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整合性STEM教育理念下工程类高职数学教学模式的建构

杨亚平  
【摘要】:STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科的缩写。整合性STEM教育理念旨在将STEM领域的核心内容置于真实的、有吸引力的问题情境中,采用问题解决驱动的以学生为中心的教学方式,支持学生数学和(或)科学内容学习,帮助学生习得工程设计和(或)技术手段,同时,通过强调展示问题解决过程中学科之间的整合帮助学生理解学科间的紧密联系,体会学科的价值,培养21世纪新技能及对STEM学科的积极态度、投身STEM事业的热情。整合性STEM教育有助于我国工程类高职教育实现人才培养目标。具化到数学学科,整合性STEM教育理念不仅支持学生的数学学习,而且还能提高学生的数学态度、促进其对数学和工程关系的理解,使数学教育真正服务于工程专业。本研究以整合性STEM教育理念为指导思想,以设计研究为方法论指导,借鉴设计研究在课程与教学领域的研究范型——“形成性研究”的具体方式,经过教学模式原型的提出、三轮迭代实施和修正,最终得到了可行的、有效的整合性STEM教育理念下工程类高职数学教学模式(简称"ste-M-hve教学模式”)。本研究旨在为工程类高职数学教学提供一种新的途径,同时开启整合性STEM教育在我国高职领域的新篇章。围绕“如何在整合性STEM教育理念下建构适合我国高职工程类专业的数学教学模式”这一主要问题,笔者提出了三个子问题:1、如何基于整合性STEM教育理念、结合我国高职数学教育现状提出教学模式原型?2、如何在教学实践中修正教学模式?3、该教学模式能够产生怎样的教学效果?具体而言,本研究在以下三方面展开工作:第一,基于整合性STEM教育理念、结合高职数学教育现状提出教学模式原型。研究基于文献分析中所界定的整合性STEM教育理念内涵及核心要素,参考优质的整合性STEM教学原则以及工程设计的一般流程,结合高职数学教育现状,提出教学模式原型。第二,在教学实施中修正教学模式原型,得到稳定可行的教学模式。笔者进入某建设职业技术学院,在相关专业教师的帮助下,将教学模式原型具身化,设计了三轮教学,并在教学(每轮3周左右)实施过程中,根据参与者的反馈、课堂观察等,反复修正教学模式。小到语义误解,大到教学环节的顺序等,笔者都进行了调整。第三,评估教学模式的实施效果本研究从数学成绩、数学态度和“其他”三方面考察了教学模式的实施效果。数学成绩和数学态度主要通过教学前后的定量数据分析,并辅以学生访谈佐证。“其他”方面主要涉及工程设计流程、工程思维、技术等,笔者通过扎根学生访谈,建立编码框架对该部分进行质性分析。本文最重要的研究成果是构建了可行有效的整合性STEM教育理念下工程类高职数学教学模式。该教学模式包含六个教学环节:创设工程情境环节;研究问题并初步构想环节;教师引导数学化环节;分析改进环节;拓展情境中的数学内容——数学内部和数学应用环节;作品展示评价和反思环节。其中第2、3、4环节在实施过程中是一个循环系统。对学生的问卷调查、课堂分析、访谈和测试表明,ste-M-hve教学模式不仅能帮助学生习得基本的数学知识(实验班学生在数学概念理解和应用两方面的成绩显著优于对照班学生,但在数学基础计算方面与对照班没有明显差别),而且能够对学生的数学态度有所促进。同时,ste-M-hve教学模式能够帮助学生在工程设计流程、工程思维、技术等方面有所发展。


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