大数据+数学核心素养培育的STEM教育应用研究

徐时芳 潘春燕 陈昱池

摘要：随着科技的迅猛发展，我们进入到大数据时代，而大数据推动下的技术革新也为教育教学的创新优化注入了活力。其中STEM教育实现了工程、科学、技术及数学的交叉融合，形成跨文化教育视野和教育模式。本文主要就大数据时代下STEM教育模式指导下的学生数学核心素养培养进行探讨，明确STEM教育教学模式在大数据背景下与学生核心素养培养的融合策略，更好地推动中学数学教学。

关键词：大数据；核心素养；STEM教育

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）32-0191-02

21世纪以来，互联网、物联网发展迅速，数字科技也渗透到教育领域，带动跨学科教学视野的形成和教学模式的实施推广。其中STEM教育模式备受青睐与推崇。其作为一种跨学科和动态化的教学模式，让学生基于STEM教育的综合性理念来学习数学，学习有侧重，重点和难点突出，实现学生核心素养的培养提升。因此，大数据背景下，借助STEM教育模式实现学生数学核心素养的培养是中学数学课堂教学改革的重要思路。

一、大数据+数学核心素养培育的STEM教育应用背景

STEM教育模式指导下的跨学科式教育，适应新高考，推动教育创新，培养新型人才。依托大数据背景，带动数学课程设计的创新化，注重将新兴的技术理念，比如3D打印技术、创客空间、单片机、模板、画刷、传感器、Scratch可视化等融入数学教学中，尝试构建一种创新教育，即将STEM教育融入数学课程的应用模式，以期在培育学生数学核心素养的前提下，以真实问题解决为任务驱动，立足学习过程、多技术交叉融合的跨学科式教育；以培养具有全面科学素养和创新实践能力的人才为根本目标，真正让学生在获取知识、探索意识、学科融合、技能培养和问题解决等方面实现能力质的飞跃。

二、大数据背景下教育教学领域的新兴技术

1.3D打印技术。3D打印技术是一种借助三维空间模型进行虚拟实体对象迅速成型的教学处理技术。其教育领域的价值主要是将特定物理及虚拟事物真实地呈现，让学生获得深刻感知。3D打印技术实现了抽象思维空间向真实立体的彩色模型转化，使得数学教学中复杂抽象的概念定理被引入崭新的具象的空间，学生可以自主设计并制作展示，在3D体验学习中感受到数学学习的乐趣。

2.创客教育。作为一种新型的教学模式，创客教育融合了体验教育、项目教学等多种教学模式的优势，凸显学生的主体地位，实现学生由知识消费者到知识创造者角色的转变。创客教育的落脚点是学生创造中的学习探讨，学生探讨中的创造实践，实现学生动手能力的训练提升，提升学生的问题解决能力，实现其创意精神的培养。

3.翻转课堂。翻转课堂改变了传统的教学结构，给予学生课堂学习的自由，学生可以不受时间与空间的限制，随时随地地学习；也可以基于自身的学习认知实际，做好重点难点知识的创新学习，巩固学习。翻转课堂教学模式关注到不同学生学习的差异，也带动师生的互动交流。

三、STEM教育融入中学数学课程的路径

在大数据背景下，以培育学生数学核心素养为目标，尝试构建一种创新教育，即把STEM教育融入数学课程中，加强以问题解决为导向、体现以学生为主体的问题解决的教学模式的应用研究。STEM教学在人工智能技术的支持下，加强学生学习过程的动态监控，借助大数据的精准分析，为学生推荐跨学科及个性化的学习资源，教师和学生有效互动，在教学评价上更关注学生的创新思维发挥、学生跨学科解题能力、学生课堂互动参与的积极性。STEM教育模式对学生的评价更为全面，也更有助于全面型人才的培养与输出。

1.做好教学分析。教学分析是教学前的准备步骤，基于STEM的教学模式，重点从教学目标、学习者特征、跨学科知识地图三个方面的分析入手。STEM教育强调学习要完成真实情境中的任务，教学目标必须涵盖在教学内容中，知识内容间的结构关系和知识内容的类型都是教学分析解决的重点问题。教师需要以知识图谱的方式，找到数学知识间的关联性，为整个课程知识均衡覆盖提供基础。

2.设计学习任务。学习任务的设计效果直接影响STEM教学模式的实施效果。STEM教学基于真实情境，学习者基于情境自主学习，问题驱动融入情境教学中。学习任务的情境化体现必须以学习任务的特定情境创设为前提。数学知识相对抽象复杂，情境的还原可以让数学知识的阐述更生动丰富，STEM教学模式下学习任务的设计需要做好教学结果的分析，使学习问题与学习情境紧密融合。

3.教学工具与教学资源设计。对于中学数学教学来说，实施STEM教学必须关注工具及资源的优化设计。目前广受关注的3D打印机、开源电路板等使得STEM教学更为高质高效。此外，Scratch可视化程序设计工具、概念图工具、SPSS数据分析工具、网络沟通工具、三维建模工具等也起到教学推动作用，学生借助教学设备和技术，进行数学问题的探究，从检测到巩固，实现数学知识学习的不断强化。

4.学习评价设计。对于中学数学教学来说，教学评价既包括总结性评价，也包括过程性评价。学生在数学学习中所表现出的态度、创新想法等都是过程性评价的内容。STEM教学模式支持下的过程性评价更侧重量表、行为观察、知识测验等。STEM教学模式致力于学生数学实际问题的解决，在教学评价中，改变以往单一的评价方式，过程性评价与总结性评价结合起来，评价主体更多元，评价内容更全面，除了成绩、学习态度等，也涉及学生数学课堂互动的参与度、学生数学学习过程中的创意发现和研究成果。

5.课后总结与巩固练习。课后的总结指导与巩固练习对于STEM教学来说也是必不可少的。STEM教学指导学生将数学零散的知识点整合起来，系统总结，从问题产生到解决再到知识的抽象升华，在不断的创新尝试与巩固练习中深入把握数学知识。课后总结由教师发起，小组评价与自我评价结合，对学生的数学课堂表现进行点评。在巩固练习方面，必须提升习题测试的针对性，既要反映基本的数学概念及定理，又能兼顾学生的数学差异学习需求，让学生在明白数学学习得失的基础上，在强化练习中纠正原有的错误理解，完成知识的自主建构。

四、结束语

STEM教学模式作为一种创新的教学模式，实现了科技、技术、工程及数学的交叉融合，也为数学学习与探讨提供了跨学科视野，指导学生基于问题，借助学习工具和资源，自主探索与学习，完成数学知识的自主建构。STEM教学模式在我国數学课堂中的运用尚不成熟，而STEM教学模式的优化研究也将持续深入进行，以进一步发挥STEM教学模式优势，让学生成为数学课堂学习的主人，提升中学数学课堂教学实效，使STEM教学与中学数学教学合二为一。

参考文献：

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[2]杨亚平，陈晨.美国中小学整合性STEM教学实践的研究[J].外国中小学教育，2016，（05）：58-64.