yùn)用STEM評(píng)價(jià)工具開展相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)，采取多樣化評(píng)價(jià)手段對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)課堂環(huán)境、課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生表現(xiàn)等各方面開展全面評(píng)價(jià)，并以教師指導(dǎo)為導(dǎo)向，積極開展協(xié)作學(xué)習(xí)，在教師評(píng)價(jià)反饋后學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行思考和研究，尋找自身不足并采取彌補(bǔ)措施，進(jìn)而掌握更是數(shù)學(xué)知識(shí)。另外，在對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)的時(shí)候，教師應(yīng)從學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解程度、活動(dòng)探究、方案設(shè)計(jì)以及建模、測(cè)試等角度作為切入點(diǎn)，歸納到評(píng)價(jià)體系當(dāng)中，并作為評(píng)價(jià)目標(biāo)，切不可過(guò)度注重學(xué)生單次考試成績(jī)，用該綜合多方面因素開展多元化評(píng)價(jià)，可根據(jù)教學(xué)實(shí)際狀況適當(dāng)融入學(xué)生自我評(píng)價(jià)以及學(xué)生之間相互評(píng)價(jià)等等，注重學(xué)生數(shù)學(xué)綜合能力的培養(yǎng)。例如，在學(xué)習(xí)“函數(shù)”這部分內(nèi)容的時(shí)候，教師要針對(duì)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)從課堂參與積極性、數(shù)學(xué)思維水平以及概念理解等多個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)還要關(guān)注學(xué)生對(duì)于“函數(shù)”這一數(shù)學(xué)概念的理解程度以及對(duì)題面中函數(shù)關(guān)系的敏感度，觀察學(xué)生在解題時(shí)能否站在客觀角度看待問(wèn)題。此外，還可以通過(guò)思維導(dǎo)圖活動(dòng)對(duì)前面學(xué)過(guò)的“變量之間的關(guān)系”這一內(nèi)容進(jìn)行回顧性思考，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)題中的變量、函數(shù)關(guān)系進(jìn)行觀察交流，而后總結(jié)出“函數(shù)”這一概念，加深學(xué)生對(duì)函數(shù)理解。通過(guò)思維導(dǎo)圖的總結(jié)應(yīng)用，教師很容易就能得到本節(jié)教學(xué)效果反饋，進(jìn)而更直接的認(rèn)識(shí)學(xué)生知識(shí)掌握水平，提升學(xué)生綜合能力。師：下面老師通過(guò)思維導(dǎo)圖的方式將這部分內(nèi)容知識(shí)展現(xiàn)出來(lái)，空缺部分需要學(xué)生補(bǔ)充，隨后根據(jù)掌