STEAM视角下高职数学建模的教学研究

1、学校编码 10390学 号 201719451018分类号 G712.0密级真篥大学教育硕士专业学位论文STEAM视角下高职数学建模的教学研究指导教师：刘小辉副教授朱荣坤副教授陈智猛高级教师作者姓名：黄元臻申请学位级别：硕士领域名称：学科教学（数学）论文提交日期：2020年04月27日论 文 答辩日期： 2020年06月05日学位授予单位：集美大学学位授予日期：2020年06月19日答辩委员会主席：覃红霞教授真篥大学教育硕士专业学位论文STEAM视角下高职数学建模的教学研究Teaching Research on Mathematical Modeling in HigherVocationa

2、l Colleges from the Perspective of STEAM作者 姓名： 黄元臻指导教师：刘小辉副教授朱荣坤副教授陈智猛高级教师领域名称：学科教学（数学）学位授予单位：集美大学论文答辩日期：2020年06月05日学术诚信声明兹里交的学位论攵,是本人在导帅指导卜独正进行的研究工作及取 得的研究成果。除丈中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其 他个人或集体B经发&或撰号过的研究成果。本人依法享仃和承担由此论文产生的权利和责任。声明人时间：（签名）.成为嫉保护知识产权声明本人完全r解集美大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查

3、阅和借阅,可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学（立论文o同意集关大学口j以 用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容作者（签名）：巡云/建 导师（签名）：小土长 时间：为、$、（STEAM视角下高职数学建模的教学研究摘 要数学建模因其学科的交叉融合性和实践操作性，被认为是解决生活生产实际问题的重 要工具，高职生掌握好数学建模能极大的帮助其提升应用解决实际问题的能力。国际上逐 渐兴起的跨学科STEAM教育为高职数学建模教学提供了一条有效途径，它帮助学生从科 学情境、技术手段、工程思维、数学知识以及艺术素养的角度解决生活生产的实际问题， 因此具有教育研究和教育实践的价值

4、。重新审视STEAM视角下数学建模的职业教育，可 为我国当前高职数学建模教学提供一条新路径。本文基于STEAM教育理念与数学建模课程的整合，选取泉州市某高职院校一年级智 能控制专业学生为研究对象，采用文献资料法、问卷调查法、访谈法、实验研究等研究方 法进行探讨高职阶段数学建模教育。首先，对2010至2019年近10年的全国大学生数学 建模竞赛试题进行内容分析，并对高职生进行数学建模教学调查问卷，结合高职一线教师 的访谈了解关于高职数学建模的教学现状。其次，依据STEAM教育理念与数学建模课程, 提出教学目标矩阵。而后提出了整合STEAM的数学建模课程设计，从而进行课堂教学实 验研究，具体为选取

5、前测成绩不存在显著差异的班级作为实验班与对照班，对照班采用传 统教学模式进行教学，实验班采取STEAM理念进行教学，在实验过程中始终保持无关变 量均相同，并在教学期间通过课堂观察量表记录高职生课堂学习行为。实验结束后对实验 班与对照班进行后测与教学满意度问卷，所得的问卷数据、后测成绩以及课堂观察数据均 采用SPSS24.0统计软件进行数据处理与分析，进而结合分析研究、学生后期访谈与学生期 末实训的工程产品提出教学建议。研究结论：实验班高职生进行了三个月的融合STEAM理念的高职数学建模课程后， 高职生的表征简化、数学模型化以及发散性创新思维能力水平显著提高，应用水平能力进 一步增强。教学满意度

6、方面，实验班学生在学科兴趣、学习活动、创新思维、学习效果与 教学认同度方面与对照班学生存在显著性差异。课堂观察方面，实验班学生在倾听行为、 言语行为以及实践行为方面存在显著性差异，思考行为与无关学习行为不存在显著性差 异。实验班学生的工程思维对工程产品的制作具有优化作用。基于研究结论提出相应的教学建议：跨学科选取教学内容、适当补充前置数学知识、 增强学生“长思考”的能力、通过多元表征深入理解数学建模、深化工程思维与工程产品 间的联接。关键词：STEAM；高职生；数学建模；教学研究Teaching Research on Mathematical Modeling in HigherVocati

7、onal Colleges from the Perspective of STEAMAbstractMathematical modeling is considered to be an important tool to solve practical problems of life production because of its interdisciplinary integration and practical operation. Cross-disciplinary STEAM education, which is emerging in the world, prov

8、ides an effective way for mathematics modeling teaching in higher vocational colleges. It helps teachers to put scientific situation, technical means, engineering thinking, artistic sentiment and mathematical literacy in the situation of problems encountered by students, so it has the value of educa

9、tional research and educational practice. As a result, re-examining the mathematics modeling education in higher vocational colleges from STEAM perspective can be used fbr the present time in China A New Approach to Mathematical Modeling Teaching in Higher Vocational Education.Based on the integrati

10、on of STEAM education concept and mathematical modeling course, this paper selects the students of intelligent control major in the first grade of a vocational college in Quanzhou as the research object, mainly adopts the research methods of literature method, questionnaire method, interview method,

11、 experiment method and so on, and discusses the mathematics modeling teaching in higher vocational colleges. First of all, according to the content analysis of the national college students mathematical modeling competition in the past 10 years, and the teaching questionnaire fbr higher vocational s

12、tudents, combined with the interview of the first-line teachers in higher vocational education to understand the teaching status of mathematical modeling in higher vocational education. Secondly, according to the STEAM education idea and mathematics modeling course, the teaching goal matrix is put f

13、orward. And then put forward the STE of integration The AM mathematics modeling course design, thus carries on the classroom teaching experiment research, specifically selects two pre-test result does not have the significant difference class as the experiment class and the control class, the experi

14、ment class adopts the STEAM idea teaching method, the control class adopts the traditional teaching mode to carry on the normal teaching, always maintains the independent variable all the same in the experiment process, and records the higher vocational students classroom study behavior through the

15、classroom observation scale during the teaching period. At the end of the experiment, the post-test and teaching satisfaction questionnaires were carried out on the experimental class and the control class, and the data obtained from the questionnaire, the post-test results and the classroom observa

16、tion data were all carried out by spss24.0 statistical software According to the processing and analysis, and then combined with the analysis of research, students post-interview and students final training of engineering products to put forward teaching suggestions.Research conclusion: after three

17、months of integrating the STEAM concept of higher vocational mathematics modeling course, the representation simplification, mathematical modeling and divergent innovative thinking ability of higher vocational students improved significantly, and the ability of application level was further enhanced

18、. In terms of teaching satisfaction, there are significant differences between experimental class students and control class students in terms of subject interest, learning activities, innovative thinking, learning effect and teaching identity. In the classroom observation, there were significant di

19、fferences in listening behavior, speech behavior and practical behavior among the students in the experimental class, and there was no significant difference between thinking behavior and irrelevant learning behavior.The engineering thinking of the students in the experimental class can optimize the

20、 production of engineering products.Based on the research conclusions, the corresponding teaching suggestions are put forward: interdisciplinary selection of teaching content, appropriate supplement of pre-mathematical knowledge, enhancement of students ability of long thinking , in-depth understand

21、ing of mathematical modeling through multiple representations, and deepening the connection between engineering thinking and engineering products.Keywords： STEAM; Higher Vocational Students; Mathematical Modeling; Teaching Research TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 第一章绪论11.1研究背

22、景1 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 1.1.1高职生应用能力的缺失与数学建模课程的矛盾1 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 1.1.2跨学科STEAM教育的兴起1 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 1.2研究问题21.3研究意义31.3.1培养高职应用型人才3 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 1.3.2提供高职数学建模教学新路径3 HYPERLINK l bookmark51 o Curre

23、nt Document 第二章研究基础5 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 2.1概念界定52.1.1STEAM 教育52.1.2数学建模5 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 2.2 研究综述6 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 2.2.1STEAM教育的研究综述6 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 2.2.2数学建模的研究综述8 HYPERLINK l bookmark70 o Current

24、Document 2.2.3 STEAM教学的研究综述8 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 2.2.4数学建模教学的研究综述10 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 第三章研究设计12 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 3.1研究目的12 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 3.2研究对象12 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 3.3研究方法12 HY

25、PERLINK l bookmark98 o Current Document 3.4研究过程13 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 第四章高职数学建模教学现状的调查与分析15 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 4.1基于全国大学生数学建模竞赛试题的调查与分析154.2基于学生问卷的调查与分析164.2.1学生问卷信度与效度检验16 HYPERLINK l bookmark111 o Current Document 4.2.2学生问卷分析17 HYPERLINK l bookmark129

26、 o Current Document 4.3基于学生访谈的调查22 HYPERLINK l bookmark141 o Current Document 4.4基于教师访谈的调查与分析23 HYPERLINK l bookmark154 o Current Document 第五章STEAM视角下高职数学建模教学的实验研究26 HYPERLINK l bookmark157 o Current Document 5.1教学目标矩阵设计26 HYPERLINK l bookmark167 o Current Document 5.2STEAM视角下数学建模教学设计265.2.1数学建模课程教学

27、设计26 HYPERLINK l bookmark164 o Current Document 5.2.2STEAM课程教学设计275.2.3整合STEAM的数学建模课程教学设计28 HYPERLINK l bookmark170 o Current Document 5.3教学活动流程设计28 HYPERLINK l bookmark173 o Current Document 5.4实验前测295.5教学案例295.5.1教学活动流程29 HYPERLINK l bookmark180 o Current Document 5.5.2教学目标矩阵30 HYPERLINK l bookmar

28、k183 o Current Document 5.5.3教学过程31 HYPERLINK l bookmark189 o Current Document 第六章STEAM视角下高职数学建模教学的实验分析386.1实验后测分析386.1.1测试卷信度与效度检验38 HYPERLINK l bookmark196 o Current Document 6.1.2后测相关性分析38 HYPERLINK l bookmark199 o Current Document 6.1.3后测各维度分析396.2教学满意度问卷分析406.2.1问卷信度与效度检验40 HYPERLINK l bookmark

29、206 o Current Document 6.2.2样本T检验分析40 HYPERLINK l bookmark209 o Current Document 6.3 课堂观察量表分析42 HYPERLINK l bookmark212 o Current Document 6.3.1课堂观察量表信度与效度检验42 HYPERLINK l bookmark215 o Current Document 6.3.2 一级维度学习行为的统计检验43 HYPERLINK l bookmark218 o Current Document 6.3.3二级维度学习行为的统计检验44 HYPERLINK l

30、 bookmark221 o Current Document 6.4学生工程思维对工程产品的优化作用45 HYPERLINK l bookmark228 o Current Document 6.5学生后期访谈45 HYPERLINK l bookmark237 o Current Document 第七章结论与建议47 HYPERLINK l bookmark240 o Current Document 7.1研究结论47 HYPERLINK l bookmark247 o Current Document 7.2教学建议47 HYPERLINK l bookmark255 o Curre

31、nt Document 致谢49参考文献50附录52在学期间科研成果情况57第一章绪论1.1研究背景1.1.1高职生应用能力的缺失与数学建模课程的矛盾近些年来，职业教育被反复提及，国家先后出台了一系列政策，加快现代职业教育体 系的发展。2019年国务院发布全国职业教育深化改革计划（以下简称“职教20条”）， 职教20条在职业教育投下震撼弹，文件中明确指出在国民教育体系中的职业教育与普通 教育具有同样重要的地位，职教20条重新诠释了我国教育体制中职业教育的重要性，标 志着职业教育应得到和普通教育同样的重视1。现在，有了必要的证明文件以及相应出台 的职业教育政策所组成的“组合拳”，职业教育必将迎来

32、一个蓬勃发展的井喷期。与迎来黄金时代不同，一方面与职业教育同步的数学课程等所谓的职业基础课程也在 进行同步。但此前高职数学课程仍然保留大量苏联时期职业教育中数学课程的影子，重基 础知识，重解决问题的过程，虽然目前高职阶段以数学课程的“为学生，为专业服务发展” 为原则，但几乎所有的学生，不论专业，不论学习的程度，数学课程的学习内容或学习形 式千篇一律。虽然我们在教学目标，内容，实施，评价，提出过一些尝试，探索，但在这 高职阶段的数学课程达不到为“学生，专业服务的发展”的预期效果。因此，高职教育阶 段数学课程被进一步边缘化，课时数受到挤压就是最大体现，而学生的数学素养不能满足 行业的专业需求，学生

33、“没有学习数学意义”的感受日益增强。1.1.2跨学科STEAM教育的兴起目前，随着职业教育发展和课程改革的深入开展，如何学好数学用以专业服务，是职 业教育中的一个重要问题。数学建模是一个能实际解决生产生活问题的工具，所谓数学建 模，它是根据生活生产实际问题建立一个数学模型，并解决数学模型，基于该数学模型进 而解决实际问题的方法与工具，这就使得数学建模更侧重于学习的数学知识是否会灵活运 用于生产实际生活中。与此同时，研究者在借鉴国外职业教育课程的过程中，研究发现STEAM教育在美国 的浪潮在20世纪80年代开始,STEAM教育观念与职业教育发展的特点深受一致。STEAM 跨学科教育的目的是培养蓝

34、领工人，以适应快速发展的新时代，提高自身的综合素质，加 深学生的跨学科认识，培育技术技能型人才以适应新时代发展，这与我国职业教育的目标 高度契合。在跨学科STEAM教育理念下，学生们不仅可以学习数学知识与数学模型求解 过程中所形成的逻辑思维，还可以让学生在跨学科间发现各学科的耦合联系，甚至可以习得职业教育中工程设计的流程与工程思维。研究文献发现，20世纪80年代美国政府基于提高学生综合素质的愿景，STEAM教育 孕育而生，几十年来各国研究者对STEAM教育的热情依旧不减，近40年STEAM教育的 发文量趋势如图1-1,但国内第一篇以STEAM教学为主题的文献至2014年才开始，如图 1-2O因

35、此，如何更好的借鉴STEAM教育理念以服务我国的高职教育，值得我们进行研究。1,500-1,250-1,000-750-500-250-图1-1近40年STEAM教育的发文趋势图1.750-200图1-2 STEAM教学的发文趋势图1.2研究问题2019年教育部发布的全国职业教育深化改革计划中明确指出，高等职业教育阶段 接受的专业知识，技能和职业道德需要转为一个职业或解决生产劳动间的实际问题，而这 恰恰与数学建模的本质特征一致，因此如何在高职数学课堂上教会学生运用好数学建模这 一工具是我们思考的一个问题。既然数学建模是如此有用的数学工具，为何不在高职数学课程中加大数学建模课程的 课时量呢？虽然

36、数学建模工具有用并且有效，但由于数学建模要求学习者的前置学习基础 较高，当前高职院校设置相关教程偏少，教师水平参差不齐，致使几乎没有高职院校单独 的开设数学建模课程。对比数学建模教育与STEAM教育，我们发现，STEAM教育与数 学建模教育有很高的相似性，它们都以能实际解决生产生活问题为目标，但STEAM教育 更接“地气” 一些，它培养学生在跨学科之间进行科学的探索与逻辑思维的形成，因而， 如何借鉴STEAM教育以此更好的培养学生数学建模的能力，这是我们研究的问题。以上问题，可以通过借鉴STEAM教育让数学建模课程在高职阶段真实的落地后，以 此为高职数学建模课程提供必要的认知经验和认知途径，为

37、学生数学建模能力更好落实和 实施提供有利依据，同时能更好地执行立德树人的教育基本任务。L3研究意义1.3.1培养高职应用型人才我国职业教育的课程改革从未止步，目的是调整职业教育课程标准和课程计划，改革 现有课程开发系统使之更适合学生，并使其完善。利用来源于美国的STEAM教育，研 究尝试将STEAM跨学科的教育方式与解决生活生产实际的工具数学建模相融合，围绕提 升高职生应用能力为核心，由此对高职生应用能力的培养和提升是显而易见的3。STEAM教育研究在中国还处于起步阶段，大部分工作还停留在对国外STEAM教育 发展的概述、教育内涵的表达，对STEAM教育课堂教学实施的研究相对较少，STEAM教

38、 育在高职阶段的数学建模教育研究尚属空白。而职业教育作为中国高等教育的一个重要分 支，将STEAM教育与高职阶段教育相结合显然具有重要意义。本研究尝试将跨学科的 STEAM教育理念落实到数学建模课堂教学中，旨在对上述空白提供经验支持，并相信在 职教20条的影响下，相关研究者能加快数学建模与STEAM教育的课程结合研究。1.3.2提供高职数学建模教学新路径在我国目前的高职教育阶段中，数学建模被用来解决生产和生活实际问题的这一实用 工具被严重忽视。尽管一系列的专业型数学建模材料建设已逐渐开展，但传统的教学方法 仍然阻碍数学建模课程的实施，高职生没有以达到预期的效果。传统单一的教学方法使数 学建模不

39、能提供数学的经验来解决相关专业的实际问题，导致高职生无法在意识层面应用 专业知识和客观科学的思维逻辑用以解决生活生产实际问题，从而使高职生的数学情感与 学习行为产生负面的影响。本研究旨在对如何提高高职数学建模学习成效，并结合跨学科 的STEAM教育理念，增强高职生的职业应用能力，为一线教学的数学教师提供认知经验 与方法路径。现阶段，中国的国情正处于发展中阶段，大力培养应用型人才是提高中国综合国力的 重要手段，而职业教育是应用型人才培养的基础。STEAM注重跨学科教育，将学生所学 的知识与生活之间架起社会联系，如果我们能够汲取国外STEAM教育理念的经验，与符 合国情的教育环境相融合，推进跨学科

40、间、科学与社会的融合，才能够真正的达到培养职 业应用型人才的目标。基于当前的国情和学情，要使职业教育的发展更进一步，学习和吸 取优秀的国外发达国家的教育经验，是十分有必要的。当前，高职学生轻视数学建模教育， 忽略工程教育，此与社会对应用型人才的需求存在很大的差距与矛盾，而STEAM教育有 助于缩小缺失应用型人才的困境，通过借鉴STEAM教育理念可以使学生在掌握坚实的基 础知识的同时打破学科间的壁垒，提升高职生职业应用的能力，为未来社会的发展培养出 更多的应用型人才，迎接未来社会的挑战。第二章研究基础2.1概念界定2.L1STEAM 教育1986年美国发布本科科学、数学和工程教育的研究报告，报告

41、中提出跨学科教育 集成的纲领性建议，STEAM教育孕育而生，由此在美国形成一套跨学科、多层次、重应 用能力的一门综合教育理念Um。STEAM教育对美国课程和评价、职业教育、基础教育、 学生职业应用能力与学生适应力等方面都产生了深远的影响可。进入21世纪，美国 Georgette Yakman 教授及其团队提出，将 Science （科学）、Technology （技术）、Engineering （工程）、Mathematics （数学）和Art （艺术）这一跨学科融合称为“STEAM”教育，从 而建构了初步的跨学科、多层次、以培养受教育者综合素质的STEAM教育框架A综上，本研究将STEAM教

42、育总结为一种教育方法，即从科学、技术、工程、数学、 艺术等五个方面出发，进而培养全方面综合素质人才的的教育方法。2.1.2数学建模（1）模型模型的本意为基于物理比例而制成的结构，透过物理的或虚拟的性能目标所阐述通过 装置构成的物体的结构的外在表现形式。它具有与原型替代相似的特性，以简化系统或过 程，摘要和类比图这个概念代表了系统分析问题，逻辑，算法和数学关系序列El。（2）数学建模数学建模的原理与方法中对数学模型的理解为，数学模型是数学实际问题的详细 说明，概括为一种数学表达式的结构或类似的语言9】。数学百科全书将数学模型表达为客观世界的大致描述，所述数学模型是意识外界， 是预测和使用数学符号

43、解释客观世界的有力工具。徐利治认为“数学模型”是对生活生产 实际问题的概括或者说是一种问题模型化的数学解法，将问题数学模型化，这样不仅有利 于对生活生产实际问题的解决，同时也有利于提升解决者的应用能力水平mi。数学建模的原理与方法一书中提出，通常数学建模的过程需要经过多次反复验证， 即追求实际问题的数学化表达，将实际问题简化，抽象，建立初步的数学模型las。姜启 源等认为：一个数学模型是根据内部规则具体做一些必要的假设，运用适当的数学工具对 现实世界进行客观性描述，并通过对特定对象，特定目的进行数学化的表达MLS。综上，本研究将数学建模归纳为对一个或多个生活生产实际问题的数学抽象，通过数学语言

44、的表达，数学模型化的方式和手段，进而解决生活生产实际问题的工具，并最终解 决生活生产实际问题16。2.2研究综述2.2.1STEAM教育的研究综述（一）STEAM教育国外研究现状STZM：A Framework forEducation Acrossthe DisciplinesSTM =Science & Technologyinterpreted throughEngineering & the Arts,all based inyife-lony Mathematical elements. HolisticX1970年代以来，美国就开始探索跨学科融合课程，美国全国教育学会试图通过多科学

45、 融合亦或是跨学科融合的形式以此来增强学生在综合应用能力上的提升切。1983年美国政 府发布国家处于危机中教育改革势在必行的教育报告，报告中首次提出了整合科学、 技术、社会和数学（Science, Technology, Society and Maths,简称 STMS）的主张。与 此同时，美国学者Georgette Yakman经过研究和实践凹，在STEM教育中加入了 A元素” （Art,即艺术），进一步提出STEAM的概念并构建了跨学科的课程模型2。,如图2-1所 示。进入21世纪，由美国政府牵头，组织各类教育机构与学校进行开发多学科整合课程。IntegrativeMuhidiseipl

46、ina 尸STEMDiscipline / /ContentSpecific图2-1 STEAM跨学科课程整合模型STEAM跨学科课程整合模型分为五层。根据学生日常的学习情况，最底层为具体的 科学、工程、技术、数学与艺术各个独立的学科。第二层为逻辑层，逻辑层强调帮助学生 在各个独立学科之间找到学科之间的逻辑关系，跨学科的逻辑关系既能培养学生知识的融 合能力，同时作为第三层模型的逻辑支撑。第三层为模型层，所谓模型层，就是将独立学 科模型化，学生通过模型化后的学科，可以更好的掌握各独立学科之间逻辑联系与知识要点。第二层为整合层，将科学、工程、技术、数学与艺术跨学科整合，帮助学生找到各学 科模型的耦

47、合点，通过学科模型耦合点的构建，学生逐步通过方法论的集成观点看待解决 生活生产实际问题。最顶尖为应用层，掌握了跨学科的STEAM的方法论后，通过解决生 活生产实际的相关问题，以此提高学生应用水平的能力。Rhode Island School of Design为了显示世界STEAM教育的情况，把世界相关的 STEAM项目添加到STEAM互动地图中，以便对世界各国对STEAM教育的交流网。美 国WolfTrap学院授予150万美金的一部分，专门用于培训和安置艺术家进入幼儿园和幼稚 园教室。随着STEAM教育的快速发展，为了增强国家的科技竞争力，韩国引进STEAM 教育理念，韩国教育部于2011年

48、颁布了搞活整合型人才教育(STEAM)方案，方案 中提出在韩国的小学和中学的学习阶段融入STEAM理念，希望能够实现有效整合学科内 容，以此提高韩国的国际竞争力23。2012年英国政府为了给各个中小学实施有效的STEAM 课程，提出融入本土元素的STEAM课程实施方案。同年，澳大利亚政府为完善本国的人 才储备培养，对复合型人才教育示范学校进行STEAM课程扶持，以此推动开展复合型人 才教育活动。STEAM教育国内研究现状截止2019年12月，在中国CNKI数据库中共检索出有关STEAM教育”相关文献 851篇，具体年份载文统计如下表2-1, 2018年教育部首提探索“STEAM教育”新模式，

49、至此有关“STEAM教育”的相关文献才快速增长网伽。表2-1 CNKI “STEAM教育”年度载文统计表年份2013201420152016201720182019文献数量561544110224447占比0.58%0.71%1.8%5.1%13.0%26.3%52.51%截至目前国内对STEAM教育的研究主要集中于以下四个方面：一是关于STEAM教 育的历史发展研究；二是STEAM教育理念研究；三是针对STEAM教育与核心素养的融 通研究；四是STEAM的课程研究。张峻峰在STEAM课程实施的有效载体一文中对美国近三十年来的STEAM教育 理念进行历史化阶段性概括SI。赵闪在STEAM教育探

50、析一文中对STEAM教育理念 在我国基础教育阶段实行的原因进行了策略分析助。王娟在“互联网+”时代STEAM教 育应用的反思一文中首次提出STEAM教育应符合各国的国情与学生的身心发展阶段， 由此提出STEAM教育的本土化课程教学模式，作者认为STEAM教育可以利用互联性的 资源对当前课程进行深加工从而达到STEAM教育的目标WK傅骞在当创客遇上STEAM 教育一文中提出创客教育需要多学科融合教育，而STEAM教育恰好可以改变当前创客 教育的单学科教育模式29。蔡婕在基于创客教育的创新创业人才培养模式研究中一文 中提出，利用STEAM教育的多学科知识体系构建学生的综合素养，从而提高学生对创业

51、的敏感度3。曾国文在STEMA教育理念在初中语文教学中的应用一文中提出，文科 类学科亦可以结合STEAM教育进行课程教学，例如语文科目也可以结合STEAM教育理 念从而提高中学生的文学素养DU。黄红娟老师在基于亲子互动式发现的STEAM化教学 模式一文中提出，将STEAM多学科融合理念嵌入到幼儿教育活动中去，从而建立符合 幼儿身心发展的教学活动El。通过对相关文献的梳理和概述，总结得出STEAM教育有推进培养学生在解决生活生 产实际问题的能力，STEAM教育可以帮助学生提高综合素养，但将STEAM教育理念与 高职数学建模相融合的研究偏少，由此进一步说明将STEAM教育与数学建模课程相融合 有助

52、于高职生的职业应用能力发展。2.2.2数学建模的研究综述数学建模是将客观实际问题进行数学模型化，通过简化问题、构建模型、确定变量和 参数，根据客观需求在参数间建立逻辑联系，并求解该数学模型，解释、分析、验证所得 到的解，是一个不断深化的过程。归纳相关文献，数学建模是一种解决生活生产实际问题 的量化手段，是一种具有创造性的思维活动DI。王焯晖在其文章中表示，通过一些数学建 模案例科发现数学建模能极大的发展学生的多向思维活动，以此推动社会经济的发展与进 步Ml。大学生数学建模一书中指出，数学建模有利于培养一个合格的社会公民所必需的 数学素养，它能帮助公民更好的利用数学建模这一工具来认识科学的客观世

53、界，以此树立 正确的社会科学价值观。在许多需要用数学建模解决实际生活生产的问题实例中，高职生 的应用水平显然是不足以解决实际问题的，从而显示出数学建模对当前高职生职业应用水 平的重要作用。数学建模指导一书中提出，建模是工具，数学是方法，用数学的角度来看待客观 世界可以培养学生科学的世界观与价值观。当前学生掌握的数学知识并不足以支撑他们求 解决客观存在的实际问题，这并非是学生数学能力的缺失，而是学生缺乏对客观实际问题 建模的能力。因此，提升高职生的数学建模能力水平有助于提升高职生的职业应用能力水 平。2.2.3 STEAM教学的研究综述我国各级各类学校尝试开始STEAM课程的数量少之又少，故大量

54、的STEAM教学相 关研究集中在美国STEAM课程的翻译与引进，因而相较于STEAM教育的研究文献，涉 及STEAM教学的相关文献数量更加稀少。截止2019年12月，研究者在中国CNKI数据 库上以“STEAM教学”为主题进行检索共搜索到相关文献289篇，具体年份载文统计如 表2-2。通过查阅相关“STEAM教学”的文献后发现，相关主题文献几乎均为参考美国的STEAM课程的文献。表2-2 CNKI “STEAM教学”年度载文统计表年份201420152016201720182019文献数量1482180175占比0.35%1.5%3.0%7.3%30%57.85%通过整合相关教学文献发现，在S

55、TEAM教学过程中，教师仅仅作为实际问题的呈现 者与科学情境的创设者，不再是传统课堂教学的主导者，教师是问题的提供者，学生才是 问题的解决者，学生在解决问题的过程中通过交流、反思、分享来解决客观实际问题35，36。 老师在教学中所起到的作用是在学生学习困顿的过程中给予必要性的辅助与支撑，在学生 的最近发展区给予工程思维或技术手段的帮助，从而使学生充分发挥自身的主动能动性与 思维创造性。基于相关文献，总结如下三种STEAM课程教学方式：基于问题教学、基于 设计教学以及基于项目的教学。（一）基于问题的教学方式基于问题的学习是通过真实的生产生活问题入手，以解决实际问题为目标，强调学生 发散性思维能力

56、以促进学生职业应用水平能力提高的教学方式。第一、教师提供生活生产实际问题，教师前期对问题不提供任何帮助；第二、学生在跨学科的知识体系下做出对问题解决的初步构想并寻求相关的解决方 法；第三、教师提供必备的知识储备用以学生解决问题使用；第四、学生在教师的必要帮助下，通过跨学科的方法、技术尝试解决问题；第五、解决问题后，学生相互之间进行分享与交流。（二）基于设计的教学方式基于设计的学习是通过培养学生的工程思维与工业设计的能力，以此来增强学生的工 程素养、数学素养的教学方式I。学生不是简单地在课堂上进行片面式的探究就能得到解 决，学生要运用工程思维对实际问题进行工业设计，通过模型的建构、数据的挖掘、数

57、学 知识的应用，以此解决实际问题的教学方式38】。第一、教师根据真实问题提出问题解决的设计方案，使学生对设计任务有一个初步的 了解；第二、学生根据教师提供的设计方案和自身的知识储备提出各自的问题解决设计方 案，学生之间进行广泛的交流与探讨；第三、学生通过交流与讨论后得出自己的问题解决方案，通过相关技术、数学方法、 工程设计等手段与方式解决问题；第四、学生相互之间进行广泛并且有效的交流与分享，并通过交流与分享以此培养学 生的创新意识与批判性思维的能力。（三）基于项目的教学方式基于项目的教学方式更多的是基于当前已有成功的案例所总结的项目类型进行课堂 教学3刃。华东师范大学赵中建教授团队提出对基于项

58、目的教学方式QI。第一、教师应为学生提供了融入真实生活生产情境的体验；第二、利用学生对科学、技术、工程与数学的真实体验，进一步加深对问题的理解。 教师提供贯穿课堂教学的整个过程，提供科学、数学、艺术和工程思维设计的支持。令学 生面对富有挑战的问题项目，始终有积极乐观的心态。第三、项目解决的过程中，需要同学间的通力协作与支持。第四、基于项目学习的设计过程是一个可测量的目标，教师需要对学生在项目的过程 进行形成性评价与终结性评价，以帮助学生发现自身的优点与不足，增强自我应用能力的 提高。2.2.4数学建模教学的研究综述（一）国外相关教学研究丹麦学者DeChenne和Dacol认为数学建模的教学可以

59、采用二分法，即将课堂一分为二, 一半是针对问题的数学模型化，另一半为利用数学知识进行模型求解I。】。二分法教学的 优势在于可以让学生通过熟悉的数学知识之间对实际问题进行求解，有助于学生对问题的 理解。Roberta Y博士认为数学建模可采用多分法进行课堂教学。多分法教学是将课堂教 学内容依据模块化的知识切割成好几个小模块，例如概念教学、辨析教学、公式教学等若 干教学小模块。多分法的教学优势在于将数学模型进行模块化教学，学生通过完成教师布 置的一级一级的任务从而达到构建数学模型的能力42。德国学者Pasqualotti Adriano认为数学 建模可采用课程间并入法进行课堂教学，即跨学科内容教学

60、Ml。课程间并入法的优势在于 通过科学情境将多学科进行融合，使学生通过跨学科的知识联系进而解决数学建模的问 题。（二）国内相关教学研究宋乃庆教授在高师院校“数学建模”课程教学研究中重新界定了高师院校开设数 学建模课程的目标与性质，构建了问题假设、讲授、合作探究、讨论交流相结合的课程教 学模式，提出了模块化、程式化、渐次递进的教学方法Hl。李明振教授在数学建模课程 研究一文中提出根据大学生的学习特点与认知发展规律，以此帮助学生实现了解、掌握、 运用的学习流程WK两位学者从高等教育层面剖析了数学建模的教学特点。查阅文献发现, 数学建模教改的相关论文更多集中在本科生的教育阶段，研究范围较少涉及到高职