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STEM教育是一种注重问题解决和探索发现的跨学科教育方式。为培养高中学生数学学科核心素养,研究者致力于寻找一种基于高中数学实验的STEM教学模式。通过设计研究和两轮教学实践,探讨了如下两个问题:(1)TPACK理论和活动理论视角下的高中STEM教师教学设计现状如何?(2)基于高中数学实验的STEM教学模式是怎样的?本文从以下几个方面展开了研究工作:第一,基于TPACK理论和活动理论对某重点高中STEM教师进行个案分析,利用TPACK核心要素模型,NVivo质性数据分析软件对该教师的教学设计和课堂实录进行编码并且利用活动理论框架来分析课堂教学活动。第二,在现状分析和理论探讨的基础上提出基于高中数学实验STEM教学模式的初始模型。根据实践检验的结果修订初始模型。研究者利用到某重点高中实习的机会,将教学模式初始模型具体实施,设计了两轮教学——同一个主题不同的学生进行教学。根据实验报告、课堂观察、实践的结果修正教学模式。最终构建的基于高中数学实验的STEM教学模式包含五个教学环节:情境引入;科学探究(包含协作探究、问题识别、技术支持三个子环节);数学实验(包括设计分析、方案制定、技术支持三个子环节);工程实践(包括工程设计、测试改进两个子环节);总结评价(包含分享交流、总结提升两个子环节)。这五个环节是一个循环的过程。通过对学生的实验报告、课堂观察分析表明,基于高中数学实验的STEM教学模式有助于培养学生的数学抽象、逻辑推理、数学运算、数据分析等数学学科核心素养并且在一定程度上提升了学生对数学学习的兴趣。