基于STEAM理念的小学数学拓展活动主题设计思路

韦欣

《2017年中国STEM教育白皮书》提议将STEM教育发展纳入国家创新人才培养战略，构建系统化、跨学段的STEM整合课程。STEM整合课程能让学生在真实情境中，经历有意义的学习过程，拥有足够的学习机会以来探索和发展科学技术，综合运用多种学科知识以提升问题解决的能力，符合创新人才培养的本质要求。

STEAM理念的数学拓展活动是指在数学知识的基础上，融入STEAM理念，设计活动主题或者情境以及一系列问题，使学生在这个主题或者情境中，应用数学知识，打破学科课程知识的界限，找到学科间的关联点，以达成跨学科整合。

下面以“杯子主题”活动为例，说明基于STEAM理念的数学拓展活动设计思路。

一、活动设计

▲活动对象：小学五年级学生。

▲活动对象分析

1.年龄特点分析

小学五年级学生拥有一定的学习能力和动手操作能力，自主探索能力、观察能力、抽象思维能力、小组合作经验等，对学习有较强的求知欲和兴趣。

2.知识贮备水平的分析

数学知识：已进行五年级“长、正方体体积”的单元学习。

科学知识：已进行四年级“热”的单元学习。

艺术知识：有色彩、线条、造型设计经验。

工程、技术知识：比较欠缺，需要教师多加指导。

3.生活经历分析

对于杯子，学生都非常熟悉，具有丰富的认识和感受，不存在认知空白，为活动实施提供了基本生活经验基础。

综上，选择了“杯子”作为活动主题。因此，教师可以创设学生所了解、熟悉的情景，并带学生在无形中进入到情境中。在这一过程中，教师要给予学生充分的自由度进行发挥和探索。

▲活动目标

1.解决问题中合理应用学过的知识，渗透转化思想和科学观，提高应用数学的能力，观察、研究和推理能力。

2.查找相关文献资料，锻炼搜集、分类、交流信息的能力。

3.小组协作完成各种设计、实验方案，培养沟通合作交流的能力。

4.选择处理各种实验材料，学会运用工具，培养工程意识、动手能力，基于实验结果来提出合理科学的观点。

5.学会自我学习管理，培养跨学科整合基础知识的素养。

杯子主题活动要实现跨学科的整合，因此把活动拆分成以下几个小主题。

▲活动主题分解

1.杯子的功能——儿童一天要喝几杯水。

2.杯子的性能——设计保温杯。

3.杯子的人性化设计——水温测量器。

4.杯子的外观设计——装饰杯子。

▲涉及整合的学科知识

1.数学：数据测量，长正方体的体积、容积的概念及计算，统计图表制作、比例。

2.科学：了解平时生活中的热量的存在，以及热量的传递方式、测量温度，选择合适的保温材料，实验操作。

3.工程：模型、杯子设计符合人体使用的舒适性、实用性，设计制作流程。

4.技术：制作保温杯、温度测量器。

5.人文艺术：绿色环保理念，色彩造型设计。

二、指向学生参与的活动实施路径

孔企平认为，学生在数学教学中的参与是指学生在课堂数学学习中的心理活动方式和行为努力程度。它包括三个方面：行为参与、认知参与和情感参与。行为参与指学生的行为努力程度;认知参与指学生所运用的反映其思维水平的学习方法;情感参与指学生的情感体现。基于STEAM理念的数学拓展活动中，学生在主题活动中的参与程度高低直接关系着主题活动能否成功实施。同时也影响着活动的结果。除了行为参与，如果学生还具有合理的认知参与及积极的情感参与，学生就能获得较高的学习活动结果。

（一）设计问题，激发参与

基于STEAM教育理念的数学拓展活动，设计核心关键问题串是活动中非常重要的因素。它有两个重要的作用，一是要激发学生的探究欲望;二是为学生的探究指明方向。可见，基于STEAM教育理念的数学活动，要设计一个来源于真实情境、富有挑战性的关键问题。

以主题活动分解一：儿童一天要喝几杯水为例，核心关键问题串设计及作用如下：

学生进行小组合作，讨论方案并寻找合适的实验工具，想办法测量得出杯子容积后计算需要喝几杯水，并把整个过程整理记录下来。学生的解决方案有：①借助针筒、小量杯一点一点倒水进杯子，记录倒水总次数，算出容积。②测量出杯子的直径、高，用圆柱体积公式计算容积。③不规则形状的杯子装满水倒进规则形状的大杯子，再用前面的方法得到容积。④口大底小的杯子取两者直径的平均数算容积。⑤把杯子装满水倒进大量杯内，大部分水倒至整百刻度线为止，剩下的水用小量杯测量。⑥把杯子装满水，倒进正方体或长方体容器，测量长宽高，算出水的体积即杯子的容积。⑦把长方体容器装满水，倒水装满杯子，用长方体体积减去剩下水的体积。⑧方法如前，但只测量长方体没水部分的长宽高。

抛出了核心问题，那如何测量杯子的容积？在课堂上，教师并没有给出明确指导，而是引导学生多方面地发挥想象、发散思维。从学生丰富的解决方案中可以看出，学生基本都会综合运用五年级所学过的数学知识和科学实验工具，利用转化的思想，用一定的方法策略解决了这一实际问题。甚至还有学生运用了六年级所学的圆柱体积计算公式来解决问题。在这过程中，学生不仅获得了宝贵的数学活动经验和情感体验，还形成了一系列的解决问题方案设计，最终解决了问题。

（二）多维探索，深度參与

基于STEAM教育理念的数学拓展活动，需要学生对核心话题进行多维探索，深度参与。学生的交流越深入，头脑风暴效果就越好。

以主题活动分解二：设计保温杯为例，学生讨论一个好杯子的标准是什么，在得出外观、材质、质量、大小、保温等指标后，继而讨论怎样能让杯子的保温效果更好。学生根据日常经验和已学的热传递知识，最初想到添加外套、改变杯子材质的方法。教师继而要求学生进行头脑风暴，小组合作大胆讨论，讲的尽量不要重复，集合学生的所思所得，整理得到以下的思维导图。

从图可见，从添加外套→添加保温材料→改变杯子结构→加装发热装置，学生的思维从单一走向多元，从简单走向复杂，从无序走向有序，体现了项目设计、工程设计的特点。以小组为单位，教师让学生深度挖掘增强杯子的保温功能可以从哪些方面入手。与此同时，引导小组学生产生多元化的想法，并不断让学生从不同角度提出自己不同的观点或补充。面对学生各种想法，教师要及时给予鼓励和回应。人人有交流的机会，人人有表达的机会，人人有自己的话可说，体现STEAM项目中对核心话题的深度探索、深度参与。

（三）动手实践，反思完善

基于STEAM教育理念的数学拓展活动，动手实践完成开放的项目任务，在反馈评价中反思改进完善项目和完善概念认知是活动的终极目标。有了上述的深度交流作基础，学生都认可在杯子夹层中添加棉花、海绵等热的不良导体会起到很好的保温作用。但是，学生不知道哪种材料保温性能最好，以及如何进行验证。而且学生在思考时，仅仅考虑到保温的效果，而忽略了实际制作中可能存在的问题，如，杯子的重量是否会增加、外形是否美观、成本是否超支等。因此，基于以上的问题计划分三步进行实践制作保温杯，如下表一;要求自行设计、填写实验表格或报告，如下表二。

STEAM项目的完成，除了要求学生学会跨学科应用知识，还需要学生学会反思、学会完善。在此过程中，教师应提供必要的帮助，引导学生选择不同的材料，指导利用已有工具或者创造工具来完成项目。学生或小组进行成果展示时，要求学生结合实验数据进行观察、研究、推理、互评，基于实验结果来提出新的观点和假设，从而不断反思完善项目。

在完善项目的同时，学生在解决实际问题的过程中，自发地对已有经验提取和再内化，再在不断完善概念。之前，学生一直认为，保温就是保持热度不变。而现在，学生是在实验、评价、交流、互相启发的过程中，逐步完善了概念。保温杯的功能其实不是保持温热，而是保持温度。保持温度的方法，必须要利用热的不良导体制作，保证密封，以此减慢热的传递。

总之，基于STEAM教育理念的数学活动的主要目标是使学生在课程探究的过程中，合理运用数学知识及各学科知识解决真实情境问题。通过“学习知识、小组设计、查找资料、交流再造、交流展示”等环节，使学生能够融合科学、技术、工程、艺术和数学课程知识，经历“自主设计——动手体验——反思完善”的过程，提高学生的知识迁移能力，培养学生的核心素养。

参考文献：

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责任编辑  罗燕燕  美术编辑  李泽文