基于数学核心素养的STEAM校本课程设计

韩慧

【摘要】本文对STEAM校本课程设计进行初步探索，形成了基于数学核心素养的STEAM校本课程教学模式，并给出了一个具体的课程设计实施案例，为STEAM课程的开展和数学核心素养的落地提供了现实途径.

【关键词】数学核心素养;STEAM;校本课程

随着高科技与计算机技术的发展，数学应用不仅在自然科学、工程技术等领域发挥着越来越重要的作用（如大数据、物联网、人工智能），而且以空前的广度和深度向经济、生物、医学、环境、交通等领域渗透.

一、基于数学核心素养的STEAM校本课程教学初探

STEAM是 Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程） 、Arts（艺术）、Maths（数学）的缩写，是跨学科的综合性素质教育，STEAM教学是将上述各学科知识有机融合到某一核心任务中，引导学生综合运用各学科思维解决实际问题的教学活动，在此过程中既提升了学生的逻辑思维能力，又培养了分析、解决问题的能力以及沟通合作能力.

基于数学核心素养的STEAM校本课程是指以数学为基础，用工程和艺术解读科学和技术，将人文艺术中的“谁来做”和“为什么”加入STEAM 教育的“做什么”和“怎么做”，充分发挥学生的主体性，逐步提升学生的数学核心素养和各项素质[2].

在以往的STEAM教學中，往往存在以下问题：缺乏准确而又宏观的定位以及规划，学科之间的整合浮于表面，难以加强不同学科间的内在联系;硬件资源和课程资源严重匮乏;学生原有的知识体系结构不良等，种种原因导致STEAM教学流于形式，没有达到应有的效果.

我们将STEAM教育理念引入课程创新实践，在基于数学核心素养的STEAM校本课程教学实践中，探索出以问题项目为核心的学习方式[3]，研发了一系列基于项目的探究式课程，关注学生的过程性体验，推进创意设计活动的开展，培养学生的多学科综合应用与科技创新能力，构建师生共同可持续成长的平台，营造了一种新的教育生态，提升了学生的综合素养.

二、基于数学核心素养的STEAM校本课程设计案例

◆设计任务

元旦就快到了，为我们的晚自习值班老师送上一个平行光手电筒吧.手电筒设计制作的要求如下：

1.运用圆锥曲线（抛物线）的光学性质，制作平行光手电筒.

2.小组合作，利用身边现有的材料，手工制作完成.

3.做到方便实用，且筒身制作精美.

◆工程约束

1.材料的选择：塑料饮料瓶、铁丝、3D打印机、抛物面灯罩、硬纸盒、一次性纸杯、冰棒棍、彩纸、拉花、灯泡、电路、电池.

2.工具的准备：胶枪、胶棒、剪刀等.

◆课程目标

1.掌握抛物线的光学性质，能运用该性质解决实际问题.（数学）

2.能利用现有技术或材料制作抛物面.（技术）

3.了解电路的连接方式，能运用现有材料正确组装、连接电路.（物理）

4.能够利用美学知识制作精美的手电筒手柄.（艺术）

◆学科领域

数学、技术、物理、艺术.

◆核心技能

1.学会使用传统工具（胶枪、剪刀等）和现代工具（计算机、3D打印机）帮助解决问题，提高效率.（科技应用）

2.掌握科学探究的方法，能够独立设计制作方案并完成.（科学探究）

3.掌握设计制作的方法，并运用方法有效地完成任务.（工程设计）

4.树立团队合作意识，进行合理分工，与小组成员合作完成任务，愿意为团队贡献自己的力量.（团队合作）

5.在项目制作的过程中，学会灵活运用既有知识、方法和经验，分析与解决

跨学科问题.（问题解决）

◆项目实施过程

●引入的问题

平行光手电筒是利用抛物线的光学性质制作而成的，实际生活中有许多抛物线光学性质的应用实例，如汽车的远光灯也是利用了抛物线的光学原理，远光灯的光线平行射出，集中且亮度较大，可以照到更高、更远的物体，对于夜间驾驶员的视线有很大的帮助.然而目前滥用远光灯的现象相当严重，错误地使用远光灯会增加危险事故的发生率.

那么抛物线的光学性质是什么？如何证明？其在生活中还有哪些实际应用呢？

●探究活动集

1.模拟实验

学生观看实物小球模拟抛物线光学原理的实验，理解并尝试总结抛物线的光学性质.

2.归纳原理

过焦点的光线经抛物线反射后，反射光线都平行于抛物线的对称轴;反之，平行于抛物线对称轴的入射光线经抛物线反射后必过抛物线的焦点.（教师动态图模拟展示）

3.合作探究

（一）数学证明

学生小组合作，用多种方法进行证明：

（二）软件模拟

利用皓骏软件动态模拟抛物线的光学性质.

（三）教具验证

学生自制抛物面对抛物线的光学性质进行验证.

●问题解决

○制作模型的一般步骤：

1.选择合适的材料;

2.准备适当的工具、加工设备;

3.按设计图样画线;

4.对材料进行锯割、切削等加工;

5.装配;

6.对产品外观造型、色彩进行设计;

7.完成制作.

○安全操作规程：

1.清点工具箱5种工具是否齐全：美工刀、剪刀、钢锯、热熔胶枪、直尺.

2.热熔胶枪的正确使用方法：

①热熔胶棒插入胶枪内;

②打开支架，使胶枪立在桌子上，并在胶枪口处垫一个废旧纸板，以防胶枪滴漏;

③插入电源通电，1分钟后即可使用.

注意：出胶口金属部分的温度很高要注意别烫伤！使用完毕后及时拔出电源插头！

3.注意用电安全.

4.注意不要直视灯光！

○产品制作

第一阶段：材料初加工.

1.抛物面的制作.

方法一：利用3D打印技术制作抛物面.

方法二：用铁丝制作抛物面状的铁丝外罩.

2.进行手电筒外观造型、色彩的设计.

第二阶段：材料组装成型.

1.灯罩与电池电路正确组装.（注意正、负极）

2.灯罩粘接在手柄上.（使用热熔胶枪）

●分享交流

小组展示平行光手电筒作品，分享设计意图、方法及心得，老师及同学对作品进行评价.

作品评价依据及标准：

1.实用：结构简单合理;

2.经济：废物利用率高，环保;

3.美观：主题鲜明，细致美观;

4.创新：beautiful.

三、总结

在基于数学核心素养的STEAM校本课程的实施和探索过程中，我们力求使课程设计更注重关联各学科的整合学习，更好地让学生将各学科知识融会贯通，从而提高学习效率和质量;项目活动更能体现开放性、实践性、综合性、创造性，使学生学会尊重、学会交流与合作，让学生更容易了解社会，学会用数学眼光观察世界、用数学知识解决实际问题，促进数学核心素养的提升，更好地激发学生的无限潜能.

【参考文献】

[1]王晓霞.以STEAM校本课程推进数学核心素养培养初探[J].数学学习与研究，2019（04）：160-161.

[2]朱亚芬，董黎明，焦宝聪.基于STEAM的数学创新思维课程设计研究[J].中国教育信息化·基础教育，2018（16）：14-17.

[3]谢仁松.数学“项目化学习”与“STEAM教育”的深度融合[J].数学教学通讯，2017（22）：13-14.