《融入STEM理念的小学数学教学设计》18000字（论文）

融入STEM理念的小学数学教学设计摘要：随着时代的发展，未来社会更需要具有创新意识和能综合运用知识去解决复杂问题的人才。同时随着新课改的深入，家长和老师越来越关注素质教育以及学生的全面发展。但在现如今的数学课堂中，仍有不少教师教学方式、教学思想落后，只关注学生的成绩，使学生对数学丧失了兴趣，认为数学就是不断的做题，而STEM教育具有趣味性、情境性、协作性等特点，这些特点能满足学生的需求，提高他们的创造力和综合应用能力。本课题的研究立足STEM教育和小学数学教学的融合。分析了STEM教育的概念、能力结构、理论基础以及基本特征，访谈了一线数学教师，以典型的小学数学课堂案例展开研究，提出遵循综合性、实践性、趣味性、协作性、可接受性等原则的融入STEM教育理念的小学数学教学设计，提出了促进有效教学的教学策略，以及教学的基本框架。关键词：STEM教育理念；小学数学；教学设计目录一、STEM教育概述 3（一）STEM教育概念 3（二）STEM的能力结构 3（三）STEM教育的理论基础 4（四）STEM教育的特征 6二、小学数学教学特色 7（一）小学数学课程现状 7（二）小学数学内容分析 8（三）小学数学教学特点 8（四）小学数学教学策略 9三、将STEM教育理念融入小学数学的必要性 10四、融入STEM教育理念的小学数学教学设计 11（一）STEM与小学数学的融合方式 11（二）融入STEM教育理念的教学设计原则 12（三）融入STEM教育理念的小学数学教学设计策略 13（四）融入STEM教育理念的小学数学教学的基本流程 14（五）融入STEM教育理念的小学数学教学设计案例的研究 16第五章结论与展望 26（一）结论 26（二）展望与不足 26一、STEM教育概述（一）STEM教育概念1．STEM教育的内涵STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathmatics）英语首字母的缩写，它是1990年由美国国家科学基金会首次提出。对于STEM教育的定义，美国瓦利市州立大学（Valleycitystateuniversity)在其官网上对“什么是STEM教育”做了解释，他们认为STEM教育不是简单的将四门学科融合在一起，而是以项目学习为基础的跨学科学习，它关注的是学生解决复杂问题的能力以及对知识综合运用的能力。每门学科都有其自身的特点，我们无法将四门学科或者是其中的几门学科强行组合，STEM其实强调的是让学在真实的问题情境中，不受传统的孤立的学科的束缚，能运用综合性知识来处理复杂的问题。学生在自主探究的过程中获得新的概念，发展新的理解。STEM不但重视学生对知识的理解，它也更为关注学生的能力发展，即知识、技能、态度与价值观三个方面的能力。（二）STEM的能力结构1.STEM知识STEM知识可分为:认识性知识、程序性知识和技术性知识。在小学数学中，认识性知识是指学生对数学概念、原理以及公式的认识，比如知道“平均分”的概念。程序性知识程序知识，也叫过程知识，是问题求解过程中的一系列操作，如测量数据，选择数据、显示数据等。学生通过课内和课外的实践活动掌握程序性知识。而技术性知识则是综合运用所学知识的能力，这与以后的职业息息相关。2.STEM技能的掌握基本技能的学习也是STEM教育的核心。STEM技能主要包括认知技能、信息处理、解决问题与工程思维、设计思维与创新能力、动手操作技能、沟通协作技能等技能。认知技能是指学生在已有经验的基础上对新知识形成自己的见解。所以教师在教学的过程中，对于一些概念性的知识、公式不应该直接告诉学生，而应让学生自己去概括、归纳。信息处理技能是指收集、整理、分析、展示、应用数据的能力。这是一个信息爆炸的时代，对信息处理能力的要求越来越高。教师在教学过程中应当注意培养学生的信息处理能力，教师也可以根据教学内容引进Excel、数据库等较实用的信息处理软件。解决问题的能力是学生将所学知识运用到实际生活中去，去解决生活中的问题。STEM教育的基于项目式学习，就是营造一个真实的问题情境，以此激发的求知欲，同时增强学生的解决问题能力。而工程思维是问题解决的工具，工程思维包括三个方面：第一，能看懂图，也能用图来表达自己的想法。第二，能制作或利用一些小工具来帮助自己解决问题。第三，能遵循工程设计一般的流程，包括明确任务——设计方案——细化方案——动手实践——测试评价等环节。这是一个创新的时代，STEM也格外关注学生的设计思维和创新能力。设计思维一方面需要学生遵循有序的步骤，另一方面又需要学生灵活的、富有创意的想法。教师可以通过头脑风暴等方式去激发学生的思考。动手操作技能是STEM的典型技能，主要是指对各种仪器的操作，而在数学课堂中，主要表现在让学生“动”起来，比如在学习立方体时让学制作相应的立体图形，在一些较大数字计算时，可以引入计算器的使用教学。人与人之间的交流与合作是十分重要的。在STEM学习中，基本上都是以团队合作的形式进行学习的。融入STEM理念的小学数学课堂也应该提倡学生的合作学习，教师应该合理组建小组，做到“组内异质，组间同质”。在进行活动时，应合理安排任务，小组成员应共同承担，要求既能完成自己的小任务，又能用简洁、清晰的语言向团队成员传达信息。3.STEM态度和价值观STEM提倡的态度与价值观主要包括：好奇心、诚实、严谨、合作、责任心、思想开放、道德等。在一个错综复杂的情况下，“态度”往往是成功与失败的关键。在不同的环境下，学生要学会如何应对不同的挑战，正确的态度有利于问题的解决，而负面的情绪可能会导致任务的失败。所以STEM也强调要培养学生正确的价值观和处理问题的方法。（三）STEM教育的理论基础1.杜威的教育思想STEM教学注重将各种学科结合起来，以现实的学习情境来解决现实问题。而杜威在批判传统学校教育的基础上，提出了"从做中学"这个基本原则，“做中学”将学校里的知识与现实的生活联系在一起了。他认为教学过程就是学生"做"的过程，教师应当为学生创设一个良好的环境，这个环境能让学生按照自己的方式自由的去做，同时杜威认为“做中学”要遵循科学的方法，杜威将这个做的过程分为5个阶段：创设问题情境——发现问题——提出假设——选择假设——验证假设。STEM的学习重点在于学生动手、动脑、积极的学习，STEM的学习是以项目为基础，以问题为主体的学习（学习），以协作和练习的形式指导学生完成课题，并在日常的学习中解决问题。STEM为同学们带来了亲身实践的经验，让他们运用他们所掌握的各种知识和方法去解决真实的问题。STEM教育为如何做指明了方向，做的过程要符合科学的原则，以实证为基础，通过对假设进行验证，发现并得出解决问题的方法，并在一定程度上遵守科学、数学的严格法则，而不是空洞的思维和想象力此外，杜威在《学校与社会》一书中提到了学校即社会的观点，认为学校的教育要基于学生已有的生活经验，课堂的教学不能完全脱离社会，要把学校创设成一个小型的社会，挑选社会中的精华、纯净的东西供孩子学习。这种教育思想也反应在STEM教育之中，STEM教育理念认为要把抽象的知识和现实生活联系在一起，并创设生活中的有趣的、具有挑战的情境，让学生在问题解决的过程中学习知识，即STEM教育强调，学习者通过与学习的情境进行交互和自主的构建从而获得知识，而不是外在的灌输。综上所述，今天的STEM教学与杜威提出的“未来的教学理念”是相吻合。STEM是对杜威教育思想的一种继承和发展。2.建构主义学习理论建构主义的观点是，知识是一种相对的、动态的，教育不能将知识当作一种事先确定的事物来教授，而学生接受的知识，则是建立在自己已有的经验基础上。学生学习并不是单纯的将书本上的知识死记硬背，而是在自己已有经验的基础上，主动环境产生互动，通过同化与顺应，不断让自己的认知达到与环境的平衡，即学生自己主动构建知识。所以建构主义强调情境性教学与整体性的构架，他们认为情境对学生的学习尤为重要，要营造与实际情况相似的教育情景，以解决实际问题为目的，以生活性、科学性为原则，通过实际问题的求解来获取知识。而在STEM教学中，学生获得知识、认识客观世界，是在协作解决实际问题中实现的，他们在解决问题中进行了学习，同时又将学习到了知识应用于实践中，学习是他们知识获取和形成价值观的中介。建构主义的学习理论为融入STEM教育理念的小学数学教学设计奠定了坚实的理论依据，强调学生的主体地位，在具体的情境及合作探究中，给学生一个开放的环境，让其进行主动探究，通过讨论、交流相互，补充修改中，尝试发现问题、分析问题并解决问题。3.缄默知识观在《人的研究》中迈克尔•波兰尼首次提到“缄默知识”，与文字、公式、图形相比，它是一种只能通过理解而无法表达的知识。这种认识是无法用言语系统去传播的，它是存在于个体思维中，嵌入到实际生活中去的，在小学数学教学中也存在着大量的隐形知识，当在教学实践中过分关注显性知识，只关注教学知识的学习这会扼杀学生的创造性，所以教师应当转变自己的思想，树立缄默知识观，不能只看到学生成绩的好差，还要关注学生的隐形获得，即学生不同能力的发展。STEM教育模式不但关注学生的知识获得，还强调学生知识、技能、态度和价值观等能力的发展。由此可知，STEM教育理念要求教师从多个方面去看待学生，关注学生综合能力的发展。（四）STEM教育的特征由于STEM教育是以真实的任务为载体，通过学生的探究性学习，让学生参与活动的全程，来获得知识和培养多方面能力的，所以STEM教育具有以下的核心特征:融合性、趣味性、实践性、情境性、合作性、技术增强性等。1.融合性融合性有两个方面的含义，一是指STEM它超越学科的界线，从多学科的角度发出，全面运用多学科的知识来解决发展的实际问题；二是指STEM教育重视新旧知识之间的融合。2.趣味性STEM教育认为要将教学过程与学生生活中的有趣、有挑战的实际生活问题结合起来。问题和活动要想激发学习者的内在学习动机，就必须趣味性。正如心理学认为：兴趣是最好的老师。STEM教育注重分享，注重创造，让学生在分享中体验，在创造中获得快乐，在创造中获得成就感。3.实践性STEM教育不但重视学生对理论知识的掌握，同时也更为强调学生的动手、动脑和参与的过程。学生要在实践中掌握知识、提高各方面能力，同时又能将所学到的知识应用于生活实践当中去。4.情境性STEM教育认为教学应当重在分享，重在创造，重在快乐，不是将抽象的知识硬塞给学生，让学生去死记硬背，而是把知识放置在具体的、生动的情境中，让学生在解决生活问题的过程中不知不觉就熟练地掌握了知识和发展了能力。5.合作性STEM教育强调学生间的合作，小组合作共同解决一个现实问题，小组内成员分工明确，各司其职，所有组员都要参与到活动中。在分组时，强调组间同质，即每一个小组的平均水平应该相当；组内异质，即由具有不同水平、不同特长的人组成一个小组。6.技术性STEM教育主张利用科技工具促进学生的创造性思维，并透过科技的形式展示多元的成果，使创造性思维能够被共享与传递，从而激励学生创造的积极性。当今社会，随着信息化技术的迅速发展，基于电脑技术的现代化教育技术已经渗透到人们的日常生活中，给传统的教育方式造成了很大的影响。STEM教育倡导把科技视为一种有效的认识手段，使其与教学中的每一个环节紧密结合，使其能够应用于各种复杂信息的处理、建模与计算，并能够为深度学习提供有力的支撑。二、小学数学教学特色（一）小学数学课程现状在小学阶段，数学是一门很关键的课程，是未来的数学教育的关键。新课标规定，小学数学应该让孩子们具备必要的知识和能力，体验数学知识与其他学科与生活之间的关系，提高学生的发现、提出、分析与解决问题的能力，为学生未来的生活、工作和学习奠定基础。近些年，随着教学的改革，小学数学教学也中出现了一个新的词汇——数学核心素养。通过数学素养的培养，使学生能掌握数学思想、数学意识和人文精神，培养他们的认识能力、各种技能和正确的价值观。因此，在基础教育阶段，必须加强对小学数学的持续创新，增强数学课堂与生活、其他学科之间的联系，不但要重视结果更要注重学生的学习过程，不仅要注重对学生对知识的认识，还要注重其自身能力的发展和情感的体验。而在小学数学教学的实践中，许多教师仍以考试内容作为教学的唯一标准，她们仍然习惯于采用传统的灌输式的授课方式，只注重学生的知识学习，且教师所提的问题缺乏启发性。该方法与新课程改革的需求不相适应。这导致一些了学生数学学习效率低下、兴趣缺失。因此，在实施新课程改革的大环境下，必须注重教学观念的变革，改革课堂的教学方式，以扭转目前枯燥、单一的课堂学习气氛。而STEM教育的引进与实施，为我们人才的培养提供了新的思想和观念，把STEM思想融入到小学数学教学中，更有利于学生各方面能力的发展，是我国教育改革的一个重要方向。（二）小学数学内容分析《课程标准》将小学数学分为四大模块：数与代数、图形与几何、统计与概率、综合与实践。在小学数学课本中，每个课本都包含了“数与代数”的内容，其中，“数和代数”是学生们最重要的思想和最基本的知识。学生要掌握各种数量关系并经历其探索的过程，此外学生还要掌握一些数的基本概念和各种越算法则。在数与代数的教学中，要注重情境的创设，要引导学生联系自己的生活实际，将枯燥的数字变得生动形象。图形与几何的学习有利于培养学生空间意识、发展学生的数学思维。小学数学的图形与几何包括以下四条线索：“图形的面积”“测量”“图形与位置”“图形的运动”。从整体来看小学数学图形与几何教材的编写有三大特点：让学生经历从生活中抽象图形的过程、从基于儿童到立足数学知识的抽象过程（即从体悟——思悟——感悟）、突出学生在操作活动中认识图形。统计与概率的这部分的学习对学生数据意识的培养有重要的作用。这部分主要包括收集数据；整理并描述数据；从数据中提取信息并进行简单的推断；简单随机事件及其发生的概率。这部分教材编写的特点是循序渐进，螺旋上升，在小学以统计为主，概率为辅。“统计与概率”教学的中心思想是：使学生亲身体验整个事件的全过程，逐步形成统计学概念。“综合与实践”是以问题为媒介和导向，以学生为中心，学生要积极地参与教学活动。在教学过程中，学生要把所学到的知识和方法结合起来，进行问题的求解。在教学和实习过程中，学生的数学知识和经验不断地累积，渐渐地使其具有较强的解决问题的能力。（三）小学数学教学特点1.学习内容抽象性与形象性结合小学生处在思想发展的过程中，从具体的意象思维到抽象的逻辑思考。他们并不能很好的直接从书本的文字中去理解知识。尽管数学教科书是由专业人士在多年的实践和摸索中总结出来的，既科学又合理，但它也有其局限性。首先教科书所展现的都是最关键的知识点，没有足够的扩展知识点的余地，导致了课本中的知识密集，对于学生来说，所学的内容繁琐、晦涩，具有抽象性。其次，小学数学所学的知识大都都是与生活相联系的，也就是说小学数学所学的知识应具有形象性，如果教师一味的照本宣科，不考虑学生的实际与生活应用，那就是舍本逐末，忘却了小学数学学习的本质。因此，在进行课堂讲授时，教师要根据课堂的具体内容和情况，把原本晦涩的的知识与学生的生活相联系，并用生动的语言表达出来。2.教学过程具有渐进性和系统性的特点小学数学学科的特点是逻辑性、系统性强，很多新知是旧知的发展和深入，比如在学小数加减法时，学生先学习简单的一位小数不进位（退位）加减法，再学习一位小数进位（退位）加减法，继而学习多位小数复杂的加减法。在小学数学中各个知识之间常常是相互联系的，而在学习的时候，不把自己的基本功变扎实，那么在以后的学习中就会处于很大的劣势。比如学生如果对乘法不甚理解，那么便会影响之后除法的学习。同时，小学生的心理特征也注定了他们学习要经历从简单到复杂的过程，特别是在数学这种比较有深度，比较抽象的领域，更要循序渐进地进行。因此，在教学中，教师要注重对学生的知识的把握，而不是盲目地追逐教学进度，忽略了学生。同时，老师要发现每个同学的最近发展区，要根据每个阶段的发展需求，使学生在原来的基础上逐渐地发展。3.学习方法具有探索性与主动性小学生有很强的好奇心，同时他们也喜欢自己动手，如果老师只会给他们讲解，让他们将知识死记硬背，被动地学习，那么很可能会让他们的学习热情下降，让他们对数学失去了兴趣。所以教师在课堂教学的过程中，不能只是对书本知识进行简单地由书本到黑板的搬移，而是要设置一定的情境，让学主动去探索去发现知识，让学生经历探索、讨论的过程。比如在《平行四边形的面积》这一课，教师可以给予学生足够的时间，让他们通过剪一剪、拼一拼等活动，去探索平行四边形的面积与什么有关。（四）小学数学教学策略1.加强学生数学学习的兴趣兴趣是最好的教师，学习兴趣是人们心理倾向的表现，它具有促进认识发展、维持行为稳定的功能。小学生思维活跃，求知欲强，所以在班级里形成一个良好的学习氛围，可以有效地激发他们的学习热情和主动性。小学生，因为年龄的原因，往往喜欢新鲜有趣的东西，为此，教师要在对学生进行全面认识的前提下，积极地开展有趣、新颖的教学活动，以激发其对数学的兴趣。比如可以将课堂练习设置成闯关模式，也可以根据教学内容引入一些新奇的现代技术，比如“3D打印技术”等。此外，教师要让学生“动”起来，“动”是小学生的天性，教学过程中，可以通过动手和游戏，激发学生的兴趣，让学生自己动手做、剪、折，用“动”促“思”，让他们真正体会到了学数学的快乐。2.引导学生积极主动地进行探索教师教学过程中教师要让学生动口、动手、动脑，让学生参与教学的过程，教师在进行数学知识传授的时候要进一步注重对学生探索精神的挖掘和培养,提升学生数学学习的主动性。比如,在《三角形的内角和》这一课，大部分学生已经知道了三角形的内角和是180°，这时老师可以问：“真的是这样吗？”然后让学生自己去探索、验证任何一个三角形的内角和都是180°。这做到了将课堂还给学生，完全尊重了学生的主体性，学生经过探究会出现各种各样的方法，比如用量角器去量三个角、通过剪一剪和拼一拼把三个角拼成一个平角等。3.加强知识之间的联系数学是一门逻辑严密的学科，数学知识之间以及数学知识与其他学科知识之间关系密切，以已有的知识为依托去学习新的知识是数学学习的重要方法。比如在学习平行四边面积时先回顾我们是如何计算长方形面积的，让学生在潜意识里认识到平行四边形面积与长方形面积应该存在某种联系，那学生便会往这方面思考，降低了学习的难度。同时，我们也要注意知识与生活实践的衔接，生活就像数学知识成长的沃土，数学在生活中随处可见，比如日常生活中的购物不但用到了“数与代数”方面的知识，还用到了“统计与概率”的知识。4.处理好抽象与形象之间的关系在小学数学教学中存在着大量的抽象思维和形象思维的转换，教师要合理的处理抽象与形象的关系。教师在教学过程中，要把抽象的知识与生动形象的环境相结合，不要把教学的内容变得形式主义，使学生陷入死板的学习环境。同时教师要抓住数学学习的本质，在教学活动中，一方面教师要将抽象的数学知识具体化,将新知识置于学生熟悉的生活情境中进行教学，另一方面教师在教学时要保持数学的逻辑,要让学生学会用科学的目光看待问题，用数学的语言进行，避免教学中因过于直观而忽视的数学本身的特点。三、将STEM教育理念融入小学数学的必要性毫无疑问，在小学阶段，数学是十分重要的，数学在我们的生命中也无处不在，从日常生活到科学证明，从抽象抽象思维到逻辑思维，所有的一切都可以用数学来诠释。也正是因为数学的覆盖面很广，所以它的学习起来比较困难，没有扎实的逻辑和基本的理论知识，是很难学好的。在传统的教学模式中，教学内容完备清楚，学生应该学习哪些知识都有明确的条目，在这样的模式下学生可以较快的掌握大纲中要求学习的知识，但是学生综合运用知识解决复杂问题、工程思维、合作交流、创新等能力都没有得到发展。加上一些教师的教育思想落后，他们更倾向于题海战术和填鸭式教学，导致学生丧失了对数学的兴趣，不少学生甚至对数学产生了恐惧。针对这样的情况，教师可以有意识的引入STEM教育理念，将STEM教育理念与小学数学有机的融合，以此来提高学生的解决问题能力和逻辑思维能力，不断地提高学生的学习能力和思维能力，从而提高学生的综合素质。把STEM的思想引入到小学数学中，让学生体会到不同学科之间的联系，各学科之间不再是割裂的，有利于学生形成一个系统化的知识结构。四、融入STEM教育理念的小学数学教学设计（一）STEM与小学数学的融合方式将STEM融入小学数学，并不是简单的将各种学科的知识串联起来，而是让学生将自己所学习到的不同知识转变成为一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。这些学科相辅相成，共同发展，不应拆散它们，而应在互动和思维的碰撞上实现更深层次的学习。也就是说学生在真实的问题解决中获得新的知识和发展各方面的能力。STEM与小学数学融合有三种取向：学科知识整合取向、生活经验整合取向以及学习者中心整合取向。学科知识整合取向分析本节课教学内容与其他学科知识以及之前旧知识之间的衔接点和整合点，将散落的知识按照跨学科的问题逻辑进行组织。以本节课的数学知识为基础，将各学科的内容转化为以问题为中心的教学组织形式，将各个科目之间的知识串联起来，形成了一个有机的、结构化的体系。比如在《负数的认识》这一课，便可加入地理的海拔高度、海洋深度、等高线和等深线以及物理的温度计使用和测量温度等学科知识。生活经验整合取向数学是一门与生活有密切联系的学科，教师应当注意数学的社会功能。教师应当合理把握数学知识与学生实践生活的联系，将学术性的专业知识转化为可用来解决复杂实际问题的生活性知识。教师可以用生活情景引入课堂，将教学知识合理的融入生活，更要整合一些生活中的问题让学生来解决。通过对现实问题的研究，使他们对数学的认识加深，从而提高他们的数学思维，提高他们的学习效率，让他们的课堂充满了生机。学习者中心取向这种模式并不注重老师对问题及其结果的预先设定，而是强调学生个人或小组对问题进行调查和发现。它不但注重学生的问题解决能力，还关注学生发现问题的能力。对学生的创新能力有较高的要求，学生以个人或团体的形式发现问题或者是提出任务，任务内容需要学习并运用跨学科知识。（二）融入STEM教育理念的教学设计原则1.综合性原则数学知识不是割裂的，教师在设计教学时，要注意数学知识之间的整合，关注上下级知识之间的联系，同时要关注数学知识与其他学科，比如科学、语文、思想品德课程之间的联系，STEM教育理念强调打破学科之间的界限，聚焦于具体问题的解决，突破学科限制。如：《大树有多高》我们先让学生通过小组合作设计出方案，然后再让学生拿着软尺、竹竿出去测量竹竿的长度和影子的长度，把数据记录下来，然后分析数据，最后来计算大树的高度。在这一过程中，不但涉及数学中的比例等知识，还涉及了科学中影子长度的知识，也有涉及了工程中的一些流程。此外，这一课中教师也可将泰勒斯用太阳光线测金字塔的知识作为课堂拓展。2.实践性原则STEM教育重视学生的实践活动，教师的作用是组织课堂和在旁边提点学生，课堂要以学生为主，要让学生动手、动脑，在“做”的过程中掌握、理解并应用知识。所以教师在设计教学时，要改变以前的以教师讲为主的教学模式，要给学生更多的动手、动脑的机会教师要为学生创设一个贴近生活、符合学生现有的认知的活动情境，同时营造宽松、自由但有纪律的学习氛围，让学生去做、去想、去说。比如在《有余数的除法》这一课，可以让学生自己拿小圆片分一分去感受有余数的情况，在列出有余数的算式后，再让学生在课件图片上指出算式中的每个数字并说一说含义。通过分圆片、在图片上指等方法，更加直观、形象地让学生理解了什么是余数以及有余数除法的含义。3.协作性原则STEM教学是一种合作式的教学，它注重团队合作，相互帮助，相互启发，共同完成集体的知识建构。STEM教学中的问题常常是现实的问题，在教学中，学生们要与别人进行沟通讨论，分工完成任务。因此教师在进行教学设计时，要设计小组合作的活动，合理安排好活动小组，做到“组内异质，组间同质”，组内每位同学要合理分工，要让小组中的成员都有明确的任务，让学生知道自己很重要的，加强学生的存在感，同时，加强了学生的责任感与自信，促进了他们的协作与沟通。4.趣味性原则兴趣是推动教学的一个不可缺少的动力，小学生思维以及自控力都处于发展阶段，所以更要强调课程的趣味性，要将原本学习的知识置于有趣的学习项目之中，一方面可以激发学生的学习兴趣，另一方面也可以使学生在有趣的学习活动中掌握综合性知识。教师要创设有趣的情境，比如《三角形内角和》这一课在教学导入部分教师可以创设这样一个情境：在数学王国中，锐角三角形、钝角三角形、直角三角形发生的争吵，他们都认为自己的内角和是最大的，同学们觉得谁的内角和大？你想怎么证明呢？此外，也要挖掘教学内容中有趣味性的内容，比如在《小数的认识》这一课教师可以加入小数的产生历史。5.情境性原则STEM教育的特点在于它将数学知识与丰富多彩的生活相结合，把抽象的知识还原于生动的生活之中，学生在解决有趣的问题中，掌握的综合性的知识，因此，在课堂上，老师要为他们创造一个生动的情景，使他们能够在发现问题、提出问题、分析问题并且解决问题的过程中掌握并理解知识，同时也使他们的运用知识的技能得到进一步的发展。6．可接受原则教师要了解学生现有的知识与能力水平，从学生的现实情况出发，让学生能够理解教学任务、教材内容、教学方法，这些内容不应过于繁杂，也不应过于轻松，应超出学生目前的水准，并维持一定的困难程度，也就是说要找到学生的"最近发展区"，教师给予指导让其通过自己的努力来处理问题，让儿童跳一跳就能摘到桃子。如果要求过高，学生会产生挫败感，他们会认为自己的能力不行，进而丧失了学习数学的信心，如果要求过低，对于学生没有挑战，那学生也不愿意去学习数学，所以教师在进行教学设计时，要关注儿童的最近发展区。（三）融入STEM教育理念的小学数学教学设计策略1.在综合性框架下，设计数学课堂所谓综合性就是要打破单一的教学思路，把分散的知识集中起来，使其形成一个系统化的结构。也就是说教师要全面规划课程的教学内容。教师可以根据教学内容打乱教材进行重组，可以对教材内容进行适当的删减或者是补充；同时还要关注新旧知识之间的联系，不能学了后面忘了前面，要统筹兼顾；最后对学习结构进行完善，从表象中窥探到了知识的本质，将它们从脉络中筛选出来，然后将它们连接在一起，以点带面。2.以任务为载体，设计数学课堂将所学的知识运用到实际生活与环境中，其本质就是构建以任务为载体数学课堂。通过任务的完成来实现知识的掌握与理解。以任务为载体的课堂主要以学生的自主学习和合作学习为主，教师要明确任务要求和准备好相应的活动材料，教师也要在学生操作过程中进行适当的指导，此外，教师要重视学生在活动中的反馈，可以进行小组互评、自我评价和教师评价。3.以生活化为形式，设计数学课堂在以往的传统数学教育中，许多老师仅关注于讲授课本，而忽略了将其与学生实际生活相结合，当学习的知识与现实的生活条件相脱离时，就很难把所学的知识与实际的联系起来，这样下去，不利于学生对知识的掌握与应用。所以，教师应当创设一个贴近学生生活的情境，让学生有真实的体验感，亦或者提供一些模拟仿真的学习环境，如一些辅助STEM学习的专用仿真软件的应用。4.以信息技术为手段，设计数学课堂随着现代信息技术的发展，信息技术也开始应用于数学课堂，STEM教育也注重技术性。信息技术可以将抽象的数学知识通过视频、动画等形式，直观、生动的展示在学生面前，便于学生理解与掌握。（四）融入STEM教育理念的小学数学教学的基本流程（1）创设问题情境无论是STEM教育还是新课程标准都在强调教师在进行教学活动时要为学生创设相应的情境，情境的创设有利于化抽象为直观，化复杂为简单，激发学生学习兴趣，使其思维活跃，帮助其理解，驱动学生应用，提升学生的学习水平。比如在《大树的高度》这一课的教学中，教师可呈现学校内的一棵大树，并提问“你知道这棵树有多高吗？”同学们在生活中很少会关注大树的高度，这时教师启发“我们怎么样才能知道大树的高度呢？”这样就形成了问题任务情境的。（2）自主探究新课程标准以及STEM教育理念也都着重于培养学生的自主探究能力、创新能力以及团队协作的能力，这是当今世界优秀人才必备的素质。要培养学生的这些能力，就要改变教学模式，把课堂还给学生，教师在教学的过程中不仅要教给学生必须的数学知识，还要教会他们探索知识的方法，培养他们主动探索知识的能力，比如在《长方形与正方形体积》这一课先让学生提出猜想，然后再让学生用1平方厘米的正方体去摆长方体，记录下数据完成以下表格：层数 每层排数每排个数总数然后再让学生以小组合作的学习方式全，进行讨论“总个数、每排个数、每层排数、层数”分别与这个长方体的“体积、长、宽、高”有什么关系吗?最后得出长方体体积的计算公式。（3）交流展示什么是展示？展示就是在独立、协作的基础上，对自己或团体的研究成果进行简要的呈现，继而在检验中查缺补漏。教师要引导学生用规范的数学语言来表达自己的观点，在学生分享交流完后，教师及时给予评价，指导和协助同学们从不同的角度出发看待问题。老师要让同学们踊跃发言，无论答案是否正确，教师都不要去否定学生，不要去遏止学生一些奇特的观点。让学生进行交流与分享有利于培养学生的语言表达能力和人际处理能力。（4）实际应用STEM教育都强调要培养学生的知识运用能力，在学习的过程中，不但要把人的头脑变为一个储存知识的地方，更要将其变成消化、吸收知识的地方，将所学知识纳入到自己的知识体系当中去，同时又能将所学的内容融入到实践中。在教学过程中教师要通过各种课外活动将教室延伸到家庭和社会，将学生的学习过程转化为能力的提高，增长见识，创造价值的过程。（5）评价基于STEM理念的小学数学评价不应该只关注学习的结果，应该要围绕过程评价、成果评价和学员自评进行建设。教师要关注学生是否掌握了相关的知识，能否应用科学概念、原理和数学模型、方法去解决问题，是否综合运用多学科知识，是否完成了学习任务。同时也要对学生自主学习的积极性和团队合作协作性进行评价，注重学习态度、参与程度和动手创新的技能。同时，还要与团队的合作伙伴们进行相互评估和自我评估。（五）融入STEM教育理念的小学数学教学设计案例的研究小学数学课程标准对教学的建议是要加强数学与生活、其他学科之间的联系，同时还要注重学生的学习体验和探索感受。此外，新课标还强调要培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。在新课标所展示的教育理念中学生是学习的主体，教师应该将课堂还给学生，新课程标准提倡合作学习、自主学习和探究学习。新课程标准所体现的教育理念与STEM教育理念是相契合的。STEM教育重视学生能力的发展，旨在培养能解决复杂问题的复合型人才。通过查阅文献资料以及对STEM教育理念的剖析，笔者认为融入STEM教育理念都小学数学教育并非要摒弃传统的教学模式，而是要在传统教学的基础上进行改进。在融入STEM教育理念的小学数学教学中要做到以生为本，加强学生学习积极性，要注重知识迁移的能力，运用所学方法去处理现实问题，同时STEM教育理念虽然强调学生的探索过程，但是也并非不重视知识的学习，而是要求教师将复杂的、抽象的数学知识变得形象、简明以便学生理解与掌握。本研究运用两案例进行分析，将STEM教育理念融入小学数学的课堂。1.《自行车里的数学》【教材分析】这节课是人教版小学数学六年级下册的内容，本节课需要学生运用排列组合、圆、比列等知识去解决问题，要让学生经历提出问题——分析问题——建立数学模型——求解——解释与应用的过程。教材安排了两个活动，活动1主要探究式的是前齿轮、后齿轮的齿数与转数之间的关系，然后去计算自行车蹬一圈能走多远，活动2是探究变速自行车的变速。【教学目标】（1）知识与技能:了解自行车的运行原理，理解并掌握自行车“蹬一圈走多远”的计算方法,探索变速自行车的速度与其内在结构的关系。（2）过程与方法：综合运用所学知识,在解决问题的过程中亲历数学探究的过程。（3）情感态度价值：感受数学与生活及各学科的联系，增加数学学习的兴趣。【教学重难点】探究普通自行车的速度与内在结构的关系。【教学准备】活动1：学生课前通过网上查找资料，了解自行车的运行原理活动2：以小组合作的形式利用课余时间完成以下的自主探究：找一辆普通自行车，思考这辆自行车蹬一圈能走多远，把你的方法记录下来。【设计意图】根据STEM教育的能力结构，要培养学生多方面的能力，让学自己去查找资料了解自行车的运行原理有利于培养学生的信息处理能力。此外，活动2的设置打破了教学中时间和空间的限制，给了学生更多的思考空间，有利于培养学生自主探究和合作交流能力以及创新思维。【教学过程】（1）创设情境，提出问题①师：同学们都骑过自行车，谁能来说一说自行车的运行原理？（学生一边说，教师一边动画演示）【预设】踩脚踏板带动前齿轮转动,前齿轮带动后车轮转动,后车轮转动推着前车轮往前走。【设计意图】让学生说一说自行车的运行原理，既是对学生信息获取能力的检验同时又能提高学生的认知能力，此外，还能为下面的教学扫清障碍。②师：今天我们就来学习自行车里的数学。你有什么想研究的吗？【预设】轮胎为什么是圆形的？【预设】自行车蹬一圈能走多远？师：今天我们先来解决自行车蹬一圈，能走多远？这里的走多远指的是什么？【预设】车子轮胎行驶的距离【预设】车子轮胎行驶的距离也就是后轮在地面上滚动的距离。（动画演示）师：说明一点,今天我们研究的这个距离是不含滑行距离的,因为路面不同、坡度不同、蹬的力度不同,自行车滑行的距离有很大的差别,所以滑行距离不作为本节课研究的内容,今天只研究蹬的过程中链条带动自行车后轮所行驶的距离。【设计意图】让学生自己先来说一说想研究什么，有利于激发学生的求知欲和好奇心。这是STEM教育对学生态度的要求。针对学生给出的研究方向，教师来进行定向。此外，STEM具有技术性，在课前活动中，可能有部分同学对所研究的问题仍处于似懂非懂的状态，结合现代技术手段，对走多远进行分析，使学生形成直观的认识。说明“不含滑行距离”，也体现了数学的探究像科学一样需要控制变量，需要严谨的态度。（2）自主探究，解决问题①交流讨论,选择方法师：该怎么解决这个问题呢？【预设】直接测量法：将自行车沿着直线蹬一圈，然后用尺子量出自行车所行的距离。展示学生课前测量的各组数据，发现用这种方法存在很大的误差。师：还有别的方法吗？想一想以前所学的知识【预设】计算法：蹬1圈自行车前进的距离=车轮的周长×车轮转动的圈数【设计意图】STEM教育强调实践性，所以我让学生在课前先进行自主的探究，课堂上来进行分享，既然学生体会了方法多样性又让学生体会了方法最优化，此外，STEM教育也强调用综合知识去解决问题，所以我接着引导学生用圆的周长的知识来解决问题，将新旧知识结合。另外，这将实际问题抽象为数学模型加以解决,总结出计算方法,初步构建一个模型框架。②逐层探究，分析问题活动1：转动自行车模型，小组讨论并思考：自行车蹬1圈,是什么转了1圈?车轮转动的圈数实际是谁转动的圈数?小组汇报，教师用动画再次展示，最后得出：师：看来解决问题的关键在于知道当前齿轮转1圈时,后齿轮转多少圈.【设计意图】借助模型、动画来帮助学生解决问题这符合STEM教育的技术性以及工程思维。活动2：用同一型号的自行车模型去转一转，完成实验报告。并思考，你有什么发现，请和你的组员交流讨论一下学生一边汇报，教师一边动画演示。最后完成实验报告【设计意图】STEM教育重视学生程序性知识的掌握以及学生信息处理能力和人际交际能力的发展，所以在活动2中，我让学生自己动手操作去完成各项数据，然后再进行小组讨论，说说看你有什么发现。③师生互动，建立模型师：你有什么发现？【预设1】每一行转过的总齿轮数是一样的。（追问：谁能说一说为什么转过的总齿轮数是一样的？）【设计意图】我们不但要知其然，还要知其所以然，STEM教育认为知识不是割裂的，而是互相交融的，在这里，学生根据表格能说出转过的总齿轮数是一样的，那么教师可以深究一下，为什么会一样，这里涉及到了科学知识。【预设2】前齿轮齿数×前齿轮转数=后齿轮齿数×后齿轮转数追问：你能把这个等式变为比列式吗？追问：所以，当蹬一圈时，前齿轮转一圈，那么后齿轮转数等于？师：谁能完整的说一说刚才的公式？【预设】师：请大家把数据代入公式，算一算。（3）拓展应用①师：先估一估哪辆自行车蹬一圈走得最远，在进行计算。②如果要3号自行车蹬一圈走得最远，你想怎么改？③师：我们可以通过改变前后齿轮的数，来改变后轮转动圈数，这就是我们生活中的变速自行车的应用原理，你在生活中有见过变速自行车吗？它是怎样实现变速的？【预设】变速自行车前后有好几个齿轮，连接前后不同的齿轮可以进行变速。④师：如果一辆变速自行车有2个前齿轮，有6个后齿它能变化出多少种速度呢?课件出示数据【预设】12种⑤师：你觉得哪种搭配蹬一圈走得最远？【预设】48和14搭配的走得最远，因为后轮直径一样，如果前后齿轮数比值越大，蹬一圈就走得越远。⑥师：完成下面的表格，说说看你有什么发现？【预设】有两组比值一样，都是2，所以一共有11种速度【设计意图】在学生掌握了知识后，再安排一组练习，能增强学生对知识的运用能力，这与STEM要求学生能运用知识解决现实的问题相符合。（4）课外活动①教师介绍自行车的历史②课外作业：用今天所学知识设计一辆自行车，把你的想法画在纸上，标出数据。或者选择自己感兴趣的一个研究内容进行研究，以文章、视频或者手抄报等形式上交【设计意图】让学生自己选择一项作业，然后以自己喜欢的方式呈现出来，给了学生极大的自主性，有利于培养学生的自主探究能力和发展学生的创新思维。（5）评价教师评价评价内容小组内分工明确小组内学生的参与度认真倾听，互助学习合作交流中能解决问题自主、合作、探究的氛围第1组第2组组员互评姓名在活动中的参与度在活动中提出的意见对我很有用能认真倾听别人的意见能按时完成自己的工作他对小组的贡献突出成员1自我评价姓名参与活动很积极能认真倾听与组员沟通交流在活动中自己的能力提高了改进措施【设计意图】STEM不但对学生的知识、技能有要求，也重视学生的态度和价值观，所以我设计了三份评价表，教师评价、组员互评、自我评价，这也做到了评价主体多元化，评价标准多样化，有利于学生的反思和成长。2.《三角形的面积》【教材分析】三角形的面积是五年级上册第六单元的内容，是属于“图形与几何”的范畴。学生在学习这块内容之前已经学习过三角形的内角和、三边关系、平行四边形面积等内容，为学习三角形的面积奠定了基础。这节课的难点在于让学生自主参与推导出三角形面积公式的整个过程，教师要让学生经历“发现问题——提出问题——提出猜想——验证假设”等一系列探究活动，将教材中静态的知识转化为动态的过程。【教学目标】（1）掌握三角形面积的计算公式（2）通过动手操作，经历把三角形面积转化为已经会求的图形的面积的过程，从而推导出三角形面积的计算公式（3）发展图形想象能力，培养推理能力（4）体会数学与生活的联系，增强数学学习的兴趣和信心。【教学重难点】教学重点：理解三角形面积计算公式，并能熟练地应用教学难点：经历推导的过程，在操作中发现内在的联系。【教学准备】学习单、各类的三角形【教学过程】（1）创设情境，提出问题①师：同学们，看看挂在你胸前的红领巾，你们知道做一面红领巾需要多少布料吗？求需要多少布料，实际上是求什么？【预设】求三角形的面积②师：这节课我们就一起来研究三角形的面积【设计意图】STEM教育主张培养学生解决问题的能力，以学生情境导入新课，调动学生学习的积极性，使他们认识到数学与生活的联系。（2）合作探究，推导公式①师：我们上节课学习了平行四边形的面积，谁还记得它的推导过程？【预设】把平行四边形通过剪拼转化为长方形。PPT展示：【设计意图】以学生已有的知识经验作为新知识学习的起点，利用转化和知识迁移，唤起学生对于面积公式推导的相关经验，这与建构主义学习理论相符合，学习的学习过程就是在已有经验基础上，吸收新知识，进行知识的主动构建的过程。基于STEM教育理念使学生便于把方法迁移至新知识中，并熟练应用加强对学生创新意识的培养。②师：你准备将这个三角形转化成哪些我们之前学过的图形来计算面积？转化后的图形与原三角形之间有什么关系？以小组为单位，请动手试一试。【预设1】合拼法：我们用两个完全一样的直角三角形拼成了一个平行四边形。追问:用了几个三角形？（生：2个）追问：2个怎样的三角形？（生：完全一样的三角形）师：刚才这组同学用的是两个完全一样的直角三角形拼成了一个平行四边形，哪两个完全一样的锐角三角形能不能拼成一个平行四边形呢？钝角三角形呢？请动手尝试一下。追问：大家有什么发现吗？师：三角形和我们转化后的图形有什么关系？【预设2】割补法（以盈补虚法）：沿三角形两条边的中点的连线剪下，“以盈补虚”拼成一个平行四边形。课件展示:追问：你是怎么找到两边的中点的？（生：通过对折）追问：三角形和我们转化后的图形有什么关系？（生：三角形面积等于平行四边形的面积，平行四边形的底相当于三角形的底，平行四边形的高相当于三角形高的一半）师：还有不同方法吗？（学生说，教师用课件动态展示）课件展示：追问：三角形和我们转化后的图形有什么关系？（第一个图形中，拼成后长方形的面积相当于三角形的面积，长方形的长相当于三角形的底，长方形的宽相当于三角形高的一半；第二个图形中，长方形的长相当于三角形的高，长方形的宽相当三角形底的一半）③师：你能根据刚才的过程写一写三角形面积的计算公式吗？【预设】三角形的面积=底×高÷2师：谁能说一说你的推导过程？【设计意图】学生在操作过程中，将三角形面积转化为学生熟悉的平面图形的面积，这渗透了转化的思想，同时将现代技术融入课堂中，有利于将抽象的知识变得生动形象，将STEM教育理念与小学数学教学活动紧密相连。此外，让学生观察原来的三角形和转化后图形的关系，这能培养学生的观察能力，让学更具刚才的过程写一写公式并说一说推导过程，能培养学生的推理能力。在这个环节中，学生通过动手操作、讨论交流、观察总结出三角形面积的计算公式，学生体会到了成功的喜悦，发展的STEM要求的各项能力。(3)应用公式，巩固新知①红领巾的底是100厘米，高是33厘米，它的面积是多少平方厘米？②一块玻璃的形状是一个三角形，它的底是12.5dm，高是7.8dm。每平方米玻璃的价钱是68元，买这块玻璃要用多少钱？③师：仔细观察这几个三角形，你觉得哪个三角形的面积最大？为什么？（引导学生发现规律：等底等高的三角形的面积相等。此外，课件再展示《几何原本》中的相关命题）【设计意图】学生已经学习了三角形面积的计算公式，STEM教育关注学生对知识的运用能力。练习能将理论与实践相结合，尤其是第二题，需要学生分步解答，先求三角形的面积，再求需要多少钱，这能培养学生分析、解决问题的能力，同时进一步帮助学生深化理解面积公式。（4）拓展小结①介绍《九章算术》中论述的三角形面积的算法【设计意图】通过介绍数学文化，增强学生对数学的兴趣以及学生的民族自豪感。②总结反思：将三角形的面积计算公式的推导过程与平行四边形的面积计算公式的探究过程进行比较【设计意图】对于学生来说，最重要的不是知识的获得，而是通过这节课的学习能获得一些学习探究的方法，将三角形和平行四边形面积公式的推导过程放在一起，进一步强化了学生的转化思想，同时也再次回顾了“新旧转化—寻找关系—推导公式”的研究过程。③谈谈自己的收获【设计意图】STEM教育重视学生各方面素养能力的发展，让学生各方面进行自我总结回顾，有利于培养学生的全面概括能力和反思意识。第五章结论与展望（一）结论本文通过对融入STEM教育理念的小学数学的研究，了解了STEM教育的内涵、基本特征、能力构成以及理论基础，研究了目前小学数学的现状、面临的问题、小学数学的基本内容、小学数学教学的基本特点、STEM理念对小学数学的价值等众多内容，并且针对STE