基于STEM教育理念的中職教育教學(xué)模式實踐探究

王寅

摘 要：當(dāng)前社會人才競爭激烈，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)新能力和實踐能力的復(fù)合型人才。新興的STEM教育強調(diào)多學(xué)科融合教學(xué)來培養(yǎng)綜合型人才。筆者所在單位作為國家級中職示范校建設(shè)單位，已經(jīng)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(xué)模式，為STEM教育的進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)科進行跨學(xué)科整合，強調(diào)和倡導(dǎo)多學(xué)科的交叉融合和有機結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生綜合運用不同學(xué)科的知識和思維方式，將學(xué)到的理論知識與遇到的問題、實踐經(jīng)驗緊密聯(lián)系，旨在提高學(xué)生的工程實踐能力、科技創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)能力，培養(yǎng)出具有競爭力的復(fù)合型創(chuàng)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(jié)了STEM教育的核心特征。謝麗等人以課程設(shè)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(biāo)準(zhǔn)體系，2017年，中國教科院發(fā)布了《中國STEM教育白皮書》，旨在促進我國的STEM教育發(fā)展，培養(yǎng)出適應(yīng)未來發(fā)展的綜合型人才。

中職教育側(cè)重培養(yǎng)學(xué)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(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維能力和實踐能力，并在學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識的基礎(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(xué)模式，推動STEM教育在課堂教學(xué)中的實踐應(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，下落時間為2秒，請問熊的顏色？初看該問題的學(xué)生往往感覺無從下手，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，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)生理論知識的基礎(chǔ)上，更加重視學(xué)生對不同學(xué)科知識的融會貫通，綜合運用多學(xué)科理論解決實際工程技術(shù)問題，培養(yǎng)學(xué)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(dǎo)學(xué)科融合，以問題解決為導(dǎo)向，通過項目式學(xué)習(xí)等方法探索解決有關(guān)技術(shù)問題，提高學(xué)生的創(chuàng)新探究能力和綜合實踐能力，培養(yǎng)出能夠適應(yīng)未來社會發(fā)展和競爭的復(fù)合型創(chuàng)新人才，為中華民族的偉大復(fù)興和中國夢的實現(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教育強調(diào)多學(xué)科的融合，來解決現(xiàn)實中遇到的各種問題。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，即以真實情景引入需要解決的問題及任務(wù)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生運用技術(shù)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)思維，通過工程設(shè)計及科學(xué)探究進行任務(wù)前期探究及后期解決方案的設(shè)計，最后進行成果的交流分享。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)一個真實的問題情境，根據(jù)對學(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)掌握和提升的專業(yè)知識、職業(yè)素養(yǎng)，提出需要解決的問題以及此次活動的任務(wù)目標(biāo)。

2.引導(dǎo)學(xué)生進行任務(wù)前期探究

提出問題后，學(xué)生往往找不到研究方向和工作重點，此時應(yīng)從專業(yè)知識的角度對學(xué)生進行引導(dǎo)。通過引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生解決問題的工程思維和科學(xué)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(xué)生設(shè)計解決方案

學(xué)生以分工合作的形式，運用數(shù)學(xué)思維和技術(shù)素養(yǎng)，通過收集資料、分析數(shù)據(jù)等方法解決問題。在學(xué)生設(shè)計解決方案時，教師應(yīng)從以前的權(quán)威者轉(zhuǎn)變?yōu)榕惆檎?，不再一味地告訴學(xué)生對和錯，而是跟隨和陪伴學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程，在學(xué)生研究受阻時提供必要的指導(dǎo)和幫助，引導(dǎo)其解決研究過程中的難點，根據(jù)學(xué)生研究問題的需要提供充足的學(xué)習(xí)資源，成為知識的傳遞者，讓學(xué)生根據(jù)需要主動地進行學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)熱情和積極性。

4.交流分享成果

通過學(xué)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(xué)生在此次活動中的獲得感和成就感，有益于學(xué)生更加積極地發(fā)現(xiàn)和解決其他專業(yè)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(xué)模式開展課堂教學(xué)，具體教學(xué)設(shè)計如下。

1.創(chuàng)設(shè)情境引入任務(wù)目標(biāo)

首先以現(xiàn)實情境引入課程任務(wù)目標(biāo)：目前汽車已經(jīng)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(yè)逐漸開始應(yīng)用。本次課程要求學(xué)生根據(jù)學(xué)過的電池知識，設(shè)計制作一個新能源電池來驅(qū)動汽車玩具。

2.引導(dǎo)學(xué)生進行任務(wù)前期探究

通過幻燈片和短視頻向?qū)W生介紹特斯拉、比亞迪等新能源汽車，從電池性能、環(huán)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(xué)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(yōu)缺點，提出一些引導(dǎo)性的問題，使學(xué)生站在工程師的角度，從經(jīng)濟、技術(shù)等角度出發(fā)，選定本次電池制作所使用的原理。由于問題具有較大的開放性，為防止學(xué)生走過多的彎路、提高課堂效率，教師此時扮演一位引導(dǎo)者，規(guī)范學(xué)生的探究過程。

教學(xué)活動采用小組合作的形式，小組內(nèi)成員從教材、網(wǎng)絡(luò)、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(jié)論。課堂內(nèi)將學(xué)生所需掌握的知識和現(xiàn)實生活、前言科技密切地聯(lián)系起來，通過小組內(nèi)學(xué)生之間的互動，培養(yǎng)了學(xué)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(xué)生的閱讀理解能力，拓寬了學(xué)生的知識面，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，對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高具有促進作用。

3.陪伴學(xué)生設(shè)計解決方案

通過前期探究確定了新能源電池的設(shè)計思路后，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗方案的設(shè)計，具體包括實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗儀器、實驗材料、實驗圖紙等。學(xué)生通過自主設(shè)計方案，鍛煉了其獨立思考的能力，激發(fā)了其創(chuàng)新性和創(chuàng)造性。

小組設(shè)計出方案后，根據(jù)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(xué)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(xué)生的技術(shù)能力和工程素養(yǎng)。同時，通過動手實踐，學(xué)生在動手過程中發(fā)現(xiàn)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(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)知識，不斷進行討論和反思，體會到所學(xué)知識的趣味性和實用性，學(xué)以致用，促進學(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)生對自己的作品成果進行展示和匯報，如設(shè)計方案用到的專業(yè)知識、具體的設(shè)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(qū)動玩具汽車的現(xiàn)場演示等。通過相互交流加深對學(xué)科知識的理解，學(xué)習(xí)他人長處，認識并彌補自身不足。最后，教師根據(jù)整個教學(xué)活動過程中學(xué)生遇到的問題進行總結(jié)，肯定學(xué)生在活動過程中的表現(xiàn)，鼓勵學(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

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，開展了中職教育中教學(xué)模式的實踐探究，以新能源汽車電池的制作為例，將跨學(xué)科的知識內(nèi)容融匯到真實環(huán)境中，引導(dǎo)學(xué)生探究和設(shè)計解決方案，使學(xué)生獲取知識的方式多元化，拓展了STEM教育和中職教育的結(jié)合點。隨著科技的發(fā)展，不同學(xué)科領(lǐng)域的聯(lián)系將越來越密切，教師應(yīng)順應(yīng)時代發(fā)展，深入探索其與自身教學(xué)的融合，使學(xué)生在未來的發(fā)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(xué)科整合模式[J].開發(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）.

（作者單位：天津市公用技師學(xué)院）