智慧教育视野下基于STEM和TPACK理念的高职数学教学策略探究

李 旭

(江苏联合职业技术学院淮安生物工程分院,江苏 淮安 223200)

智慧教育视野下STEM和TPACK理念有利于职业院校进一步落实“三教”改革；有利于职业院校进一步加强产教融合和深化校企合作；有利于职业院校进一步培养社会主义现代化新型劳动者。在此背景下，本文将探析智慧教育视野下基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学教学的内涵、价值与实施策略。

一、智慧教育背景下STEM和TPACK理念概述

1986年美国国家科学委员会在《本科的科学、数学和工程教育》[1]中第一次提出了STEM理念，此后世界各国逐渐了解了STEM 教育。STEM 是科学、技术、工程和数学四门学科的英文缩写，它是将这四门学科进行深度融合，让学习者能够跨学科进行学习。在教学过程中运用任务驱动法，引导学生将所学的专业知识以及数学知识进行重新整合，通过探究性学习和深度学习来解决问题，从而促使学生分析问题、解决问题的能力得以提高，发散型和创新型思维得以发展。

2005 年美国学者科勒(Koehler)和米什拉(Mishra)提出了TPACK(Technological Pedagogical Content Knowledge的缩写)[2]概念，其含义是整合技术的学科教学知识；其出现的基础是舒尔曼[3](Shulman)在1986年提出的PCK(学科教学知识)概念。国内外学者在2005年以后，通过对TPACK进行的理论与实践调查研究发现TPACK对于教师灵活应用信息技术来辅助教学具有很大促进作用。

因此，加强信息技术和教与学的深度融合，把教育技术转化为教学能力，创设STEM和TPACK理念下的智慧课堂势在必行。

二、基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学课堂教学的内涵和意义

中共中央、国务院印发的《中国教育现代化 2035》对职业教育提出要“加强创新人才比重”[4]。我国教育部在《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化特别是拔尖创新人才的培养，加大应用型、复合型、技术技能型人才培养工作的指导意见(征求意见稿)》中也明确要求“探索 STEM 教育、创客教育等新教育模式，使学习者具有较强的信息意识与创新意识”[5]。由此可见，STEM和TPACK理念为五年制高职数学课堂教学提供了重要理论和政策支撑。

(一)基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学课堂教学的内涵

智慧教育背景下基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学教学更迅捷、精准和高效；形成了学生占主体地位的“网络化、数字化、融合化、智能化”的新型教学生态系统，其内涵具体表现如下：

1.学生占主体地位的个性化学习需求分析

智慧教育视野下，教师通过一些大数据教学软件如泛雅网络教学平台、蓝墨云班课等，直接线上完成对学生的作业、测试、课堂表现等整个教学过程数据的收集、分析和判断，从而分析出学生学习的共同和个别需求，从而准确知道学生在学习方面的需求；教师可以将这些数据利用教学软件自动生成学情数据图，如雷达图等，根据数据图优化分析，准确定位学生学习中的薄弱环节，及时调整教学策略；这些大数据教学平台还全程记载着学生数学学习的整个过程，便于教师更高效地开展教学。对于学生个人来说，数据能够完整地反映自己在代数运算、逻辑推理、几何等方面的能力，教师通过这些可视化数据准确了解学情，对学生进行精准指导。

2.教师组织和引导整个教学过程

大数据时代的高职数学课堂除了关注信息技术和数学课程以及所学专业的深度融合，还重视教师的多重身份和教学过程中的角色转变[6]。基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学课堂教学，首先，教师不再是传统教学中的展示型教师，而是具备高水平的指导型教师。即在课堂教学过程中，一方面，在教学活动中，教师应成为探究性活动的组织引导者，全过程地督促学生学习；另一方面，教师应该具备通过完善心智模式来发挥潜能和提升效率的教练技术，引领学生利用数学软件进行实操，即成为高标准的教练员角色。其次，教师应该具备智慧教学素养，能够有效组织并实施智慧课堂教学。一方面，教师应能依托大数据平台对学生的个性化学习行为的分析信息，并通过系列性、分层化和策略性的信息技术指导，在学生自主探究遇到困难时，及时给予帮助；另一方面，教师应针对学生的困惑提供差异化的智慧教学资源和反馈建议，如对学生提出的问题及时推送微课等。潜移默化地引导学生利用教师推送的学习资源和小组成员之间的合作来共同克服学习过程中遇到的困难，达成既定的教学目标，从而促进学生素质的全面发展。

3.加强学生本位，让学生积极参与到智慧学习中去。在智慧教育背景下，学生应改变学习观念，树立以学生为本位的思维方式，积极开展独立和个性化的学习，充分发挥学习小组的作用，加强小组成员之间的协作。学生应积极使用微课、QQ、微信、云平台等智能学习工具进行线上和线下混合学习，并积极理解和掌握新的学习软件，例如图形计算器，XMind思维导图等。能够使用和善用智能学习工具和方法，将课堂学习的教学内容扩展到课外，提高学习效率，并巩固学习效果。在学习活动中，学生应注意对课堂知识的讨论，加强学生之间的交流；以互联网思维为工具，培养学生发现、分析和解决问题的习惯；转变枯燥的学习现状，并积极和同学沟通交流，增强互相间的情感。使用互联网思维，使用各种搜索引擎工具，挖掘和分析感兴趣的特定事物，使用所学知识在多个方面搜索信息，使用创新的思维和智能工具来转换研究结果，并提高个人综合素质。

(二)基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学课堂教学的意义

追求40分钟高效率一直是教师孜孜以求的目标。在智慧教育背景下，基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学课堂教学，不但是时代发展的必然趋势，而且有利于国家进一步深化信息化教学改革、提高教师信息化素养，从而让不同基础的职校生都学有所获、实现智慧教育视野下的教学目标。

其意义具体表现如下：

1.助推职业院校“三教”改革

智慧教育背景下，“三教”改革的内涵在不断地延伸。基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学课堂教学以满足职业教育改革和促进教育现代化为出发点，教师要不断更新智慧教学理念、整合教学资源、改变教学策略；学生要改变学习方式；学校要优化教学环境、改革评价模式。另外，依托网络教学平台，有效开发教学资源、整合处理教材、创新教学方法，构建一个符合不同学习层次职校生学习能力和认知现状的智慧教学生态系统，让不同学习基础的学生都能获得不同程度的提高。从而助推教育、产业、人才和创新这四大链有机结合，从教师、教材、教法等方面有力提升职业教育的发展水平，助力“三教”改革。

2.培养高素质职业技能人才的有力支撑

基于“以学生为主体，思政教育在课堂，教为学服务”的理念，利用信息技术建立学生主体，师生互动、校企合作的新的教学生态系统。智慧教育背景下基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学课堂教学能突破传统教学的时空局限，实现线上、线下“双线并进”的混合式教学。例如，在给园艺专业学生讲授《椭圆及其标准方程》一节时，老师将本课程教学内容进行了处理与整合，将学生在园艺公司专业实践中，企业导师发布的任务“市民广场地面要布设立体花坛长轴长为8米，短轴长为4米的标准椭圆造型。请学生根据图纸尺寸求出椭圆标准方程”设置为学习任务素材。整个教学分为课前启化—课中内化—课后转化三部分。师生合作贯穿始终，一明一暗两条主线互相辉映。明线是学生课前通过上网搜索资料，了解椭圆的由来，收集生活中椭圆实例，直观感知椭圆；课中通过自主探究、小组合作研究椭圆；课后进行其他椭圆形立体绿化的设计，根据图纸求出其标准方程，解决问题。暗线是教师通过云班课收集疑问，确定环节；课中通过学生的通关反馈进行个别指导。课后联系企业导师，利用所学知识解决企业导师提出的任务。小组合作，并将作品拍照上传，师生互评，规范解题步骤，提醒学生注意方程中放入限定条件。纵深拓展。为学生五年级时进入企业顶岗实习以及毕业后的就业打下扎实的基础，从而为社会主义现代化建设培养新型劳动者，提高学生就业对口率和就业层次，有利于学生的全面可持续发展。

3.促进教师前进和职业幸福感提升的有效抓手

在职业学校的课堂教学中，教师很少能看到学生的出色表现，也很少得到积极的反馈，缺乏教学成就感。长期下去渐渐出现职业倦怠，教学幸福指数下降。基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学课堂教学将变革教师的角色和使命，整合教学内容与形式，并将教师从教学组织者、知识讲授者和评价者转变为学生学习指导和帮助者、协作者。让教师成为受学生尊敬的具有创新精神、开创精神的专家型教师，而不再是单纯地讲授知识、包揽所有的教学杂家。

三、基于STEM和TPACK理念的五年制高职数学课堂教学策略

课堂教学是职教的“主要阵地和战场”。在智慧教育背景下，要培养智慧型人才，教师应在STEM和TPACK理念引领下，构建信息化与数学以及专业相融合的智慧课堂教学策略，学生在教师引导下融“智能”“机智”和“智慧”于一身。下面以五年制高职计算机应用技术专业数学课程为例，介绍智慧课堂的教学策略。

(一)依据课程标准和人才培养方案设计组织教学活动

课程标准和人才培养方案是职业院校培养人才的基本框架，教师要从以前依据教材设计教学活动转变为按照五年制高职数学课程标准和学生所学专业的人才培养方案设计组织教学活动，由原来的学科导向变为职业导向。五年制高职的学生学习基础、语言组织能力、逻辑判断能力、人际沟通表达能力差异性较大，这就需要教师在设计教学活动时，做好学生的学情分析。

例如，《数据拟合的方法及其应用》一节中，基于STEM和TPACK理念，可对教材进行了再处理。数据虽无声，据理绘其形，拟定函数在，应用实践中。从数字测图到人口峰值的预测，从鼠标的3D打印建模到互联网的数据分析，数据拟合处处发挥着它的作用。基于高职数学夯实基础，突出应用的定位，设置了应用模块—数据拟合。计算机专业的学生已经学习了偏导数的定义和计算，希望通过应用练习—数据拟合来提升能力。学生在学习过程中表现出三爱三怵的特点——爱观看、爱操作、爱合作；怵公式、怵推导、怵应用。适合借助信息化平台展开学习。因此，利用网络教学平台精心设计了“五动”教学法，即案例启动→问题调动→原理推动→实验带动→任务驱动，在学习平台上设置了案例馆、原理馆、实验馆、游戏馆和资源馆五个“展览馆”，具体落实到师生互动和学生行动。使学生逐步掌握数据拟合的方法及应用。案例教学和任务驱动的教学方法、学生思维训练和实操相结合、学生自主探究和小组合作学习相结合，借助信息化手段，有效突破教学重难点。

(二)“五动”教学法的具体实施

1.课前准备

课前，学生学习微课，完成平台在线测试；教师查看反馈，调整教学策略。学生搜集数据拟合的相关案例并上传至学习平台，教师整合加工形成案例馆。

2.课中实施

通过“五动”环节展开。首先是案例启动，学生登录学习平台，进入案例馆，计算机专业学生进入人工湖设计案例。如果直接用线段联接，与人工湖实际相差甚远，应该选用合适的曲线去拟合。本案例中点的排列近似成一条直线，故可用一次函数去拟合；接着求参数，依次拖动直线，学生容易发现参数k和b的值决定了直线的位置。如何刻画点和直线的接近程度呢？由于绝对值函数不可导，转化为点与直线的距离的平方和；线要贴近点也就是点到直线的距离平方和最小，转化为最小化距离函数，也就是偏导数为零。解方程组求出k和b，从而解决了教学重点1。之后验效果，通过计算误差来检验，一般误差应小于5%；下面进入原理推动环节，引导学生讨论探究，归纳得出数据拟合的步骤：画点图→选函数→求参数→验效果→做改进。并借助几何画板，数据导入后画点图，依次根据点的排列选函数。教师设置了寻宝游戏，学生根据宝石的排列选择拟合函数，让寻宝者沿着函数路线通过归纳步骤、理解原理、熟悉过程、操作软件，学生逐步掌握了数据拟合的方法，解决了教学重点。最后是任务驱动环节，小组合作完成数据拟合建模报告。在此过程中，学生小组探讨，合作完成任务，相互交流成果。最后小组代表上台汇报展示探究成果，一组学生用数据拟合知识编写了程序，由此完成了绘图软件的工作原理。考核评价体系，关注过程，每个环节都予以评价。教师评、自评、组内评、组间评，最终得到学生的综合成绩，成绩发放至个人馆中。至此“五动”教学过程完成。

3.课后拓展

课后学生完成知识测验巩固所学知识，教师查看成绩，与学生进行线上交流。学生参与了大学生科研项目——中国人口峰值预测，拟合出人口的变化曲线，从而预测出人口峰值。通过拓展应用题，学生发现数据拟合不仅可以绘制图形，还可以指导生产，预测未来，从而深刻体会到其应用价值，解决了数据拟合的应用这个难点。

四、结语

综上所述，智慧教育视野下，随着新技术不断变革和突飞猛进地发展，学生对于教师课堂教学方法的新颖性、丰富性和创新性等提出了更高要求。作为文化基础课教师，需要了解五年制高职学生的学习需求，采用新兴教学策略调动学生学习的热情和兴趣。信息技术与各学科课程的深度融合也说明智慧教学的核心在于信息技术的有效运用，互联网技术+职业教育的发展促使高职数学教师的教学策略和方法进行不断地创新。文章中基于STEM和TPACK理念的高职数学课堂采用的教学策略能突破教学时间与空间的局限，在推动高职数学课堂教学改革方面具有深远意义。