基于STEAM教育理念的数学教学设计

仲昭琳

摘 要：STEAM教育理念体系随着社会的发展在不断成熟之中。社会发展需要创新型人才，STEAM教育能够满足社会发展的需要，其在数学领域也有广泛的应用。文章以高中数学“指数函数”为例，展示STEAM教育在数学中的应用。

关键词：STEAM教育;指数函数;教学设计

一、STEAM教育理念

STEAM教育包括科学、技术、工程、艺术和数学这五科，对创新能力有着不同方面的影响。它与原来的教育，即分科教学制，学科与学科之间分割明确的状况相反，它突破了固有的学科界限，强调融合，提倡项目化学习方式，以体验和实践为重点方式，使教育打破传统观念的掣肘，为教育理念和学习方法的探索提供了新的方向。STEAM教育具有综合性、情境性、实践性、合作性、艺术性的特征。

二、指数函数教学设计

本文以普通高中教科书数学人教A版第一册第四章第二节“指数函数”为例，设计一堂以STEAM教育为理念的高中数学教学课。

（一）创设情境

问题一：自2001年起到2015年之间，A地景区旅客人次（单位：万次）为600、609、620、631、641、650、661、671、681、691、702、711、721、732、743;B地景区旅客人次（单位：万次）为278、309、344、383、427、475、528、588、655、729、811、903、1005、1118、1244，你能发现其中有什么规律吗？

为研究问题一，教师设计一系列追问引导学生。

追问1：如何直观刻画两地景区游客人次的变化情况？

追问2：对B地景区游客人次采取怎样的运算，才能明确其变化情况？

学生通过计算发现，B地景区的游客人次的年增长率约为1.1-1=0.1，是一个常数。

追问3：B地景区游客人次的变化情况能否用函数来刻画？

（设经过x年后的游客人次为2001年的y倍）

问题二：生物死亡后，每过5730年体内碳14含量衰减为原来的一半，你能求出死亡年数和碳14含量之间的关系吗？（设年衰减率为P，用1个单位来表示刚死亡的生物体内的碳14含量）

追问1：根据已知条件，求出P。

追问2：死亡生物体内碳14含量能否用函数来刻画？

（设生物死亡年数为x，死亡生物體内碳14含量为y）

设计意图：教师以生活中的实际现象为例，引导学生从无意注意到有意注意，激发学生的兴趣。在问题一中，根据学情，设置问题串，层层递进，引导学生独立思考解决问题;在问题二中学生体会到了数学与考古之间的关联，扩宽学生的知识面，强化其科学素养（S）。在探究问题的过程中，由大量计算，得出恰当的函数关系，强化了学生的数学计算素养（M）。在函数模型建立过程中，结合其他学科知识，强化了学生的工程素养（E）。

（二）形成概念

思考：脱离现实背景，观察这两个函数解析式有什么共同属性？

学生独立思考，自主归纳初步得出指数函数的概念。

探究：a是否能取全体实数？为什么？

当a<0时，若，2不成立;

当a=0时，若，不成立;

当a=1时，若1x=1，没有探究价值。

教师归纳总结，完善学生给出的指数函数定义。

例1 已知指数函数f（x）=ax>0，且a≠1，f（3）=π，求f（0），f（1），f（-3）的值。

设计意图：数学是探究生活中事物的共同属性的学科，这就要求学生能够透过表象去发现本质，发现规律，脱离实际背景的限制，从中抽象出指数函数的数学模型，从而培养钻研科学的精神和用数学语言描述问题的能力。接下来教师再提出探究活动，在教师的引导下，学生通过小组讨论完善指数函数的概念，这一过程强化了学生严谨分析、科学钻研的能力（S）。接下来设置例1，具有即时性，在学生得出指数函数的概念之后，帮助学生巩固所学知识。

（三）深入探究

问题三：请同学们分组作出的图象。

学生动手作图，教师用几何画板展示答案，并共同探讨得到指数函数的图象和性质。

0<a<1 a>1

图象

定义域 R

值域 （0，+∞）

性质 （1）过定点（0，1），即x=0时，y=1

（2）减函数 （2）增函数

例2：对下列各题中两个值比较大小。

设计意图：学生具有发展性，能够运用已有知识作出给定函数的图象，之后小组讨论、进行观察、总结结论，这一过程能够提高学生动手能力与合作意识。教师再用软件技术（T）——几何画板演示，帮助学生检验正确性。将四个函数图象集中在同一坐标系上，学生通过观察，积极主动地从中总结出指数函数的性质，同时能够感受到数学中图象所蕴含的美，并体验创造美（A）。指数函数的性质是通过观察图象总结出来的，例2的设置能够在帮助学生熟练掌握指数函数性质的同时带领学生习得解决一类问题的方法。

三、教学反思

STEAM教育以实际生活中的问题为背景，注重多学科融合。它对教师的素养要求较高，要求教师有较强的整合材料、化繁为简、能够多学科融合解决问题能力。在解决问题的过程中，要多以问题串为引导，注重培养学生的能力，让学生在学习的过程中发现各学科之间是有联系的，之后运用自己所拥有的知识去解决实际中遇到的问题。我们对于STEAM教育的研究还不够透彻，需要不断去实践、去改进，最终完善，充分发挥其优势。

参考文献

[1]王晶，宫凌勇.基于STEAM教育理念高效课堂教学模式改革新探[J].软件导刊（教育技术），2017（9）：21-25.