核心素养导向的高中数学STEM教育实践与反思

一、引言

核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。STEM 教育强调科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）多学科的交叉融合，注重培养学生的创新思维、实践能力和问题解决能力。在高中数学教育中融入 STEM 理念，以核心素养为导向，是当前教育改革的重要方向。随着社会对创新型人才需求的日益增长，传统的数学教学模式已难以满足学生发展的需要，探索核心素养导向的高中数学 STEM 教育实践路径具有重要的现实意义。

二、实施策略

为将核心素养导向有效融入高中数学 STEM 教育，需从教学实际出发，构建科学合理的实施策略，通过多环节协同推进，促进学生综合素养的提升。

（一）搭建跨学科学习支架

在高中数学 STEM 教育实践中，搭建跨学科学习支架是首要环节。从数学学科知识出发，梳理与科学、技术、工程等学科的关联点，设计具体的连接载体。例如，在函数教学中，结合物理学中的运动学知识，让学生通过分析物体运动的位移与时间的关系，建立函数模型。同时，引入相关的技术工具，如利用数学软件绘制函数图像，模拟物体运动轨迹，帮助学生更直观地理解函数的性质。在工程方面，引导学生思考如何运用函数知识解决实际工程中的优化问题，如桥梁设计中梁的受力与长度的函数关系等。通过这样的跨学科学习支架，让学生在不同学科知识的相互关联中，加深对数学知识的理解，学会从多角度思考问题，为后续的实践活动奠定基础。

（二）设计阶梯式实践任务

基于搭建好的跨学科学习支架，设计阶梯式实践任务，逐步提升学生的实践能力和问题解决能力。任务设计需遵循由易到难、由简到繁的原则，从单一知识点的应用到综合知识的整合运用。

首先，设计基础型任务，聚焦数学知识的具象化应用。例如，在学习完定积分知识后，教师可创设 " 校园景观改造 " 情境，让学生通过无人机航拍获取操场不规则花坛图像，利用图像分割技术将其转化为数学图形，运用定积分公式计算实际面积，再结合比例尺换算真实数据，为后续绿植采购提供精准预算。这种任务既巩固了数学计算能力，又培养了学生的空间想象和数据处理意识。

接着，设计提高型任务，构建多学科知识的协同应用场景。以 "智能农业灌溉系统优化 " 项目为例，学生需组建跨学科小组：数学组运用比例函数建立不同作物需水量模型，物理组通过伯努利方程计算管道压力与水流速度关系，工程组根据数学模型和物理参数设计可调节喷头。在此过程中，学生不仅要理解各学科知识的内在逻辑，还要学会运用系统思维解决复杂工程问题，例如通过数学仿真模拟不同参数组合下的灌溉效果，实现水资源利用效率最大化。

最后，设计创新型任务，鼓励学生开展基于真实问题的项目式学习。针对社区交通拥堵问题，学生需经历完整的研究流程：通过问卷调查和摄像头数据采集获取车流量、通行时间等原始数据，运用统计学方法分析高峰时段规律，结合运筹学建立道路通行能力模型，利用计算机编程模拟不同红绿灯配时方案的通行效率。在此过程中，学生要自主设计数据采集方案、选择合适的数学工具、优化模型参数，并撰写包含数学建模过程、仿真结果和改进建议的研究报告。这种任务打破学科壁垒，全面培养学生的问题发现能力、创新思维和跨学科实践能力。

通过阶梯式的实践任务，学生在从基础到创新的进阶过程中，不仅实现了数学知识的深度内化，更在真实问题解决中逐步构建起数学抽象、逻辑推理、数学建模等核心素养，实现 STEM 教育与数学核心素养培养的深度融合。

（三）构建多元协同评价机制

在学生完成阶梯式实践任务的过程中，构建多元协同评价机制至关重要。评价主体不仅包括教师，还应吸纳学生自身、同学以及行业专家等。评价内容不再局限于学生最终的任务成果，更要关注学生在实践过程中的表现，如知识的运用能力、团队协作能力、创新思维、问题解决的思路和方法等。采用多样化的评价方式，除了传统的书面评价外，增加过程性评价，如观察记录学生在小组讨论、实验操作中的表现；开展展示性评价，让学生展示自己的实践成果并进行阐述，接受师生的提问和点评。同时，建立评价反馈机制，及时将评价结果反馈给学生，帮助他们认识到自己的优点和不足，明确后续的努力方向。通过多元协同评价，全面、客观地反映学生的核心素养发展状况，促进学生的个性化发展。

（四）建立动态教学改进闭环

根据多元协同评价的结果，建立动态教学改进闭环，实现教学质量的持续提升。对评价中发现的问题进行深入分析，找出教学过程中存在的不足，如跨学科学习支架搭建不合理、实践任务难度设置不当等。针对这些问题，及时调整教学策略，优化跨学科学习支架的设计，合理调整实践任务的难度和内容。同时，收集学生和教师对教学改进的反馈意见，进一步完善教学方案。在后续的教学实践中，持续监测教学效果，再次进行评价和改进，形成 “设计 — 实施 — 评价 — 改进— 再实施” 的动态闭环。通过这样的动态教学改进闭环，使高中数学STEM 教育更贴合学生的实际需求，更好地促进学生核心素养的培养。

三、结语

核心素养导向的高中数学 STEM 教育实践是一项系统工程，需要教师在教学过程中不断探索和完善。通过搭建跨学科学习支架、设计阶梯式实践任务、构建多元协同评价机制和建立动态教学改进闭环，能够有效提升学生的综合素养，为学生的终身发展奠定坚实基础。未来，还需进一步深化多学科融合，创新教学模式，让高中数学 STEM教育在培养创新型人才方面发挥更大的作用。

参考文献

[1] 王雅丽 . 核心素养视角下高中数学教学策略研究 [J]. 数学教育学报，2024（2）：36-40.

[2] 李强. STEM 教育在高中理科教学中的应用探讨 [J]. 教育探索，2024（3）：58-62.

[3] 张娜 . 高中数学跨学科教学实践与思考 [J]. 中学数学月刊，2024（1）：18-22.

本文系陕西省“十四五”教育科学规划 2024 年度课题“新高考背景下宝鸡市高中生数学核心素养培养的困境与对策研究”的研究成果。课题批准号：SGH24Y0936