STEM教育理念下数学知识在园林工程中的应用案例设计

吴敏灵

(广州市番禺区职业技术学校 广东广州 511400）

数学作为中职阶段的一门基础学科，为学生开展专业课的系统学习奠定了基础。STEM课程理念可有效提升中职数学教学质量，相较于以往仅以数学书本知识为基础的教育形式，STEM集科学、技术、工程、数学为一体，为学生探索世界提供路径，引导学生灵活运用数学知识，使数学成为解决问题的工具，从而提升学生的数学能力。本文通过数学知识在“园林工程”中的应用教学案例，把STEM教育理念融入到课堂教学实践中。

一、课例设计依据

中职学校的学生主要以专业技术和专业工程的课程学习为主，学习方式基本是以问题解决为目标。笔者在项目化教学模式实施的过程中，发现涉及到的数学问题是学生的短板。而专业课教师又没有太多时间和经验，教会学生解决专业课所需要的数学知识。因此，笔者尝试从STEM的教育理念入手，把学生在专业课程学习中遇到的典型的项目课程案例，移植到数学课堂中，教会学生需要的数学知识，帮助学生能顺利完成专业系统学习。

二、课例特色

教师在课堂教学时，师生可以共同梳理一个在生活中常见的视频案例，了解工程设计的主要环节。在此基础上，教师创设问题情境，以“安装自发喷灌系统”为任务进行分析讨论。这样，教师把数学、技术和工程进行交叉融合，让学生在实践体验中，学会应用多学科知识应对现实问题。

三、课例内容呈现

（一）教学目标

知识目标：了解工程设计过程及其各个环节，知道设计是动态有章可循的。能力目标：经历设计的一般过程，在思考、讨论与合作实践中，初步学会有计划、有步骤开展设计活动的方法。情感目标：培养技术实践、表达、交流、评价的能力与协作意识，感受技术问题解决过程的艰辛与曲折。

（二）教学过程

1.引入环节。教师可以这样引入：我校的园林实训场地建成已有一段时间，刚开始，每天都有同学给植物浇水，植物长势特别好，但大家没有坚持维护，植物就渐渐凋谢，同学是否有既能节省人力、物力，又能维护好花圃的方法呢？

2.创设情境环节。教师播放一段视频“根据周边湿度能自发喷水浇灌的喷灌系统”，引导学生进行案例分析，梳理分析视频中是如何分布喷灌器的，目的是什么。此外，植物种植的间距是否有要求，目的又是什么，并把学生对这些问题的回答，都简要记录在黑板上。

设计意图：视频中自发喷灌的系统能激发学生的好奇心与求知欲。教师在教学设计上，摆脱了传统的“教师讲、学生听”的模式，采用引导—分析—探究的形式，师生共同梳理视频内容，得出结论：喷灌器的分布与植物种植间距息息相关，目的是最大限度利用资源，节省成本。以上环节的设计符合STEM教育的情境性特征。

3.提出问题，明确任务环节。教师提问：同学们是不是也想亲自做一套拥有自发喷灌系统的园林微型景观呢？现在园林实训场地腾出了一块方形空地，大家可以在节省成本的前提下，去种满鸡冠花，布上管线，并接上微型的自发喷灌器。

设计意图：本课提出的任务与学生的专业课程和生活实际息息相关，教师在充分考虑知识点的同时，还体现了数学、工程等跨学科知识的交叉融合。在解决问题的过程中，教师要引导学生综合运用多学科知识，与STEM教育的跨学科性相一致。

4.方案的制定环节。学生接到任务后，到现场进行了数据测量。（1）测量方形空地的长和宽，并做好记录。（2）学习安装微型喷灌器，先简单安装一个，观察喷灌器的喷水形式—伞状，类似抛物线，测量喷水达到的最大高度和喷灌器到水达到最远点的距离，做好记录。（3）测量出水口到空地边缘的距离，做好记录，为后续布置水管做准备。（4）确定种植鸡冠花的间距、喷灌器安装的间距和数量，以及准备水管的长度。

设计意图：确定种植鸡冠花的间距和数量、喷灌器安装的间距和数量、要准备水管的长度计算，这些都是应用数学知识解决实际问题的过程，是多学科知识融合的交叉点和整合点，是触发学生学习与探究的触发器。学生根据实物测量操作，对数学知识的认识更加深刻，从理论转向解决实际问题，从而发挥了数学基础性和工具性的作用。

5.绘制设计图环节。（1）学生根据“方案制定环节”中测量的第（1）（2）项数据，计算在喷水能够覆盖整块方形空地的前提下，需要用喷灌器的数量和安装间距。用到的数学公式可能有圆的面积计算公式s=πr2，涉及到抛物线的一元二次函数公式y=ax2+bx+c(a≠0)。（2）学生根据喷灌器的分布，计算需要种植的鸡冠花的数量。种植鸡冠花时，尽量不要种在喷灌器落水的最低点，否则只能浇到花的根部，叶子和花就照顾不了，稍有欠缺。（3）学生根据喷灌器的分布，设置水管的布局。（4）学生根据以上数据，绘制出设计图。

学生根据自己的设计理念，把测量数据融合到设计构图中，熟悉制作方案设计图的思维和操作过程。在此过程中，教师要全程巡视指导，帮助学生分析遇到的问题。然后，通过讨论研究，帮助学生找到解决问题的方法，让学生建立完成任务的信心。

6.园林景观的制作环节。学生根据自己的设计图，到现场进行景观制作。在动手前，教师要跟学生明确制作步骤：松土→布置水管→安装喷灌器→种植鸡冠花。

园林班学生对布置水管和安装喷灌器比较陌生，在实施过程中，可能会出现以下几方面的欠缺：（1）裁剪水管和拼接水管。（2）水管埋藏的深度如何控制。（3）喷灌器的安装问题。这时，需要有电工教师引导学生分析安装的技巧和要领，完成水管的布置和喷灌器的安装。整个喷灌系统安装完成后，要经过测试合格以后，才按设计图种上花朵。学生在种花过程中，要注意不能破坏水管和喷灌器。

设计意图：学生在制作园林景观的过程中，教师要对他们生成的问题进行及时指导，与学生共同优化设计方案，完善设计作品。只有学生亲身经历实践，才会对教师在方案制定阶段提出的问题有更深入理解。

7.园林景观的测试环节。园林景观完成后，学生测试整体情况，对有问题的地方进行修改调整，并不断优化设计过程。

8.展示交流与评价环节。本课采取学生自评、互评与教师评价相结合的评价方式。为更好地达到教学目标，教师制作了自评和互评量表。评价过程强调多元评价主体，面向学习过程。

四、实践反思

本课立足学生实际，以STEM理念作为引领，在数学课堂中推行跨学科的数学综合实践，让中职数学课堂教学由知识型向应用型转化。学生看到数学能够应用到专业课程学习中，才能激发学习数学的兴趣，产生学习和研究数学应用的动力，从而逐渐形成应用数学的意识和能力。