基于STEM理念的中考数学跨学科试题设计与教学策略研究

引言

随着新课程改革的推进，STEM 教育理念在各学科教学中逐渐应用。STEM 代表科学、技术、工程和数学四个领域，强调跨学科的综合学习，培养学生解决复杂问题的能力。中学数学不仅关注数理逻辑与推理，还与其他学科紧密相关，因此，在数学教学和试题设计中融入 STEM 理念成为教育改革的重要任务。

传统的中考数学试题设计侧重于单一数学知识和技能，忽视了学科之间的联系和综合应用。而现代问题的解决往往是多学科交叉的，数学与科学、技术的融合能力至关重要。基于 STEM 理念的中考数学跨学科试题设计，不仅能培养学生的综合素养，还能提升其跨学科解决问题的能力，为未来学习和发展打下坚实基础。

一、STEM 理念与中考数学试题设计的关系

（一）STEM 理念的核心特点与教育意义

STEM 教育理念强调学科间的融合与互动，力图突破传统学科界限，鼓励学生在实践中运用跨学科的知识解决实际问题。STEM 理念的核心特点是强调“动手做”和“解决实际问题”，其教育意义在于培养学生的创新能力、实践能力和跨学科思维能力。这一理念的提出，旨在为学生提供一个更加全面的学习平台，让学生不仅在单一学科中获得知识，而是在多学科融合的环境中培养解决问题的能力。

（二）中考数学试题设计的传统模式与局限性

中考数学试题设计的传统模式通常以数学知识点为主，强调学生对数学概念、公式和计算方法的掌握。这种单一的考试模式虽然能够考察学生的基本数学能力，但未能充分体现出学科间的综合应用。随着教育理念的转变，单一的知识性试题已逐渐无法满足培养学生综合能力的需求。如何在数学试题设计中融入跨学科元素，已经成为教学改革的一个重要课题。

（三）STEM 理念对中考数学试题设计的启示

STEM 理念为中考数学试题设计提供了新的思路。在传统试题设计的基础上，结合科学、技术、工程等学科的内容，能够更好地培养学生的综合能力。STEM 理念不仅要求数学知识的运用，还强调学生对现实世界问题的理解和解决。通过跨学科的题型设计，可以帮助学生将数学知识与其他学科的知识相结合，提高其解决实际问题的能力。

二、基于 STEM 理念的中考数学跨学科试题设计

（一）跨学科试题设计的基本原则

知识融合性：试题应涉及数学与其他学科（如物理、化学、计算机等）的结合，避免单纯考察数学知识点，而是将数学与其他学科的知识进行有机融合，促使学生在解决问题时能够综合运用不同领域的知识。

实践性：试题要注重实践应用，结合真实情境设计问题，让学生能够在解题过程中感受到学科知识与实际生活的紧密联系。

创新性：试题设计应鼓励学生运用创新思维解决问题，避免传统的模式化问题，提倡开放性问题的设计，培养学生的创造力和批判性思维。

综合性：试题应综合考察学生在多个学科领域的知识和能力，避免过于单一的考察模式，增强学生的跨学科思维能力。

（二）跨学科试题设计的具体案例

1.数学与物理结合的试题

例如，设计一道题目，考察学生在解答关于运动问题时，如何利用数学公式和物理定律结合求解。题目可以描述一个物体在水平面上的运动轨迹，要求学生通过数学模型计算该物体的速度、加速度等，并结合物理原理进行验证。

题目示例：一个小球从 10 米高处自由下落，求该小球下落 2 秒钟后的速度和位移，并分析其运动过程中速度与加速度的变化趋势。

2.数学与计算机科学结合的试题

例如，在一道题目中，给出学生一个算法问题，要求学生利用数学的排列组合知识设计一个算法模型，并编写程序来实现。

题目示例：某校园班级有 15 名学生，如何通过排列组合计算从中选出 3 名学生组成一个小组，并编写程序输出所有可能的组合。

3.数学与工程技术结合的试题

例如，设计一道与工程项目相关的题目，要求学生运用几何学和代数知识，计算一个桥梁设计中的结构稳定性，分析其所需材料的强度与承载力。

题目示例：设计一个小型桥梁，给定桥梁的长宽和支撑点，计算该桥梁结构所需的最大承载重量，并通过代数模型计算支撑材料的强度。

（三）跨学科试题设计的挑战与应对策略

1.跨学科知识的整合问题

由于中考数学主要考察数学知识，如何有效整合其他学科的内容是试题设计中的一大挑战。为了克服这一难题，教师和命题人员应积极进行跨学科的教学研究和经验总结，加强对其他学科的理解与掌握，确保试题设计能够做到真正的学科融合。

2.学生跨学科能力的提升

学生在传统的数学教学中，多集中于数学知识的学习，如何提高学生的跨学科能力，成为跨学科试题设计中的关键问题。对此，教师应通过课堂教学中的跨学科内容渗透和课外实践活动的引导，帮助学生逐步提高跨学科解决问题的能力。

三、基于 STEM 理念的教学策略

（一）项目化学习与跨学科合作

项目化学习是一种倡导学生自主学习、合作学习的教学方式。在这种学习模式下，教师可以设计一些与现实生活密切相关的数学问题，要求学生通过小组合作的方式，利用数学知识与其他学科的知识共同解决问题。通过这种方式，学生不仅能够掌握数学知识，还能够培养跨学科的思维方式，增强实际问题的解决能力。

（二）情境创设与真实问题导入

在课堂教学中，教师可以通过创设真实问题情境，帮助学生理解数学在生活中的实际应用。例如，在讲解几何知识时，可以通过设计与建筑、工程等领域相关的问题，引导学生发现数学知识与其他学科的联系，激发学生的学习兴趣和解决问题的动力。

（三）多元化评价与跨学科考核

除了传统的考试评价方式外，教师还可以通过项目报告、展示演讲、实验报告等多元化的评价方式，全面考察学生的数学知识和跨学科的综合能力。在跨学科的考核中，教师应注重学生的创新思维、实际操作能力和团队合作能力，全面评价学生的学习成果。

四、结语

STEM 理念的引入对中考数学试题设计与教学具有重要意义。通过在试题设计中融入跨学科元素，能够有效提升学生的综合素养，帮助学生更好地适应未来的学科融合式问题。未来，随着教育改革的深入，基于 STEM 理念的教育模式将会更加普及，促进学生综合素质的全面发展。

参考文献：

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