中職STEM教育理念研究

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摘要：當(dāng)前社會(huì)人才競(jìng)爭(zhēng)激烈，企業(yè)所需的人才已從以往的單一型人才改變?yōu)榫哂袆?chuàng)新能力和實(shí)踐能力的復(fù)合型人才。新興的STEM教育強(qiáng)調(diào)多學(xué)科融合教學(xué)來(lái)培養(yǎng)綜合型人才。筆者所在單位作為國(guó)家級(jí)中職示范校建設(shè)單位，已經(jīng)開(kāi)展了stem教育的實(shí)踐和探索。本文以新能源汽車(chē)電池的制作為例，探究了基于STEM教育理念的中職教育教學(xué)模式，為STEM教育的進(jìn)一步推廣奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：STEM教育;中職教育;教學(xué)模式;融合教學(xué);復(fù)合型人才

STEM教育是一種跨學(xué)科教育形式和新的整合教育模式，它將科學(xué)、技術(shù)等多學(xué)科進(jìn)行跨學(xué)科整合，強(qiáng)調(diào)和倡導(dǎo)多學(xué)科的交叉融合和有機(jī)結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用不同學(xué)科的知識(shí)和思維方式，將學(xué)到的理論知識(shí)與遇到的問(wèn)題、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)緊密聯(lián)系，旨在提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、科技創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)能力，培養(yǎng)出具有競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合型創(chuàng)新人才。我國(guó)STEM教育起步相對(duì)較晚。余勝泉等人對(duì)整合性STEM教育展開(kāi)研究，總結(jié)了STEM教育的核心特征。謝麗等人以課程設(shè)計(jì)的形式開(kāi)展了STEM教育的實(shí)踐研究。我國(guó)已將STEM教育列入國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)體系，2017年，中國(guó)教科院了《中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》，旨在促進(jìn)我國(guó)的STEM教育發(fā)展，培養(yǎng)出適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的綜合型人才。中職教育側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和工程探究能力，在中職教育課堂中引入和開(kāi)展STEM教育，注重培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維能力和實(shí)踐能力，并在學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，深入挖掘?qū)W生的批判思維能力、探究能力和綜合運(yùn)用能力。本文以新能源汽車(chē)電池的制作課程為例，探究基于STEM教育理念的中職教育教學(xué)模式，推動(dòng)STEM教育在課堂教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用。

一、STEM教育融入中職教育的意義

有一道經(jīng)典的STEM題目：一只熊落入深坑，坑深19.617米，下落時(shí)間為2秒，請(qǐng)問(wèn)熊的顏色？初看該問(wèn)題的學(xué)生往往感覺(jué)無(wú)從下手，根據(jù)所給的條件，可求出該地的重力加速度為9.808m/s2，只有南、北極的重力加速度最接近該值，且只有北極有熊，為白色，故題目中熊的顏色為白色。這道題目綜合了物理和地理等學(xué)科知識(shí)，可以從此看出，學(xué)科整合已成為STEM教育的核心特色之一。中職教育在教授學(xué)生理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，更加重視學(xué)生對(duì)不同學(xué)科知識(shí)的融會(huì)貫通，綜合運(yùn)用多學(xué)科理論解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。STEM教育理念為中職教育注入了新鮮的血液，成為中職教育一個(gè)新的重要落腳點(diǎn)，其倡導(dǎo)學(xué)科融合，以問(wèn)題解決為導(dǎo)向，通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等方法探索解決有關(guān)技術(shù)問(wèn)題，提高學(xué)生的創(chuàng)新探究能力和綜合實(shí)踐能力，培養(yǎng)出能夠適應(yīng)未來(lái)社會(huì)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)合型創(chuàng)新人才，為中華民族的偉大復(fù)興和中國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)提供充足的人才保障。

二、基于STEM教育的教學(xué)模式探討

STEM教育強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的融合，來(lái)解決現(xiàn)實(shí)中遇到的各種問(wèn)題。本文根據(jù)STEM教育理念，研究了基于STEM教育理念的中職教育教學(xué)模式，即以真實(shí)情景引入需要解決的問(wèn)題及任務(wù)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用技術(shù)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)思維，通過(guò)工程設(shè)計(jì)及科學(xué)探究進(jìn)行任務(wù)前期探究及后期解決方案的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行成果的交流分享。教學(xué)模式流程圖如圖1所示。1.創(chuàng)設(shè)情境引入任務(wù)目標(biāo)。首先給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)的問(wèn)題情境，根據(jù)對(duì)學(xué)生最終學(xué)習(xí)成果的期望，以及學(xué)生在此次學(xué)習(xí)中應(yīng)掌握和提升的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、職業(yè)素養(yǎng)，提出需要解決的問(wèn)題以及此次活動(dòng)的任務(wù)目標(biāo)。2.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)前期探究。提出問(wèn)題后，學(xué)生往往找不到研究方向和工作重點(diǎn)，此時(shí)應(yīng)從專(zhuān)業(yè)知識(shí)的角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)。通過(guò)引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的工程思維和科學(xué)探究意識(shí)，在今后實(shí)際工作中遇到問(wèn)題時(shí)可以明確工作突破點(diǎn)。3.陪伴學(xué)生設(shè)計(jì)解決方案。學(xué)生以分工合作的形式，運(yùn)用數(shù)學(xué)思維和技術(shù)素養(yǎng)，通過(guò)收集資料、分析數(shù)據(jù)等方法解決問(wèn)題。在學(xué)生設(shè)計(jì)解決方案時(shí)，教師應(yīng)從以前的權(quán)威者轉(zhuǎn)變?yōu)榕惆檎撸辉僖晃兜馗嬖V學(xué)生對(duì)和錯(cuò)，而是跟隨和陪伴學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，在學(xué)生研究受阻時(shí)提供必要的指導(dǎo)和幫助，引導(dǎo)其解決研究過(guò)程中的難點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生研究問(wèn)題的需要提供充足的學(xué)習(xí)資源，成為知識(shí)的傳遞者，讓學(xué)生根據(jù)需要主動(dòng)地進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)熱情和積極性。4.交流分享成果。通過(guò)學(xué)生間成果的交流和分享，既促進(jìn)了知識(shí)的交流互通，又極大地提升了學(xué)生在此次活動(dòng)中的獲得感和成就感，有益于學(xué)生更加積極地發(fā)現(xiàn)和解決其他專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，促進(jìn)其個(gè)人更好地成長(zhǎng)。

三、STEM教育的實(shí)踐探索

本文以新能源汽車(chē)電池的制作為例，采用上述基于STEM教育理念的教學(xué)模式開(kāi)展課堂教學(xué)，具體教學(xué)設(shè)計(jì)如下。1.創(chuàng)設(shè)情境引入任務(wù)目標(biāo)。首先以現(xiàn)實(shí)情境引入課程任務(wù)目標(biāo)：目前汽車(chē)已經(jīng)非常普及，汽車(chē)主要以石油為燃料，隨著化石能源的減少、霧霾天氣的污染，以及科技手段的提升，新能源電池在汽車(chē)行業(yè)逐漸開(kāi)始應(yīng)用。本次課程要求學(xué)生根據(jù)學(xué)過(guò)的電池知識(shí)，設(shè)計(jì)制作一個(gè)新能源電池來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)玩具。2.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)前期探究。通過(guò)幻燈片和短視頻向?qū)W生介紹特斯拉、比亞迪等新能源汽車(chē)，從電池性能、環(huán)保程度、成本等角度介紹新能源汽車(chē)上所使用的電池，以圖文并茂的形式使學(xué)生對(duì)汽車(chē)電池有一個(gè)形象、直觀的了解。然后比較不同原理的汽車(chē)電池的優(yōu)缺點(diǎn)，提出一些引導(dǎo)性的問(wèn)題，使學(xué)生站在工程師的角度，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等角度出發(fā)，選定本次電池制作所使用的原理。由于問(wèn)題具有較大的開(kāi)放性，為防止學(xué)生走過(guò)多的彎路、提高課堂效率，教師此時(shí)扮演一位引導(dǎo)者，規(guī)范學(xué)生的探究過(guò)程。教學(xué)活動(dòng)采用小組合作的形式，小組內(nèi)成員從教材、網(wǎng)絡(luò)、文獻(xiàn)資料等渠道搜集所需資料，并合理分工、相互研究討論，最終得出合理的結(jié)論。課堂內(nèi)將學(xué)生所需掌握的知識(shí)和現(xiàn)實(shí)生活、前言科技密切地聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)小組內(nèi)學(xué)生之間的互動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，不僅深化了課本知識(shí)，而且通過(guò)查閱資料提高了學(xué)生的閱讀理解能力，拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)了學(xué)生自己尋找解決辦法的能力，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高具有促進(jìn)作用。3.陪伴學(xué)生設(shè)計(jì)解決方案。通過(guò)前期探究確定了新能源電池的設(shè)計(jì)思路后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，具體包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)圖紙等。學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)方案，鍛煉了其獨(dú)立思考的能力，激發(fā)了其創(chuàng)新性和創(chuàng)造性。小組設(shè)計(jì)出方案后，根據(jù)方案搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，制作新能源電池。將制作的電池搭載在玩具汽車(chē)上，測(cè)定小車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度，同時(shí)測(cè)量電池的電壓和電流，綜合檢驗(yàn)所制作電池的性能，并進(jìn)一步改進(jìn)電池材料等，提高電池性能。電池的制作過(guò)程使學(xué)生化身為一名工程師，從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建、電池的制作及電池性能的測(cè)定等過(guò)程，提高學(xué)生的技術(shù)能力和工程素養(yǎng)。同時(shí)，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生在動(dòng)手過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并分析解決問(wèn)題，提高了解決實(shí)際問(wèn)題的能力；而且在整個(gè)過(guò)程中綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)知識(shí)，不斷進(jìn)行討論和反思，體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的趣味性和實(shí)用性，學(xué)以致用，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)效能力的提升，挖掘?qū)W生的探究潛能。4.交流分享成果。各小組的電池最終制作完成后，組織學(xué)生對(duì)自己的作品成果進(jìn)行展示和匯報(bào)，如設(shè)計(jì)方案用到的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、具體的設(shè)計(jì)方案介紹、制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決辦法、對(duì)自己和其他小組作品的評(píng)價(jià)、電池驅(qū)動(dòng)玩具汽車(chē)的現(xiàn)場(chǎng)演示等。通過(guò)相互交流加深對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解，學(xué)習(xí)他人長(zhǎng)處，認(rèn)識(shí)并彌補(bǔ)自身不足。最后，教師根據(jù)整個(gè)教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中學(xué)生遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，肯定學(xué)生在活動(dòng)過(guò)程中的表現(xiàn)，鼓勵(lì)學(xué)生將這種學(xué)習(xí)方法應(yīng)用到其他方面的學(xué)習(xí)中去。

四、結(jié)語(yǔ)

STEM教育作為一種新興的教育理念，代表了一種新的教學(xué)發(fā)展方向。本文基于STEM教育理念，開(kāi)展了中職教育中教學(xué)模式的實(shí)踐探究，以新能源汽車(chē)電池的制作為例，將跨學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容融匯到真實(shí)環(huán)境中，引導(dǎo)學(xué)生探究和設(shè)計(jì)解決方案，使學(xué)生獲取知識(shí)的方式多元化，拓展了STEM教育和中職教育的結(jié)合點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展，不同學(xué)科領(lǐng)域的聯(lián)系將越來(lái)越密切，教師應(yīng)順應(yīng)時(shí)展，深入探索其與自身教學(xué)的融合，使學(xué)生在未來(lái)的發(fā)展中更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]余勝泉,胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開(kāi)發(fā)教育研究,2015(4).

[2]謝麗,李春密.整合性STEM教育理念下的課程改革初探[J].課程•教材•教法,2017(6).

作者:王寅 單位:天津市公用技師學(xué)院