基于STEM教育理念的中职数学教学实践研究
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作者:杨亚平 杨桂秀
[摘 要] 数学作为数字化时代的科学基础，是知识密集型经济中合格的技术人才所需的基本技能。它不仅支撑着中职学生后继专业课程的学习，更影响着其未来生活和终身发展。针对中职数学教学面临的困境，分析STEM教育理念对中职数学教学的价值，并通过教学实践探索了如何在中职数学教学中进行结合学生专业的、以STEM教育理论为指导的数学教学。实践表明，该教学能有效改变学生学习数学的态度，并促进其数学知识与技能的掌握与数学应用能力的培养。
[关 键 词] 中职院校;数学教学;STEM教育
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）27-0164-02
中等职业教育作为职业教育体系的重要组成部分，在实施人才强国战略和科教兴国战略中具有特殊地位。中职教育的任务是培养能在生产、服务一线工作的高素质劳动者和技能型人才[1]。数学既是高素质劳动者在数字革命时代必备的知识和技能，又是中职学生专业学习的基础，对他们的职业发展和终身学习具有重要作用，然而它却遭绝大多数中职学生厌弃。如何培养学生积极的数学态度、提高数学成绩、获得数学能力，使数学能够真正“学以致用，服务专业”，成为中职数学教育亟待解决的问题。
一、中职数学教学现状
高校扩招而兴起的“普高热”导致中职学校生源数量不断减少、素质日益下降，进一步加重了学生数学基础薄弱、学习能力低等问题。对大多数中职学生而言，学习一技之长是进入中职院校的唯一目标，数学只是为了获得毕业证而不得不学的公共课程，其数学学习的主动性较差。加之目前多数中职学校所用的数学教材仍以学科体系编排，与学生的专业、生活联系甚少。一些科班毕业的中职教师依然遵循传统的教学方法，侧重知识和技能的单向传播，忽略了学生的主体作用，学生未曾有主动建构知识的机会和体验。目前的中职数学教学从诸多方面不断消磨着学生的学习主动性，扭曲着学习的意义和价值，导致学生厌学情绪严重，教学效果堪忧;而糟糕的教学体验又使教师逐渐散失了教学积极性，形成教与学的恶性循环。
为此，近年来许多一线教师努力更新自己教学理念、不断尝试新的教学方法以提高教学效果。行动导向教学法、“导学案”教学、项目学习法、翻转课堂教学法、融入数学建模思想等教学方法频频出现在中职数学教学文献中，它们都致力于提高中职学生的态度、数学成绩以及培养数学能力，但将教学方法真正落实到数学课堂上进行实证研究的案例仍为数不多。
二、STEM教育的内涵
STEM即科学、技术、工程和数学的英文首字母简写，STEM教育囊括了与之相关的所有领域，甚至与经济学、社会学、政治学等相关。其特色是在教育过程中重视学科知识间的内在联系[2]。这种整合并非学科的简单叠加，而是通过在解决真实问题的过程中采用以学生为中心、问题驱动的学习方式，以便学生在应用知识、获得知识过程中将多个学科有效融合为一个有机体，并培养其问题解决能力、复合思维与创新思维等[3]。
目前，STEM教育有三种常用的整合方式：内容整合，即围绕涉及多个领域的大概念（big ideas）来设计教学活动，如电气系统、机械系统等;辅助式整合，即以一门学科为主，其它学科只是为了辅助该学科的学习。如在科学课上，学生用作图、统计、运算等数学知识;情境整合，即以一个学科的内容为核心目标，教师利用其他领域的现实问题情境来推动核心内容的学习[4]。在具体的教学方法上，国内学者大多采用行动导向的情境教学法在常规课程中渗透STEM教育理念。国际上常用基于问题的学习和基于项目的学习，基于项目的学习一般包含五个教学环节，即反思、研究、探索、应用、交流。
三、STEM教育理念融入中职数学教学的意义
（一）有助于培养学生积极的数学态度
“态度决定一切”，积极的数学态度能使学生有一种专注于数学学习的倾向，从而促进学生各项思维品质的发展，最终使学生在学习中获得成功[5]。然而，中职学生的数学态度普遍消极，在数学的应用意识、感知能力、感知价值、行为倾向方面均较为薄弱，而STEM是知识、方法、技能、能力、态度等多元素的综合。学科态度、职业倾向是STEM教育项目评估的高频主题。已有研究表明整合性STEM教育通过更加联系的方式進行教学，能够提高学生的STEM兴趣、使学生认识到STEM的价值，从而培养学生积极的STEM态度。因此，围绕基于STEM教育理念下的数学教学将有望培养中职学生积极的数学态度。
（二）有助于学生提高数学成绩，培养数学能力
提高数学成绩、培养数学能力是中职数学教育的基本目标。戴维斯的“技术接受模型”和谢弗的“社会认知理论”表明积极的态度会对学生的认知和行为意图产生正面影响，进而获得好的行为效果，并会反过来强化学生的态度。因此，STEM教育理念下的中职数学将有望通过提高学生的数学态度提高其数学成绩和培养能力。此外，从认知或学习科学的视角而言，有联系的概念将有利于未来知识的提取和意义的建构，而且对低学业成就感的学生尤为有效。所以围绕数学核心内容，通过创设与专业相关的情境来整合学科知识，使学生在数学与生活、专业相联系的环境中建构认知结构，将有助于他们在未来的专业学习和工作中提取和应用数学知识。
（三）有助于“学以致用，服务专业”目标的实现
中职教育的办学理念是“以服务为宗旨，以就业为导向”，其数学课主要服务于专业课的学习，为直接就业打基础。因此数学教学必须“学以致用，服务专业”，确保学生在专业学习和工作生活中有运用数学的意识和能力。对数学而言，STEM教育以更真实的方式处理数学内容，情境认知主义认为在真实情景中学习抽象的数学能帮助学生更好地理解内容。此外问题解决驱动的、以学生为中心的教学方式能调动学生的学习积极性，从而促进其数学知识、技能的学习，获得用数学解决问题的意识、能力和自信心，并习得相关专业知识，以做到“学以致用，服务专业”。 四、基于STEM教育理念的中职数学教学实践研究
DL职业中学数学学院进行了基于STEM教育理论的数学教学实验研究，在如何将STEM教育理念融入中职数学教学方面积累了一定的经验。
（一）教学准备
鉴于中职学院分科式课程设置的现状，在学科整合方式上易于采取情境整合的方式。此外，结合数学服务于专业的宗旨，所创设的情境应主要来自学生的专业学习或相关职业情境。在教学方式上，由于很多专业实践课会以类似项目学习的方式开展，因此采用基于项目的学习方式。
鉴于数学知识的抽象性及课时限制，每学期仅选取两到三个数学核心内容来设计项目。例如对畜牧兽医专业，数学教师在专业课教师的帮助下依托动物科学系专业课中建立宠物实训室的工程，围绕不等式内容建构了“实训室宠物浴缸尺寸设计”项目。要求学生在他们的宠物美容实训室内设计能同时满足20人一起教学，每个浴缸占地1.5～2平方米之间、周长不超过5米的浴缸若干。该情境可以理解为一个广泛意义的工程情境，即为了满足需求而进行的有限制的设计工作。在该项目中，学生需要测量实训室，了解上课过程中教师和学生对所占空间的需求，了解浴缸制作的技术能否支撑自己的设计等，在一个依托专业的工程情境中融合了数学、技术等知识。
（二）教学过程
为满足项目学习小班化的要求，实验对象选为一年级新生中班级人数为30人左右的专业，并由电脑随机分班以保证实验组和对照组学生的数学认知水平相当。
在STEM教育理念的指导下，首先，实验班的教学过程会尽力让学生经历工程设计的流程。其次，由于数学知识具有系统性，而一个项目很难涵盖整章内容，加之教学时间紧张，因此教师需要借助学生在做中学过程中培养起来的对数学的兴趣，进一步从数学内部以及数学应用等方面扩充相关内容，最终教学环节为情境创设、搜集资料草拟解决方案、基于情境学习数学内容、数学地修正草案、拓展数学内容与作品展示汇报。
学生分组合作模拟企业项目组的工作方式，基于教师提供的项目探究并学习与之相关的数学知识、技能，以团队名义汇报成果。教师依据建构主义理论给学生提供相应的指导支架，包括如何分析项目、搜集资料、进行头脑风暴、把现实情境数学化、团队合作等，并视情况逐步撤掉支架。指导过程中强调教师通过问题来驱动学生思考而非直接告知答案。受课时的限制，采取课上教师指导，课下优等生领导团队工作的形式。
（三）教学效果
经过一个学期的学习，实验组学生在数学态度、数学成绩、数学应用能力等方面均有了显著提升。数学态度方面基于马克[6]等的调查研究从数学应用意识、感知能力、感知价值、行为倾向四个维度设計了数学态度调查问卷（系数为0.933，KMO值为0.825）。并围绕知识和技能的掌握、数学的应用设计了期末测试卷。前后测表明实验班的数学态度和数学成绩均有显著提高，尤其是数学应用意识、感知能力显著高于对照班。学生的抽样访谈表明他们不仅意识到了数学对其工作的价值，而且对工程设计和技术手段也有一定了解。
五、结论与启发
教学实践表明，基于STEM教育理念的中职数学教学对学生的数学态度、数学成绩等有积极作用，但实施需要抓几个关键。一是统筹课程设置。现实问题情境一般具有跨学科性，但目前分裂的课程结构即增加了项目设计难度，又会因为学生缺乏相应的知识增加实施难度。二是创设跨学科教研团体、提高教师的跨学科教学能力。三是培养学生“做中学”的能力。学生的课堂表现及访谈暴露出他们缺乏项目学习的经验、查找资料分析问题的能力、团队协作能力、数学应用能力等，其数学素养亟待提高。
参考文献：
[1]吴丽娟.论中职数学如何服务于专业[J].现代职业教育，2019（8）：90-91.
[2][4]杨亚平，陈晨.美国中小学整合性STEM教学实践的研究[J].外国中小学教，2016（5）：58-64.
[3]秦瑾若.STEM教育：基于真实问题情景的跨学科式教育[J].中国电化教育，2017（363）：67-74.
[5]隋佳源.初三学生数学态度现状调查研究[J].成都师范学院学报，2015（3）：117-120.
[6]Mark Patrick Mahoney.Students’ Attitudes toward STEM：Development of an Instrument for High School STEM-Based Programs[J].the Journal of Technology Studies，2010，36（1）：24-34.
编辑 陈鲜艳
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