数学教育热点 | 高中数学新教材中“STEAM理念”的呈现-学怪兽

之前瓶酱分享过《数学教育概论》新版本第四版内容变动情况

其中第五章：章节从六节变成七节，新增热点内容STEM教育，所以对于这一热点很易被考察！

STEM教育与数学教育的融合是教育改革的大趋势，那对于新高中教材STEM/STEAM(A代表艺术)理念是如何呈现的呢？

高中数学新教材中STEAM理念的呈现

【摘要】STEAM教育已经成为各国培养学生21世纪核心能力的关键。借鉴相关理论,从学科融合理念、基于真实情境的问题解决、关注学生的综合实践体验、注重培养创新意识四个维度出发,分析探讨了新人教A版高中数学必修教材中STEAM理念的呈现情况。分析表明:新教材中学科融合涉及范围广,但分布不均、融合度不高;综合实践活动内容丰富,但真实性情境问题、问题提出任务相对较少。建议教材修订调整跨学科内容比例,深化学科融合程度,提升问题情境的真实性水平;促进教师树立STEAM教育理念并改进现有的教学方式。

【关键词】STEAM理念;高中数学;新教材

以信息技术和知识经济为特征的21世纪，世界各国均把技能人才竞争提升到国家战略的高度，这其中又以STEAM人才的竞争最为关键，承担着打造本国在全球范围内核心竞争力的重大任务[1]。我国也正在对STEAM教育进行着扎实而稳健的探索。2016年STEM和创客教育被写入教育部教育信息化文件，也在国家科技战略政策、科学教育政策中得以体现；《中国STEM教育2029创新行动计划》针对国情从七个方面提出了对未来十余年STEAM教育的展望，对其普及具有非常明确的指向性。

近年来，在STEAM教育浪潮的席卷下，我国基础教育课程改革也在不断地尝试与创新。其中，教材作为课程实施的重要载体，保障着课程改革的顺利推进。2019年人民教育出版社编写了高中数学新教材，目前已在全国范围内投入使用。探究新教材是否与STEAM教育理念相契合，能够为动态化课改之路带来新的思路和启示。本文针对新人教A版高中数学必修教材一二两册共计十个单元，分析教材中所呈现的STEAM教育理念。

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分析框架的建立

通过文献分析我国已有学者基于STEAM教育理念，对国内外科学、化学等中小学学科教材进行分析，但聚焦于中小学数学教材的研究甚少。而国外学者在此视角下对数学教科书的研究则相对较多。如Ryu S R根据前人的研究结果，改进现有的STEAM分析框架，按照年级和内容领域分析了小学三四年级数学教科书中除数学内容外的STEAM元素[2]；Yoon S Y等人根据韩国新修订的中学数学课程，改进现有的STEAM内容分析框架，通过对中学一年级“字母和表达”单元教科书中问题的分析来检验学科联系的反映程度[3]。

不难发现，现有对科学、化学等教材的研究都将艺术（Arts）剔除考量范围，尚未能捕捉到人文艺术独特的教育价值；此外，跨学科是STEAM教育的核心，但并不意味着能直接和STEAM教育的全部内涵划等号，而现有对数学教材的研究基本只是从学科整合的角度开展，没有考虑到STEAM教育的其他理念。

因此，本文采用量化研究和质性分析相结合的方式，借鉴宋乃庆等提炼出的STEAM教育的四个主要理念：学科融合理念；基于真实情境的问题解决；关注学生的综合实践体验；注重培养创新意识[4]，以此作为四个维度对新教材进行分析。

1.1学科融合理念

借鉴美国弗吉尼亚科技大学Georgette Yakman教授提出的STEAM教育框架——ST∑@M金字塔[5]，从STEAM内容整体数量和五大主题内容分布两个子维度对教材进行分析。其中，五大主题按照《普通高中数学课程标准（2017年版2020年修订）》[6]（以下简称《17标准》）对高中必修课程的划分，分别是预备知识、函数、几何与代数、概率与统计、数学建模活动与数学探究活动。

图1 Yakman ST∑@M金字塔

1.2基于真实情境的问题解决

为了了解新教材中问题情境的真实性及所处位置，设置情境类型和分布结构横、纵向两个子维度对教材进行剖析。其中，由于学科融合是STEAM教育的核心理念，其考察的问题必然是在一定情境下建构的，因此，不予处理教材中纯粹用数学语言符号表述的问题，将情境类型分为真实情境、非真实情境两种类型。分布结构包括正文、习题、专栏、其他四个部分。具体含义见表1。

表1 基于真实情境的问题解决横纵向子维度

1.3关注学生的综合实践体验

《17标准》对于必修课程划分了五大主题，其一就是数学建模活动与数学探究活动，足以可见综合探究能力对学生发展的重要性。此部分从综合性和实践性两个角度出发对教材进行分析。其中，综合性是指学生运用所掌握的各科理论知识，在情绪、态度、价值观等非智力因素的影响下解决实际问题；实践性是指学生主动参与活动，经过交流、讨论等社会性行为完成任务，突出活动过程中的能动性。

1.4注重培养创新意识

“提高从数学角度发现和提出问题的能力、分析和解决问题的能力”，这是《17标准》在课程目标中提出的要求。可见，对“四能”的培养已经成为当下课程改革的重要内容之一。基于此，从问题提出和问题解决两个角度出发对教材进行分析。其中，对于问题提出的内涵，采取美国学者silver[7]给出的定义：所谓问题提出是指从一个给定情境中创造新问题或者对给定问题的重新阐述，它发生在问题解决之前、问题解决之中或问题解决之后。对于问题解决的内涵，强调题型的开放性及方法的多样化，并从这两个方面对教材进行考量。

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统计结果与分析

（本节共分为四小节，依据第一节中建立的分析框架，采用量化研究和质性分析相结合的研究方式，从学科融合理念、基于真实情境的问题解决、关注学生的综合实践体验、注重培养创新意识四个维度出发，分析探讨新教材是否与STEAM教育理念相契合，比对并吸收国外教科书的优秀做法和经验，形成研究结论。具体分析内容详见原文。）

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对教材修订及数学教师的建议

（本节整合上述分析结果并结合我国当下数学教学中的现存问题，对教材修订及一线数学教师提出相关建议，以期为动态化课改之路带来新的思路和启示。此处仅展示部分分析内容，具体内容详见原文。）

3.1调整跨学科内容比例，深化学科融合程度

在统计过程中发现，教材中跨学科内容分布比例不均衡。数学与艺术类、函数主题的学科融合内容较多，而与工程类、几何与代数主题的学科融合内容较少，这样不均衡的知识分布方式难免会对学生全面性认知的发展形成一定障碍，不利于其他领域的创新。因此，教材要适当调整跨学科内容比例，通过章首语、专栏、插图等多种方式协调跨学科内容数量，在不影响学生认知发展规律的前提下，实现对学生思维的扩充。

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3.2加强问题情境的真实性水平

传统课程教育中所形成的惰性知识是无关联的、孤立的存在，学生无法灵活调动这些已有知识来解决现实问题。为了能避免“知识无用论”的窘境，就需要学生主动地从真实的情境中去学习相关知识。情境认知理论指出，把个人认知放在更大的物理和社会的情境脉络中[11]，突出强调个体与环境之间的互动和相互协调，更加注重与学习活动相适应的真实情境的设计[12]。

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3.3树立教师的STEAM教育理念

STEAM教育变革了传统的教育组织形式，开创了科学技术教育的新型课程，开辟了综合创新人才教育的新范式，成为全球化时代各国相继开展的教育形式[14]，我国也已稳步进入了STEAM教育的探索阶段。由上述分析可见，人教版高中新教材中已初步渗透了STEAM教育理念，而教师作为教材教学活动的实践者，教育理念的落实者，其能否敏锐捕捉到教育改革的发展态势，树立正确的STEAM教育理念就显得尤为重要。

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3.4改进教师现有的教学方式

传统的教学将数学概念化为“知识和技能的主体”，时常被视为学生“给定”或“固定”的预期学习，要求学习和掌握一系列静态的事实和程序，从而疏远了学生和数学之间的距离。而STEAM教育作为一种跨学科的综合性学习模式，多采用基于问题或项目的教学方法（PBL），实现不同学科之间的融合。学习者不会被既定的数学概念所束缚，而是被赋予了足够的权利决定如何感知数学，通过不同的实践来体验数学，将“自己的”数学视为人类的活动[17]。那么，要从单纯地将数学视为一组静态知识和技能转变为专注于教学和学习数学中的思维发展，在这一过程中，教师所采用的教学方式至关重要。

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