基于STEAM理念的数学与科学融合探讨

◇（广东：东莞市大岭山镇向东小学）

STEAM 教育是通过从底层到顶层学科的逐层融合，最终使学习者实现对整个学习生涯所有知识的融合的一种教育思想。其本质是强调应用能力发展，最终使学生更有效地掌握知识，并通过有效运用知识来发挥知识的价值。数学作为一门基础的工具型学科，其在STEAM 教育模式下的发展效果会更为理想，与高关联性学科的融合有利于拓展学生的认知渠道，提升其学习效率，同时也能进一步下探应用训练深度，更有效地提升学生的应用能力。本文以小学数学与科学的融合实践为例，分别从教学资源的融合、跨学科实践条件的构建、融合教学活动的开发等三个角度探讨融合实践的具体策略。

一、跨学科团队合作，开发融通式教学资源

STEAM 理念下的融合教育包含两类融合实践模式，即输出型实践和资源利用型实践。以小学数学教学与科学学科的融合为例：输出型实践，是指在科学学科问题中教授学生数学知识；资源利用型实践，则是指利用科学学科的典型资源设置数学问题，以教授学生数学知识。这两种实践本身也有利于提升学生对科学学科知识的理解及应用能力，而且在服务对象转化后也能够对科学学科实践教学提供类似支持。

对此，两个学科的老师可以开展跨学科实践的资源开发合作。资源需求学科老师应当先总结自身资源需求，实现资源共享。例如，在数学教学中应用到的科学学科资源分为两类应用训练资源和认知训练资源。一是科学学科的典型应用场景可用于设计应用训练资源。例如，在小学六年级数学“比例”知识的学习中，可以用到小学科学四年级《奇妙的光》中的投影知识的应用场景，因此可以设计基于投影问题的比例计算等应用训练。二是科学学科的典型认知方法可作为认知训练资源。例如，在小学三年级数学“三角形”知识学习中，可以用到小学科学五年级《建筑与形状》中的形状稳定性知识，在数学教学中可以提前用模拟结构来探讨建筑的稳定性。在这种实践中，学生能够对三角形的特性形成更深的记忆，同时也能帮助学生养成运用科学（或其他学科）实验方法验证、求证数学概念和定理的习惯，由此提升学生的自主学习与探究能力。在此基础上寻求合作学科老师的帮助，这种教学资源共享的过程较之单一学科老师自行搜集资源，效率更高。

二、重视数学应用发展，创设跨学科实践条件

从理论层面上看，STEAM 教育既可以提升学生对单一学科知识的理解水平，也能提升其应用能力，但STEAM 理念下的学科融合的根本目标在于应用能力发展，单纯地利用其他学科资源设计本学科的训练活动，显然无法充分利用学科融合的价值。从数学学科教育中学生实践能力的发展来看，其主要途径包括学科内实践、跨学科实践和生活化实践。上文所提到的融通式资源开发，本质上仍属于学科内实践，并没有实现高度灵活的实践训练。对此，本文建议数学老师可以与科学老师合作，在科学学科教学中开发数学实践训练。

首先，可以在科学教学中融入数学方法或思想。例如，小学数学老师可以结合同年级、同一教学周期内小学科学教学的任务，提供可以辅助科学教学或训练的知识点，作为科学教学的工具或条件。例如，五年级上数学《可能性》与科学《建筑与材料》的教学安排基本处于同一阶段，其中科学教学中的重点在于，认识不同材料的特性及在建筑中使用的效果。而实际上许多材料的功能在一定条件下才能发挥作用，这里就可以应用数学《可能性》中概率的概念来设计条件，使学生认识到材料特性的不稳定性，同时使学生对数学中概率的应用方式、应用场景有更深刻的了解，从而提升其未来学习的整体效率。在这种情况下，学生可以在解决科学学科问题的过程中深入应用数学方法或思想，锻炼自己灵活应用数学知识和数学思维的能力。

其次，可以设计需要联合应用两学科知识的训练。例如，三年级上数学中的《数学编码》和三年级上科学中的《动物的生活》就有较好的融合条件。前者强调让学生认识数字在计数之外的排序、编号等功能，运用数学编码知识更有利于提升后者在动物特点与习性分类时的清晰度，而两类教学都集中到生活中时，更容易丰富学生联想。比如，以游览动物园为情境，设计“观察与统计”任务，可以实现数学编码与动物习性分类认知的同步学习和训练，既能够提升学生对编码知识的认识，也能够强化学生对该类知识的理解。

三、转变数学教学理念，创新教学活动模式

STEAM 教学在中小学应用中有一个明显局限，就是未能将学科课堂进行物理层面上的整合。这是学校教育相较于社会机构教育，在STEAM 课程开发与应用中最大的不足。实际上，STEAM 理念下的课堂融合能够提升课堂效率，实现“1+1＞2”的教学效果，还能大幅提升课堂学习的趣味性，极大程度地提升学生兴趣，这使得基于STEAM 理念的多学科合并课堂具备较大的可行性。例如，小学数学和小学科学可以做合并设计，专门围绕有较强互依性的内容，开展融合性活动课、实践课等，提升有限课时内学生知识的发展总量。

因此，建议小学数学老师转变教学理念，在与科学等学科的融合教学过程中，适当尝试这种课堂融合活动。在具体教学中，应围绕类似上文所举的高度融合、教学周期一致的教学内容，将原本分布在两个课时的两个学科的教学内容融合到统一课时内，充分提升课堂效率。同时也利用这种课堂形式，设计能够引导学生结合多学科知识进行的综合性探究项目，并开展自主分析、自主探究的教学活动，发展学生灵活思维，并通过探索过程实现多个学科知识的重复再现，强化其记忆、理解与应用能力。但需要注意的是，这种课堂设计需要确定学科主导，一般在融合学科中主导学科训练内容应当是“被证明的知识”，辅助学科应当是用于“证明的工具”。比如，在数学与科学融合教学中，数学实践部分的重点是，训练学生的数学思想、数学思维，但需要注意合作教学中辅助学科也应当进行明确引导，以确保学生训练的有效性。

STEAM 理念下的学科融合教育不应局限于传统形式，要大胆突破资源开发形式、合作方式、教学模式，利用其他学科资源锻炼学生数学能力，也要使学生加强对数学学科知识价值和功能的认识，提升学生在其他学科中灵活应用相关知识的能力。