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基于STEM教育的数学问题解决教学研究

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刘俊含吴华

【摘要】STEM教育理念强调创新实践和多学科整合，这为以问题为导向的数学教学提供了新思路。将STEM教育理念和数学问题解决过程相融合，是对现有数学教学的创新。这种新的教学模式将教学过程从课前准备、课堂实施、课后反思与评价三方面进行了阐述。整个教学过程通过问题情境引出数学问题，学生在教师启发下找到解决数学问题的条件和思路，提升学生的STEM跨学科能力。该模式的提出能够推动STEM教育与数学学科教学深度融合，提升学生跨学科思维和问题解决能力。

【关键词】STEM教育;数学问题解决;数学教学

STEM教育是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的组合，它强调多学科的交叉融合，即将四门学科组合成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能力[1]。

近年来，STEM教育在国内外相关国家和组织的推动下取得诸多进展。以美国、加拿大为代表的西方国家和日本、新加坡等亚洲国家都制定并实施了关于提升学生动手能力和创新思维的STEM培养目标和项目课程。在中国，以培养学生STEM能力为定位的课下培训机构迅速遍及全国;上海、深圳等一线城市的试点学校也开展了丰富多彩的STEM课堂教学。但不论校内还是校外的STEM课程，都以设置科学课、综合实践活动、动手操作课的形式开展。数学作为STEM四大学科中的基础学科，是工程、技术、医学、计算机等众多领域的研究工具。如果借助数学课堂开展STEM教育活动，不仅能丰富STEM的应用性，也有利于打破克服数学课堂枯燥乏味的特点。

1??数学问题解决

数学家波利亚将数学解题分为理解题目、拟定方案、执行方案、回顾四个过程，并针对每个过程给出相应的启发性策略，形成一张“怎样解题表”[2]。培养学生解决问题的能力不仅在于提升学生的数学思维，更重要的是让学生在学习中能够形成适应社会、独立生存的必要素养。数学作为STEM四大学科里唯一的基础学科，数学问题解决与STEM教育理念的融合可以提升学生解决数学问题、探究创新方面的能力，进而使学生获得主动思考、解决各类问题的能力，达到“1+12”的效果。

2??基于STEM教育的数学问题解决

STEM教育在国际广受欢迎是因为它所强调的创新、创造以及动手实践的属性。而数学问题解决STEM教学下的教学目标不单是传递数学知识与技能，更多的是一种运用多学科知识的体验，即将数学等学科作为应用工具。在具体的教学目标下，将STEM作为依托的数学问题解决以生成性目标为重心，不再过分关注预设性的教学目标，在保证数学学科基础知识扎实的前提下开放更多活动和探究给学生，让学生在创造中学数学。

在基于STEM的数学课堂上，学生沉浸在情境化的数学世界中，师生通过各种创造性的“做”来完成教学过程。因为STEM教育要求创新性思维，即基于创造的体验性学习，所以在教学设计上，教师对预设问题的设计较少，学生在合作探究中生成的问题较多。

3??基于STEM教育的数学问题解决教学模式

基于STEM教育的数学问题解决作为STEM与数学问题解决相融合的教学模式，以学生创新思维、实践探究能力的培养为根本目标，尤其侧重以实践创新和科学精神为引领，让学生在STEM多学科知识的运用中实现全面发展和个性发展。本研究结合数学教学实际，设计了STEM教育下的数学问题解决教学模式，如图1所示[3]。

该模式作为基于STEM教育而提出的一种数学教学模式，以培养学生数学问题解决能力为根本目标，强调以解决问题和实践创新为导向，鼓励学生在数学课堂上运用跨学科知识解决问题，实现个性化全面发展。转变数学课堂以传统讲授为主的形式，激发学生学习数学的热情。针对数学问题解决教学模型，有以下几点需要说明。

首先，从教师“教”的角度来说，解决数学问题的教学模式在课前准备上，要求教师针对本节课的教学内容和教学目标提出具有情境性的数学问题，并且该问題要靠近班级内大部分学生的“最近发展区”，即提出的问题既要有挑战性，又要能使学生有动力、有能力去解决。基于STEM教育的数学课堂显然不会只有数学学科知识，相关学科知识准备指教师应将本节课数学问题涉及的科学、技术、工程类知识准备好，以应对课堂上学生可能出现的对跨学科知识不了解而产生的问题。由于学生的生活环境不同，所以不能要求学生课前预习科学技术类知识，学生在课前完成本节数学教学的基础知识预习即可。

其次，教师在引导发现阶段需注意，除了使用问题串的形式外，还可以鼓励学生之间互相引导探究，让学生自己找到解决办法。此时，教师的观察指导就发挥了重要作用。既要观察同组内每个学生参与讨论的情况，也要观察各组集体讨论时的氛围与进展。在这一过程中，课堂实录必不可少，课堂实录不仅有助于教师在