STEM 教育理念下中职数学课堂教学模式改革与构建探究

江苏省通州中等专业学校 陈小峰 秦晓鹏

STEM是通过4个词汇的首写字母而成，来自科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）与数学（Mathematics）这4门学科，这4门学科各自适用于不同能力的塑造，例如，数学课重视逻辑思维能力的塑造，而科学重视创新思维的培养，但是同时二者之间又具有十分密切的联系。现阶段中职学校课堂教学模式在训练学生答题应考的能力、综合性解决问题能力、应用转移等多个方面有一定的欠缺，在中职学校学习过程中，通常选用每科独立教学，学科间的融合以及联系偏少。在中职数学中，函数模块中的具体内容更贴近日常生活，而且与化工厂、电子专业、电子计算机、财务会计等相关学科的相关性非常大。在“三教”改革创新环境下，怎样培养学生的数学思维能力，提升核心素养显得十分关键，通过研究STEM教育理念，融合多科课程内容，能帮助我们掌握数学知识在制造、日常生活中的重要作用，提高学生针对数学教学的认同感。

一、创设科学、技术、工程类问题情境

STEM文化教育理念应增加学科中间关联的调节，建立与确定一个教学互动方式，给中职学生更多启迪，降低学生获取知识的难度。在优化中职数学教学互动方式时，工程项目学科的关联主要体现在物理学和有机化学学科中间，促使学生应用数学知识更真实地了解物理学原理，提高学生对数学学科的认知。在建构主义理论的帮助下，中职数学互动交流教学方式设计优化应以一定的方法推动，可将教育理论与情境认知能力结合在一起。教师根据新项目学习的目标开展课堂教学难题设计，协助应用课堂小游戏的方式解决真实问题链，将学生放到课堂教学主体的位置上，鼓励团队协作，一同处理数学教学中遇到的困难，提高学生学习培训数学知识的自信心。

二、学习相应的数学知识

数学是科学的根本，科学为数学课提供支持与应用。数学知识的学习促使学生更好地理解科学、技术、工程中所涉及的数学知识，从信息技术、财经商贸、加工制造等多个方面开展逻辑判断和定量计算，通过数学知识的学习促使学生理解逻辑判断、定量计算及其抽象化的相对性等的科学研究能力，为以后职业发展、专业能力提升给予最基本的素养和能力。江苏省职业学校文化课教材专题与案例模块中就非常明显地体现了跨学科系统学习。专题与案例模块中涉及的案例就是数学知识点的传送，是中职数学教材中极具STEM核心理念的那一部分。在这个环节，教师不仅要传授数学知识，更应将数学知识和其他学科知识融合展开叙述，从而有效塑造学生的跨学科应用意识。以该教材中“坐标变换与参数方程”这一章为例子，教师在实现对平面直角坐标系中坐标轴平移变换公式的知识点讲授后，可以融合加工制造业中数控机床的编程坐标系。通常在数控机床上加工工件时，除了用到机床上厂家设置的“机床坐标系”外，为了定量地描述数控机床上刀具相对工件的运动位置，加工工件编程时还要确定一个“工件坐标系”。工件坐标系也叫编程坐标系，它通常由机床坐标系平移后得到。将编好的程序输入数控机床进行加工，可以防止工件报废、刀具损坏等事故，同时也便于加工过程中的检测。例如，已知点A，B，C在机床坐标系中的坐标分别为（20，60），（46，15），（28，-37），现在以点A为工件坐标系的原点，求点B，C在工件坐标系中的坐标？例题明显体现了数学坐标变换公式在机械加工中的运用。跨学科式互动交流可同时提升学生对坐标变换的掌握能力和实践应用能力，也可以帮助学生了解数控加工中的编程坐标系的内涵。

三、利用数学知识解决实际问题

大部分中职学生都已经具备了单独剖析探讨的能力，且拥有很强的好奇心。教师能运用生长环境“因地制宜”，打造学生比较熟悉的数学知识运用情境，给予学生运用知识的室内空间。比如，教师在讲授“立体几何”这一章的基础知识时，可以要求学生自由活动，绘制校内任意一栋工程建筑空间立体图，进而充分锻炼学生的三维认知能力，锻炼学生针对空间点、线、面联系的操控能力（见图1）。

四、举一反三，拓展数学知识

在中职数学互动课堂中，教师在设计方案教学方式时理应构建轻轻松松的场景，利用教案设计、实施过程的形式对关键重点知识剖析和优化，在课堂教学中抛出难题，进行分析并反馈，调整互动交流方式与教学模式。STEM教育理念引导课堂互动设计方案应具备综合性、开放性、动态性、理论性、多元性。根据以上的教学模式，能将中职数学互动交流方式分成4个步骤实行：互动教学，问题引领，依据课程内容创设情境；新老专业知识联络互动交流，应用STEM的四大领域的基础知识研究问题，收集有关问题解决技术性和信息，创建新老专业知识之间的互动联络；生生互动，小组合作学习，利用技术以及处理数据，制作出解决问题计划方案；工作组一同交流和沟通，共享研究成果。

结合本文的互动教学模式，在学习平面向量相关知识的时候，数学教师可以从平面向量的概念出发，应用课堂情境进行创新，引导学生熟悉平面向量的基本概念、运算法则，并设置一定的课堂情境感受平面向量知识的应用。例如，引进建筑行业对平面向量的解释：“能把文字、表格、图表或者是表达式的信息转化成一种坐标关系或者是一个公式。”从建筑行业的角度分析平面向量的坐标图像表示，在课堂上为学生指明数学问题的研究方式，带着中职生感受数学知识在实际行业发展中的应用，有效激发中职生对数学知识的学习积极性，丰富中职生的课堂学习体验。

五、教学案例

在论述了将STEM教学方式运用到中职数学课堂教学的对策后，教师应当把握住关键，融合课程内容提前准备教案设计，与此同时课下融合课堂教学预期效果进行改善汇总，现以该数学教材中“三角计算及其应用”章节中的正弦型函数为例，概述如何把教学过程内容和STEM教学方式紧密结合，在做完课程教学目标的前提下锻炼学生的综合素养。

以正弦型函数中的单摆（摆角低于5°）为特例，根据其等时性；用三角函数表明单摆晃动时偏移和时间之间的关系；学会利用手机APP制作单摆运动函数图像，有助于正弦型函数的学习。

（一）学习情境

播放视频摆钟（世界最高的摆钟）、荡秋千在平面图做摆动的小视频。难题1：你了解摆针为什么能精确测量时间吗？难题：2：你荡秋千时，用力荡一次，每一次下降和升高所花费的时间是一样的，或是时间越来越短？设计意图：在引入课程内容时，使用日常生活当中的例子去激发学生学习的积极性，引发学生思考，有益于增进学生与专业知识的联系，培养学生感知世界、发现数学的人文素养和人文素质，这类根据现实问题引入专业知识的形式，可以让学生感受身边的数学，凸显科学研究三角函数实体模型与现实问题结合的重要作用。

（二）设计方案

视频可以观察到摆针每摆动一下就是一秒，表明摆针每一次摆动的时间也是一样的，那如何验证这一点呢？引导学生亲自动手，6人一个工作组，仿真模拟单摆运动，制订一个计划方案，写下实验所需要的器械和商品，计划好实验的操作流程，列举必须检测的数据信息，学生通过一番讨论后，能分享自己的实验方案，表达自己的设计意图，发现现阶段存在的不足之处，博采众长，一同健全实验方案，学生利用20cm的绳子、2个粘钩、1个螺帽、三角尺、计时器进行实验，最后发现计时器测算单摆运动的时间是不太准确的，可向学生建议使用手机拍摄视频。设计意图：在规划实验方案的过程中，学生之间交流互动、协作，扬长补短，学生尽可能地利用自己周围的原材料，自制工具及设备，培养动手能力，提高学生的工程素养，在实验设计方案里加入技术元素，提升学生的技术素养。

（三）科学知识

学生根据实验装置独立收集多组螺帽的摆动周期时间，教师正确引导学生进一步思索它们摆动的时间是否相同，及其摆角是否确定周期时间，从而发现单摆运动（摆角低于5°）的等时性，与此同时，教师可向学生详细介绍有关的理论历史资料，单摆的等时性是通过意大利专家伽利略发现的，而且详细介绍伽利略发现单摆等时性的一些有趣的故事。

（四）科学技术

根据实验结论发现单摆的摆动周期时间在摆角低于5°时是一样的，发现周期时间状况，将它与三角函数相关联，利用手机拍摄视频，随后用KMplayer软件截屏，PowerPoint插入视频持续截屏，确保一个周期的运动，观察产生的图像来决定偏移与时间之间的关联，图像形近三角函数图像，学生非常容易联想起此章学习到的三角函数的图像，根据GeoGebra线性拟合函数图像，明确它与三角函数之间的关系。

（五）总结交流

教师领着学生回顾这堂课的具体内容，这堂课根据实验探究了单摆运动的等时性，在摆角低于5°时创立，因此摆钟的旋轮线很长，摆角比较小，又依靠手机软件证明了偏移与时间之间的关系能通过三角函数实体模型进行描绘，加深了对三角函数正弦型函数的认知与应用。

六、结语

综上所述，在新课改的教学背景下，教师理应转变传统的课堂教学培养体系，提升学生的综合素养，依靠STEM的发展理念，能增强现阶段的教学互动性，提升学生的综合素养。文中阐述了怎样在中职学校数学教学环节中渗入STEM的教学理念，在设计优化现阶段之间的互动课程内容时理应遵循的原则，在问题驱动和情境推动的过程当中激发学生的积极性，提高对数学课程学习的积极性，为以后更高深的数学教学与知识技能运用打下坚实的基础。