STEAM理念下小学数学单元实践性课程开发与应用研究

刘雅兰 孙晶 杨瑞松 周淑红 赵承

摘要：在知识迭代迅速的时代背景下，教育工作者要超前识变、供给升级。研究立足于帮助小学数学教师更好地设计和开发跨学科、单元式的实践课程，呈现了“STEAM理念下小学数学单元实践性课程”理论模型架构和应用模型架构，引导教师在此模型引领下，自主研发出适合学生未来综合素养发展的实践性课程。

关键词：小学数学；STEAM理念；实践性课程；课程开发

（一）问题提出的背景

教育承载着培养堪当民族复兴大任的时代新人的伟大使命。随着全球化、数字化时代的到来，“变化”成为常态，社会对人才的需求观发生变化。社会需要学生具有在复杂真实情境中提取和分析信息、综合解决问题的能力，成长为具有跨界融合和综合思维的复合型人才、创新型人才。在此过程中，学校教育对学生素养的培养将对学生一生的发展起到至关重要的作用。

（二）问题的发现

在课程改革20年后的今天，小学数学课堂上教师的观念和学生的学习方式已经发生了巨大变化，但与经济转型升级中新时代人才的需求尚有距离。课堂教学中仍存在“学科本位”“知识本位”“教师本位”的倾向，这是教育工作者需要认真审视的问题。

（三）解决的主要问题

基于上述问题，团队成员研发“STEAM理念下小学数学单元实践性课程”，期望通过STEAM（科学、技术、工程、艺术、数学）理念与数学教育相融合，借助STEAM课程的“知识跨界、场景多元、问题生成、批判建构、创新驱动”等特质，对小学数学教学内容进行系统思考，重构了基于“真实情境”的挑战性、实践性课程。通过课程实施，使学生在运用跨学科、融合性思维解决问题的主题和项目式研究中提升素养，成为复合型与创新型人才。

1.构画“未来人才培养中跨界融合思维”与数学教育的衔接点

《义务教育数学课程标准（2022版）》中指向学生核心素养落地的一个重要举措是跨学科主题学习。本成果用了近十年时间，创造性地把STEAM理念融入小学数学学科教学，设计具有复杂情境、跨学科、具有挑战性的实践课程，使学生在信息的收集、整理、分析和解决的过程中，不仅获得数学知识和能力，还能在跨学科运用知识解决问题的过程中提升综合思维与素养能力。研究成果为跨学科主题学习的实现提供新思路，为跨学科融合思维的培养探索出了一条有效路径。

2.探索“指向学生能力发展”的数学知识实践样态的课程

“教什么”“怎么教”就是课程开发的两个关键要素。我们以结构化、单元视角、知识的序列呈现为核心，用主题式、项目式的实践活动为载体，构建了“STEAM理念下小学数学单元实践性课程”。成果构建了课程理论模型（理念、目标、分类、要素、主题）、课程应用模型（结构支架、评价支架、思维支架），主要解决两个问题：一是教材内知识基于单元及实践思考下的重构；二是基于学生素养提升的实践课程的开发。这些课程的开发与实践为教师设计和实施指向学生能力发展的课程提供了前瞻的引领。

3.解决“指向学生素养发展”课程资源匱乏的问题

为更好实现学生在课堂学习中的主体参与和素养发展，将STEAM理念融入小学数学的课程研发中，构画了“六类主题和项目式实践课程”，并形成典型的课例。课例中借助探究问题的设计、环节的安排，让学生在独立学习、合作对话、质疑反思、群体构建中达成对问题的深入理解和能力的形成，为一线教师实施素养导向的教学提供了丰富的课程资源和案例资源。

第一阶段：成果萌芽期（2012.9-2015.12）

2012年，以“构建生命成长课堂”为目标，在中小学同时进行了学生学习能力和学习习惯的问卷调查及分析研究。调研后形成两个维度的思考（见图1）：一是结构的知识样态能为学生主动迁移、创新发展提供支持；二是以“问题”为线索的实践性课堂，使得学生以学习共同体的样态，在参与式、合作式的学习过程中实现生命成长[1]，。

第二阶段：成果的形成期（2016.3-2017.12）

前期实践后发现，结构化的知识样态应该包括内容、过程、学习策略和思维路径的结构化。具体表现为每一类知识都有自己的核心和本质、课堂教学呈现的过程、学生思维的方法和路径是一致的。把握了知识的结构，教学就可以从开始的“教结构”到后来的“用结构”[2]，学生运用结构化的思维主动获取知识。由此，研究从做数学的实践活动逐步发展到蕴含“复杂真实情境”“跨学科学习”的STEAM理念融入下的小学数学实践性课程，教学成果初步形成。

第三阶段：成果的应用期（2018.3-2022.7）

在前期研究的基础上，构画了融合“单元立场”和“STEAM理念的实践课程”的理论模型和应用模型。在成果的系统丰实、深入实践和经验培植中构画、开发了“六类主题和项目式实践课程”，相继在香坊区内各实验学校进行实践应用、成效检验，取得了较好的反馈效果，并逐步在哈尔滨市及省域内交流推广，多次在国家级会议上做成果汇报，形成了丰富的视频课程资源和典型课例资源。

三、成果的主要内容

本成果构建了单元实践性课程的理论模型（课程理念、目标、分类、要素、主题）和应用模型（结构支架、评价支架、思维支架）。

（一）“STEAM理念下小学数学单元实践性课程”理论模型架构

1.理论模型的结构

针对小学数学教学内容和学生核心素养发展而设计的“STEAM理念下单元实践性课程”，包括课程核心理念定位，在理念指导下的课程目标、课程分类、课程要素、课程主题。

2.理论模型的内容

（1）课程理念

STEAM理念与小学数学学科教学、学生素养发展相融合，把适应未来发展的跨界融合的人才特质具象为“七种思维”，即：结构化思维、研究性思维、程序性思维、实践性思维、综合性思维、创造性思维、交往性思维，这些是成果的内核。借助七种思维统领研究和实践，确保研究的方向性与目标性（见图2）。

（2）课程目标

成果中的课程目标分成四个维度：“理解与感悟”“过程与经历”“思维与提升”“意志与品质”。通过STEAM理念下的小学数学学科单元实践性课程的设计和应用，让学生在实践活动的主体参与中获得对数学知识的深度理解和主动迁移，在跨学科主题学习和项目式研究中经历困惑破解、经验改进和方法形成的过程，并在过程中提升思维品质，培养理性精神和创新品质（见图3）。

（3）课程分类

一是基于教材单元重构的实践课程。STEAM理念与小学数学教材知识相融合，基于单元视角和实践立场的角度对知识进行系统梳理，统筹规划，重构路径。

如，以“图形的旋转”这部分内容为例，呈现基于单元思考下的STEAM跨学科实践课程时，要充分考虑“图形的旋转”是“图形的运动”整体知识中的一部分，在设计实践性课程时要选用折纸与数学、编程与数学等共用载体，也要注重与生活实际的关联（见表1）。

二是基于学生素养提升的实践课程。小学阶段是学生素养发展的关键期，尤其是数学课程标准中的11个“核心素养表现”，有些素养不是靠某一单元知识或在某一学段就可以形成的，体现出了阶段性、发展性的特点。为此，团队设计了相应的序列课程，为教师提供了实践引领。如，针对“空间观念”的培养，开发了适用不同年级的“拆拼纸盒”实践活动。通过立体纸盒的“拆”、平面图形的“拼”等活动，让学生在二维与三维的不断切换中，经历想象、猜想、验证、质疑、反思等空间经验的累积，渐进形成空间观念（见表2）。

（4）课程要素

对成果进行整体统构，对课程重构中要关注的内容进行核心要素分解，凝练三个核心词：STEAM理念、单元立场、实践课程。三个核心词成为具体实施和应用的关键点，为教师设计和实施提供实践引领。

（5）课程内容

课程的设计体现了序列性、连贯性和整体性，围绕课程内容设计了六种具体路径，并以此为载体设计贯穿各学段的实践性课程框架。

（二）“STEAM理念下小学数学单元实践性课程”应用模型架构

应用架构包含课程的开发和推广应用。在课程的开发中，为保障成果研发的科学性、前瞻性、有效性，研究以“三个支架”为支撑。

1.结构支架

构建STEAM课程理念下小学数学单元实践性课程的实施结构支架，用支架规范教师实践的路线，引领教师系统思考问题，为课程实施提供路线引领（见图4）。

2.评价支架

第一类为自我评价，引导学生根据自己活动情况及时关注自己学习过程，关注学生思维的深刻性与活动的有效性。

第二类为表现性评价，即在“学生作品”环节中呈现学生的特色成果，根据项目特点设置不同的评分标准，计算各条目分值和整体得分。

第三类是反思性评价，即在“学习收获”环节，学生对自己的学习过程进行理性思考，呈现对学习内容、学习路径和学习方法进行整理与反思。

3.思维支架

在学生项目研究的过程中设计“智慧锦囊”板块，为学生提供学习支架，包括对学生思考角度、数学方法和思维路径的支撑，培养学生在遇到困难的时候查找、选择、运用资源解决问题的能力，同时构建起主动迁移的思想方法和思维路径。

比如，你怎么确定你在钉子板上围出的图形是平行四边形呢？可以从下面几个维度找到自己的关注点。

点：有两条相邻的边，相较于一点，一共有4个顶点；

角：有4个角（角的关系，可先猜想、再测量验证）；

边：有4条，根据方向，分成兩组。

研究团队成员组成架构合理，由省、市、区三级教研员，高校教师和一线教师组成，在理论上有指导、在实践上有跟进、在应用上有层次。几年来，成果在全国大型会议上交流十余次，在省内各地域内进行推广与应用。同时，走进大学课堂，与大学生们分享对研究性课程的思考。

2021年9月至2022年7月，成果在哈尔滨市农村教育联盟中推广和应用，促进农村和薄弱学校的课堂教学改革的深入，为农村学校的课堂教学带来了新样态，相关活动在省、市多家媒体进行专题报道。整个成果研究的过程都记录在项目主持人的专著《一个小学数学教研员的手记》（2020年出版）中，团队研究成果有10余篇论文和案例在各级刊物上发表。

（一）效果

研究成果从提出问题，到成果应用，历经10余年时间，团队成员边研究、边实践、边检验、边完善，不断将成果应用于实践，取得显著效果。

1.促进教师课程意识的形成

成果的研发和应用唤醒了教师的主体意识，促进结构视角、整合观念和实践意识融合下的课程思维的形成。他们不仅是课程的被动使用者，还是课程的创设者和开发者。

2.实现学生综合素养的发展

学生在教师呈现的课程中以“STEAM课程理念”为引领，以“单元课程”的实施为机遇，在基于“真实问题”“实践性”“研究性”学习状态下自主设计、研究、构建结构化的概念体系；并在问题解决过程中触发学生高阶思维状态[3]，借助“问题的获取和研究、方案的设计和实施、研究路径与思维支架的搭建、多元表达、成果创造和宣传”等具体活动，经历整体策划、系统思考、跨学科解决问题的过程，展现了个性对问题的独特思考，初步形成未来社会活动参与的意识和能力。

3.为学生提供了“学习空间和资源”

课程的研发破解了“片面、割裂的碎片化知识和思维方式”，去除了“假想情境”，以解决“基于知识达成而设计的小问题”等课堂教学中存在的问题，形成了丰富、可应用的课程资源。成果中最大的特色，即在“STEAM课程理念”与“单元数学知识”融合性思考下，设计了有利于跨学科实践的六个课程主题。这六个主题的序列课程为学生跨学科学习、结构化认知、实践经验累积提供具体媒介，拓展了学生“学习的空间和资源”，为学生学习力的提升提供有效支撑。

4.促进区域教育的发展

成果理论上有建树，实践上有创新，具有前瞻性和导向性，获得了黑龙江省基础教育教学成果一等奖。成果在哈尔滨市各区、各学段普及、推广、应用，受到众多好评。对哈尔滨市小学数学教育教学工作起到了重要的专业引领和策略支撑的作用，为相关教育决策的制定提供了重要依据。

成果在省内多个地域的进修学校和基层学校进行推广与应用，给成果应用单位的数学教育带来很多启发和引领，促进该区域的小学数学教育的发展。

（二）反思

本研究成果虽在STEAM课程理念下小学数学单元实践性课程教学中有所突破，但有待深化完善的地方还有很多。

（1）从成果内容看：在课程内容上可持续进行开发，从学生思维序列性呈现角度进行更多研究与课程呈现。

（2）从成果方法看：在成果研究过程中注重用科学的方式引領实践，但研究的系统性、科学性和可操作性，还需要进一步论证和校验。

（3）从成果手段看：研究过程和成果的呈现方式介入了信息技术的融合，持续研究中更应该关注借助信息技术助力成果研究过程的支撑，包括研究成果的多元呈现、数据支撑等。

参考文献：

[1]佐藤学.学校的挑战创建学习共同体[M].上海：华东师范大学出版社，2010：7-42.

[2]吴亚萍，王芳.备课的变革[M].北京：教育科学出版社，2007：127-132.

[3]LORINW.ANDERSON.布卢姆教育目标分类学修订版[M].蒋小平，译.北京：外语教学与研究出版社，2009：227-333.

课题项目：黑龙江省教育科学“十四五”规划2022年度教研专项重点课题“STEAM教育视域下小学数学‘单元实践性课程’的开发与实施研究”（JYB1422075）

见习编辑/张婷婷