STEAM教育理念下的小学数学教学设计分析

摘 要：随着社会发展和技术进步，数学教育课程在学生发展阶段的重要性日益凸显。课程改革作为教育改革的重要方向，对优化小学教育阶段的数学教育具有深远影响。基于此，文章分析小学数学教学设计在STEAM教育理念下遵循的原则及其存在的问题，并深入探究基于STEAM理念下的小学数学教学设计策略，具体涉及设定数学教育目标、整合数学教育资源、设计数学教学空间、展开问题设计等内容，希望能更好助力学生全面发展。

关键词：STEAM理念；小学数学；教学设计

中图分类号：G623.5   文献标识码：A   文章编号：1673-8918（2025）01-0072-04

伴随着信息技术的飞速发展，智能化、网络化、数字化的电子产品被运用在学生的学习活动中，不仅改变了学生的学习方式，也对学生的思维方式产生了较大影响。在此背景下，国家提出了STEAM教育理念，希望通过渗透STEAM教育理念培养更多高素质创新型人才。由此可见，进行相关研究具有较强的现实意义。

一、 小学数学教学设计在STEAM教育理念下遵循的原则

（一）情境化原则

在教学中，设计基于日常生活、自然现象或科技应用的问题情境，让学生感受到数学无处不在，增强学习动力。同时，应结合科学、技术、工程、艺术等内容，构建复合型的学习环境，展现数学在其他领域的作用。

（二）综合性原则

首先，在教学内容设计上，应结合科学实验、技术应用、工程项目、艺术创作等多种形式，利用各种教学资源和技术平台，如计算机编程、机器人搭建、绘画雕塑等，让学生从不同角度感受数学的魅力。其次，需引导学生欣赏数学之美，比如几何图形的对称美、数列的和谐节奏，激发内在的学习热情和好奇心。

（三）实践性原则

实践性原则强调的是将理论知识与实际行动相结合，让学生在动手做中学，通过亲身经历来深化理解和掌握数学概念。例如，通过拼搭积木、绘制图表、编程小项目等直观活动，让学生亲手体验数学公式、几何结构等抽象概念。

二、 小学数学教学设计在STEAM教育理念下存在的问题

（一）STEAM理念渗透较为形式化

首先，部分教师未接受过系统的STEAM教育方法培训，缺乏足够的理论知识和实践经验，难以准确把握各学科间的有机融合点。其次，部分偏远地区或资金紧张的学校，缺乏必要的实验室设施、教具材料、先进的信息技术支持，限制了实践性和跨学科教学的深度与广度。最后，小学教育面临课时紧张的情况，难以挤出足够时间进行深入的项目制学习或跨学科研讨，影响了STEAM教育目标的实现。

（二）学生缺乏互动、动手实践的机会

部分教师依然采用传统的讲授法，习惯于单向传递知识，较少组织学生主动参与的活动，导致互动性低。在应试教育背景下，数学教学课程安排紧凑，留给拓展性和实践性教学的时间有限。同时，对实践活动涉及工具的使用，部分教师出于安全考虑会减少这类活动的开展。

三、 基于STEAM理念下的小学数学教学设计策略

（一）基于STEAM理念设定数学教育目标

在STEAM理念下，科学探究能力是指个体在面对自然现象、科学问题时，能够运用科学的方法进行观察、提问、假设、实验、分析和推断的一系列过程。在教学过程中，教师应通过数学教学提升学生科学探究能力。首先，应引导学生仔细观察生活中的自然现象。例如，观察植物生长周期的变化，并记录下来，后续用于数据分析。在此过程中，可以利用数学工具量化描述，如教会学生如何使用尺子、温度计等测量工具，获取精确的数据，为后期分析奠定基础。其次，需鼓励学生对观察到的现象提出疑问，如为什么树叶有特定的形状？这背后有什么数学规律？基于已知的数学知识，学生可以尝试推测某些变量之间的关系，比如预测降雨量对土壤湿度的影响。再次，教师应设计简单的数学实验，如设置对照组和实验组，对比不同施肥方式对植物生长速度的影响，并利用统计数据验证假设。在实验过程中，应确保每个学生都能参与到实验的各个环节，学习严谨的操作流程和注意事项。实验结束后，应教授学生使用数学工具处理数据的方法，如教会其使用平均值、中位数、标准差等统计指标，理解数据分布特征；还需引导其正确制作图表、曲线图，清晰地展现数据关系，便于解读。最后，通过鼓励学生总结实验结果、提出结论，并反思整个探究过程中的发现与不足。

技术运用能力是培养学生未来竞争力的关键要素之一。在数学教学中，教师可以通过mPython、Scratch等图形化编程工具，教会学生编写简单程序，如设计小游戏或动画，理解算法逻辑；在此基础上，还能利用Excel处理和解析数据集，帮助学生掌握数据分析的基本技巧，如排序、筛选、图表生成等。在数字媒体制作中，应鼓励学生利用“爱剪辑”“大师剪辑”等视频编辑软件和“敏捷思想导图”“即时设计”等绘图工具创作科普短片或数字故事，将数学概念形象化展示出来；还能利用“国家中小学课程资源”或其他在线平台，寻找额外的数学课程，扩展学习边界，自主探索感兴趣的话题。

在STEAM教育框架下，将艺术融入小学数学教学，不仅可以增强学生的创新能力和审美素养，还可以加深对数学本质美的理解和欣赏。具体如下：一是数学与视觉艺术的结合。在几何图案设计中，通过鼓励学生使用平面几何知识，如对称、重复、变换，设计复杂的装饰图案或抽象画作，探索图形的美学价值。在透视绘画中，通过讲解一点透视、多点透视的原理，让学生尝试绘制立体建筑或城市风光，感受数学如何塑造视觉效果。二是音乐与节奏的数学律动。在音乐频率与数学关系中，带领学生探讨音阶、和弦背后的数学比例，如十二平均律的奥秘，引导学生自己创作旋律；同时，设计以节奏为基础的游戏，比如按照一定模式击鼓，训练学生的节奏感知和快速反应能力。三是文学中的数学灵感。探索著名诗篇中蕴含的数量、序列和比例，启发学生创作自己的诗意数学作品；并鼓励学生编写关于数学原理的故事，如几何形状的冒险记，或数字王国的奇幻旅行，以文学手法讲述数学道理。

数学核心素养指的是学生通过数学学习所形成的知识、技能、态度和价值观的整体集合。在STEAM教育理念指导下，培养数学核心素养，能帮助学生全面发展，更好地应对未来的社会需求。首先，应教授学生熟练掌握算术、代数、几何、概率等领域的基本概念与公式，构建稳固的数学知识架构。对数学史，应了解数学的历史演变和不同文化中的数学成就，增强跨文化交流能力。其次，通过谜题、游戏等形式，锻炼学生的演绎和归纳能力。例如，在教授人教版数学教材二年级上册的第3课《角的初步认知》时，教师可以根据STEAM教育理念，进而科学设计科学理解、技术运用、工程思维、艺术表达、数学核心素养等教学目标。具体为：科学（Science）：学生应能识别和区分不同的角类型（锐角、直角、钝角），并通过日常生活中的实例加深理解；技术（Technology）：使用几何软件或移动应用程序，探索角的概念，如通过拖拽线条创造各种角，直观理解角的大小变化；工程（Engineering）：通过搭建模型，如使用吸管和纸板制作可调节的角度器，理解角的应用于建筑与设计中；艺术（Arts）：创作包含各种角的艺术作品，如拼贴画或剪纸，体现数学与美的结合；数学（Mathematics）：强化空间观念和几何直观，培养细致观察和精确表述能力。

（二）基于STEAM理念整合数学教育资源

在STEAM教育体系中，将科学探究整合到小学数学课堂，可以激发学生的求知欲，培养其问题解决能力和创新精神。具体如下：第一，实验与观测。通过设计有趣的实验，如测量影子长度随时间变化来估算太阳高度，引出角度和比例的概念；还能组织户外活动，通过观察树叶、花朵的形态，引导学生发现规律，如斐波那契数列在自然界中的体现。第二，数据分析。要求学生连续记录一段时间内的气温、降水量，用图表表示，学习统计学基础，并预测天气情况；并统计校园内不同种类植物的数量，制作饼状图，了解物种分布，涉及百分比和分数概念。第三，模型建构。通过建立水循环或食物链模型，通过设置变量，观察系统内部交互作用，加深对平衡状态的理解；还能设计简单电路，探究电流强度与电阻之间的关系，练习方程式求解。此外，还能介绍杰出女性科学家，如玛丽·居里、简·古道尔，激励学生探索未知的勇气。

将艺术元素融入数学教学，不仅能激发学生的创造力，还能有助于其从新的视角理解和欣赏数学之美。具体如下：一是视觉艺术。应使用彩纸剪切出不同形状，如圆形、方形、三角形，进行自由组合，形成抽象或具象的艺术品，探讨形状与空间的关系；设计对称图案，无论是折纸还是绘画，都能体现轴对称和平面对称美，同时加深对对称性的数学理解。二是表演艺术。通过编排短剧，讲述数学历史故事，如阿基米德洗澡时发现浮力原理，结合音乐和舞蹈，让枯燥的知识变得生动有趣；在此基础上，还能创作数学诗歌，将乘法表、几何定理等内容融入歌词，利用节奏感加深记忆，同时提高语言艺术表现力。三是数字媒体艺术。使用动画软件创作数学概念讲解视频，通过视觉叙述增强理解；也可以利用计算机，以像素点阵的形式创作图像，运用坐标平面的概念，理解像素位置与颜色填充。四是手工艺。在编织与针织中，制作复杂的编织品，如围巾或帽子，涉及重复模式和图形设计，反映数学序列和函数美感。在雕塑中，可以利用黏土或木材雕刻三维几何体，体会立体几何的魅力，掌握测量和体积计算的实际意义。

在STEAM教育框架下，数学理论不仅是公式和定理的记忆，更是一种思维方式和解决问题的工具。加强对数学理论的学习，能帮助学生构建坚实的数学基础，培养逻辑推理和抽象思考的能力。其一，探究式学习。深入了解著名数学家及其贡献，如欧几里得、笛卡尔、高斯等人的生平，理解重要数学理论的发展历程；追踪数学概念的历史演变，如零、负数、实数系统的扩展，让学生认识到数学体系并非静止不变，而是一个不断发展的过程。其二，理论与现实应用。通过银行利息、投资回报等案例，向学生展示百分比、复利公式的重要性，进而提升其财务素养；参观博物馆、图书馆，分析其结构设计背后的数学原理，如黄金分割、费马点最小化问题。其三，思维挑战。提出著名的数学悖论，如芝诺悖论、囚徒困境，鼓励学生讨论解决方案，培养批判性思维。在证明过程中，可以要求学生尝试证明勾股定理、毕达哥拉斯定理等经典命题，理解数学证明的严密性。

例如，在教授人教版数学教材三年级上册的第7课《长方形与正方形》时，教师可以通过物理实验，使用磁铁和细线，探究矩形框的稳定性，比较长方形与正方形框架在受力情况下的差异，进而引出形状稳定性与边长比例的关系。在技术运用中，教师可以利用Word或其他软件绘制长方形与正方形，动态调整边长，直观展示周长与面积的变化规律，增强视觉感知。在工程设计中，通过设计一个小房子模型，其中包含长方形与正方形的空间布局，考虑到采光、通风等因素，结合面积计算优化房间布局，涉及实用数学的应用。在艺术创作中，带领学生使用不同大小的长方形和正方形彩色卡纸，创作抽象或具象的拼贴画，探索构图中形状的和谐美感。对数学理论，引导学生对比长方形与正方形的所有性质，包括边长、角、对称性、周长与面积计算公式，并整理成一张详细的对比表，强化概念理解。

（三）基于STEAM理念展开问题设计

小学生正处于认知发展的关键阶段，具有强烈的好奇心和全面探索世界的渴望。在STEAM理念下，跨学科技能整合强调不仅可以提高学生的学习兴趣，还有助于其在现实世界中建立更深层次的理解。例如，学生可以参与一项关于本地河流污染程度的调查项目。他们需要收集水质样本，用化学方法检测水中的污染物含量，然后用数学知识处理和分析数据，最终以图表形式呈现结果。此外，学生还需要了解政策制定者如何使用这类信息来改善环境状况，从而引入社会科学元素。同时，通过阅读不同时期的历史小说或传记，学生可以加深对某个历史时期的社会背景和文化特色的理解。在此过程中，学生不仅要掌握故事本身的内容，还需探讨其中的人物动机和社会影响，同时学习相关的史实。为有效实施跨学科技能整合的教学，教师应设计综合性课程单元，围绕一个中心主题或问题，将多个学科的关键概念和技能整合到一起，确保学习内容既有广度也有深度。在教学过程中，应给予学生充足的时间去思考问题，并鼓励其提出多种解决方案。例如，“如果地球变成了一块巨大的蛋糕，我们该如何公平分配？”这样的问题能够刺激孩子的创造力。