基于STEM教育理念的小学数学跨学科整合教学策略

【摘要】在新课程改革浪潮的推动下，运用跨学科知识解决现实问题是我国基础教育改革的明确目标之一.但就实际情况而言，在小学数学教学中，跨学科整合教学的实施效果不够好.文章以STEM教育理念为导向，旨在探究小学数学跨学科教学的实施方法，首先分析了小学数学跨学科教学的意义，其次提出了跨学科整合教学原则，最后围绕项目活动、概念性知识、核心知识网、工程思维、设计创造等方面阐述了小学数学跨学科整合教学的实施方法，以期实现小学数学跨学科的有效整合，推动小学数学教学向更富实践性、探索性和创新性的方向发展.

【关键词】STEM教育理念；小学；数学；跨学科教学

引 言

STEM教育理念逐渐受到广泛关注并在实践中得到深入应用.STEM，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四大领域，倡导通过整合各学科知识，培养学生跨学科解决问题的能力、创新思维和实践操作技能.这和我国《义务教育数学课程标准（2022年版）》的基本理念和需求基本一致.为促进学校教育培养和提升学生解决现实问题所必需的思维能力及实践能力，在义务教育阶段，将STEM教育理念引入小学数学跨学科整合教学中，是新一轮教学改革的趋势.

一、STEM教育理念下小学数学跨学科教学意义

（一）促进学生核心概念理解

核心概念是学科知识体系的精髓，具有持久的价值和广泛的迁移性，是学生深入学习和自主探索的基础支柱，也是驱动学生积极求知和保持学习热情的关键要素.基于STEM教育理念的小学数学跨学科教学，强调从核心概念入手，巧妙地将数学与其他学科的核心知识点相互联结，通过精心设计的教学活动，实现不同学科知识体系的无缝对接与深度融合，帮助学生准确理解数学的核心概念，增进对数学及其他学科之间内在联系的认识.

（二）促进学生高阶思维发展

在STEM课程设计与实施中，数学与其他学科的跨学科整合特别有利于培育学生在面对问题时的主动探究精神.学生在解决实际问题的过程中，能清晰地认识到所要学习的知识内容、来源以及获取知识的方法，并在此基础上学会在与多元信息和文本资源交互的过程中主动建构个人知识体系，实现知识的迁移和应用，用所学的数学原理解决实际生活中的种种难题.此外，通过跨学科的教学实践活动，如完成涉及数学及STEM其他领域的项目作品，学生不仅锻炼了灵活使用符号工具进行沟通交流的能力，还在解决问题时表现出创新性思考，洞察不同事物间的相互影响关系，发掘多种问题解决方案，并在实践中学会自我调控，克服困难，抵御干扰，这无疑极大地促进了学生高阶思维能力的发展.

（三）促进学生动手实践能力发展

在常规教学实践中，由于应试教育的压力，教师常常从零散的学科知识点着手，花费大量时间让学生反复操练基本知识与技能，然后才过渡到知识的应用层面.这种方式虽然强化了学科知识体系的构建，却在一定程度上忽视了对学生动手操作能力与实践创新能力的培养.基于STEM教育理念的小学数学跨学科教学，恰恰重视并弥补了这一方面的缺失.在这一教学模式下，学生有机会通过跨学科的综合实践活动，将数学知识与其他STEM领域的技能有机结合起来，在制作实物产品或解决问题的过程中，运用并深化理解各类知识，通过实践操作，最大限度地挖掘自身潜能.

（四）促进学生学习能力提升

布置跨学科任务，能够有效激发学生对未知领域的好奇心，增强其内在的学习动力；学生在解决跨学科问题的过程中，不断克服难题，抵抗消极情绪，逐渐磨炼出稳定持久的学习耐力；通过参与挑战性强的数学跨学科实践活动，学生能够在自主设计、独立解决问题、做出决策或进行调研的过程中，不断提升自身的能力，形成高效的学习能力.学习动力、学习耐力和学习效能共同助力学生学习能力的提升.

二、基于STEM教育理念的小学数学跨学科整合教学原则

（一）价值引领与科学探究相结合

教师应引导学生在探究数学问题的同时，理解数学与现实世界的关联，培养他们尊重事实、追求真理的科学态度，以及运用科学方法解决问题的习惯.通过数学跨学科的整合，学生在跨学科的科学探究中领悟数学的实用价值和社会价值.

（二）活动序列化与多学科统整相结合

小学数学跨学科整合教学应依据学生的认知发展规律和学科知识体系，设计一系列循序渐进、环环相扣的教学活动.这些活动应涵盖多个学科领域，但又以数学为主线，形成有序的活动序列，保证学生在逐步接触和掌握各学科知识的同时，能够清晰地看到数学与其他学科之间的内在联系，实现知识的系统化.

（三）实践操作与高阶思维发展相结合

教学中应强调实践操作的重要性，鼓励学生通过动手实践、模拟实验、项目设计等方式，亲身体验数学知识的应用场景.在实际操作中，注重培养学生分析问题、解决问题的高阶思维能力，包括批判性思维、创新思维、系统思维等，使学生能够在面对复杂情境时，灵活运用所学知识，发挥创造力，解决实际问题.

三、基于STEM教育理念的小学数学跨学科整合教学策略

（一）以项目活动为载体

项目活动是一种以特定目标为导向的教学方法，其围绕着一个具有实际意义和挑战性的主题展开，通常涉及多学科知识的融合和实践操作技能的应用.在教育场景中，项目活动要求学生积极参与，通过调研、规划、设计、执行、评估等一系列步骤来解决实际问题或创造某项成果，从而获得深层次的学习体验.教师在实施跨学科整合教学时，不仅要关注项目任务本身的内在逻辑和难度设置，还需悉心营造综合性学习环境，以增进学生对学习内容的理解和掌握.在这样的项目活动中，数学等学科知识不再孤立存在.学生在面对源自现实生活的实际问题时，不再是单纯吸收和记忆基础理论知识，而是转变为以解决问题为导向，在特定情境中积极调动既有的学习经验和各类相关学科知识，形成一个主动构建知识体系的过程.如此一来，学生在参与项目活动的过程中，其创新能力、问题解决技巧、批判性思考及团队合作交际能力等诸多高级认知能力得到显著提升，进而推动其思维品质向更高层次跃进.

以人教版小学数学三年级上册“数学广角———集合”为例，教师可以“颜色配制中的学问”为主题开展项目活动，以便让学生在实践中深化理解排列与组合的基本原理，并体会其在日常生活中的广泛应用.首先，激发兴趣，导入主题.教师课前可以通过“石头、剪刀、布”的游戏引导学生直观感受两两组合的现象，引发他们对组合问题的兴趣.在此基础上，教师为学生讲述生活中色彩搭配的实际例子，如衣服颜色搭配、食物配比等，进而过渡到颜色配制的主题，揭示数学与生活实践的紧密关系.

其次，设计与实施项目任务.教师要将学生分成多个小组，每个小组需要合作完成任务———利用三种不同颜色的食物汁进行两两配制，记录下所有可能的新颜色组合，并确保每种组合仅出现一次，避免重复和遗漏.然后，引导各小组讨论并制订详细的实验计划，强调实验过程中要使用等量的食物汁，以及如何系统地进行两两配对以找到所有可能的组合.学生实验过程中，教师巡回指导，提出富有启发性的问题“怎样有效组织实验以发现颜色配制的规律”帮助学生理解实验的目的和方法，并借此机会讲解排列数和组合数的区别及其计算方式.

再次，创造性地表达与展示.在学生完成颜色配制后，教师要引导学生利用自己调配出的新颜色，共同创作一幅有意义的图画，以此锻炼他们的审美意识和创新能力.各小组不仅要展示最终的艺术作品，还要详尽阐述实验的设计思路、过程、结论，以及他们在合作中扮演的角色和收获的经验，突出数学知识转化为视觉艺术形式的过程.

最后，进行反思与总结.在展示与分享之后，教师引导学生反思整个实验过程，从科学实验的角度出发，概括科学实验的概念及其重要性，讨论科学家是如何通过设计实验解决问题的.

（二）以概念性知识为统整

概念性知识构成了特定学科领域的基础知识架构和核心原理，对于该学科的学习和发展起着至关重要的支撑作用.因此，教师在进行跨学科整合教学时，应以概念性知识为核心纽带，确保学生充分理解和掌握数学概念的本质特性，并能在不同学科交叉的情境中丰富和完善这些概念知识，以达成知识的融会贯通.同时，教师还应注意将事实性知识与概念性知识有机结合，建立两者间的递进联系，确保低阶知识能够支撑高阶思维技能的发展，而高阶思维训练又能反哺低阶知识的理解和应用，形成良性循环的教育生态.

以人教版小学数学四年级下册“图形的运动（二）”为例，本单元主要探讨图形平移、旋转和轴对称等基本变换概念.教师可以将这些数学概念与艺术甚至信息技术等学科内容相融合，如通过计算机编程模拟图形的动态变换，让学生直观感受和理解数学概念的同时，也接触到编程逻辑.此外，教师还可以结合艺术设计中的图案制作，让学生在动手实践中进一步巩固和拓展对图形运动概念的理解.

（三）以核心知识网为主体

在基于STEM教育理念的小学数学跨学科整合教学中，除了围绕概念性知识进行统整之外，教师更要构建一个由核心概念知识、关键概念知识至具体知识点逐层递进、相互关联的知识网络.因此，教师应立足于各学科的核心知识，编织出包含不同学科核心概念、关键概念及其具体知识点的完整知识架构.

第一，教师可以基于国家课程标准，从顶层逐步向下梳理，寻找各个学科内部严谨有序的知识结构，形成既有结构性又有内在联系的核心知识体系.第二，教师可以从具体的教材内容、知识点以及学生在学习过程中遇到的难点和重点出发，逐步向上寻找和提炼出更具普遍适用性的概念.通过细致分析、整合这些知识点所共有的深层含义，并对照单元目标、教学目标乃至整体课程目标，确保提炼出的概念与课程教学目标相吻合.

（四）以工程思维为切入点

工程思维强调问题解决和创新实践，要求学生在实际情境中应用数学知识，模拟工程师的思考路径，从识别问题、分析问题、设计解决方案、实施方案直至评估结果，全过程锻炼学生的系统性思维、批判性思维及创新能力.因此，教师可以设计一系列与工程实践相关的数学问题或项目，比如通过搭建模型、设计实验、解决实际工程问题等，将数学概念和公式融入真实的工程项目，进而让学生在实践中深刻理解数学概念的应用价值，培养他们跨学科解决问题的能力，提高学生的动手实践能力和创新意识，为未来打下坚实基础.

以人教版小学数学五年级下册“数学广角———植树问题”为例，教师可以设计一系列与植树相关的实际工程情境，让学生通过模拟真实世界中的植树规划，如公园绿化带的树木种植布局、公路两侧植树间距的确定等，来应用数学概念和公式.在这个过程中，首先，学生需要识别问题，明确植树情境中的数学问题本质，如“在一段指定长度的路上，每隔多少米栽一棵树最合适？”；接着，引导学生运用数学方法分析问题，如借助线性规划、周期性排列等数学原理来解析植树间距问题；随后，学生需设计并实施方案，绘制植树示意图，模拟计算最佳植树方案；最后，通过评估结果，检验设计方案是否合理有效，能否满足实际工程的需求.

（五）以设计创造为抓手

设计创造着重引导学生通过设计和创造活动，将数学知识与其他学科的元素紧密结合，从而提升学生的知识应用能力.在教学实践中，教师可以设计一系列富有挑战性和创新性的任务，鼓励学生运用所学的数学原理、方法以及科学、技术、工程等相关知识，解决实际问题或创造出新颖的作品.通过设计创造活动，学生不仅能够在实践中加强对数学概念的掌握，更能锻炼其问题解决、创新思维、团队协作等跨学科综合能力.同时，设计创造的过程也赋予了学生更多主动参与和自我探索的机会，有利于激发学生对数学及其他学科的浓厚兴趣，促进其全面发展.

以人教版小学数学六年级下册“比例”为例，教师可以让学生运用所学的比例知识，结合环保理念，设计一款合理的、节约材料的包装盒尺寸，要求包装盒既美观又节省材料，同时满足物品安全存放的需求.此外，教师还可以延伸至艺术设计领域，让学生运用比例美学原则，设计一套包含多种图形元素且保持和谐比例的海报或图案组合.在创作过程中，学生不仅要考虑各个部分的尺寸比例，还要兼顾整体布局的视觉平衡美感.

结 语

在STEM教育理念的引领下，小学数学跨学科整合教学不仅有助于提升学生的核心概念理解、高阶思维能力和动手实践能力，还为学生创造了更广阔的学习空间.通过坚持价值引领与科学探究、活动序列化与多学科统整、实践操作与思维发展等教学原则，以及依托项目活动、统整概念性知识、组织核心知识网、以工程思维和设计创造为抓手，能够更有效地促进学生的全面发展，培养其创新精神和实践能力，为培养具备综合素养的人才打下坚实的基础.

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