基于STEM的高中数学教学策略与实践探索

伴随着新时代的来临，社会对人才需求也逐步增强，在此背景下，STEM教育理念应运而生，STEM简而言之就是科学、技术、工程和数学四个英文首字母的缩写，之间存在着较为紧密的联系。STEM教育的出现是对以往认识和思维习惯的转变，将特定项目或任务作为了重点内容，教师则依托多种媒介来对各个领域的知识进行融合，最后通过小组合作学习来使学生完成学习任务，STEM教育的实施既有助于学生创新意识和创造能力的提升，而且也是人才培养符合当前社会人才需求的重要保障。1.新课改理念下高中数学教学存在的问题1.1学生的自主学习能力较差。目前，高中数学课堂教学仍采用传统的教学模式，这种“满堂灌”的教学模式迫使学生被动接受知识。长此以往，学生在被动接受数学知识的模式下很难产生自主学习的意识，对教师在课堂上讲解数学知识逐渐产生依赖性，形成了被动接受数学知识的习惯。在这种情况下，学生很难积极主动的去参与到自主学习、研究数学知识的过程中，甚至丧失了自主探究数学知识的兴趣。与此同时，这种“满堂灌”的教学模式不仅不利于学生逻辑思维能力和创新能力的培养，还与新时代教育体系中高中数学新课改理念的教学目标背道而驰。1.2学生对数学学习兴趣不高，积极性较低。爱因斯坦曾说:“兴趣是最好的老师”。学生对高中数学知识的学习兴趣直接决定了数学的学习效果。但是大多数学生受到传统数学教学模式的影响，很难对数学知识的学习产生兴趣，很难积极主动地参与到数学知识的学习中去，这就使得高中数学课堂教学难以取得理想化的效果。目前，学生对高中数学知识不感兴趣体现在以下几个方面：第一，教师在数学课堂上讲授数学知识，学生对数学知识不感兴趣，就无法集中注意力去学习，一旦出现思想开小差的情况，教师的数学思维学生就很难跟上。长此下去，学生的积极性受挫，对数学知识的学习积极性降低；第二，部分学生觉得数学知识学习的最终目的就是为了应付高考，觉得学习数学知识对自己以后的生活不能起到任何作用，还有一部分学生不愿意投入大量的精力去探究数学知识，认真学习数学课程；第三，数学学科具有逻辑性和理论性的学科特点，这对学生的理解能力以及逻辑思维能力要求较高，大多数的高中学生并没有找到适合自己的学习方法，长期下去学生对数学就很难提起兴趣。2.在高中数学教学中运用STEM教学模式的必要性2.1有利于培养学生的数学学科核心素养。数学学科核心素养是指学生在学习数学过程中不断形成的适应未来社会需要和个人发展的思维品质、关键能力、情感态度以及价值观。而STEM教育与数学教育存在着一定的共同点。数学教学可以通过数学探究等方式使学生获得数学知识和技能。通过营造数学情境，注重探究过程的评价，实现培养学生学科核心素养的目标。而STEM教育则是以解决实际问题为主，让学生在自主学习的过程中架构知识体系，获得学习技能。坚持以问题为导向，突出学生的主体地位，凸显教师引导者的作用，让学生在自主研究的过程中获得逻辑思维能力，创新能力的全面提高。最终促进学生全方面的综合能力的发展，因此STEM教育与数学教育在教育理念、教育方式以及教育特点上都有许多相同的部分。在新课改理念的要求下，STEM教育为高中数学课堂教学提供了教学策略。此外，STEM教育不仅能解决真实情境中发生的问题、对培养学生的数学学科核心素养起到促进作用，还能够将数学与其他学科联系起来。在高中课堂教学中，运用STEM教学模式不仅可以改变数学教学模式，激发学生对数学学习的兴趣，还能够让学生对知识保持兴趣的同时，学到其他的知识和技能，有利于学生综合能力的全面发展。2.2有利于突出学生的主体地位。在传统的高中数学课堂教学中，我们普遍希望采取以教师为主导、学生为主体的教学模式，让学生成为高中数学教学的主体，教师只是起着引导者的作用，对学生遇到问题进行适当的点拨，引导他们去探索数学知识，培养他们的学习能力。从建构主义的学习理论来看，学生应该通过自主学习架构自身的知识体系，而不是通过教师强行灌输一些符号、信息来获得知识。从目前来看，我国大部分地区的高中数学教学都是重视书本理论，并没有让学生亲自参与到数学实践中去，学生只是听教师进行讲解，没有给学生提供自主学习、探索知识的机会。这种采取“满堂灌”的课堂教学模式，忽视学生的主体地位，将教师引导者的身份与学生的主体地位相颠倒，变成了以教师为主体，学生仅参与的现实情况。在整个数学课堂教学的过程中，学生很少有独立思考的机会，教师提出问题的次数远高于学生回答问题的次数，学生从课堂的主体地位变成了被迫接受知识的聆听者，长期下去，学生参与到高中课堂教学的积极性不高，对高中数学课堂知识的兴趣逐渐降低，学生的主观能动性也受到了极大的影响，这与建构主义的学习理论背道而驰。将STEM教育运用到实际的高中数学课堂教学中，以真实的情境问题来引发学生的积极思考，以问题为导向，激发学生的学习兴趣，培养他们的创造能力。通过创造真实的情境让学生体会到通过自身努力，就能解决生活中的问题，学生对数学知识的学习就会产生浓厚的兴趣，学生的参与度大大增加，积极性也会逐渐增强。学生不仅提高了自己的逻辑思维能力，还培养了自己的创新能力。而在整个高中课堂教学过程中，教师只是一个引导者、点拨者，学生才是主体、创造者。因此，在高中数学课堂教学中运用STEM教学模式，可以极大的满足新课改理念的要求，突出学生在学习中的主体地位，形成以教师为主导，学生为主体的教学模式。3.探讨基于STEM的高中数学教学策略与实践探索3.1营造STEM教学情境，对整个数学教学内容进行梳理和整合。素质教育理念就是大力提倡培养全面发展的创新型人才，而STEM教育理念则可以培养出更多跨学科同时又兼顾创新的社会人才，尤其是将这一教育理念贯穿于高中阶段的数学教学当中，对当前数学教学模式进行优化和创新，同时还应该为学生营造STEM教学情境，对高中数学教材中的内容进行梳理和整合，延伸知识面，通过多学科知识交叉的方式将数学重难点内容展现出来，加深学生对知识的理解，积累更多知识，在很大程度上提升教学成效。另外，教师势必要充分利用多媒体技术将跨学科知识展现在学生面前并与所讲授的数学知识有效衔接，在教师引导下以先进的多媒体技术为支撑促使学生自主开展探究活动，以便全方位提高学生数学知识探究及独立思考能力。以“三角函数”相关知识为例，为了让学生对三角函数知识有深刻的了解与掌握，锻炼其知识运用能力，教师可以借助多媒体为学生呈现以下例题：例：现有塔AB和楼CD，已知这两个建筑物的水平距离为80m，以楼顶C和楼底D处为测量点分别测得A的角为45°和60°，试着求出塔的高度和楼的高度。师：同学们，在我们的日常生活中经常会看见各种各样的建筑物，那么我们能不能用数学知识去进行一些建筑物高度的计算呢？来看这这一题。从这一题中，你们可以得到什么信息呢？此题涉及到实际生活当中的工程项目，为了使这一问题得到有效的解决，教师可以着重引导学生进行建模，根据已知题意绘制出相应的模型，并以模型为基础来解决问题。如下图：建立模型之后，各个隐藏条件都非常清晰，对后续学生解答也具有重要意义。图1生：可以得出，塔和楼都是与地面垂直的，CD和BE的高度一样，塔的高度等于楼CD的高度加上AE。师：对，所以△ABD是直角三角形，还能得出什么条件呢？生：题目中给出了塔和楼的距离，说明CE和BD之间的距离等于80m，还给出了在楼底测量的角度是60°，所以可以计算出塔AB的高度，有了塔的高度，楼的高度也就能计算出来。三角函数在工程中有着较为丰富的应用，教师可以利用多媒体技术将工程类问题生动的展现出来，让学生直观感受到三角函数在生活当中的应用，并通过解决实际问题巩固学生对三角函数知识的掌握。3.2找准STEM教学理念，不断调动学生自主探究兴趣。STEM教学理念主张全面调动学生自主探究能力，同时激发学生学习积极性和主动性，为此高中数学教师在教学过程中，应该将数学中不同知识点所具备的内在逻辑关系和关联性采用简单的方式表示出来，换句话说，也就是将数学知识更加直观、形象的展现出来，以期调动学生对数学知识的探究欲及兴趣。这种情况下，教师可以采取小组合作学习的方式，通过小组内部进行沟通和讨论共同寻找解决问题的办法，而在讨论和探究过程中学生收获更大乐趣，点燃他们学习热情，对之后数学知识探究产生浓郁兴趣。另外，教师应该注重教学内容是否具备趣味性，或者采用游戏的方式开展教学活动，真正做到寓教于乐，在趣味、快乐的氛围里快速、高效学习数学知识，从根本上为学生减轻课业负担，通过兴趣吸引更多学生积极参与到数学知识的探究活动当中。例如在学习函数等相关知识内容时，为了帮助学生更好地掌握各个函数性质及图像性质，教师可以将课堂转移到计算机教室当中，让学生利用Excel和几何画板软件来绘制一次函数、二次函数和反比例函数、指数函数等函数图像。由于学生对计算机操作兴趣较高，所以在绘制图像的过程中每个同学都聚精会神，。在学生对每个函数图像有充分的了解之后，教师还可以组织小组合作学习，并为小组布置相应的探究任务。以《函数的基本性质》一课为例，教师可以让各小组自主探索函数单调性是什么，增(减)函数各是什么及单调性，最终以动态呈现的方式到讲台上进行展示、汇报。各小组利用软件将小组合作学习成果进行展示的过程中，每个学生也能更加深刻的了解函数等相关知识。又如为各小组布置以下题目：已知点A(2,0)B(8,0)，点D与点A的距离是D与点B距离的五分之一，求D的轨迹并写出轨迹方程。由此可见，在高中数学教学过程中融合信息技术，既有助于学生学习积极性的提升，又能够提升学习效果，同时也培养了学生信息技术能力。3.3充分运用STEM评价体系，推动学生综合能力的提高。STEM与其他教学理念存在诸多不同，最大的不同之处则为该理念将多学科知识融合在一起，并且注重学生实践能力的发展和提升，尤其是高中数学教学评价，可以运用STEM评价工具开展相应的教学活动，采取多样化评价手段对数学教学课堂环境、课程结构、教学内容及学生表现等各方面开展全面评价，并以教师指导为导向，积极开展协作学习，在教师评价反馈后学生主动进行思考和研究，寻找自身不足并采取弥补措施，进而掌握更是数学知识。另外，在对学生课堂表现状况进行评价的时候，教师应从学生对问题的理解程度、活动探究、方案设计以及建模、测试等角度作为切入点，归纳到评价体系当中，并作为评价目标，切不可过度注重学生单次考试成绩，用该综合多方面因素开展多元化评价，可根据教学实际状况适当融入学生自我评价以及学生之间相互评价等等，注重学生数学综合能力的培养。例如，在学习“函数”这部分内容的时候，教师要针对学生在课堂上的表现从课堂参与积极性、数学思维水平以及概念理解等多个方面进行综合评价，同时还要关注学生对于“函数”这一数学概念的理解程度以及对题面中函数关系的敏感度，观察学生在解题时能否站在客观角度看待问题。此外，还可以通过思维导图活动对前面学过的“变量之间的关系”这一内容进行回顾性思考，引导学生对题中的变量、函数关系进行观察交流，而后总结出“函数”这一概念，加深学生对函数理解。通过思维导图的总结应用，教师很容易就能得到本节教学效果反馈，进而更直接的认识学生知识掌握水平，提升学生综合能力。师：下面老师通过思维导图的方式将这部分内容知识展现出来，空缺部分需要学生补充，随后根据掌