STSE教育理念指导下的高中生数学核心素养培养研究

黄先杰

摘 要：本文探讨了高中数学课堂中应用核心素养下的STSE教育理念，侧重于环保相关的实践应用。本文介绍了高中数学教学的特点，探讨了核心素养对于高中数学教育的要求，阐述了STSE教育理念及其在高中数学教育中的优势。随后，提供了关于如何运用跨学科整合、创新课堂教学方法、数据分析和建模、伦理和价值观以及社区参与和实践的实际应用思考，将有助于高中数学教育更好地培养学生的综合素养，增强其环保意识和解决实际问题的能力。

关键词：核心素养；STSE教育理念；高中数学；课堂实践

高中数学教育的目标不仅仅是传授数学知识和技能，更重要的是培养学生的综合素养，在这一过程中教育改革发挥着至关重要的作用，促进了教育理念的更新和教学方法的创新。教育改革在国家层面可以通过重新审视课程设置和教学大纲，将环保和可持续发展等现实问题纳入高中数学课程中，意味着不仅要注重数学知识和技能的传授，还要强调数学在解决实际问题中的应用。教育改革在日常教学中可以推动STSE教育理念的融入，通过引入与环保和可持续发展相关的数学问题和案例，让学生了解数学与现实生活的联系。

一、核心素养下对于高中数学教学的要求

核心素养下对高中数学教学有一系列重要要求。首先，数学学科核心素养包括数学抽象、逻辑推理、数学建模、直观想象、数学运算、数据分析等，综合而言，形成综合素养和能力的要求包括以下几个方面：第一，学生能将数学知识进行整合，形成知识网络，能理解不同领域的知识之间的联系；第二，学生能运用数学知识解决实际问题，能从多角度思考问题，提出解决方案；第三，鼓励学生进行创新思维，能提出新的观点和想法，能从新的角度看待问题；第四，学生能自主学习数学知识，具有终身学习的意识和方法；第五，鼓励学生进行合作交流，能在团队中发挥協作作用，能与他人进行有效的沟通和交流。通过以上要求和方法，高中数学教学可以帮助学生形成数学学科核心素养，提高解决实际问题的能力和创新思维能力，为未来的学习和工作打下坚实的基础。其次，数学教育应鼓励学生主动参与社会问题的探讨和解决，高中数学课堂应提供机会，让学生从科学、技术、社会和环境的角度来分析和思考现实问题，培养他们的批判性思维和问题解决能力，学生应该能够运用数学知识和技能，为社会和环境问题提供创新性的解决方案。最后，高中数学教育需要注重培养学生的伦理和价值观[1]。

二、教育改革背景下STSE教育理念的优势

STSE是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）、环境（Environment）的英文缩写，是一种综合性的教育方法，旨在将科学与现实生活、社会和环境等多个领域相结合，以促进学生的综合素养和解决实际问题的能力，在教育改革的背景下其理念具有如下优势。首先，STSE教育强调将科学、技术、社会和环境等因素融合到教育中，使学生能够更全面地理解知识与现实的联系。传统的学科教育往往局限于学科内部的知识体系，而STSE教育则通过跨学科的视角，使学生能够更深入地思考科学知识与社会环境的互动关系，从而提升他们的综合素养和批判性思维能力。其次，STSE教育能够激发学生的学习兴趣和探索欲望。通过引入与学生生活密切相关的实际问题和案例，学生能够更加直观地感受到科学知识在解决实际问题中的应用，从而增强其学习动力。另外，STSE教育能够培养学生的解决问题能力和创新精神。通过探究真实的社会和环境问题，学生不仅可以运用所学的科学知识进行分析和解决，还能够培养解决问题的能力和创造性思维，从而为未来的可持续发展做出积极贡献[2]。

三、STSE教育理念与培养数学核心素养之间的关系

首先，STSE教育理念强调科学、技术、社会和环境之间的联系和融合，这与数学核心素养中的数学抽象、逻辑推理、数学建模、直观想象、数学运算、数据分析等方面有着密切的联系。数学核心素养的培养不仅要求学生掌握数学知识，还要求学生能够运用数学知识解决实际问题，这正符合STSE教育理念的要求，因此STSE教育理念与数学核心素养之间存在着相互促进、相辅相成的关系。其次，STSE教育理念对数学核心素养有所提升。第一，STSE教育理念蕴含从具体情境中抽象出数学本质，与数学核心素养中的抽象思维相吻合，通过引入实际问题和情境，可以帮助学生更好地理解抽象的数学概念和知识，进而提高他们的抽象思维能力。第二，STSE教育理念还蕴含运用逻辑推理方法解决问题，与数学核心素养中的逻辑推理能力相呼应，通过引导学生解决实际问题，可以帮助学生更好地理解数学知识之间的联系，进而提高学生的逻辑推理能力。第三，STSE教育理念蕴含建立数学模型解决实际问题，这与数学核心素养中的数学建模能力相一致，通过引导学生建立数学模型，可以帮助学生更好地理解数学知识的应用价值，进而提高学生的数学建模能力。第四，STSE教育理念蕴含几何直观和空间想象能力在实际问题中的应用，这与数学核心素养中的直观想象能力相符合。通过引入实际问题和具体情境，可以帮助学生更好地理解抽象的数学概念和问题，进而提高他们的直观想象能力。第五，STSE教育理念蕴含从数据中提取信息、做出预测和决策的能力，这与数学核心素养中的数据分析能力相呼应。

四、基于核心素养及教改背景下的STSE教育理念在实践中的应用思考

（一）选择环保相关问题

教师可以选择与环保和可持续发展相关的数学问题，如能源消耗、污染控制、资源管理等，将这些问题引入数学课堂，这些问题既能激发学生的兴趣，又能帮助他们理解数学在解决现实问题中的应用。首先，教师可以让学生研究一个城市的能源消耗情况，包括电力、燃气和燃油的使用，学生可以收集和分析历史能源消耗数据，并使用数学方法来预测未来的消耗趋势，通过这个项目，学生可以了解如何使用数学模型来帮助城市规划更可持续的能源政策，减少碳排放。其次，学生可以研究某个污染源，如化工厂，来了解它的排放情况，可以使用数学模型来估算不同排放水平对周围环境的影响，并提出减少污染的数学建议，项目可以帮助学生理解如何利用数学来制定环境政策，以减少空气和水污染。最后，教师可以引导学生探讨资源管理问题，如森林资源的可持续利用，学生可以使用数学方法来模拟森林伐木和再生的过程，以确定最佳的伐木策略，以保护生态系统的平衡，通过项目，学生可以理解数学在可持续资源管理中的应用，以维护生态平衡和生物多样性。

（二）注重跨学科的整合

将数学与其他学科整合，鼓励学生跨学科地探讨环保问题。例如：可以与科学课程合作，研究气候变化和数学模型之间的关系，或者与社会科学合作，分析环境政策和社会影响的数据，这种整合有助于培养学生的综合素养。第一，数学和科学课程可以合作来研究气候变化，学生可以分析气象数据，使用数学模型来预测气候变化的趋势，学生可以研究温室气体排放与全球气温升高之间的关系，并使用统计学方法来评估这种关联，通过这个跨学科项目，学生不仅可以学习数学的应用，还可以深入了解气候科学和环境问题。第二，与社会科学课程合作，学生可以研究环保政策和社会影响，可以分析环境法规的数据，了解政策对空气质量、水资源和社区的影响。学生可以使用数学统计和经济学原理来评估政策的有效性，以及政策对不同社会群体的影响，通过这个项目，能够理解数学與社会科学的交叉点，以及如何运用数学来评估环境政策的效果。第三，将数学与生物学整合，学生可以研究生态系统的稳定性和生物多样性，可以使用数学模型来分析食物链和生态相互作用，以了解不同物种之间的关系[3]。

（三）创新课堂教学方法

教育改革也要求教育工作者必须探索采用创新的教学方法，如项目式学习、问题驱动学习和探究式学习，可以有效培养学生的批判性思维、合作和解决问题的能力，同时将数学知识与实际问题相结合，推动教育教学的创新和提高。首先，教师可以提出一个大型项目，要求学生合作解决与环保相关的问题。例如：学生可以开展一个关于当地校园节水方案的项目。在这个项目中，学生需要收集水消耗数据，分析用水习惯，并提出改进方案以减少浪费。通过这种项目式学习，学生不仅应用数学知识，还培养了团队合作和项目管理技能。其次，教师可以提供一个真实的环保问题，要求学生探讨并提出解决方案。例如：学生可以研究当地的空气质量问题，分析数据以确定主要污染源，并提出改善空气质量的建议。在这个过程中，学生需要运用数学方法来分析数据和制定解决方案，从而培养了他们的批判性思维和解决问题的能力。最后，教师可以鼓励学生通过自主探究来解决环保问题[4]。

（四）强化数据建模分析

在教育改革的背景下，强化学生的数据分析和建模能力，将数学运用于环保问题的解决，具有重要意义。这一建议符合教育改革的核心理念，即通过实践性的学习活动培养学生的综合能力和解决问题的能力。首先，学生可以收集当地空气质量监测站的数据，利用统计学方法分析不同污染物的浓度、天气条件等数据，以确定不同因素对空气质量的影响，并建立数学模型预测未来的空气质量变化。通过这个项目，学生将学会如何使用数学来解释环保数据和制定政策建议，提高他们的科学素养。其次，学生可以研究可持续能源的数据，如太阳能和风能的产量，利用数学建模分析可再生能源的增长趋势，并预测未来的能源需求。通过这个项目，学生将了解数学在可持续发展和环保方面的应用，同时认识到可再生能源的重要性。最后，学生可以研究垃圾分类和废物管理的数据，包括不同类型的废物产生和处理方式，利用数学方法分析垃圾处理效率，评估垃圾分类政策的影响。通过这个项目，学生将学到如何使用数据来优化废物管理，减少垃圾堆积和资源浪费。通过上述实践项目，学生将学会如何运用数学工具收集、分析和解释与环保问题相关的数据，不仅提升了他们的数学素养，还增强了他们的科学素养和解决问题的能力。这些实践性的学习方式有助于学生更好地应对环保和可持续发展方面的挑战[5]。

（五）强调伦理和价值观

在解决环保问题时，教师应强调伦理和价值观的重要性，讨论环保决策和行动的伦理考量，可以帮助学生理解科学和数学不仅仅是工具，还与社会责任和伦理有关。首先，学生可以研究资源分配和管理的伦理问题，如水资源的分配，也可以讨论在有限水资源下如何分配给不同社会群体，以满足基本需求并保护生态系统，通过伦理讨论学生将了解数学在资源管理中的伦理挑战，以及如何平衡社会需求和环境保护。其次，学生可以探讨碳排放和气候变化的伦理问题，可以分析不同国家和公司的碳排放数据，讨论谁应该承担更大的责任来减少排放，通过这个项目学生将理解数学与环境伦理和全球公平之间的关系，以及如何使用数学来支持环保政策。最后，学生可以研究与环保数据收集和隐私保护相关的伦理问题，讨论在环保研究中如何平衡数据收集的必要性与保护个人隐私的权益，通过伦理讨论，学生将了解数学在数据分析和伦理决策中的作用，以及如何维护数据隐私和伦理标准。

（六）鼓励社区参与实践

在教育改革的背景下，鼓励学生参与环保活动和社区服务项目，将数学技能用于解决当地的环保问题，不仅加强了学生的社会责任感，还提供了实际的应用机会。这一建议符合教育改革的核心理念，即将课堂学习与社会实践相结合，以培养学生的综合素养和解决现实问题的能力。首先，学生可以参与当地的环保清理活动，如清理海滩、公园或河流。在这些活动中，学生可以运用数学技能帮助组织者计划和执行清理活动，例如估算所需的志愿者人数、计算清理区域的面积，或者跟踪垃圾清理的进展。通过这样的实践，学生不仅参加了社区服务，还将数学应用于实际环保问题中，实现了理论与实践的结合。其次，学生可以合作开展废物减量计划，旨在减少学校或社区的废物产生。通过分析废物生成的模式、制定减量目标并监测废物减量的进展，学生可以深入思考废物管理和资源利用的环保问题，并实际参与减少废物的努力。最后，学生可以协助当地环保组织或政府部门收集环境数据，如水质、空气质量或野生动植物种群。他们可以运用数学技能帮助分析数据，检测环境问题或趋势，并协助制定改进政策的建议。通过这样的实践活动，学生将深入理解数学在环保工作中的应用，并为改善环境做出贡献。

结束语

综上所述，本文强调了将STSE教育理念与高中数学课堂相结合的重要性，特别是在环保领域，通过鼓励学生参与实际环保项目，跨学科整合和创新教学方法的运用，以及数据分析、数学建模、伦理意识和社会责任的培养，可以更好地实现高中数学教育的目标。综合性的教育方法将培养学生的综合素养，增强学生的环保意识，使学生成为未来的接班人和决策者，能够更好地解决复杂的环保问题，为可持续的未来做出贡献。

参考文献

[1]杜林.高中数学学科核心素养的培养策略分析[J].新课程，2022（29）：54-55.

[2]曾莲春.核心素养背景下优化高中数学教学的策略探究[J].国家通用语言文字教学与研究，2022（5）：82-84.

[3]杨莹，范立新.高中数学中类比思想的应用[J].课堂内外（高中教研），2022（3）：43-44.

[4]刘苏娟.STSE视域下的高中数学建模教学：以“函数模型的应用”为例[J].数学教学通讯，2023（21）：3-6，13.

[5]杨凤勉，赵体波.高中数学变式教学策略探讨[J].数理天地（高中版），2022（6）：17-19.

本文系广西教育科学“十四五”规划2023年度课题“基于STSE教育理念培养数学核心素养的高中教学改进研究”（课题编号：2023C408）的研究成果。