STEM理念下高职院校高等数学课程教学策略研究

摘 要：文章针对高职院校学生，从培养学生的综合素质、改善学生跨学科学习与实践能力，使之符合未来社会对高科技人才的需求出发，探讨了STEM理念下高职院校高等数学课程的教学策略。首先，对STEM理念的内涵和特点进行了深入剖析，阐述其与高等数学课程教学的结合点。其次，探讨了STEM教育理念融入高等数学课程教学的必然性。最后，从教学模式、教学内容、教学方法和教学资源等多个方面提出具体的教学策略，以期提高高等数学课程教学质量和培养创新型人才。

关键词：STEM理念；高职院校；高等数学；教学策略

中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1673-7164（2024）26-0160-04

在当今的高职教育中，高等数学课程作为一门重要的基础学科，在培养学生的数学素养和专业技能上具有不可替代的作用。［1］朔州师范高等专科院校始终以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，以科学发展的理念为主题，以提高教育教学质量为核心，以凝练专业特色为主线，以师资队伍建设为关键，完善高等数学课程体系，突出核心课程。具体课程包括：数学分析、高等代数、解析几何、常微分方程、概率论与数理统计、C语言程序设计、计算机应用基础、数据结构、计算机网络技术等。然而，传统的高等数学教学方式往往过于注重理论知识的传授，忽略了实践应用和创新思维的培养，这与当今社会对人才的需求存在着一定的差距。

STEM理念是一种注重科学、技术、工程和数学等多学科融合的教育理念。在STEM理念下，高等数学课程教学将注重学生的主体地位，充分发挥学生的积极性、主动性和创造性，通过多样化的教学方式和手段，引导学生将数学知识与实际问题相结合，培养其解决实际问题的能力和创新思维。［2］因此，将STEM理念引入高等数学课程教学中，对于提高朔州师范高等专科院校教学质量和培养创新型人才具有重要意义。本研究以期为高职院校高等数学课程的教学提供新的思路和方法，推动数学教学的改革和创新。

一、STEM理念的内涵和特点

（一）STEM理念内涵

STEM理念即科学、技术、工程和数学（Science， Technology， Engineering and Mathematics），它强调跨学科融合和综合性思维，鼓励学生在科学、技术、工程和数学领域中进行综合性的学习和实践。STEM教育致力于培养学生的创新精神、解决问题能力和综合素质，以满足现代社会对高科技人才的需求。

（二）STEM理念特点

1. 跨学科性

STEM理念的确打破了传统学科的界限，将科学、技术、工程和数学融合在一起，旨在促进这些学科之间的互动和交叉。这种整合有助于培养学生的综合素质和能力，使他们能够更好地应对现实世界中的问题和挑战。STEM教育的目标是培养学生的创新思维、解决问题的能力以及科学和技术知识的应用能力，从而为其未来的职业发展做好准备。

2. 实践性

STEM教育注重实际应用，通过案例研究、项目设计等实践活动，激发学生的学习兴趣，提高他们的学习动力。这种学以致用的方法可以帮助学生更好地理解抽象的概念和原理，并引导学生将其应用于实际情境中解决问题。通过参与实践活动，学生能够亲身体验科学探究、工程设计和数学建模等过程，培养他们的观察、分析、解决问题和团队合作等能力。这样的学习方式不仅增加了学生的学习动力，还有助于其将所学知识应用于实际生活和职业发展中。

3. 创新性

STEM教育鼓励学生发挥创新思维，通过观察、分析、想象等方式，发现问题并提出解决方案。这种培养学生创新意识和能力的方法可以帮助他们思考和解决日常生活和社会中的难题。STEM教育强调培养学生的创造性思维和解决问题的能力，鼓励学生尝试新的思路和方法，并勇敢地进行实验和探索。通过以上训练，学生可以培养与众不同的思考能力和创新能力，为未来的职业发展作好准备。

4. 合作性

STEM教育强调学生之间的合作与交流。通过团队合作和分享经验，学生可以有效地利用各自的优势和专长，共同解决问题。这种合作方式可培养学生的合作精神，使他们能够理解和尊重不同的意见和观点，借助集体智慧来解决复杂的问题。STEM教育也强调学生的沟通能力。学生需要学会清晰地表达自己的观点和想法，与他人进行有效的沟通和合作。这种沟通能力不仅包括语言表达能力，还包括听取他人意见、交流合作以及与团队成员协调工作的能力。

二、STEM教育理念融入高等数学课程教学的必然性

随着科技的快速发展和产业升级的不断推进，社会对人才的需求也在不断变化。STEM教育理念强调培养学生的实践应用能力、创新思维和团队合作精神，与当前社会对人才的需求高度契合。因此，将STEM教育理念融入高等数学课程教学是必然趋势。

（一）STEM教育理念符合高等数学课程的教学目标

高等数学作为一门重要的基础学科，不仅为学生提供必需的数学知识和技能，还培养学生的逻辑思维、分析问题和解决问题的能力。［3］STEM教育理念强调通过多学科的融合，培养学生的综合素质和能力，与高等数学课程的教学目标相一致。在高等数学课程中引入STEM教育理念，可以帮助学生将数学知识与实际问题相结合，加深对数学知识的理解和应用，同时培养学生的创新思维和解决实际问题的能力。

（二）STEM教育理念适应高等数学课程的教学改革需求

传统的高等数学教学方式往往过于注重理论知识的传授，忽略了实践应用和创新思维的培养。这与当今社会对人才的需求存在着一定的差距。因此，高等数学课程的教学改革需要引入新的教育理念和方法。STEM教育理念注重学生的实践操作和探究，通过实验、制作、设计等方式，让学生在实践中学习和发展。将STEM教育理念融入高等数学课程教学，可以促进数学教学的改革和创新，提高教学质量和培养创新型人才。

（三）STEM教育理念有助于提升学生综合素质

现代社会需要具备综合素质人才，STEM教育理念强调通过多学科的融合，培养学生的综合素质和能力。在高等数学课程中引入STEM教育理念，可以帮助学生将数学知识与其他学科的知识相结合，提高他们的综合素质。STEM教育理念还注重培养学生的创新思维和团队合作精神，这些能力也是学生未来职业发展中必备的素质。

（四）STEM教育理念有利于培养学生的创新意识和能力

创新是推动社会进步的重要动力，而创新意识和能力的培养是教育的重要使命。STEM教育理念强调通过观察、分析、想象等方式，发现问题、解决问题，培养学生的创新意识和能力。在高等数学课程中引入STEM教育理念，可以通过引导学生进行探究和实践，发现问题、解决问题的方式，培养学生的创新意识和技术转化能力。这些能力的培养对于学生未来的职业发展具有重要意义。

三、STEM理念在高等数学课程教学中的具体应用措施

（一）教学模式

在STEM理念下，传统的高等数学课程教学可以进行创新和改进，采用更加综合和实践导向的教学模式，注重学生的主体地位，充分发挥学生的积极性、主动性和创造性。

1. 综合式教学模式

综合式教学模式强调将不同学科的知识进行整合，将数学与其他领域相结合。例如在讲解微积分时，可以引入物理中的速度、加速度等概念来帮助学生理解和应用微积分的原理。这样一来，学生可以更好地理解数学在其他领域中的应用，增强知识的联结性和实际运用能力。

2. 项目式教学模式

项目式教学模式强调通过项目设计和实践活动来促进学生的学习。在高等数学课程中，教师可以设计一些具有实用性的项目，让学生自主进行研究和探索，并运用所学的数学知识和方法解决问题。例如可以设计小组项目，让学生通过建立数学模型来分析并解决实际生活中的问题，如城市交通流量的优化或者金融投资的风险评估等。

3. 翻转课堂教学模式

翻转课堂教学模式将传统的课堂教学和作业布置模式反转，学生预先通过在线视频等方式学习相关的知识，然后在课堂上进行深入讨论和实践活动。［4］在高等数学课程中，可以利用翻转课堂（Flipped Classroom）模式，让学生在课前自学基本概念和公式，然后在课堂上由教师引导进行案例分析和问题解决，提高学生的应用能力和创新思维。

4. 探究式教学模式

探究式教学模式模式注重通过探究和实践的方式，引导学生发现问题、解决问题。例如可以引导学生探究函数单调性和凹凸性的关系，通过自主探究得出结论，加深对知识点的理解。还可以将数学知识与实际问题相结合，引导学生运用数学知识解决实际问题，培养学生解决实际问题的能力和创新思维。

（二）教学内容

在STEM理念下的高等数学课程教学中，教学内容以实际和应用为导向，注重将数学知识与其他学科、领域相结合。传统的理论和概念讲解仍然重要，但现阶段更加强调数学在解决实际问题中的应用性。这种应用导向的教学方法可以让学生深入理解数学的真正意义和实际运用价值。

首先，在教学内容中，应该引入一些实际应用场景，将数学与其他学科进行融合。以物理学中的运动问题为例，通过剖析运动过程中的速度、加速度等数学概念与物理实验相结合，学生可以更好地理解数学在物理学中的应用和作用。类似的，经济学中的优化模型可以让学生了解数学在经济领域的重要性。通过数学知识与实际问题的结合，学生可以更好地应用所学知识解决实际问题，培养他们的实践能力。

其次，数学建模是培养学生建模能力的重要方法。在高等数学课程中，可以通过给定一组数据，让学生利用统计学方法进行数据分析和预测。例如学生可以采用回归分析来探究相关性，了解数据之间的数学模型和关系。此种学习方式可以培养学生的数据分析能力、模型构建能力和判断能力，使其学会将理论应用到实际问题中的方法。

最后，引入数学软件或编程语言作为教学工具，也是在STEM理念下的高等数学课程中的一种有效方法。通过使用MATLAB、Python等工具，学生可以更加直观地理解数学概念、进行数值计算和图像绘制等。例如，学生可以通过利用MATLAB进行微积分中的函数求导和定积分计算，更好地理解导数和积分的概念和应用。实际操作和计算的训练不仅可以提高学生的计算能力，还能增强他们对数学的兴趣和理解。

在教学内容中加入实际应用场景、数学建模以及数学软件等辅助工具，能够让学生更加深入地理解和应用数学知识。这些方法可以帮助学生将抽象的数学概念与实际问题相联系，提高他们解决实际问题的能力和创新思维。同时也为学生未来在工程、科学研究等领域中的发展打下了坚实的数学基础。

（三）教学方法

在STEM理念下的高等数学课程教学中，教学方法需要更加注重实践、合作和探究，以提升学生的问题解决能力和创新思维。教师应该鼓励学生通过自主探索，培养他们的问题发现与解决能力。［5］一种强调实践的教学方法是引导学生进行探究性实验。以微积分中的极限概念为例，教师可以引导学生设计一些实验来深入理解极限。学生可以通过改变自变量的取值逐渐逼近极限的过程，观察极限的性质和变化趋势。通过实验，学生将亲自体验和感受极限的概念，促使他们更深入地理解和运用这一概念。除了自主探索，合作学习也是一种关键的教学方法。通过组织小组合作学习活动，学生可以在团队中合作解决问题。［6］例如，在分析一些复杂的实际应用问题时，可以要求学生组成小组，共同分工合作，各自利用自己的专长来解决问题。通过团队讨论和合作，学生可以相互学习和借鉴，提高问题解决能力和协作能力。这样的合作学习环境也培养了学生的团队合作和沟通能力，为未来的工作和生活中的合作打下基础。

在高等数学课程中，实践活动也是一种重要的教学方法。通过组织学生进行数学实验，例如利用测量数据验证数学定理和公式的准确性，或者设计一次数学游戏来巩固所学的概念和原理，可以帮助学生更好地理解和应用所学的数学知识。这些实践活动不仅能锻炼学生的实际操作能力和数学思维，也能培养其将抽象数学概念应用到实际的能力。通过强调实践、合作和探究的教学方法，学生将能够更深入地理解和应用数学知识。这种学习方式注重培养学生的主动性和探索精神，将学生置于真实的问题情境中，让他们通过实际操作和合作解决问题，不仅能够提高学生的学习兴趣和动力，还能培养他们的批判性思维和分析能力，为他们日后在工程、科学研究等领域中的发展打下坚实的基础。

（四）教学资源

在STEM理念下的高等数学课程教学中，多样化的教学资源对于学生的学习起着重要的支持作用。引入计算机辅助数学软件，如MATLAB、Geogebra等，能够给予学生一些实践和探索的机会。这些数学软件不仅提供了丰富的数学功能和工具，还可以帮助学生更加直观地理解数学概念和原理。计算机辅助数学软件是现代教学中不可或缺的一部分，通过使用MATLAB、Geogebra等软件，学生可以进行数学实验，进行数据的可视化分析和图像绘制。例如，在学习函数的性质时，学生可以使用这些软件来绘制函数的图形，观察函数的变化趋势，并进一步探究函数的性质和变化规律。

利用互联网提供的丰富资源也是一种重要的教学手段。学生可以通过观看相关视频来加深对数学概念的理解。优质的数学教学视频可以以生动形象的方式讲解抽象的数学概念，帮助学生更好地理解和掌握。学生还可以通过参与在线课程和论坛的方式进行学习和交流。在网络平台上，许多优秀的数学教师和学者分享了自身的知识和经验，在线课程和论坛也提供了与其他学习者交流的机会。通过与其他学习者的互动和讨论，学生可以扩展自己的学习视野，深化对数学知识的理解。

实验设备也是教学中不可或缺的资源。在高等数学课程中，可以使用一些实验设备，如数学实验箱、数据采集仪器等。通过实验活动，学生可以亲自操作并应用所学的数学知识，进一步加深对概念和原理的理解。例如在学习概率论时，学生可以利用数据采集仪器进行数据收集，然后利用这些数据进行统计分析和概率计算。实践活动不仅能够提高学生的实际操作能力，还能够提升他们的观察力和实验设计能力。

参考文献：

［1］ 严志莉. 浅谈高职院校高等数学的教与学［J］. 学周刊，2023（05）：36-38.

［2］ 柴艳玲. “双高建设”背景下数学课程的改革策略研究［J］. 读与写，2021，18（22）：196+198.

［3］ 王娜. 基于SPOC混合式教学模式的“高等数学”课程改革研究与实践［J］. 沈阳师范大学学报（自然科学版），2023，41（03）：233-237.

［4］ 武惠丽. 翻转课堂在高职院校高等数学教学中的应用［J］. 产业与科技论坛，2022，21（07）：170-171.

［5］ 李沫，刘晓燕，刘孝磊. 高等数学课程混合式教学改革与实践［J］. 高等数学研究，2023，26（04）：89-91.

［6］ 杨盛武，李艳杰，王利岩，等. 高等数学课程线上线下混合式教学改革与实践［J］. 教育进展，2022，12（11）：5020-5023.

（荐稿人：杜玉平，朔州师范高等专科学校副教授）

（责任编辑：邵秋露）

作者简介：董志华（1982—），女，硕士，朔州师范高等专科学校数学与计算机系讲师，研究方向为数学教育。