STEM教育理念下培养高中数学深度思维能力的线上教学实践研究

薛彦旭

【摘要】教育事业的不断发展与对STEM教育理念的学习和引入，在教学理念、教学核心素养和内容等方面逐渐改变了高中数学的教学方式.基于全新教育教学模式下的STEM教育理念不断深入高中数学教学，促使学生的思维能力和学习能力产生明显的提高和进步.在STEM教育理念下，本文对高中数学教学中培养学生深度思维能力的线上教学进行了实践分析，并提出了有效建议.

【关键词】STEM教育理念;高中学生;深度思维能力;线上教学

【基金项目】甘肃省教育科学“十三五”规划2020年度课题《STEM教育理念下，线上教学对高中数学深度思维培养的实践研究》（立项号GS[2020]GHB2733）.

一、概念的界定

STEM教育是一种注重科学和实践的教育理念和教育模式.它涵盖了科学、技术、工程、数学等多门学科知识，它打破了传统意义上的单学科知识传授模式，注重跨学科知识的整合和实践，是一种多学科相互融合的综合教育.STEM中的“S”（Science，即科学）重在认识世界和解释自然客观规律，“T”（Technology，即技术）和“E”（Engineering，即工程）强调在尊重自然客观规律之上对世界的改造，解决人类社会发展历程中遇到的各种各样的问题，“M”（Mathematics，即数学）则是构建技术与工程两门学科的基础工具.STEM课程绝不是将科学、技术、工程和数学四门学科的知识和教育简单叠加起来，这四者之间是互相支撑、互相补充、均衡发展的关系.

思維的深度是指集中思维能力在资料中找出合乎逻辑的联系，得出一定的结论，或对几种解决方案加以比较研究，从而得出一种解决问题的办法，即透过现象得出本质的思考能力.它不仅决定着思想高度的提升，也决定着思维广度的延伸，从某种程度上影响着思维的速度.

线上教学即网络远程教育，它是指跨越地理空间进行的教育教学活动.远程教育涉及各种教育活动，主要包括课堂问题背景、授课方式、探讨研究、合作交流和归纳总结等.它不仅克服了传统教育在空间、时间、受教育年龄和教育环境等方面的限制，还带来了崭新的学习模式，它将使传统教育发生巨大的变化.

二、利用线上教学平台在高中数学教学中实践STEM教育理念，凸显教师主导地位，深化学生主体作用

高中数学教育教学的核心素养是培养学生的抽象概括能力、逻辑推理能力、数学建模能力、直观想象能力、运算能力和数据处理能力，这些能力的养成会为学生今后的发展奠定坚实的基础.科学技术的飞速发展，多元化信息教学辅助手段的介入，对高中数学教学方式提出了挑战和更高的要求，即线上、线下教学中应重点培养学生数学学科思维、核心素养的养成等.将STEM教育理念融入课堂教学势在必行，而怎样有效地融入科学、技术、工程内容是当下教育研究的大热门.

1.线上教学可以帮助教师在教学中培养学生自主学习的意识

在高中数学课堂中融入STEM教育理念，教师需细致分析教学目标以及学生的综合特征、个体差异和跨学科知识储备等.教师可绘制学习内容的结构关系和切合点，为学生提供能在思维上连续具体地构建学习中的真实情境和解决问题的办法，当然包括线上、线下查阅的资料等，还应巧妙设计课堂程序，优化备课过程，形成高效的、学生容易接受的导学案和课件.例如，在进行空间几何体的三视图和直观图的教学设计时，教师可预设好情境、教学方法、自学方法、学生自主探究问题、同伴合作交流问题等，通过网络平台提供丰富的动态演示图片或老师自带实物进行演示，在课堂上让学生动手构建一些立体实物，通过从不同角度观察、对比、归纳图形的特征，尝试总结三视图和直观图的画法，老师指引学生注意画图的注意事项，总结知识，感悟数学方法，积淀数学思想.

2.线上教学能帮助学生整合数学学科知识体系，交叉学科之间的逻辑关系、情境问题

当下是信息时代，知识量大，辐射领域广，学生接触的知识、信息量大，而线上学习不受时间、地域的影响，能为主动学习者提供丰富多彩的学习机会，随时随地可以学习，但在学习时学生要能去伪存真，养成一定的思维能力，从而吸取精华，整合信息，细化知识体系.在STEM教育理念下增强学科之间的联系，能够降低学生学习综合知识的困难程度.融合各科目背景知识的学习和积累，构建与数学的相关联系，用数学思维主动去解决问题，这不仅增强了学生对数学学科的再认识，也巩固了交叉学科之间的内在联系，从而提升学生的综合素养.

三、利用线上教学辅助平台深化STEM教育理念

1.在高中数学线上课堂融入科学和技术教育

在STEM教育理念之下，通过线上教育的教学方式可激发学生学习的兴趣，培养学生主动学习、热爱学习的好习惯，并能独立研究问题、解决问题，从而提升创新思维能力.这就需要学生将已有的知识结合观察能力、动手能力、抽象概括能力，把实际问题抽象概括为数学问题，再把教学理论和实践结合起来，加深对学科的再认识.其主要目的就是让学生从实际生活出发，利用实践提升自身的创新能力和思维能力.

例题，水车是人类一项古老的发明，最早出现在东汉时期，是中国农耕文化的重要组成部分，其原理是利用水流产生的动力将水从地势低处提升到地势高处进行灌溉.如图1是一个水车的示意图，已知水车逆时针匀速旋转一圈的时间是80秒，半径为3米，水车中心B（即圆心）距水面1.5米，若以水面为x轴、圆心到水面的垂线为y轴建立直角坐标系，水车的一个水斗从出水面点A处开始计时，经过t秒后转到P点的位置，则点P到水面的距离h与时间t的函数关系式为（）.

A.h=3sinπ40t-π6+1.5

B.h=1.5cosπ40t+π6+3

C.h=3cosπ40t-π3+1.5

D.h=1.5sinπ40t+π3+3

分析如图所示，过P向x轴作垂线，垂足为E，过B作x轴的平行线交圆B于点C，交PE于点D，则h=PE=PD+1.5.

由BO=1.5，可得∠CBA=∠BAO=π6.

∵水车的角速度ω=2π80=π40，

∴由题意，可得∠PBA=π40t，

可得∠PBD=∠PBA-∠CBA=π40t-π6，

∴在△PBD中，PD=PBsin∠PBD=3sinπ40t-π6，

∴点P到水面的距离h=PD+1.5=3sinπ40t-π6+1.5.

学生查阅资料了解了用水流动力进行灌溉的知识，知道了水流动力的基本原理，并通过电脑模拟和计算器计算，拟合出水流动力距离h与时间t的正弦曲线，不仅知道了科学知识和生活应用的联系，更增强了学生探索自然界奥妙的能力.

2.信息技术与教学方式的融合

开展线上教学需要教师结合高中数学的课程特点设计相应的教学方式，即根据线上教学的特点，通过互动的教学方式开展高中数学学科线上教学，将STEM教学用到的自学资料、活动设计方案等提前分享到线上平台，以便学生进行学习和实践，逐步培养学生的自学习惯.老师则根据学生学习的效率，按照之前下达的任务对学生的成绩进行点评，让学生在学习高中数学的时候能够利用STEM思维方式潜移默化地进行学习，以逐渐培养学生的思维能力.如在教学高中教材人教A版“椭圆”一节时，笔者利用学校的多媒体机房，在每个学生机上安装了Excel和“几何画板”软件，并在教学中指导学生绘制椭圆，根据椭圆标准方程的特点，给a和b设置一些参数，让学生领会a和b取不同的值时椭圆的形状变化.另外，学生可通过分组合作，观察图像的动态演示效果，归纳椭圆扁圆的变化情况，加深对椭圆数与形的体会和理解，同时增强对信息技术的应用能力.

3.在高中数学线上课堂中融入工程教育

在新课改背景下，高中数学教材中多数知识的生成过程都是通过生活中的例子来呈现的.所以教师可通过线上微课平台搭建高中数学线上课堂，通过线上展示高中数学与其他学科课程的结合进行教学，同时借助STEM理念对当前教学方式进行优化，以学生为中心，通过线上微课平台进行新旧知识的联系.学生根据STEM教育理念收集学习中遇到的问题，并在线上与老师或者同学进行交流，进而解决自己遇到的问题.分析发现，线上学习更加有利于激发学生学习数学知识的积极性和主动性.如学习高中教材人教A版必修4“三角函数模型的简单应用”一节中，有如下例题.

例题：某游乐场中半径为30米的摩天轮逆时针（固定从一侧观察）匀速旋转，每5分钟转一圈，其最低点离底面5米，如果以你从最低点登上摩天轮的时刻开始计时，那么你与地面的距离y（米）随时间t（秒）变化的关系式为（）.

A.y=30sin2π5t-π2+35

B.y=30sinπ150t-π2+35

C.y=30sin2π5t+π2+5

D.y=30sinπ150t+π2+5

分析设y=Asin（ωt+φ）+B.

由题意，可得A=30，ω=2π300=π150，B=30×2+5-30=35，（0，5）为最低点，

代入可得5=30sin φ+35，则sin φ=-1，

φ=-π2+2kπ，k=0时，φ=-π2，

∴y=30sinπ150t-π2+35，选B.

在项目问题解决中，笔者指引学生实地考察游乐场中摩天轮人与地面的距离y（米）随时间t（秒）变化的关系，通过运算了解了工程问题，同时体会了科学研究的一般方法，有助于培养学生良好的科学素养.

随着STEM教育理念的出现，教师在指导学生学习时应当转变教学方式，适当地利用STEM理念优化教学方式，提升学生自身的综合能力.而这也会成为各个学科进行教学的一种新方式，打破传统单一的教学方式，延伸到其他学科之中，让学生体会在学习数学知识的同时，还能够利用数学思維和工具研究其他学科的问题，并最终转化为学生内在的综合核心素养，提升学生的创新能力和研究能力.

【参考文献】

[1]李创荣.STEM教育理念下高中数学教学实践探索[J].散文选刊：中旬刊，2020（3）：24-25.

[2]戴天竹.STEM教育理念在高中数学课堂教学中的应用[J].中学数学：高中版，2020（6）：84-85.