STEAM视域下提升学生核心素养的跨学科教学实践研究

一、引言

2015 年9 月，教育部发布《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见(征求意见稿)》首次提出 “STEAM 教育”的概念，明确指出探索 STEAM 教育、创客教育等新的教育模式。《义务教育数学课程标准（2022 版）》中对数学教育的发展也提出了新的要求，要进一步培养学生的跨学科能力和综合思维能力[1]。随着新高考的全面实施，跨学科教育已经成为新的教学趋势。STEAM 教育是培养创新型、实践型和综合型人才的重要途径，中国发达地区的STEAM 教育发展水平处于前沿，经济和教育落后的地区发展相对缓慢，各地对于STEAM 教育的认知还是存在差异。STEAM 教育的开展和实施存在很大难度。初中数学作为基础教育的学科之一，其教学内容和方法对学生未来的发展具有重要影响。传统教学往往局限于学科内部，忽视了与其他学科的联系和融合。因此，STEAM 视域下探索和实践初中数学中的跨学科教学具有重要意义。

二、初中数学教学现状调查

（一）教师方面问题

1.教学形式单一，教学内容浮于表面

在教学形式和内容方面，部分教师单纯的将教学着眼点放在灌输知识层面，将需要学习的数学知识利用信息技术进行播放，要求学生死记硬背，这种教学模式在形式上有所突破，但实质仍旧是让学生进行表层的记忆。2.现代化技术应用效率低

教师希望通过更多的现代化技术对学生进行教学，以此让学生接受到更多的数学知识，而这种方式的效果实则并不明显，教师没有将关注点放在研究如何提高学生学习效率上，限制学生数学发散思维能力的提升。

（二）学生方面问题

数学学科包含众多定义、公理、定理及推论，共同构建起理论体系，同时存在丰富的公式与方法，形成公式网络。由于这些理论知识具有较强的抽象性， 临较大困难，进而对数学基本知识的学习效果产生不利影响。同时，学生计算能力 决的问题。从知识掌握层面看，部分学生对基础数学概念理解不透彻；从思 制约着计算能力的提升。学生对于数学科目的学习兴趣不浓，数学学科 逻辑性，传统教学模式下，部分课堂仍以教师单向讲授为主，教学内容局限于课本例题与习题训练，缺乏与生活实际的联系。

三、融入STEAM 教育、跨学科教育的初中数学教学策略

（一）课前准备

1.整合数学与多学科知识体系

基于初中数学课程标准，系统梳理代数、几何、统计等核心知识模块，打破学科壁垒，为跨学科主题设计提供依据。分析其与科学、技术、工程、艺术、人文等学科的内在关联。

2.调研学生认知与兴趣特征

运用学习分析技术与教育心理学理论，通过前测问卷、学习档案分析等方式，精准评估学生的数学知识储备、跨学科认知水平及兴趣倾向。结合多元智能理论，了解学生的优势，为差异化教学活动设计提供数据支撑，确保教学内容与学生能力相匹配。

3.开发跨学科教学资源与工具

整合数字化化教学资源与实体化教学资源，构建跨学科教学资源库。包括数学建模软件、虚拟仿真实验平台、多学科融合案例库等。设计跨学科学习任务单、思维导图模板等配套的教学工具，辅助学生在多学科知识间建立联系，为课堂实践活动提供结构化支持。

（二）课中实践

1.创设真实问题情境

依据建构主义学习理论，围绕社会热点、生活实际与科学前沿问题，创设具有现实意义的跨学科情境。通过情境化教学，将数学问题融入问题解决任务中，激发学生的学习兴趣与探究欲望，引导学生主动调用多学科知识分析问题、提出假设并验证解决方案。

2.组织协作式探究活动

采用项目式学习与问题导向学习模式，将学生划分学习小组。各小组围绕跨学科主题，依据成员特长进行角色分工，开展协同探究。在探究过程中，鼓励学生运用数学思维建立模型、科学方法验证假设、工程设计优化方案、艺术表达呈现成果，实现STEAM 学科知识的融合与应用。

3.实施动态教学指导

教师作为学习活动的引导者与协调者，依据最近发展区理论，在学生探究过程中提供适时、适度的支架支持。通过提问引导、概念澄清、方法示范等策略，帮助学生突破思维瓶颈；同时，监控小组活动进展，及时调整教学策略，确保探究活动在以培养学生数学核心素养为目标的前提下有序推进。

4.开展成果展示与研讨

组织学生以多元化形式展示跨学科探究成果，如学术报告、实物模型、数字作品等。通过成果展示与互评研讨，引导学生从数学逻辑、科学原理、工程可行性、艺术审美等多维度进行批判性反思，促进知识的内化与重构，培养学生的创新思维与元认知能力。

（三）课后评价

1.自评

学生对自己在整个项目学习过程中的表现进行自我评价，包括数学知识的掌握情况、参与小组合作的积极性、实践操作能力的提升、问题解决能力的发展以及学习态度等方面。学生可以通过填写自我评价表，从不同维度对自己进行客观、公正的评价，总结自己的优点和不足，明确今后的努力方向。

2.组内互评

小组成员之间相互评价，重点评价在小组合作过程中的表现。组内互评能够促进学生之间的相互学习和监督，增强团队凝聚力。通过组内互评，学生可以发现自己在团队合作中的优点和不足，学习其他成员的长处，改进自己的不足。

3.组间互评

不同小组之间相互评价，从项目成果的创新性、实用性、完整性以及展示效果等方面进行评价。组间互评能够拓宽学生的视野，让学生了解其他小组的优秀经验和创新思路，同时也能从不同角度发现自己小组项目的不足之处。

4.教师评价

教师对学生在整个项目学习过程中的表现进行全面评价，包括学习目标的达成情况、数学思维的发展、跨学科能力的运用、学习态度和学习习惯等方面。教师评价具有权威性和指导性，针对学生的评价结果，给予个性化的指导和建议，帮助学生不断提高学习效果。

四、基于 STEAM 教育初中数学跨学科的教学案例

（一）选题内容分析

最短路径问题本质上是几何学的基础内容，学生需掌握对称、平移等数学工具，不仅可以很好的与前后数学知识相结合，也可以很好的与其他科目知识相结合。最短路径问题广泛存在于日常生活，学生容易理解并产生兴趣。最短路径问题作为 STEAM 项目主题，既能紧扣数学核心知识，又能通过真实问题驱动跨学科实践，培养学生核心素养。

（二）教学目标

1.数学目标

掌握"两点之间线段最短"及"对称法解决路径最短问题"的数学原理；理解光的反射定律与最短路径的关联性。 2.STEAM 目标

运用跨学科知识解决实际问题，使用数字化工具进行路径模拟优化，团队协作完成工程设计任务，培养数学建模思维与创新意识，感受数学与现实生活的联系。

（三）学生特征分析

在学习新内容前，八年级学生已完成平行线、三角形相关知识的学习，积累了一定的几何图形认知经验。此阶段的学生处于形式运算发展时期，不仅能够熟练运用语言文字，还能以概念、假设为基础，开展假设演绎推理并得出结论。

从学习内驱力来看，八年级学生好奇心旺盛，对未知事物充满探索欲，具备较强的形象思维能力。这种强烈的求知心理，能够促使他们积极跟随教师，深入探究距离最短等数学问题。从外部学习动力角度分析，距离最短问题是考试中的重要考点，在测试中所占分值较高，这也成为学生重视该知识点学习的重要因素。

（四）教学重难点

教学重点：运用多学科知识解决多约束条件下的路径规划问题。

教学难点：将复杂现实问题抽象为可计算的数学模型和技术方案。

（五）STEAM 要素

科学（S）：光的反射定律与路径优化的关联（光路实验）

技术（T）：用地图软件寻找最短路径（高德地图）

工程（E）：真实场景约束下的多目标优化（逃生路线设计）

艺术（A）：色彩标注、立体结构美学设计（模型制作与可视化数学（M）：几何证明与定量分析（对称点法计算）

（六）案例过程设计

节一：情景引入，以生活化案例作为教学切入点，直观呈现最短路径在实际场景中的重要性。

节二：联系旧知，通过让学生亲自动手操作、观察和猜想，引导学生主动探索路径选择背后的规律环节三：学科融合探究，通过光路反射实验与蚂蚁路径实验的对比分析，实现物理与数学学科的深度融节四：工程设计，工程设计环节以校园平面图为载体，布置具有明确要求和分层任务的实践项目。

环节五：展示评价，构建多元评价体系，通过学生展示、互评和教师总结升华，形成立体的教学反馈机

通过教学实践验证，将STEAM 教育与跨学科教学模式融入初中数学课程，收获了教师和学生的广泛欢迎，这种创新模式有效弥补了传统教学的缺陷，既推动教师提升教学效能、实现专业成长，又激发学生学习兴趣，促进综合能力与核心素养的发展，强化了师生互动反馈，切实落实了“教师主导、学生主体”的教学理念。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育数学课程标准（2022 版）[S].北京:人民教育出版社,2022.

[2] 贺楠.基于建构主义理论的高中数学教学设计——以“对数函数的图象和性质”为例[J].创新教育研究,2025,13(2):1-8.

[3] 史秋月.融入 STEAM 教育和“5E”教学模式的初中数学混合式教学设计研究[D]. 黄冈：黄冈师范学院,2024.

[4] 罗梦梅.基于首要教学原理的初中数学教学研究与实践[D].桂林：广西师范大学,2020.

[5] 王润.基于“做中学”教育思想探索音乐课堂的实践性教学[J].教育进展, 2024, 14(7):826-831.

基金项目：2024 年陕西省大学生创新创业训练计划项目（编号：S202410723045）；2024 年师范学院服务市基础教育高质量发展教育科学研究专项课题（项目编号：SWNZ2407）；全国高等院校计算机基础教育研究会 2024 年计算机基础教育教学研究项目（项目编号：2024-AFCEC-586）；陕西省教育学会 2022 年度课题