1. 引言
上世纪80年代，美国国家科学委员会最先提出的STEM教育理念，是包括科学、数学、工程、技术四大领域的一种综合性教育方式 [1] ，随着STEM教育的发展，研究者格雷特·亚克门将艺术(Arts)元素融入STEM教育，进而发展成为STEAM教育，并且他提出以跨学科方式将多个学科连接起来，强调各学科之间的相互融合，以跨学科的理念构建STEAM教育发展的框架。STEAM教育是一种教育实践，学习者或教育工作者重组、整合多学科知识的实践课、操作课，也可以是一种跨学科教育的理念，不涉及相应具体课程，更多指向的是一种教学思路 [2] 。STEAM教育作为教育领域的新理念，应当指向解决现实世界中的实际问题和各学科间连贯系统的有效整合 [3] ，帮助学生将已有的多学科知识技能转移至新的实际问题中，解决问题，获得学习成果。而数学的深度学习更倾向于培养学生的思维方式，学生在理解知识的基础上，对新思想和新知识产生批判性的认识，建立新旧知识联系后更新构建自身认知结构，在真实数学情境中以高阶思维解决实际问题。因此，STEAM教育理念与深度学习的教育目标及教育过程在一定程度上是契合的。《普通高中数学课程标准(2017年版)》提出高中数学教学以培养学生数学学科核心素养为导向，学生学习过程中把握数学内容的本质，敢于质疑、善于思考，提高实践能力，提升创新意识 [4] ，STEAM教育理念在融入高中数学教学的过程中，以跨学科的方式，引导学生在真实情境中解决问题，为促进深度学习的发生提供可能。
2. STEAM教育理念下促进高中数学深度学习现状分析
在世界各国展开STEAM教育的背景下，实施高质量的STEAM教育实践活动为各个国家培养高层次人才提供了一条重要途径，各国制定了新的政策，同时也涌现出大量相关研究成果 [5] 。美国发布最新STEM教育5年计划(2019~2023)，除美国外，爱尔兰印发十年STEM教育政策(2017~2026)以及中国STEM教育2029行动计划的实施等，推动了世界STEM教育的进一步发展。《国际STEM教育期刊》指出当前国际研究主要关注以下三个方面的STEM教育主题：基础性的STEM教育理念研究、过程性的STEM教学变革研究以及发展性的STEM教育推进研究。从核心内涵、教学过程以及针对STEAM教育持续发展的思考，特别是在过程性研究中提出教学方式的变革要基于学生的认知参与，课堂中教师有效引导学生从浅层的认知加工转向有意义的深度理解处理 [3] ，提升学生的高阶思维能力。在国内，陕西师范大学首新等人以思维评价模型与STEAM教育为基础，构建了高层次思维测评模型，通过调查研究发现学生在STEAM的课程学习中，高层次思维整体呈波动性的增长 [6] ，学生的高阶思维能力的培养有助于深度学习得落实。
(1) STEAM教育理念融入高中数学研究较多，实践较少
近些年，STEAM教育理念融入高中数学教学的案例日渐增多，知网中共搜索1846篇相关文献，涵盖数学核心素养，数学建模，教学设计，教学模式等方面的内容，比如董吉玉、王帆等人根据STEAM课程设计及实施中出现的问题，以培养学生的数学核心素养为目标，通过数学内容分析、融合领域确定与主题情境创设三个方面确定实施步骤，提出STEAM教育理念与数学课程相融合的具体方案，为实现STEAM课程与数学核心素养的融合发展提供途径 [7] ；翁欣钰等人在STEAM教育理念下建构数学建模素养培养原则及教学模式，并在分析教学案例后制定数学建模评价体系，进而评价数学建模课程的教学效果，研究结果显示通过多学科知识建模模型解决数学问题，有利于提高学生的数学建模素养 [8] 。张博基于《国际STEM教育期刊》，针对STEM教学设计路径的开发提出：第一，教学目标要从低层次单一目标过渡到高层次综合任务；第二，为学生提供多领域的完整的活动场景时，重视学生的认知参与及思维方式 [3] 。许燕婷为了解STEAM教育理念融入高中数学教学的实践情况，通过调查研究表明全国多个省市州的学校，建成STEAM教育实验室不到总数的10%，而未建设STEAM教育实验室方案的学校接近60%；大多数学校教师对STEAM教育理念有所了解，但了解渠道仅限于论文期刊；各地区在经济等方面的差异，STEAM教育理念融入课堂教学的情况也不尽相同 [9] 。
目前研究者针对STEAM教育的理论研究较多且呈现上升趋势，但将STEAM教育理念作为高中数学课堂教学理念的较少，同时与真实数学课堂相结合的实例较少，因此，STEAM教育理念在国内的运用现状还具有较大的提升空间。
(2) 缺乏STEAM教育理念促进高中数学深度学习评价体系的构建与实施
在“中国知网”的主题栏内输入主题为：主题% = “(STEM) OR (STEAM) AND (深度学习)”，共检索到140篇中文文献，并且呈逐年攀升的趋势，其中涉及中等教育的文章最多，为45篇。其中朱立明和宋乃庆的核心期刊发文量最高，分别为4篇和2篇，该团队从思辨的角度提出STAEM教育理念促进深度学习的理据、架构与路径，其中理据主要是STEAM教育的核心理念(即学科融合、问题解决与新技术赋能)能够促进深度学习的发生，架构分为三个方面：主题统整、任务驱动与目标诊断，其路径是通过学科融合的STEAM核心理念构建深度学习的主题内容，再经问题解决理念提供深度学习的任务载体，采取技术赋能理念实现深度学习的思维目标 [10] 。朱立明与宋乃庆团队借鉴有关深度学习评价研究中的评价体系，建立了STEAM教育理念下深度学习的测评指标体系，涉及4个一级指标即主题统整、知识构建、情感投入、思维诊断，经层次分析法得出其测评表达式：DL = 0.11*主题统整 + 0.13*知识构建 + 0.27*情感投入 + 0.49*思维诊断 [10] 。贺艳丽提出STEAM教育理念与深度学习在价值取向上具有一致性，深度学习是STEAM教育追求的目标 [11] 。她认为STEAM教育理念下实现深度学习的路径在于采用问题驱动激发并促进学生的深层动机，以解决问题时的切身体验促进学生深度理解，通过表现性任务支持深度学习的表现性评价 [12] 。
所以，STEAM教育理念和深度学习在价值取向，教育过程以及教育目标上具有一定的内在联系，理论研究表明STEAM教育理念能够促进学生的深层次学习，实现深度学习，同时，大量的研究成果进一步有效推进构建STEAM教育理念促进深度学习的评价体系。但目前以STEAM教育理念融入高中数学课堂教学，进而促进学生深度学习的实践较少，研究者大多停留在理论层面，导致缺乏应用于高中数学的STEAM教育理念促进深度学习的评价体系，难以测评真实数学课堂中，融入STEAM教育理念后学生深度学习的效果。
3. STEAM教育理念下促进高中数学深度学习发生的可行性
第一，STEAM教育的核心理念为高中数学深度学习的实现提供基础。STEAM教育的三个核心理念为学科融合、问题解决与新技术赋能 [13] ，而深度学习指向逻辑思维发展，学科新旧知识整合建构，利用知识迁移等方法解决真实情景中的问题，二者可以相互融合、相互渗透，比如教师在讲解导数内容时，通过物理学中的瞬时变化率，以及现实生活中的实际例子，有助于学生掌握理解导数这一抽象概念，培养学生将复杂生活问题抽象为简单数学问题的能力；教师在讲解向量的数量积时，利用物理学中力的做功引入本节课内容。
第二，STEAM教育实践为高中数学深度学习提供新的教学方式。STEAM教育理念倡导学生真实参与活动，突破应试教育的壁垒，切身体验利用多学科知识解决问题，在教学中以一种与传统教学不同的新的教学形式达到深度学习，培养学生数学核心素养，创新思维和高阶思维能力，成为21世纪的综合性、创新型人才。
4. STEAM教育理念下促进高中数学深度学习的实现路径
朱立明和宋乃庆的研究已经提出STEAM教育理念促进深度学习发生的路径即以STEAM教育的核心理念为导向，通过多个学科融合构建深度学习的主题内容，再经问题解决提供深度学习的任务载体，利用新技术赋能理念确定深度学习的思维目标 [10] 。由Eric Jensen和Le Ann Nickelsen提出的深度学习路线为设计课程标准–预评估–营造积极学习文化–预备与激活先前知识–获取新知识–深度加工知识–评价学生学习的七大步骤 [14] ，其中最核心的是深度加工知识，要求学生对所学知识进行有效的加工，对新旧知识分析综合，同化后产生新的认知结构。2014年，美国国际技术与工程教育学会为落实STEAM教育的活动模式，提出了6E设计型学习模式：吸引(Engage)、探究(Explore)、解释(Explain)、工程(Engineer)、深化(Enrich)、评价(Evaluate) [15] ，此模式突出科学探究和工程实际，在活动的进行中落实STEAM教育理念，有效提高学生实践中探索发现、不断创新的能力。
基于以上较为成熟的有关STEAM教育理念或深度学习的路径，并结合高中数学学科本身的特点以及高中生身心发展的情况，探索STEAM教育理念下促进高中数学深度学习的实现路径，如图1。
Figure 1. The realization path of promoting deep learning in high school mathematics under the STEAM education concept
图1. STEAM教育理念下促进高中数学深度学习的实现路径
如上图1所示，首先吸引阶段分为确定主题内容和设置真实跨学科情境，通过课程标准和教学目标确定教学的主题内容，并围绕此主题内容设计与主题相关的多学科融合的真实情境，可以通过新技术模拟正方体外接球情境、自主动手制作立方体帮助解决立体几何问题等，也可以走出教室进入生活情境中，激活新知，引发新思考、新问题，激发学生的学习兴趣；接着为探究阶段，引导学生思考已有知识之间的联系，课堂中充分体现学生为主体，学生可以不仅限于解决本节课的数学问题，将问题置于生活实际或具体工程中思考，经发散思维分析问题并解决问题；然后为深化阶段，进一步深挖解决数学问题或知识点的本质，学生经独立思考或讨论后明白为什么这样解答，揭示知识的深层内涵，探究时可以提出开放性、综合性运用知识的问题，共同解答、深层次加工建构知识，也可以在课后利用信息技术分享其应用成果；最后为评价阶段，教师与学生共同对探究的成果进行评价，给予学生足够的空间反思问题的解决过程，尊重学生的不同见解，以及找到在此过程中的收获与不足。