在科学课堂实施STEM教育培养学生数学素养

◇李俊杰（广东：顺德德胜学校〔小学部〕）

小学科学课是我国基础教育阶段开设的一门学科，具有基础性、实践性、综合性特点，在教育过程中面向全体学生，倡导学生进行探究式学习，以培养学生的科学素养为宗旨。而STEM课程的重点是加强对学生科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的培育。目前的科学课中也涉及技术与工程领域内容，但如果要在科学课中开展STEM教育，除了科学素养、技术素养和工程素养外，还需要培养学生的数学素养。实施STEM教育的最好方式就是项目式学习。项目式学习可能是世界上最跨界的学习方式，因此我们需要打破各学科之间的界限，建立各学科之间的互通互联，才能够更好地实施STEM教育，才能够培养学生的综合素质。

粤教版小学科学五年级下册中有“身边的桥梁”单元，包括梁桥、拱桥、桁架桥等桥梁内容的学习，通过前面几节课的学习，到单元的最后一课进行桥梁设计与制作，让学生对自己学习的知识内容进行迁移与运用，从而加深对前几课内容的理解。本单元的学习目标是培养学生的科学素养、工程素养和技术素养，如果在教学过程中加入数学素养，那就既可以实现科学课的教学目标，又可以很好地实施STEM教育。因此，笔者以此单元教学为例，重点谈一下如何在科学课中实施STEM教育，培养学生的数学素养。

数学素养是学生发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题的能力。要在此单元教学中培养学生的数学素养，可以从以下几点入手，从而在科学教学过程中，更好地促进学生数学素养的形成。

一、在科学课堂培养学生发现数学问题的能力

发现数学问题是解决数学问题的关键，发现数学问题可以根据教学内容合理地设置问题情境，因此设置问题情境可以进一步提升学生发现数学问题的能力。基于此，我们在“身边的桥梁”单元中，可以设置问题情境来引导学生发现数学问题。

例如：本单元教学中有拱桥、桁架桥、悬索桥等，其中拱桥的拱形结构是其承重的关键，力从拱面通过拱传到拱脚，起到承重的作用。在此教学内容中，教师通过出示多张拱桥的图片，让学生观察拱桥，发现拱形的存在，发现问题后，再引导学生进一步提出一个数学问题。学生在思考的过程中，对数学知识重新梳理与认识，从而提出基于自身知识储备的数学问题，以此提升学生发现数学问题的能力。

例如：本单元教学内容中的桁架桥。桁架桥是典型的公铁两用桥，教师通过出示多个桁架桥图片，引导学生观察里面的共同点，从而引出三角形。教师接着引导学生回顾三角形的特性，进一步提到三角形具有稳定性，引导学生提出数学问题。学生基本上可以提出一些具有一定水平的数学问题。在此内容教学过程中，学生提出问题的能力得到提升，为接下来的桥梁设计做铺垫。桥梁设计是本单元内容的汇总，也是对本单元内容的知识梳理。学生通过制作实现工程与技术素养的提升。在制作前，教师要设置问题情境，出示多个工程设计图，引导学生思考如何才能更好地制作出自己理想的桥梁。桥梁制作前需要设计，通过绘图的方式，引导学生进行桥梁设计工程图的绘制。在绘制过程中，学生发现的数学问题会进一步增多，为接下来表达、解释与解决问题做了很好的铺垫。

在《设计与制作：我的小桥》一课时，教师结合所学知识，将现实生活场景引入课堂教学。让学生观察周边桥梁的限高高度，了解道路的实际宽度，在材料提供上，以比例尺形式给学生提供1：100的精确尺寸。学生在设计方案时，通过测量与计算，对桥墩的跨距、桥面的长度得出较为精准的数据，从而引发学生对数学的思考与关注。学生将数学所学知识迁移至本课的教学中，结合实际生活场景，运用数学、科学相关知识来解决现实生活中的问题，设计出具有实际意义的桥梁作品。

二、在科学课堂培养学生表达数学问题能力

表达是将思维所得的成果，用语言、语音、语调、表情、行为等方式反映出来的一种行为。表达数学问题是通过用语言等方式反映数学问题。学生发现问题后，如何表达是教师引导的关键。表达需要简洁明了，直奔主题，引导学生学会表达数学问题，可以反映学生思维所得的成果。在本单元教学内容中，我们可以让学生对自己的方案设计进行表述，但同时也应该注意引导学生表达其中的数学问题。

如：当桥面做成什么形状时，纸桥承重力会强一些？这个时候学生对于形状的表达就很重要，需要学生描述形状。有的形状学生认识，有的形状不认识，对于表达不出来的形状，教师应该引导学生进行图形表达或通过动作表达，学生不一定非得通过语言表达。表达的方式有很多，教师一定要引导学生有这个表达的环节，这样对于STEM教育内容而言，就不会缺少数学素养的培养，从而让科学课程中的STEM教育更具实效。再比如：引导学生将所学的比例尺关系运用于设计方案中，进行表达。通过比例尺的计算方式，引入现实生活中的实际尺寸，然后用自己的语言来呈现，从而进一步为自己设计的桥梁作品提供更为精准的数据。学生通过设计、计算、表达，进一步加深了自己对数学、科学相关知识的理解，并将所学知识通过语言表达出来，从而促进思维的发展。

因此，在科学课中进行STEM教育时，一定要培养学生表达数学问题的能力。这样既能够抓住培养学生数学素养的核心，又能够促进学生学科素养的形成。

三、在科学课堂培养学生解释数学问题的能力

解释的意思是分析说明，解释数学问题是分析和说明其发现和表达的数学问题。当学生在进行桥梁内容学习的时候，解释数学问题是其形成数学素养必不可少的环节内容。如何解释数学问题，需要教师根据实际情况，进行适当铺垫和引导。

例如：在学习《桥梁里的框架》一课中，学生发现了数学问题。是不是三角形结构承重能力会更强？学生也通过语言进行了表达，但是如何解释这种情况是问题的关键。这就需要教师培养学生解释数学问题的能力。学生通过制作简易的形状正方体，然后通过承重的对比实验，形成实验数据，通过分析实验数据，阐述正方体的承重情况，从而分析说明正方体内有三角形承重能力会更强一些，解释三角形具有稳定性。再比如：在学习《设计与制作：我的小桥》时，学生通过观察道路的尺寸来设计桥梁的跨度，从而引发学生发现数学问题，学会计算。桥梁的跨度要比道路的宽度长，不能将桥墩设计在道路中间。如：每条道路宽3.5米，三条道路宽10.05米，学生在设计桥梁时，会关注桥梁的跨度不少于10.05米，加上柱子的宽度，来设计桥面的长度。用数学计算的方式得出较为精准的尺寸，用较为精准的数据来解释设计桥面尺寸的缘由，为自己的作品提供强有力的证据。

解释，在科学课中就是寻找证据，用数学的方式就是学会分析数据才能够形成证据。因此，在科学课中培养学生解释数学问题的能力是STEM教育中必不可少的环节之一。

四、在科学课堂培养学生解决数学问题的能力

解决问题是检验学习的重要指标。如果在学习的过程中发现了问题、表达了观点、解释了原因，最后不能够解决问题，那就如同纸上谈兵。所以培养学生解决数学问题的能力是最终目的。在《设计与制作：我的小桥》一课中，引导学生设计图纸，进行计算与分析，最终通过自己的设计图纸制作出一座桥梁。在这个过程中，学生需要测量，计算出结果后才可以画出精准而科学的设计图纸，所谓的计算结果就是解决问题的最好呈现。最后学生根据自己绘制的设计图制作桥梁，桥梁作品就是解决问题的证据。

再如：引导学生关注现实生活。在设计桥梁作品时，引导学生去关注实际道路中间有花坛，花坛的尺寸是多大，那我们桥墩设计的宽度应该是多少。学生再结合自己设计的作品，看有没有将花坛的尺寸计算在内，如果没有应该如何加入。新数学问题的提出，引发学生再次思考，思考后再进行改进，通过运用数学计算与测量，来解决现实生活中的场景问题。在这一问题提出的过程中，教师不要直接告知学生，而是通过不断追问，来激发学生的思考，让学生从自己的角度去审视自己的作品，改进自己的方案，从而激发学生思维的形成，培养学生解决数学问题的能力。

STEM课程重点是加强对科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的培育。科学的核心是发现；技术的核心是发明；工程的核心是建造；数学的核心是建模。我们在教学过程中，要尽量避免设计单一的问题让学生思考，要结合实际生活与现实场景，激起学生的参与热情，关注现实生活，让他们知道可以利用自己所学的知识，来解决现实生活中的问题，从而促进学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的形成。这些素养的形成不是单一的，是在学生主动解决问题的过程中逐渐显现出来的。

除此之外，在科学课的教学过程中，实施STEM教育培养学生的数学素养，需要引导学生发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题，从而真正实现将STEM教育融入科学课程，进一步推动STEM教育的实施与落地，最终实现提升学生科学素养、工程素养、技术素养和数学素养的目的。