中職STEM教育理念研究

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摘要：當前社會人才競爭激烈，企業所需的人才已從以往的單一型人才改變為具有創新能力和實踐能力的復合型人才。新興的STEM教育強調多學科融合教學來培養綜合型人才。筆者所在單位作為國家級中職示范校建設單位，已經開展了stem教育的實踐和探索。本文以新能源汽車電池的制作為例，探究了基于STEM教育理念的中職教育教學模式，為STEM教育的進一步推廣奠定了基礎。

關鍵詞：STEM教育;中職教育;教學模式;融合教學;復合型人才

STEM教育是一種跨學科教育形式和新的整合教育模式，它將科學、技術等多學科進行跨學科整合，強調和倡導多學科的交叉融合和有機結合，引導學生綜合運用不同學科的知識和思維方式，將學到的理論知識與遇到的問題、實踐經驗緊密聯系，旨在提高學生的工程實踐能力、科技創新能力和綜合素質能力，培養出具有競爭力的復合型創新人才。我國STEM教育起步相對較晚。余勝泉等人對整合性STEM教育展開研究，總結了STEM教育的核心特征。謝麗等人以課程設計的形式開展了STEM教育的實踐研究。我國已將STEM教育列入國家課程標準體系，2017年，中國教科院了《中國STEM教育白皮書》，旨在促進我國的STEM教育發展，培養出適應未來發展的綜合型人才。中職教育側重培養學生的動手實踐能力和工程探究能力，在中職教育課堂中引入和開展STEM教育，注重培養學生的跨學科思維能力和實踐能力，并在學生掌握基礎理論知識的基礎上，深入挖掘學生的批判思維能力、探究能力和綜合運用能力。本文以新能源汽車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模式，推動STEM教育在課堂教學中的實踐應用。

一、STEM教育融入中職教育的意義

有一道經典的STEM題目：一只熊落入深坑，坑深19.617米，下落時間為2秒，請問熊的顏色？初看該問題的學生往往感覺無從下手，根據所給的條件，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科知識，可以從此看出，學科整合已成為STEM教育的核心特色之一。中職教育在教授學生理論知識的基礎上，更加重視學生對不同學科知識的融會貫通，綜合運用多學科理論解決實際工程技術問題，培養學生的動手實踐能力。STEM教育理念為中職教育注入了新鮮的血液，成為中職教育一個新的重要落腳點，其倡導學科融合，以問題解決為導向，通過項目式學習等方法探索解決有關技術問題，提高學生的創新探究能力和綜合實踐能力，培養出能夠適應未來社會發展和競爭的復合型創新人才，為中華民族的偉大復興和中國夢的實現提供充足的人才保障。

二、基于STEM教育的教學模式探討

STEM教育強調多學科的融合，來解決現實中遇到的各種問題。本文根據STEM教育理念，研究了基于STEM教育理念的中職教育教學模式，即以真實情景引入需要解決的問題及任務目標，引導學生運用技術素養和數學思維，通過工程設計及科學探究進行任務前期探究及后期解決方案的設計，最后進行成果的交流分享。教學模式流程圖如圖1所示。1.創設情境引入任務目標。首先給學生創設一個真實的問題情境，根據對學生最終學習成果的期望，以及學生在此次學習中應掌握和提升的專業知識、職業素養，提出需要解決的問題以及此次活動的任務目標。2.引導學生進行任務前期探究。提出問題后，學生往往找不到研究方向和工作重點，此時應從專業知識的角度對學生進行引導。通過引導培養學生解決問題的工程思維和科學探究意識，在今后實際工作中遇到問題時可以明確工作突破點。3.陪伴學生設計解決方案。學生以分工合作的形式，運用數學思維和技術素養，通過收集資料、分析數據等方法解決問題。在學生設計解決方案時，教師應從以前的權威者轉變為陪伴者，不再一味地告訴學生對和錯，而是跟隨和陪伴學生整個學習過程，在學生研究受阻時提供必要的指導和幫助，引導其解決研究過程中的難點，根據學生研究問題的需要提供充足的學習資源，成為知識的傳遞者，讓學生根據需要主動地進行學習，提高學習熱情和積極性。4.交流分享成果。通過學生間成果的交流和分享，既促進了知識的交流互通，又極大地提升了學生在此次活動中的獲得感和成就感，有益于學生更加積極地發現和解決其他專業問題，促進其個人更好地成長。

三、STEM教育的實踐探索

本文以新能源汽車電池的制作為例，采用上述基于STEM教育理念的教學模式開展課堂教學，具體教學設計如下。1.創設情境引入任務目標。首先以現實情境引入課程任務目標：目前汽車已經非常普及，汽車主要以石油為燃料，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，新能源電池在汽車行業逐漸開始應用。本次課程要求學生根據學過的電池知識，設計制作一個新能源電池來驅動汽車玩具。2.引導學生進行任務前期探究。通過幻燈片和短視頻向學生介紹特斯拉、比亞迪等新能源汽車，從電池性能、環保程度、成本等角度介紹新能源汽車上所使用的電池，以圖文并茂的形式使學生對汽車電池有一個形象、直觀的了解。然后比較不同原理的汽車電池的優缺點，提出一些引導性的問題，使學生站在工程師的角度，從經濟、技術等角度出發，選定本次電池制作所使用的原理。由于問題具有較大的開放性，為防止學生走過多的彎路、提高課堂效率，教師此時扮演一位引導者，規范學生的探究過程。教學活動采用小組合作的形式，小組內成員從教材、網絡、文獻資料等渠道搜集所需資料，并合理分工、相互研究討論，最終得出合理的結論。課堂內將學生所需掌握的知識和現實生活、前言科技密切地聯系起來，通過小組內學生之間的互動，培養了學生的團隊合作精神，不僅深化了課本知識，而且通過查閱資料提高了學生的閱讀理解能力，拓寬了學生的知識面，培養了學生自己尋找解決辦法的能力，激發了學生的求知欲，對學生學習能力的提高具有促進作用。3.陪伴學生設計解決方案。通過前期探究確定了新能源電池的設計思路后，引導學生進行實驗方案的設計，具體包括實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗材料、實驗圖紙等。學生通過自主設計方案，鍛煉了其獨立思考的能力，激發了其創新性和創造性。小組設計出方案后，根據方案搭建實驗平臺，制作新能源電池。將制作的電池搭載在玩具汽車上，測定小車運動的速度，同時測量電池的電壓和電流，綜合檢驗所制作電池的性能，并進一步改進電池材料等，提高電池性能。電池的制作過程使學生化身為一名工程師，從實驗平臺的搭建、電池的制作及電池性能的測定等過程，提高學生的技術能力和工程素養。同時，通過動手實踐，學生在動手過程中發現問題并分析解決問題，提高了解決實際問題的能力；而且在整個過程中綜合運用科學、技術、工程及數學知識，不斷進行討論和反思，體會到所學知識的趣味性和實用性，學以致用，促進學生創新、創效能力的提升，挖掘學生的探究潛能。4.交流分享成果。各小組的電池最終制作完成后，組織學生對自己的作品成果進行展示和匯報，如設計方案用到的專業知識、具體的設計方案介紹、制作過程中遇到的問題及解決辦法、對自己和其他小組作品的評價、電池驅動玩具汽車的現場演示等。通過相互交流加深對學科知識的理解，學習他人長處，認識并彌補自身不足。最后，教師根據整個教學活動過程中學生遇到的問題進行總結，肯定學生在活動過程中的表現，鼓勵學生將這種學習方法應用到其他方面的學習中去。

四、結語

STEM教育作為一種新興的教育理念，代表了一種新的教學發展方向。本文基于STEM教育理念，開展了中職教育中教學模式的實踐探究，以新能源汽車電池的制作為例，將跨學科的知識內容融匯到真實環境中，引導學生探究和設計解決方案，使學生獲取知識的方式多元化，拓展了STEM教育和中職教育的結合點。隨著科技的發展，不同學科領域的聯系將越來越密切，教師應順應時展，深入探索其與自身教學的融合，使學生在未來的發展中更加具有競爭力。

參考文獻：

[1]余勝泉,胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開發教育研究,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:天津市公用技師學院