STEAM 教育理念下的小学数学作业设计与实施*

刘春季

《义务教育数学课程标准(2022 年版)》 强调动手实践、自主探究是学习数学的重要方式,要求学生能够体会数学知识之间、数学与其他学科之间、数学与生活之间的联系。作业既是帮助学生巩固知识、提高能力的有效途径,更是实施教学评价、改进教学的重要依据。基于“双减” 政策的落实,小学数学作业设计需要加强优化与创新。我们认为,作业设计可结合STEAM 教育理念,通过改变小学数学作业的内容来调动学生的学习兴趣,使学生乐于探究;通过改变数学作业的方式来培养学生动手实践的能力、分析问题和解决问题的能力,提升学生的数学核心素养。

一、STEAM 教育概述

STEM 由Science (科学)、Technology (技术)、Engineering (工程)和Mathematics (数学)的首字母组成,STAM 教育将科学、技术、工程与数学的学科知识进行了有机结合。随着课程改革和STEM教育实践研究的开展,艺术(Arts)类课程也被纳入STEM 之中,形成以STEAM 课程为主要特色的STEAM 教育。目前,美国、韩国、英国等国家已逐渐将其应用于教学实践之中,运用STEAM 教育模式对于提升我国基础教育创新能力具有重要意义。

二、小学数学作业现状分析

为了解当前小学数学作业的状况,笔者采取抽样调查方式,对本校921 名学生进行了调查,对作业内容、形式、难度等方面进行了总结分析,其结论如下。

第一,作业内容较为陈旧。日常生活中有很多奇妙有趣的现象,却很少体现在作业内容中。很多内容脱离学生的实际生活,使他们逐渐觉得数学枯燥、单调、无趣,进而产生厌烦情绪。

第二,作业形式较为单一。教师布置的作业多以文本形式为主,主要源于教材或配套教辅材料。大部分作业题目都是例题的翻版,很少出现开放题,既缺乏思考价值,也谈不上综合实践、探究合作及人文关怀。

第三,作业难度比较高。作业是巩固复习、拓展延伸的一项学习活动,作业难度应该适中。偏题、怪题并不适合绝大多数学生巩固所学知识,并且难度较大的题目会影响学生学习的积极性和自尊心。作业设计应结合教学内容,合理控制题目的难度,不能超出所学范围。

三、STEAM 教育理念下的小学数学作业设计

作业设计既要关注内容、形式和作业量,也要具有趣味性,贴近学生的生活。因此,将STEAM 教育理念融合于小学数学作业设计的整个过程是很有必要的。

(一)作业设计原则

STEAM 教育理念下的小学数学作业设计应注重学科融合,应注重提高学生的数学学习兴趣,引导学生参与贴近生活的实践活动,体会数学在日常生活中的实用价值,提高学生的应用意识和创新意识。因此,小学数学作业设计应遵循融合性、趣味性、实践性、开放性和生活性原则。

1.融合性原则。STEAM 教育理念下的数学作业应形式多样,注重学科之间的整合,重视文理交融,将所学内容和科学、工程、技术、美术等有机结合,让数学作业“活” 起来,为学生的终身发展奠定坚实的基础。

2.趣味性原则。小学阶段的学生大都具有活泼易动、注意力难集中的特点,要使学生顺利完成数学作业,作业的趣味性尤为重要。趣味性的数学作业有助于数学课堂的延伸、发散思维的培养及学习兴趣的提升。

3.实践性原则。STEAM 教育倾向于学科整合的教学方式,注重实践教学和数学生活化,倡导“做中学”。因此,实践操作是不可缺少的。小学数学作业设计可将知识的巩固和技能的提升贯穿于教学实践活动之中,引导学生主动参与、动手操作、合作探究,培养学生的应用意识和创新能力。

4.开放性原则。新课程改革强调要转变传统数学作业内容和形式的单一化,向多元化、开放式的方向转变,应设计条件开放、结论开放、策略开放的综合性作业,以适应不同学生的个性差异,促进学生的个性化发展。

5.生活性原则。数学源于生活。教师应捕捉学生身边有价值的数学因素,将真实的数学问题呈现给学生,使学生通过解决身边的数学问题来感受数学在生活中的应用价值。

(二)作业类型设计

1.预习准备型。遵循STEAM 教育理念,预习准备型作业可以这样设计: 以查找资料的形式引导学生自主探索学习新知识,也可通过动手制成作品来呈现,或通过写一写、画一画进行整理等。预习准备型作业有助于培养学生学习的主观能动性,更有利于提高学生的思维能力和创新能力。

作业设计案例1:

(1) 作业题目: 制作钟面。

(2) 教材内容: 一年级上册第八单元《认识钟表》。

(3) 作业类型: 预习准备型。

(4) STEAM 理念涉及学科: 科学、 技术、 艺术、 数学。

(5) 作业目标: 通过观察钟表, 了解钟面上有什么; 通过制作钟面, 初步认识钟表上的指针、 数、刻度等; 通过制作和设计钟面, 提高学生动手操作、独立设计的能力。

(6) 作业要求: 观察家中的钟表上有什么, 再上网查查钟表的图片, 想一想所有的钟表有哪些共同点; 准备一张硬纸板, 绘制出一个钟面; 简单装饰钟面; 和家长说说制作的钟面上都有什么。

(7) 作业评价: 教师通过学生制作的钟面情况, 了解学生对钟面的掌握程度并进行评价; 学生小组间相互欣赏钟面作品, 交流钟面由什么组成。教师根据学生汇报情况加以评价; 评选出班级的优秀作品并展示。

2.知识巩固型。作业是学生巩固知识的有效途径。STEAM 理念下的小学数学作业可改进作业内容和形式,以达到充分调动学生的积极性,巩固所学知识的目标。

作业设计案例2:

(1) 作业题目: 七巧板日记。

(2) 教材内容: 一年级下册第四单元《认识图形》。

(3) 作业类型: 知识巩固型。

(4) STEAM 理念涉及学科: 科学、 艺术、数学。

(5) 作业目标: 借助七巧板拼图的活动, 进一步巩固正方形、 三角形, 并初步认识平行四边形;通过拼摆图形, 培养学生初步的空间观念和创新意识。

(6) 作业要求: 将纸质七巧板的七个图形剪下来, 设计图案; 为作品涂色; 将作品贴在日记模板的左侧, 并在右侧写下学习七巧板后的感受。

(7) 作业评价: 以班级为单位, 展示学生的作品, 各班学生轮流参观拓展视野, 回班后交流收获。

3.拓展延伸型。作业应该具有拓展性和延伸性的功能。拓展延伸型作业可分为课堂练习作业和课后家庭作业。这样的作业有助于培养学生主动探索的欲望,更为学生提供了深度思考的学习机会。

作业设计案例3:

(1) 作业题目: 搭建牙签桥。

(2) 教材内容: 四年级下册第二单元《认识图形》。

(3) 作业类型: 拓展延伸型。

(4) STEAM 理念涉及学科: 科学、 技术、 工程、 艺术、 数学。

(5) 作业目标: 通过制作牙签桥, 进一步感受三角形的稳定性; 培养学生动手操作、 总结归纳的能力。

(6) 作业要求: 利用牙签、 橡皮筋等材料制作牙签桥; 对牙签桥进行装饰, 为牙签桥起个名字。

(7) 作业评价: 班级内评选出最漂亮、 最稳固的牙签桥并在年级展示; 总结交流制作心得。

4.生活实践型。数学源于生活,应用于生活,数学中的每一个问题模型均来源于实际生活。STEAM 教育以数学为基础,注重学科融合。STEAM理念下的小学数学作业设计须将数学知识与学生的生活结合在一起,通过工程、技术、科学、艺术等所建立的数学模型解决实际问题,增强数学作业的实践性、真实性。

作业设计案例4:

(1) 作业题目: 栽蒜苗。

(2) 教材内容: 四年级下册第八单元《统计》。

(3) 作业类型: 生活实践型。

(4) STEAM 理念涉及学科: 科学、 技术、数学。

(5) 作业目标: 通过栽蒜苗, 记录蒜苗每天成长的高度, 培养学生收集、 整理数据的能力; 将实验数据制成合适的统计图并分析数据, 培养学生的数据意识。

(6) 作业要求: 准备大蒜、 容器、 水, 栽蒜苗; 每天为蒜苗拍照并记录高度, 记录14 天; 根据记录的数据, 分别制成条形统计图和折线统计图;思考并回答通过栽蒜苗和制作统计图, 自己知道了什么。

(7) 作业评价: 学生小组内交流栽蒜苗心得,通过统计图分析蒜苗生长情况; 教师根据学生统计图制作的情况, 组织学生进行组内评价和全班交流;小组评选优秀作品, 进行全班展示。

5.制作创造型。数学家弗赖登塔尔曾指出,学习数学唯一正确的方法是实行再创造,而教师的任务就是引导和帮助学生进行这种再创造。制作创造型的数学作业设计有助于培养学生独立设计、动手操作的能力,也有助于培养学生发现美、欣赏美、创造美的能力。

作业设计案例5:

(1) 作业题目: 我眼中的100。

(2) 教材内容: 一年级下册第三单元《生活中的大数》。

(3) 作业类型: 制作创造型。

(4) STEAM 理念涉及学科: 技术、 工程、 艺术、 数学。

(5) 作业目标: 通过数100 的活动, 锻炼学生数数能力, 直观感受100, 培养数感; 通过创意拼摆图形, 培养学生的创造力和动手操作能力。

(6) 作业要求: 布置作业之前, 由老师对活动进行初步的讲解和要求解读; 选定事物进行数数,例如数豆子、 花生、 大米、 珠子等, 数数时可以2个2 个数、 5 个5 个数、 10 个10 个数等, 数出100个; 充分发挥自己的想象能力利用100 个物品进行创意拼搭或拼图, 呈现出关于100 的作品, 比如用100 粒豆子拼成一幅风景画。 创作过程中可能需要剪、 贴、 拼、 搭等操作, 家长可以辅助孩子完成。

(7) 作业评价: 以班级为单位展示学生的作品, 各班学生轮流参观, 其间老师进行相应的指导和说明。 回班后学生进行交流。

上述五种类型作业都是结合STEAM 教育理念设计出来的,旨在将学生所学知识和科学、美术等学科进行整合,通过技术、工程等策略帮助使学生在实践操作中巩固知识,构建知识体系,落实学生数学核心素养的培养。

(三)作业的多元评价

《义务教育数学课程标准(2022 年版)》 建议采用多元的评价主体和多样的评价方式,鼓励学生自我监控学习的过程和结果。小学数学作业可以根据作业内容、类型等特点,采取互动性、过程性、发展性评价相结合的多元评价方式。

1.互动性评价。互动性评价主要包括教师评价、学生自评、学生互评等多个方面。在对数学作业进行评价时,教师可以对学生的作业情况进行评定,评定结果可以按ABCD 分为不同等级,也可以对作业进行评语式评价。同时,学生也可以参与作业的评价过程,如采取自我评价或组内互评。其中组内互评可以采取投票的方式,选出组内最优秀的作业。

2.过程性评价。学生的学习过程比学习结果更为重要。学生完成作业的过程能够反映其掌握知识的程度、理解的水平,也能反映出学生的学习态度和认真程度。关注学生完成作业的过程有助于教师客观把握学生的整体学习水平、了解学生运用知识的状况。因此,教师要注重评价学生做作业的整个过程,根据学生完成作业的情况及时调整教学策略,优化教学设计。

3.发展性评价。数学作业评价不能只是为了评价而评价,要在评价中寻找优秀作业案例,表扬思维严谨、有创新的作业案例;要在评价过程中发现学生中普遍存在的问题,及时提出纠正意见。应该看到,STEAM 理念下设计的小学数学作业,其内容主要以学科整合为主,其形式主要以动手操作为主,设计出来的作业大多没有标准答案。因此在评价学生作业时,教师应以真诚、赞赏的眼光寻找学生作业中的优点和闪光点,重视增强学生学习数学的信心,提高学生学习数学的兴趣。

四、STEAM 教育理念下的小学数学作业实施

(一)布置作业之前,讲清作业要求

基于STEAM 理念设计的小学数学作业是一种新型的作业模式,对于很多小学生来说比较陌生。所以在布置作业之前,教师须向学生详细讲清作业要求,确保学生明白作业内容。为保证作业的质量,也可将作业要求告知家长,给予学生适当的帮助。例如在学完“认识立体图形” 一课后,可以布置制作创作型作业“立体图形创意拼”。教师先对学生讲清作业要求: 首先,在家中找一找哪些物品是长方体、正方体、球或圆柱,找到的越多越好;其次,根据这些物品,设计并拼成一个你喜欢的形状,如设计一条船、一辆汽车、一架飞机、一个蛋糕等;再次,利用手中的立体图形,通过拼一拼、练一练、粘一粘等方法,完成作品;最后,为作品加以装饰。作业布置完毕,教师可将作业要求通过网络发给家长。当学生在完成作业过程中遇到问题时,家长可查看作业要求给予相应的指导。

(二)结合教学内容,科学布置作业

STEAM 教育理念强调科学、技术、工程、艺术与数学的整合。依据这种理念设计作业就应该根据课程标准的要求、小学数学知识的性质与特点,科学、合理地布置有价值的数学作业。

(三)加强作业评价与反馈

基于STEAM 教育理念所设计的小学数学作业,其完成结果中通常会呈现一份作品。因此,针对这种作业应采取学生自评、小组互评、教师讲评相结合的评价方式,通过组内、全班汇报与交流,选出优秀作品,并给予适当的奖励。例如,在“立体图形创意” 作业完成后,教师可要求学生把拼搭好的作品带到学校,学习小组之间相互欣赏、观察,交流有哪些立体图形、都用在图形的哪个部分等。然后由各个小组推选出最有创意的作品,在班级或年级平台上进行展示。

五、STEAM 教育理念下小学数学作业设计的若干建议

目前一些发达国家对STEAM 教育的实践研究已较为成熟,而我国在STEAM 教育实践研究方面还存在着一些不足。因此,在新课程改革背景下,实现STEAM 理念下小学数学作业的本土化开发,还应关注以下几个方面。

(一)作业设计关注学科整合,增强综合性

STEAM 教育强调学科之间有系统、有方法的融合。教师可以依据数学教材,结合科学、技术、工程、美术甚至是语文、历史、地理等学科知识,巧用教材中富有创造性的元素进行学科整合,设计综合性较强的数学作业,为学生提供更多的独立思考和自主探究空间,吸引学生全身心地投入,培养学生的数学思维能力,丰富学生的数学情感,促进学生全面而有个性的发展。

(二)作业设计关注日常生活,体现生活化

《义务教育数学课程标准(2022 年版)》 中强调要培养学生学会用发展的眼光发现生活中的数学问题,学会主动运用已有的知识去解决问题。坚持STEAM 教育理念,也应注重数学作业设计实现真探究。教师应更多地设计与日常生活联系密切的数学作业内容,使学生在完成作业的过程中体会数学在生活中的价值,提高学生应用所学知识的能力、解决实际生活问题的能力。

(三)作业设计关注学生差异,重视层次性

小学数学作业的设计应从学生的实际情况出发,针对学生的个体差异设计不同层次的作业。例如,相同内容的作业可以设计为自主创作类、参考模仿类,由学生自主选择。通过这种方式,既可关注学生的个体差异,也能赋予学生自主选择的权利。

(四)作业评价关注评价功能,加强评价多元化

《义务教育数学课程标准(2022 年版)》 要求教学评价目标多元化,评价内容多维度和评价方法多样化。在基于STEAM 理念设计的小学数学作业中,操作类型作业居多,书面解题作业较少,作业评价不能简单地以对、错为评价标准。作业评价须注重过程,评价方式应以鼓励为主。评价的主体也应多元化,学生可以先对自己的作业进行自评,然后由同学之间进行互评,最后再由教师加以总结和评价。通过多元化的评价,让学生在自评中更全面地了解自己对数学知识的掌握程度;在互评中以欣赏、学习的眼光看待同学的作品,吸取他人长处;在教师的评价中明确努力的方向,提高数学学习能力。

总之,在“双减” 背景下,教师可结合STEAM教育理念,依据融合性、趣味性、开放性、生活性、实践性等原则,尝试设计预习准备型、知识巩固型、拓展延伸型、生活实践型、制作创造型等类型的小学数学作业。在作业实施过程中,教师可关注学科间的整合,体现作业的生活化。关注评价的积极功能,增强作业评价的多元化。笔者相信,随着STEAM 理念下小学数学作业设计与实施研究的不断深入,我们在促进学生巩固知识、增强学习数学的兴趣和信心、提高应用意识和创新意识、培养数学核心素养等方面将会获得更大的成功。