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浅谈STEM 教育理论在跨学科教学中的应用

作者:许红即 字数:3127  点击:

[摘要]STEM教育是当下比较新颖的话题,它符合跨学科教育特征,是集人文性、艺术性、审美性、科技性等为一体的新型教育模式。在初中数学领域,STEM教育在课程内容选择、教学材料的准备、教学方式等方面较以往的传统数学教学有很大的改变,在增强教学趣味性的同时,提升了学生对数学的审美素养水平。

[关键词]STEM教育;中学数学;跨学科;应用

一、推进跨学科融合,培育复合型人才

百年未有之大变局,教育首当其冲,未来国家的竞争,一定是人才方面的竞争。为党育人、为国育才,这是中国教育的发展目标和任务。我们需要怎样的人才、怎样培养人才,这是时代之问,也是国家之问,更是教育之问。然而随着科技技术的更新迭代,社会经济越发达,细分领域会越来越明显,这对教育来说是一把双刃剑。具有跨学科特征的STEM教育的出现,在一定程度上,就是综合性教育的回归。

教育不能是碎片化的,或者是独立门户的,更不能是短视的。

科学知识、大数据工程、技术等,甚至是审美、历史、哲学等人文科学都与现实生活中的数学知识息息相关,针对数学史著名的千古第一定理——勾股定理,数学界一直有一个说法,数学有两个瑰宝,一是毕达哥拉斯定理,二是黄金分割,前者称之为黄金,后者称之为宝石,这些都是人文史学给数学界留下来的佳话。

这是数学家用文学的语言来讲述关于数学的故事,堪称经典的言论。没有文学,这个千古第一定理也会被枯燥无味的数据所淹没。的确,数学需要文学的加持,才更有诗意的表达,图形之美本身就是艺术的,黄金分割点用在建筑上,也是审美的数学。因此,单项的分科教学,越来越成为跨学科教学的鸿沟,而STEM教学,就是要融通科技、数学、模块、大数据、创客、甚至是音乐美术体育等术科,让跨学科教学成为学校的常态,培育复合型人才,运用工程和数学领域甚至是人文审美领域的基本知识,去解决实际问题的复合型人才。

跨学科融合,培养复合型人才,是初中数学教育急需解决的问题,数学很抽象,但抽象的东西结合其他学科的情景式教育,照样可以鲜活起来,比如讲勾股定理,就要追溯到悠悠4000年的故事,讲到爱因斯坦的相对论,这样孩子们才愿意被老师带进神秘而又美丽的数学新世界。

二、新兴技术理念与STEM教育的耦合

珠三角一带科学技术发达,孩子们接触的新鲜事物比较多,只有让新兴的3D打印技术、创客空间、校园科技与STEM教育融合的理念深入人心,才有创新技术的出现,有STEM教育生根发芽的土壤。只有开展接地气的、真正实用的理论,并紧密地联系我们STEM实际的教育教学,才是我们民族振兴、乡村振兴的一个突破口。

近年来STEM教育的研究者,更多地把研究视角转向如何更好地将STEM这种跨学科的教育理念渗透到实际教学中,比如很多信息计算机老师开始把STEM教育应用到青少年创客中去;数学老师与计算机信息老师合作,一起把数学课程教学融入STEM教育的教学设计、STEM教育应用的环境等等中去,让中学数学本来难理解的“勾股定理、圆的难点、三角形的内角和外角、分割法解题等”等难题,在STEM课程体系的交融解释下,变得更加易于理解。其实,吴俊杰在《边缘革命——STEM教育的破局之路》就郑重宣告,破局是STEM教学的唯一出路,可谓一语中的,震耳发聩。技术革新往往会导致教育的改革,社会急剧的变化往往也会导致教育转型升级。

随着STEM教育研究的不断推进、优化、深入,越来越多的创新成果将会不断涌现出来,这对中学教学研究,尤其是数学的应用研究,涉及到的对STEM教育的理解及其应用效果会愈加明显。

三、STEM教育在初中数学教学中的应用

(一)基于数学教学的分析

STEM教育教学设计的初期,要从学生的培育目标、养成特征、跨学科学习内容进行设计。

教学目标是为了确定学生的学习主题;学习目标就是了解学生特征的内容,同时在学习过程中,围绕培养有跨学科学习特征的孩子,在内容设计上多考虑孩子在数学发展中的可能性,不断融入各学科的知识,提升跨学科学习的耦合度,这样STEM教育思想既丰富了传统数学教学目标和内容,也提升了学生的三维价值体系的构建。

(二)数学学习任务的设置

学习任务是STEM教育的逻辑起点,也是核心所在,没有情景式的学习任务,学生就盲目无所从,又会回到传统的面对面的教学语境中去,孩子面对比较枯燥无味又难懂的数学任务,就体会不到学习的乐趣和价值。

学生学数学,最好要提供解决实际问题的方向和任务,这样就能激发学生学习的内驱力,在内驱力的驱使下,完成实际操作的数学任务,也能很好地通过情景式学习、任务型驱使去理解数学概念、原理。譬如我们数学教材的每一章的前言部分,开始都是以生活中的例子,情景式地引入我们要学习的知识中来,数学需要提出一个个生活中存在的问题,带着问题导向去探究、合作、构建,去进行情景式学习,以解决问题为目的,而不仅仅是理解数学概念,在概念的枯燥中,丧失学习数学的乐趣。

的确,STEM情境下的数学学习任务也要还原数学本身的模样,古代有很多经典的数学故事,现代有很多经典的数学案例,都是以任务型的问题导向为主去提出问题、分析问题、解决问题,从而成为可感、可知、可解的数学丰富例子、故事。这就是数学的倒推,而不是前溯,是还原,而不是导出;如此一来,STEM教育下的数学课堂更加具有相容度、丰富性。

(三)数学教学道具和学习环境

在提供足够多的教学道具(工具)的基础上,要整合教学手段,更要丰富教学思想,老师的教和学生的学,在STEM教育环境中,要重新定义师生关系、情境关系,甚至是环境要素关系,在互相意义的内容上展开建构,这是很重要的一环,需要提供好的学习环境、数学创客室、情景式未来教室;填充学习资源,例如投影器械,这是STEM工具教学设计必不可少的条件。

现代中学数学教学,需要更新设备,比如跟社会密切相连的实用器材和当下备受推崇的信息化工具3D打印机,与企业息息相关的开源电路板。而为了提升学生对未来数学的思维开发,构建极其丰富复杂的数学模型,就需要提供有前瞻性的可视化程序设计工具、概念图绘画工具、数学模型数据分析工具、网络沟通工具、三维建模工具,甚至是新出来的chapGPT软件技术和用得较多的实物投影、几何画板、音频及视频等等。设备和思维工具都有了,STEM教学才有现实意义。

这些设计和任务,丰富和支持着STEM教育背景下的数学课堂。只有这样,STEM教育下的数学课堂才会更加充实和先进。只有充分认识到数学教学工具与资源设计的重要性这一点,我们在STEM教育理论的数学应用中,才能做到与时俱进,才能精准地完成教师设计的数学分析和完成数学任务。

当然,中学数学中的STEM教育除了“基于数学教学的分析、数学学习任务的设置、数学教学工具与资源设计”这三个重要环节,还要注重“数学学习支架设计、数学学习活动设计、数学学习评价设计”。这些环节需要数学老师不断去学习先进的STEM教育理论,与其他科任老师一起,进行跨学科的探讨,让数学的工具理性更加具有人文精神。

结  语

作为一种中学数学的教学实践,STEM教育所走的路还很漫长,甚至有可能被新的教育模式替代,但它从教育视角的全面性出发,改变了传统的教学手段,使单学科教学转变为丰富的多学科融合;也使教师和学生的角色发生了转变。教师在引导学生的教学中,适时调整学生进度,为学生活动提供支持,这是符合现代融合教育的生成性和发展性的。STEM教育在课程内容选择、教学材料的准备、教学方式等方面较以往的传统数学教学有很大的改变,在增强教学趣味性的同时,也提升了学生对数学的审美素养水平,有助于提升学生解决复杂情境问题的能力。


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