STEM教育理念下的高中数学实验教学探究 论文.docx

2022 年安徽省中小学教育教学论文评选 STEM 教育理念下的高中数学实验教学探究 摘 要：本文通过对 STEM 教育的简介，在了解 STEM 教育理念的基础上,以"利用 计算机求线性回归方程"数学实验教学为例，借鉴 STEM 教育理念，挖掘跨学科素材， 整合教学内容，实现 STEM 活动与数学课程的深度融合。通过数学实验课，让学生体验 数学知识的应用价值，提高实践能力，创新能力，激发学习兴趣，进而优化高中数学教 学，落实高中数学核心素养，促进学生全面发展。 关键词：STEM 教育，高中数学，实验教学，核心素养 一、研究背景 STEM 由 科 学 （ Science）、 技 术 （ Technology）、 工 程 （ Engineering）、 数 学 （Mathematics）四个名词的首字母构成，旨在将科学、技术、工程和数学知识融合，打 破学科之间的界限，以融合式教学作为教学的主要模式，推动知识的迁移与运用。STEM 教育主要以基于项目的学习、问题的学习为主要教学(学习)方式,引导学生通过合作与实 践,完成主要项目和解决生活中遇到的难题。在课程改革和教育发展的过程中，STEM 这 一跨学科整合式的教学模式，得到了教育者的广泛关注。基于此背景，高中数学实验教 学可以借鉴 STEM 教育理念，整合教学方式，优化教学模式。 高中数学实验是教师根据实际教学的需要或者依据学校要求，在数学思想和数学理 论的指导下，结合高中生的认知特点与现实条件，利用教具、实物模型或者计算机，人 为地、有目的地、模拟地创设实验情境，在学生的思维活动参与下，在特定的实验环境 中通过活动与实际操作体验学习数学知识的过程，开展高中数学实验的目的就是让学生 在实际操作过程中体会在"做数学"的同时学习数学知识。[1]适时有效的开展数学实验课， 对于教师和学生都有一定的积极影响。 在数学实验环境下，教学形式由传统封闭式的课堂教学转变为开放式的情境教学， 实验开始前由教师提出一个问题，学生根据问题建立学习步骤，接着在教师的引导下设 计数学实验环节，自己动手实践，观察实验现象并对数据进行分析，得出结论，进而对 实际问题进行简单的预测。这改变了教师以前灌输式的教学模式，并使学生真正做到在 做中学，真正成为数学知识学习的参与者。在数学实验这个平台上直观快速的将学生的 学习过程以及学习效果展现出来，能更好的提高学生的创新意识和实践能力，培养数学 1 2022 年安徽省中小学教育教学论文评选 学科素养。 我国最早是在大学开展数学实验课，学生利用一些数学软件进行数学规律或者数学 结论的探索、证明，而在高中进行数学实验课的教学是近些年才开始的，一方面是因为 教师教学任务重，对数学软件不熟悉、不会用，不愿意学习新技能；另一方面，书上作 为数学实验的内容大部分都没有被考纲要求，所以很多教师都选择跳过这一环节，忽略 了学生主观能动性的发挥。 二、STEM 教育理念下的高中数学实验教学案例 高中数学必修内容中有一章是统计，但是学生在本章内容的学习过程中，并没有接 触统计活动的完整过程。本章最后一节内容是最小二乘估计，这节课内容讲述了如何用 最小二乘估计的方法，求出两个变量之间的线性回归方程。笔者试着思考，能否通过解 决实际生活中的一个实际问题，让学生体验线性回归方程在生活中的应用。 1. 问题提出 生活中，我经常会遇到这种情况，口渴的时候倒上一杯热水，然后去忙其他的，当 我再回来喝水的时候发现水已经凉了，或者仍然很烫，就是很难刚好合适.我试着去想能 否建立一个数学模型，确定它们二者之间的关系，进而更加精确的求出过多久喝水比较 合适呢？首先结合资料和经验，我认为温水 40℃入口比较合适；那么，我们能否设计一 个实验试着探究水的初始温度和降到 40℃所需时间这两个变量之间的关系。 学生这时会想到我们刚学过的线性回归方程，提出，这两个变量是否具有线性相关 的关系呢？如果有，我们只要求出二者之间的线性回归方程，问题不就解决了吗？ 2．实验教学目标 （1）理解两个随机变量的相关性可以通过成对样本数据进行分析； （2）了解一元线性回归模型的含义，了解模型参数的统计意义，会使用相关的统 计软件； （3）通过参与活动，让学生经历“收集数据-整理数据-分析数据-做出推断”的全 过程，体验数学知识在生活中的实际应用； （4）提升学生数学建模、数学抽象、数据分析、数学运算和逻辑推理素养。 2. 实验器材 （1）高精度温度记录仪; 2 2022 年安徽省中小学教育教学论文评选 （2）数据记录器软件 DGraph 和曲线拟合软件 CurveExpert. 3. 实验设计 （1）数据采集 倒一杯热水，把温度记录仪的探头放入水杯，温度记录仪会显示水温.用数据线把温 度记录仪与电脑连接，通过配套软件 DGra