【一等奖“STEAM”小学数学】STEAM教育理念下小学数学科普项目式教学模式的构建与实践

《义务教育数学课程标准（2022年版）》（下称课标）强调，学生要能够体悟数学内部知识之间、数学与其他学科之间以及数学与现实生活之间的关联，在探索真实情境所蕴含的关系时发现问题、提出问题，并运用数学及相关学科的知识方法加以分析和解决。STEAM教育理念把科学、技术、工程、艺术与数学等学科加以整合，主张在真实情境中通过跨学科协作处理问题，与数学课程的性质和总目标存在高度契合。据此设计小学数学科普教学，既能提振学生的学习兴趣，又能实现跨学科融合，培育高阶思维。有鉴于此，本文以STEAM教育理念为依据，构建小学数学科普主题的项目式教学模式，围绕其价值意蕴、理论架构、实施流程与教学成效展开系统讨论，旨在化解科普与数学融合不深、实践性不足的现实难题，为一线教师提供可操作、可借鉴的范例。

（二）依托数学科普资源实现跨学科教学。数学科普内容横跨科学、技术、工程、艺术与数学等多个领域，强调学科间的知识互涉与方法贯通，天然具备跨学科整合的特性，注重在科普进程中培育数学思维与问题解决能力。基于这种内在属性，数学科普与STEAM教育在真实情境创设、学科交叉融合、真实问题求解与创新能力培养等方面呈现明显的理论契合与实践耦合，为小学阶段的跨学科学习提供了现实基础与操作空间。落实到具体教学，引入数学科普资源能够把抽象的数学概念具象化、生活化，帮助学生在直观可感的情境中厘清数学知识的内在逻辑，降低认知负荷，激发学习兴趣，使数学学习由枯燥的符号演变为富有意义的探究活动。

（三）借助项目式学习实现科普教学常态化。项目式学习是一种以学生为中心的教学模式，主张围绕真实生活中的复杂问题展开教学，并以小组合作的方式进行探究。它以驱动性问题引领学习进程，强调多学科知识的交叉融合与过程中的协作互动，引导学生对现实问题展开深度探究。在操作层面，项目式学习一般包含选定项目、制订计划、活动探究、作品制作、成果交流和活动评价六个环节。项目式学习与STEAM教育理念均倡导以真实情境为学习背景，通过小组合作开展实践探究，不仅关注知识掌握，也致力于发展创新思维与综合素质，二者在理论与实践上具有天然的协同性。数学科普凭借其天然的跨学科属性，能够有效整合多学科知识，具备开展项目式学习的条件。小学生思维正处于从具体形象向抽象逻辑过渡的阶段，项目式学习强调的"做中学"与真实问题探究恰好与之契合。借助项目式学习，学生能够在动手操作、合作交流与问题解决中，建立起抽象数学概念与具体生活经验的联结，从而深化对数学知识的理解。可以说，项目式学习既是连接数学科普与STEAM理念的桥梁，也是实现科普教学常态化的有效途径。

1.总体目标。本文以"目标—支撑—实施—调控"教学模式为干预框架，通过三轮"计划—行动—观察—反思"的教学循环开展科普教学实践，逐层检验该模式在真实课堂中的效果，识别其适用条件与制约因素，据此持续修正完善内部要素及相互关系，最终形成一套兼具理论合理性与实践可行性的实施方案。

2.具体设计。研究对象方面，选取Y市F小学四年级一个自然班，共47名学生。四年级学生已具备基本的数学运算能力与初步的逻辑推理水平，且积累了一定的小组合作经验；其思维正处于从具体形象向抽象逻辑过渡的关键期，与项目式学习所强调的真实情境探究和"做中学"理念契合度较高，选取该年级具有确切代表性。研究方法方面，以行动研究法为核心，辅以课堂观察、访谈与作品分析等数据收集手段。每轮均遵循"计划—行动—观察—反思"四环节：计划阶段依据前期反思调整教学方案；行动阶段将调整后的模式付诸课堂实施；观察阶段通过课堂观察、录像分析、学习日志与课后访谈等多渠道采集关键事件与学生表现；反思阶段对收集的信息系统梳理，诊断问题、提炼经验，为下一轮优化提供依据。实施安排方面，考虑项目式学习对时间跨度与资源整合的要求，选定小学四年级数学"综合实践"模块为载体。该模块以主题式探究活动为组织形态，兼具学科知识的综合性与实践活动的开放性，与本模式以科普主题统摄跨学科学习的定位高度契合。三轮研究分别围绕"屋顶角的数学秘密""桥梁的数学秘密""动物对称性的数学秘密"三个独立主题展开，每轮均作为新授课，各自构成完整教学流程。

（二）三轮行动研究的实施与反思

1.第一轮：验证教学模式可行性。为检验该模式在小学数学科普课堂中的可行性，本轮以"屋顶角的数学秘密"为主题，围绕屋面坡度设计这一真实工程问题展开教学。教师将学生分为9个小组，以任务单、量角器、坡度模型为支撑，以角度测量与坡度分析为目标，按"情境导入—驱动问题—合作探究—作品展示"的顺序组织教学，并将观察表和作品量规作为调控工具，同步进行课堂录像。课后，教师按投入度、互动有效性、任务达成度三个维度作观察记录，并与典型学生进行访谈。结果显示，大部分学生能跟上项目式学习的节奏并进入探究状态，主动发言频率提升，多数小组能正确完成测量任务，说明该模式具备基本可行性。但对照STEAM理念强调的协作共担与过程调控，教学暴露出两个突出问题：一是小组合作流于表面，组内分工缺乏实质约束力，真正动手的仅2—3人，未能体现工程实践中全员协作的要义；二是评价过度偏重最终成果，操作过程中的思维偏差得不到及时反馈，削弱了调控环节的动态支撑作用。合作探究与评价调控两个环节需要在后续行动中重点改进。

2.第二轮：优化合作与评价。针对首轮暴露的合作流于表面与过程性评价缺位两大问题，本轮以"桥梁的数学秘密"为主题，在教学中加入桥梁承重设计的工程任务，对合作探究与评价调控两个环节实施针对性改进。合作方面，教师将小组分工以可视化形式呈现在幻灯片上，并建立积分奖励机制，使角色职责公开透明、全员参与有据可依；评价方面，引入典型案例剖析法，选取代表性作品公开点评，同时采用认知矛盾法呈现作品中的认知冲突，引导学生自行发现问题并提出改进建议。观察记录方式与第一轮一致。结果表明，各组基本能在3分钟内完成角色分配，学生实质性参与度明显提升，边缘学生的积极性得到有效调动；典型案例剖析以一份作品辐射全班共性问题，能有效聚焦集体认知冲突，引导学生开展对比反思；认知矛盾法通过制造认知冲突，促使学生在项目推进中主动审视自身理解误区并加以修正，过程性评价的动态调控功能显著增强。与此同时，新的问题随之出现：学生作品多倾向于模仿教师样例，缺乏对数学原理的原创性表达，且未融入AI等信息技术手段，STEAM理念中的技术与艺术维度尚未得到充分整合，创新意识培养与技术融合路径有待进一步探索。

3.第三轮：技术融合激发创新意识。针对第二轮暴露的作品缺乏原创性与技术融合不足的问题，本轮以"动物对称性的数学秘密"为主题，围绕动物对称性的认识与应用设计探究任务，从两方面改进：一是丰富素材供给，按对称类型整理多样化动物图片与视频，以导向性问题拓宽学生的创意视野；二是引入AI辅助创作，构建"手绘草图—AI生成—审视判断—优化指令—优化循环—实体制作"的人机协同创作流程，各小组经三至五轮迭代后完成实体作品。实施过程重点观察学生的AI使用情况与作品原创性。结果表明，全部小组经多轮优化均获得符合预期的设计图，其中四组选择蝴蝶、鱼等常见对称图案，部分小组大胆选择八爪鱼、蜈蚣等个性化形象，少数小组还将传统风筝元素融入设计，体现出鲜明的创新意识。AI工具有效弥补了学生在绘画表现力与创意构思方面的不足，使艺术维度充分融入项目式学习；"审视—优化"的循环促使学生不断对比、反思与修正，在技术赋能中锻炼批判性思维，支撑层的技术功能与实施层的创作环节均得到充分实践，进一步验证了AI技术与数学科普教学融合的可行性与实效性。

（三）行动研究的模式优化与教学建议

1.教学模式的整体优化。基于三轮研究的检验与反思，本文对目标、支撑、实施、调控四位一体模式进行系统优化，最终形成框架。目标层面，经三轮实践，教师对课标、教材与学情形成系统把握，教学目标逐步由关注基础知识掌握向高阶能力培养倾斜；支撑层面，根据实践反馈不断丰富课程资源体系，学习支架的类型更契合学生实际需求；实施层面的改进构成优化的核心：合作探究环节，教师通过示范行为帮助学生明确分工，借助奖励机制调动全员参与的积极性；作品创作环节，引入AI工具作为技术支撑，辅助学生完成从手绘草图到AI生成、优化升级的创作流程，同时注重丰富素材供给、拓宽认知视野，引导学生将探究成果物化为个性化、创新性的作品；调控层面，贯彻教学评一体化理念，将评价贯穿全过程，评价方式由单一的教师评价拓展为教师评、组间互评与学生自评，并通过典型案例剖析法与认知矛盾法的系统运用深化评价功能，使其既能服务学习结果的判断，又能成为引导深度反思、自主修正与认知建构的重要机制。

2.基于行动研究的教学建议。三轮实践表明，该模式经历了从验证到优化再到深化的递进过程，可提炼出以下四点建议。第一，合作学习需明确角色职责与激励机制协同发力。首轮研究发现，口头分工缺乏实质约束力，部分学生参与不足；第二轮通过角色职责可视化与积分奖励机制，边缘学生参与度明显提升。可见，教师在合作学习前应在任务启动时明确个体责任，以可视化方式公开展示分工，并配套过程性激励制度，使协作从口头倡导转变为制度保障，同时注意实行角色轮换，让每名学生体验不同身份、全面发展协作能力。第二，作品创作应以素材积累为先导、以技术工具为支撑。第二轮中学生作品多为模仿样例、缺乏原创性；第三轮通过系统整理多样化素材拓宽认知视野，并构建人机协同流程。教师应遵循先输入后输出的认知规律，先提供多样化感知素材，再引入AI等工具辅助创作。第三，评价功能应从终端判定转向过程调控。首轮评价偏重最终作品，学生操作中的偏差无法及时纠正；第二轮引入典型案例剖析与认知矛盾法，将评价融入各关键节点，过程性调控功能显著增强。因此，过程性评价应与情境导入、合作探究、作品创作等环节同步设计，采用抽样点评、把典型错误转化为教学资源等策略，使评价信息即时回流至学习进程，实现以评促学、以评导教，避免教学评相互割裂。第四，教师反馈应从结果判定转向认知引导。前两轮中教师倾向于判定式反馈，对学生深层认知建构作用有限；认知矛盾法的成功运用及第三轮的AI创作，有效锻炼了学生的批判性思维。因此，教师应减少直接给出对错结论的判定式语言，多用"你是怎么想的""还有其他可能吗"等开放式追问，将反馈从告知结果转变为引导对话，使学生由被动接受评价转向主动建构认知。