探究STEM教育理念在高中数学教学中的实践运用

【摘要】STEM教育理念顺应了数学学科发展性、综合性的特点，能够为跨学科教学指明道路及方向.教师需要有机整合多个教学要素，科学设计教学方案，将STEM教育理念贯穿于高中数学教学的始终，全面提升学生的知识应用能力，培养学生的跨学科学习意识，让学生主动跳出单一学科的限制，实现多元知识的有效整合和灵活迁移.本文从STEM教育理念的基本内涵着手，深入分析在高中数学教学中运用这一教学理念的意义以及具体对策，以期为纵向推进高中数学教学改革提供理论借鉴.

【关键词】STEM教育理念；高中数学；课堂教学

1 引言

在以STEM教育理念为先导精心设计数学教学活动时，教师需要重新审视自身的多元角色，突破传统教学模式，通过跨学科教学以及多元知识的有效整合强化学生的知识印象，为学生创造合作探究、独立思考的机会，全面挖掘学生潜能，开启学生的智慧大门，确保学生能够保质保量地完成学习任务，自觉配合教师，逐步掌握适合自己的数学学习技巧.

2 STEM教育理念

STEM教育理念是一种典型的跨学科教育理念，以科学、技术、工程与数学的融合式教学为主导，实现多个学科知识的完美融合及无缝衔接.这一教育理念具有体验性、趣味性、跨学科性、协作性、情境性及设计性的特点，强调通过多学科知识的有效连接来解决核心问题.在基于STEM教育理念设计教学方案时，教师需要精心选择教学情境，引导学生综合运用多元知识，在合作探究中协同解决核心问题.与此同时，教师还应将工科思维融入教学设计，灵活渗透与工程学相关的内容，激发学生的求知欲，培养学生的问题意识，让学生能够实现学中做、做中学.对于高中数学教学来说，STEM教育理念的渗透及践行非常有必要.教师需要精心筛选适合STEM的内容，依托教材查找模型制作、数学实验以及工程等素材，围绕数学整合其他学科的知识，全面强化学生对数学知识的理解及认知，提升学生的数学核心素养[1].

3 STEM教育理念在高中数学教学中的实践运用意义

3.1 有助于激发学生的学习兴趣

STEM教育理念主张跨学科教学，要求教师打破传统，颠覆常规，通过多学科知识的有效整合开阔学生视野，让学生能够深入领悟数学知识的本质及原貌，进而灵活利用所学知识解决复杂问题，保持高涨的学习热情.在跨学科学习的过程中，学生能够接触丰富的学习资源，课堂参与度比较高，能够迅速被数学学科所吸引，保持较强的求知欲及好奇心，在学习兴趣的驱动下认真探索新知并迁移多学科知识.

3.2 有助于培养学生的核心素养

新课改反复强调了核心素养培养的必要性，要求教师以此为导向精心组织课内教学活动，全面提升学生的综合素养，让学生能够成长为创新型人才.STEM教育理念符合新课改提出的教学要求，以融合多门学科知识为核心，教师会从多个渠道整合优质的教育资源，从学生的生活实际中取材，精心创设生活情境，唤醒学生已有的认知，鼓励学生调用已有的生活经验自主分析及灵活利用数学知识，逐步形成良好的综合素养.在教师的循循善诱下，学生的数学核心素养得到了锻炼，对数学学习更加上心.

3.3 有助于发展学生的创新能力

数学知识的涵盖面较广，囊括了多个学科的知识及内容，在融入STEM教育理念后，学生对数学知识的认知更加全面，能够领悟数学知识的真谛，不再局限于思维浅层.教师也会主动为学生搭建多学科知识的学习桥梁，全面调动学生的主观能动性，让学生按照自己的想法自主探索、大胆迁移、深入思考，利用多元知识解决核心问题.学生自主探究的机会越来越多，能够逐步形成良好的创新能力和主人翁意识，学会对自己的学习负责.

4 STEM教育理念在高中数学教学中的实践运用对策

4.1 引入信息技术，培养学生的思维能力

在基于STEM教育理念组织开展数学教学活动时，数学教师需要将学科教学与信息技术融为一体，培养学生良好的思维品质，为学生数学核心素养的形成铺路[2].高中数学的逻辑性较强，学科知识抽象难懂，在引入新技术后，学科学习难度有所降低，学生也能够产生耳目一新的感觉，学会站在不同的视角自主迁移其他学科的知识，深层次思考及研究数学问题，保持良好的学习能动性及活跃的数学思维[3].

例如 在指导学生学习“空间几何体的直观图和三视图”时，教师可以从斜二侧画法着手，围绕这一知识重难点带领学生探索新知.在正式授课前，教师可以制作圆柱体的几何模型并在课堂中展示实物，刺激学生的视觉，让学生在眼看手摸中深入思考和分析这一几何模型所对应的物体的直观图.有的学生感觉无从下手，教师可以先让学生与前后桌讨论，然后利用信息化工具讲解斜二测画法的操作要点以及应用流程，辅助虚拟化模拟方式，直观呈现几何模型的直观图以及三视图的绘制过程，弥补学生在空间想象力上的不足，让学生能够在头脑中有完整的印象[4].在确保学生顺利进入学习状态后，教师则可以将课堂归还给学生，让学生自行操作、大胆尝试，逐步活跃课堂气氛，提升整体的课堂教学质量.

在STEM教育理念的指导下，数学教学与信息技术的融合度越来越深，学生对学科知识之间的理解也更加透彻，能够实现感性认识向理性认知的顺利过渡，思维层次越来越高.学习基础较为扎实的学生还会尝试利用创造性的思维模式自主探索，积累丰富的经验方法，在整合多学科知识的过程中找出最佳的解决对策，形成良好的探索思维和综合实践能力.

4.2 加强学科整合，打造高效数学课堂

学科整合是STEM教育理念的灵魂，教师需要打破学科之间的壁垒，精心组织开展跨学科教学活动，拉近学科知识的距离，逐步完善学生的思维框架，更新学生的知识库，让学生能够深入分析不同学科知识的逻辑联系以及融合之处，形成良好的逻辑思维能力[5].

首先，教师可以将数学与物理与知识相结合，让学生自主迁移多学科知识，深入分析数量关系.STEM教育理念要求教师突破教学界限，高度重视学科融合，实现协同育人.在数学教学中，教师则可以尝试多种学科融合模式，全面培养学生的学科素养，提升学生的综合能力，通过数学与其他学科知识的巧妙联系来完善数学教学框架.在此基础上，教师还可以有意识、有目的地将其他学科的知识引入数学，提升综合教育合力，实现终极育人目标.

例如 在带领学生学习“平面向量”时，教师可以结合这一板块知识与物理学科知识之间的相似之处引导学生结合所学习的物理知识分析数学问题.物理中的矢量和数学中的向量非常相近，在某种程度上两者基本相同，数学教师可以将两个学科的知识相整合，强化学生对向量内涵的理解，让学生能够构建完善系统的学习框架，深入理解向量并形成知识体系.教师可以布置与物理知识相关的向量问题，引导学生以矢量公式为基础，自主推导和分析向量的运算公式.如果学生存在思维短板，感觉无从下手，教师就可以绘制思维导图，结合物理及数学概念的相同点及不同之处理性对比和综合研究向量与矢量，减轻学生的学习压力，让学生能够轻松上阵，实现高效吸收.在实际教学中，物理与数学的融合频率较高，教学效果也非常可观.教师只需要打破学科边界，鼓励学生站在物理的视角分析数学知识，尝试通过物理方法解决数学问题并推导数学公式，逐步形成良好的跨学科学习意识.

其次，教师可以将数学与化学学科相融合，通过简单的排列组合拉近学生与数学知识之间的距离，让学生能够感受到数学学习的乐趣及奥秘.比如在化学学习中，学生需要学习化学方程式配平与计算，自主计算物质的量的浓度，理性分析多个化学参数并运用数学知识.教师则可以结合化学和数学这两个学科知识的融合之处开展跨学科教学活动，锻炼学生的学习能力，让学生能够经历学科知识探索的全过程，形成综合素养.

例如 “教师可以在数学课堂中引入化学方程式配平，讲解归一法，与学生共同剖析这一方法背后的数学原理，让学生能够细心观察具体的配平过程，抓住方程式中的关键式，尝试利用数学运算的方法调整数学计量数.很多学生学习能动性较足，学科素养以及运算能力也得到锻炼，能够逐步形成综合数理品质.因此，在围绕STEM教育理念创新数学教学模式时，教师需要注重多门学科隐性知识和显性知识的有效融合，彰显数学知识的本质及原貌，保障最佳的数学教学指南和水准.

4.3 组织实践活动，激发学生的创新潜能

高中数学的逻辑性较强，十分考验学生的实践能力及逻辑思维能力.教师需要组织开展实践教学活动，全面挖掘学生潜能，培养学生的创新意识，确保STEM教育理念能够顺利落地.首先，教师需要明确教学主题，提炼教学重难点，实现教学主题与重难点知识的一一对应.为了体现STEM教育理念的驱动作用，教师应组织开展小组合作教学活动，丰富学生的实践经验，鼓励学生深度研究主题，尝试利用多学科知识解决实际问题，实现学以致用.

例如 在指导学生学习“几何体的平面展开图”时，很多学生空间想象力不足，存在诸多的认知阻碍.教师则可以开展实践性教学活动，如提前准备好若干根绳子，设置包粽子的教学情境，引导学生尝试用不同的方式捆扎几何体，分析立体图形与平面图形的关系，进而对“最短路径”这一经典问题有深刻的认知和理解.在组织开展实践活动时，教师需要以学生深入理解平面展开图为重点，围绕这一目标将科学、技术、工程等学科知识穿插进数学教学中，逐步丰富数学活动内容.

其次，教师应指导学生深入分析数据，提升学生的认知水平.数学以研究数量关系为主导，揭示了现实世界的本质及原貌，在设计实践活动时，教师需要高度重视对学生的创新实践能力的培养，发展学生的科学素养，带领学生深入分析及研究相关数据，强化学生的数学思维.与其他学科相比，数学是一门与学生生活实际联系较为紧密的学科，教师应贴近学生的生活实际，组织开展极具生活气息的数学活动，强化学生的知识应用能力.

例如 在指导学生学习“指数函数”时，教师可以引入与储蓄相关的生活案例，提供给学生相关数据，让学生利用指数函数分析数据并建立函数模型.最后，教师需要拓展学生的认知空间，重新设计教学方案.STEM教育理念要求教师开展跨学科教学活动，培养学生的协同发展能力以及探究学习能力，教师应遵循“以生为本”的教育理念，高度重视学生的课堂参与积极性，将课堂打造成学生自主探究的平台，让学生在小组合作、深度思考中积累丰富的学习经验，逐步形成主人翁意识，自觉完成数学学习任务，实现触类旁通和举一反三.

5 结语

综上所述，在STEM教育理念的驱动下，高中数学教师需要以开放包容的心态看待多学科知识的有效融合，理顺教学思路，将信息技术引入课堂，全面培养学生的思维能力；精心组织开展跨学科教学活动，逐步加强学科整合，打造高效数学课堂；结合数学这门课程的实践属性组织开展多学科实践教学活动，激发学生的创新潜能.让学生能够放松身心，顺利进入学习状态并保持开阔的视野、活跃的思维、端正的学习态度，出色完成学习任务，掌握科学高效的数学学习要领，逐步培养良好的数学核心素养.

参考文献：

[1]何定彦.基于STEM教育理念的高中数学教学实践探索——以“解三角形”为例[J].数学学习与研究，2022（12）：104-106.

[2]刘桂珍.基于STEM教育理念下的高中数学课堂互动教学模式实践探究[J].新课程（下），2019（04）：166.

[3]刘丽芳. 基于STEM的高中数学教学设计与实践探索[D].临汾：山西师范大学，2020.

[4]赵静茹.STEM理论在高中数学教学中的实践——以《圆锥曲线的光学性质及其应用探索》为例[J].读写算，2021（31）：93-94.

[5]熊小菊，廖春贵，胡宝清.STEM教育理念在高中地理教学中的运用研究[J].中学地理教学参考，2019（04）：11-13.