浅谈STEAM教育理念下的高等数学教学改革

黄笑娟

一、STEAM教育理念

STEAM分别代表科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）。STEAM教育就是集科学、技术、工程、艺术、数学于一体的综合教育。STEAM是从STEM教育计划演变而来的，STEM最早是由美国政府主导的一项教育计划，旨在打破学科疆域，通过对学科素养的综合应用解决实际问题，同时培养综合性的人才。STEAM与STEM相比，只是比STEM计划多加了一项艺术，相对来说，STEAM比STEM注重的元素更加多元化，更加全面，要求的学科能力更丰富多样。

STEAM教育中五门学科的教学必须紧密相连，以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，课程融合既要满足核心课程标准，又要满足艺术课程标准，并能进行灵活迁移应用，解决真实世界的问题。融合的STEAM教育具备新的核心特征：跨学科、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性。

1.跨学科

将知识按学科进行划分，对于科学研究、深入探究自然现象的奥秘和将知识划分为易于教授的模块有所助益，但并不反映我们生活世界的真实性和趣味性。因此，分科教学在科学、技术和工程高度发达的今天已显出很大弊端。针对这一问题，理工科教育出现了取消分科、进行整合教育的趋势。STEAM教育因此应运而生，跨学科性是它最重要的核心特征。

2.艺术性

STEAM中的这个“A”狭义上指美术、音乐等，广义上则包括美术、音乐、社会、语言等人文艺术，实际代表了STEAM强调的艺术与人文属性。STEAM教育的艺术性强调在自然科学教学中增加学习者对人文科学和社会科学的关注与重视，例如，在教学中增加科学、技术或工程等相关发展历史，从而激发学生兴趣、增加学习者对STEAM与生活联系的理解以及提高学生对STEAM相关决策的判断力；再如，在对学生设计作品的评价中，加入审美维度的评价，提高学生作品的艺术性和美感。

概括来说，STEAM教育的艺术性是以数学元素为基础，从工程和艺术角度解释科学和技术。

3.体验性

STEAM教育不仅主张通过自学或教师讲授习得抽象知识，更强调学生动手、动脑，参与学习过程。STEAM提供了学生动手做的学习体验，学生应用所学的数学和科学知识应对现实世界问题，创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。因此，STEAM教育具有体验性特征，学生在参与、体验获得知识的过程中，不仅获得结果性知识，还习得蕴含在项目问题解决过程中的过程性知识。

4.情境性

STEAM教育具有情境性特征，强调让学生获得将知识进行情境化应用的能力，同时能够理解和辨识不同情境的知识表现，即能够根据知识所处背景信息联系上下文辨识问题本质并灵活解决问题。STEAM教育强调知识是学习者通过学习环境互动建构的产物，而非来自于外部的灌输。教师在设计STEAM教育项目时，项目的问题一方面要基于真实的生活情境，另一方面又要蕴含所要教的结构化知识。这样，学生在解决问题的过程中，不仅能获得知识，還能获得知识的社会性、情境性及迁移运用的能力。情境性问题的解决，可以让学生体验真实的生活，获得社会性的成长。

5.协作性

STEAM教育强调在群体协同中相互帮助、相互启发，进行群体性知识建构。在完成任务的过程中，学生需要与他人交流和讨论。STEAM教育的协作性就是要求学习环境的设计包括“协作”和“会话”两要素：让学生以小组为单位，共同搜集和分析学习资料、提出和验证假设、评价学习成果。同时，学习者通过会话商讨如何完成规定的学习任务。需指出的是，小组学习最后的评价环节以小组成员的共同表现为参考，而不是根据个人的表现进行独立评价。

6.设计性

STEAM教育要求学习产出环节包含设计作品，通过设计促进知识的融合与迁移运用，通过作品外化学习的结果、外显习得的知识和能力。对于学生而言，设计出创意作品是获得成就感的重要方式，也是维持和激发学习动机、保持学习好奇心的重要途径。在设计过程中，学生学习了知识、锻炼了能力、提高了STEAM素养，因此设计性是STEM教育的又一核心特征。

二、高等数学教学中的两难境地

1.传统教学模式的尴尬

（1）注重高等数学基础概念学习，缺乏技能性训练。在教学过程中强化了对基本概念、定理、公理的学习和推证，强化学生对高等数学的习题的求解方法和技能的学习和训练，但却缺乏对工程具体问题的分析能力的培养，特别是数据的处理。

（2）教学方法和手段与信息技术发展脱节。计算机技术和网络技术影响着现代学生的学习和生活，虽然在教学过程中也曾采用多媒体教学手段进行尝试，但现有的高等数学教学体系和知识下，多媒体教学效果远不及传统的黑板教学方式，在教学体系和知识不改变的情况下，高等数学的信息化教学改革很难推进。

2.注重应用教学模式的尴尬之处

江西科技师范大学上一个学年推广应用了一本以实际应用为学习背景的高数教材，打破了传统教学的思维模式，以各专业的实际应用问题引出高数知识点，使学生体会到了高等数学的价值所在。但从教学效果和反馈来看，依然存在许多尴尬之处。因为大一的学生还没有学到自己专业的专业课程，导致他们无法理解教材上的高深的应用实例，也使得高等数学讲师不得不在讲解高数知识之前，先介绍相关应用的专业背景知识，使本来就不多的课时变得更紧张了。

三、STEAM教育理念融入高等数学教学的改革建议

1.高等数学教师队伍的观念和教学思想的改革

高等数学课程的教师多数是一般院校的数学系数学专业的理科毕业生，对高等数学的学习和理解比较深刻，但对所培养的学生的专业知识理解就很薄弱，完全按照自己在本科学 习阶段的习惯和要求进行教学，导致教学内容与专业人才培养严重脱节。因此，高等数学课程改革，要从高等数学的任课教师的改革入手，承担某专业的高等数学课程的教师到相应的专业教研室进行调研，了解该专业的人才培养方案、市场定位、就业去向、专业特色、知识构成、高等数学知识的需求等内容，改革自己的教学思想与观念，然后与专业教研室的教师一起准备该专业的高等数学的教学大纲。endprint

2.改革高等数学教学大纲，为专业特色的形成奠定基础

高等数学的改革应首先从专业建设的教学大纲开始。根据各专业的人才培养要求，根据其专业知识结构和基础知识构成，拟定各专业的高等数学课程的教学基本内容，形成相应的教学大纲，强调高等数学课程为专业知识学习服务，培养学生专业工程问题的数学分析能力和技巧的训练，减少那些不必要和烦琐的解题方法训练，做到学以致用，以专业施教为目的。基于此，在制订教学大纲时，要努力突破原有课程的界限，根据各专业特点灵活选用教学内容，使数学与相关课程和相关内容有机结合，使学生能在较少的学时内学到较多的知识，编写出符合应用型本科人才培养要求和具有专业特色的各专业的高等数学教学大纲。

3.高等数学教学方法的改革

现有的高等数学的内容体系是传统而完整的，教学方法几十年没有改变，教师课堂仅仅讲述基本概念、基本定理、推证公式、讲解例题。因此我们发现有85%的学生认为学习高等数学枯燥，教学方法呆板，学生被置于被动地位，课堂上昏昏欲睡，马马虎虎地学习，得过且过，完全感受不到高等数学课程学习的乐趣和意义。这是因为传统的教学思想过分重视演绎法，重视对基本原理的推论和推广，而缺乏对学生的创新精神和创新能力的培养。

现在的学生思想活跃，观念多样化，强调自我和独立性，喜欢个性化。因此，必须针对学生的状态，改革现有的教学方法，以实践性活动来开展课堂教学，切入点在教学重难点的突破 。同时课堂教学的例题应该选择与学生所学专业有关的专业实际问题，每个高数知识点都能从专业实际应用需要出发进行学习，从数学的角度逐渐地将专业实际问题抽象为数学问题，再用数学的分析结果去解释相应的物理现象与工程问题，这样不仅将数学知识与专业知识相结合，同时也加深了学生对专业的理解，帮助其认识到数学的重要性，从而激发学生对高等数學课程学习的积极性，以体会到高等数学不仅是基础理论，更是解决工程问题的重要工具。另外，学生在学习高数的同时，相应的专业课程也应与高数内容同步进行教学，才能使学生顺利理解高数知识的专业应用实例。

4.利用网络平台进行网上辅导、答疑

高等数学的教学内容较多，题目灵活多变，为使学生能及时了解高等数学学习的效果，我们要充分利用高等数学课程网站，在校园网上进行高等数学网上辅导、答疑和自测。学生可以通过该系统对学习情况进行自测，明确自己应加强和注意的知识点，培养学生的自主学习和创新思维能力。

教学过程中，要做好上述工作，要求数学教师和专业课教师密切配合，且得到校教务部门及其他院系的支持。此处，还要求教师自身学习一定的相关专业的专业知识，花费一定的时间，投入一定的精力，工作量是比较大的。但通过这些工作，教师不仅搞好了教学，也提高了自身的业务水平。同时，根据专业特色和定位，有针对性地制订数学教学大纲，转变高等数学课教师的思想观念，计算机辅助教学措施和专业软件相结合，应用计算机网络技术和精品课程建设等手段，是提高应用型本科生高等数学水平和能力的有效途径，是将培养学生的创新精神和能力放在高等数学教学的首位的体现。

参考文献：

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