SETAM教育理念在能源技術(shù)經(jīng)濟學(xué)課程中的應(yīng)用

王洪才 張建智 代云年

摘?要：在新時代背景下，STEAM教育理念是一種培育綜合性、復(fù)合型人才的教育模式，已成為我國教育熱點和新的研究領(lǐng)域。本文借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗，從STEAM教育產(chǎn)生的背景、應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，深入地分析和總結(jié)了高校課堂STEAM教育教學(xué)模式，并結(jié)合《能源技術(shù)經(jīng)濟學(xué)》課程的“節(jié)能量計算”內(nèi)容，從真實情境、關(guān)鍵問題、設(shè)計方案、改進(jìn)方案、實施方案、交流展示等六個方面提煉了STEAM課堂的教學(xué)流程，并進(jìn)行較為詳細(xì)的分析和概述。

關(guān)鍵詞：STEAM教育?課堂教學(xué)?節(jié)能量計算

引言

高等教育是人才培養(yǎng)的主戰(zhàn)場，課堂教學(xué)是培養(yǎng)造就人才的重要途徑。利用創(chuàng)新的理念和思路來革新課堂教學(xué)方式、提高大學(xué)生教育教學(xué)質(zhì)量是高校教育工作者的使命和擔(dān)當(dāng)。STEAM教育是一種以實踐教學(xué)為基礎(chǔ)的跨學(xué)科教育理念和模式，集合了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等多學(xué)科的綜合教育。2015年教育部在《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見》中指出“探索STEAM教育新模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識”，這是我國首次在政府文件中提出開展STEAM教育。作為一種培養(yǎng)綜合性、復(fù)合型人才的教育模式，STEAM教育理念，對于當(dāng)前我國的經(jīng)濟社會發(fā)展與教育教學(xué)改革都具有重要的借鑒意義。

一、STEAM教育理念及應(yīng)用現(xiàn)狀

1.STEAM教育概述

STEAM源于STEM教育，指的是與科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）學(xué)科相關(guān)的教育，由美國國家科學(xué)基金會在1986年的率先提出，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、技術(shù)能力、工程意識和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，是一種偏向工科思維的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。STEAM教育最早是由美國弗吉尼亞理工大學(xué)學(xué)者格雷特·亞克門于2010年提出的，將藝術(shù)（Arts）融入STEM中，將有助于學(xué)生從更多的視角認(rèn)識不同學(xué)科之間的聯(lián)系，提高自身綜合運用知識解決現(xiàn)實問題的能力。這里的藝術(shù)包含廣泛的人文藝術(shù)科目，涵蓋社會、語言、人文、美學(xué)等方面。STEAM教育的理念可以概括為：以數(shù)學(xué)知識為基礎(chǔ)，通過工程和藝術(shù)的思維解讀科學(xué)和技術(shù)，支持學(xué)生采用多學(xué)科整合的方式來認(rèn)識世界，以協(xié)同創(chuàng)新的方式來改造世界，培養(yǎng)他們提出問題、解決問題的創(chuàng)新能力。

2.STEAM教育的應(yīng)用

STEAM教育作為一種培育綜合性、復(fù)合型人才的教育模式，已經(jīng)在很多國家大力開展。如美國的北卡羅萊納等學(xué)校成立了“國家數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)特色聯(lián)合體”，創(chuàng)建了美國的“STEAM教育聯(lián)盟”，旨在為學(xué)生提供高質(zhì)量的STEAM教育。英國方面，2014年STEAM教育獲得了聯(lián)合政府與工黨及各黨派支持，并撥款1400萬英鎊用于伯明翰城市大學(xué)STEAM研究中心建設(shè)，強調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力、創(chuàng)造力和分析能力。韓國教育部在2011年發(fā)布《促進(jìn)綜合性人才教育（STEAM）方案》政策，致力于構(gòu)建多樣型的人才培養(yǎng)平臺，提升綜合型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。當(dāng)前，國外對于STEAM教育方面的研究已經(jīng)在概念的界定、人才的培養(yǎng)模式、教育的變革方式、價值觀念的體現(xiàn)、平臺搭建等方面取得了一定的成績。

2.12年第二屆STEM國際教育大會在北京師范大學(xué)舉行，會議圍繞跨學(xué)科研究、教學(xué)模式和教師發(fā)展等方面進(jìn)行交流，該次會議的內(nèi)容大多是運用國外開展STEM教育的經(jīng)驗和案例。2016年教育部公布了《教育信息化“十三五”規(guī)劃》政策，明確提出“有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用”。北京教育學(xué)院等單位舉辦了“2017中國STEM+創(chuàng)新教育大會”，圍繞STEAM教育與創(chuàng)新教育、課程改革、跨學(xué)科的課程整合、創(chuàng)新人才的培養(yǎng)等方面開展?？傮w來說，我國當(dāng)前的STEAM教育仍處于發(fā)展和嘗試階段，很多高校和學(xué)生都會嘗試著與外界的社會資源進(jìn)行交流合作。如北京大學(xué)國際基礎(chǔ)教育研究室推廣的STEAM教育，內(nèi)容涵蓋了3D打印、創(chuàng)新思維等多門課程，展現(xiàn)了STEAM教育面向未來的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

三、高校課堂STEAM教育模式

任何一種教學(xué)模式都是在特定的教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來，具有相對穩(wěn)定的教學(xué)活動框架和程序。本文采用STEAM教育理念，結(jié)合高等學(xué)校課堂教學(xué)的現(xiàn)狀，從以下四個方面提出高校課堂STEAM教學(xué)模式的特征。

1.打破學(xué)科界限

STEAM教育模式核心思想是將不同學(xué)科的知識內(nèi)容可以交叉融匯。在《能源技術(shù)經(jīng)濟學(xué)》課程中，可以將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)以及經(jīng)濟等學(xué)科的內(nèi)容整合在一個節(jié)能技術(shù)改造案例中，體現(xiàn)出課堂教學(xué)的真實性、趣味性。高等學(xué)校的課堂教學(xué)若要打破不同學(xué)科之間的界限，首先要在課堂教學(xué)的設(shè)計上運用多學(xué)科融合的模式，選擇合適的內(nèi)容，從縱向或橫向的維度上來增強科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)相互之間的學(xué)科聯(lián)系;其次，可以通過具體案例或項目的學(xué)習(xí)，將現(xiàn)實生活或生產(chǎn)中的現(xiàn)象與相關(guān)學(xué)科關(guān)聯(lián)起來，融會貫通，由此進(jìn)行探索、研究，將跨學(xué)科的教育理念充分體現(xiàn)出來。

2.強調(diào)團(tuán)隊協(xié)作

STEAM教育要求必須重視學(xué)生之間的團(tuán)隊協(xié)作意識與合作能力的培養(yǎng)。課堂上，教師一般都會指導(dǎo)學(xué)生組建若干小組，讓他們相互配合、啟發(fā)，共同完成每個小組的預(yù)訂任務(wù)。高等學(xué)校的STEAM課堂可以是一個互動性的學(xué)習(xí)環(huán)境，從教師與學(xué)生以及學(xué)生之間的互動中，一起去尋找學(xué)習(xí)的樂趣和意義。此外，學(xué)生在團(tuán)隊合作的環(huán)境中也能夠找到自己準(zhǔn)確的位置，認(rèn)同自己扮演的角色，了解自己所處的狀態(tài)，符合國家提出的培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教育理念。

3.注重實踐能力

STEAM教育在具體的實施過程中，應(yīng)重點關(guān)注學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，尤其是在真實學(xué)習(xí)環(huán)境中動手操作的能力。一方面，要為學(xué)生營造出一種情景化的學(xué)習(xí)體驗環(huán)境，需要任課教師在課堂設(shè)計時需要考慮到怎樣才能營造能夠讓學(xué)生獲得學(xué)習(xí)體驗、掌握課程知識、發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力的學(xué)習(xí)氛圍，既包括硬環(huán)境，也包括軟環(huán)境。另一方面，盡量提供條件讓學(xué)生親自參與到所學(xué)知識的實踐應(yīng)用中，如現(xiàn)場考察等。這個實踐應(yīng)用可以是具體的生產(chǎn)或生活場景，也可以是老師為學(xué)生設(shè)計的情景化教學(xué)環(huán)境。

4.增添藝術(shù)氣息

由于音樂、舞蹈、美術(shù)等藝術(shù)形式對于培養(yǎng)學(xué)生的審美意識、陶冶學(xué)生的情操、培養(yǎng)學(xué)生的個性等領(lǐng)域都體現(xiàn)出其他學(xué)科無法替代的作用，因此，在高等學(xué)校的STEAM課程中，其知識范圍不僅涵蓋了科學(xué)、工程等技術(shù)方面的內(nèi)容，還應(yīng)增加有關(guān)學(xué)科的歷史、人文等知識，使得學(xué)生不僅僅是單純地進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)，更重要的是教會學(xué)生從藝術(shù)的角度去理解并掌握知識。

四、能源技術(shù)經(jīng)濟學(xué)課堂教學(xué)流程

國家標(biāo)準(zhǔn)《用能單位節(jié)能量計算方法》已于2019年4月1日起實施，本文以“節(jié)能量計算”教學(xué)內(nèi)容為例開展STEAM課堂教學(xué)的案例分析。

1.學(xué)習(xí)主題

開展技改項目節(jié)能量計算分析。涉及的主要內(nèi)容如下：

科學(xué)：熱力學(xué)第一定律、物質(zhì)守恒定律，各類能源發(fā)熱量的科學(xué)選擇等。

技術(shù)：技改所用技術(shù)，節(jié)能量計算方法，借助計算機網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料等。

工程：改造項目建設(shè)工藝、生產(chǎn)過程，主要耗能環(huán)節(jié)能耗及產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集，節(jié)能量計算流程設(shè)計等。

藝術(shù)：技術(shù)改造項目能源消耗和產(chǎn)品生產(chǎn)統(tǒng)計的邊界劃分，統(tǒng)計、計算表格的設(shè)計、制作等。

數(shù)學(xué)：技術(shù)改造項目能耗和產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計、能耗標(biāo)準(zhǔn)量的計算、節(jié)能量的計算、有關(guān)變量的歸一化處理等。

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)

當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)和節(jié)能減排意識已深入人心，但在校生缺少具體、實際的接觸和實踐。為了培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、思維能力。課例學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：

（1）知識傳授

講解節(jié)能量計算方法、項目邊界認(rèn)定、劃分，節(jié)能量計算分析等。

（2）實踐鍛煉

在理解節(jié)能量計算內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過小組分工、交流、合作，鍛煉學(xué)生搜集計算資料、分析計算過程、設(shè)計計算方案的能力。

（3）能力提升

通過對改造項目節(jié)能量計算任務(wù)的整體安排設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等方面的整合能力。

3.課程分析

STEAM課堂教學(xué)模式的共同要素主要包括真實情境、關(guān)鍵問題、設(shè)計方案、改進(jìn)方案、實施方案、產(chǎn)品交流展示等方面。

（1）真實情境

主要表現(xiàn)為教師對該課例教學(xué)背景的理解，體現(xiàn)出教師關(guān)注該主題實踐環(huán)節(jié)這一特征。從教室能源消耗設(shè)備（如節(jié)能燈等）更新改造入手，進(jìn)而引導(dǎo)至企業(yè)技術(shù)改造項目（如電機更換、工藝技術(shù)改進(jìn)等）中去，情境對于學(xué)生來說應(yīng)真實，這樣才能夠提起學(xué)生對于該課題的計算和設(shè)計興趣。

（2）關(guān)鍵問題

該課例要求學(xué)生解決的關(guān)鍵問題是計算某一技術(shù)項目改造前后的節(jié)能量，整個教學(xué)都是圍繞“如何開展技改項目節(jié)能量的計算”這個關(guān)鍵性問題展開。關(guān)鍵性的問題應(yīng)具驅(qū)動的功能且富有挑戰(zhàn)性，才能夠激發(fā)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計。例如，在計算項目節(jié)能量的同時，考慮其經(jīng)濟性，可能在一定程度上能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（3）設(shè)計方案

比較理想的情況是先讓學(xué)生在所屬團(tuán)隊內(nèi)進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，提出面臨的問題，討論設(shè)計思路，共同規(guī)劃設(shè)計方案。例如，想要解決這個問題，學(xué)生首先要考慮的是項目消耗的多個能源種類如何統(tǒng)一，節(jié)能量計算步驟如何分工、安排進(jìn)度等，這個環(huán)節(jié)是導(dǎo)出學(xué)生原有知識、形成創(chuàng)新想法并確保想法得以實施的過程。

（4）改進(jìn)方案

每個小組初步設(shè)計的方案都需要進(jìn)行不斷檢查、反復(fù)討論改進(jìn)。在本課例中，該環(huán)節(jié)的教學(xué)方式是先請每個小組通過手機、電腦等進(jìn)一步查閱有關(guān)資料，完善各自小組的計算思路（如煤炭如何折算標(biāo)準(zhǔn)煤等）;其次，還可以通過團(tuán)隊研討、交流，發(fā)現(xiàn)存在問題，提出更恰當(dāng)、更便捷的思路進(jìn)行修改論證，完善初步設(shè)計方案。

（5）實施方案

學(xué)生根據(jù)改進(jìn)后的方案實施，對設(shè)計的節(jié)能量計算步驟進(jìn)行逐一展開，運用統(tǒng)籌學(xué)方法，將有關(guān)步驟協(xié)同進(jìn)行。但是由于的方案沒有對如數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，人員的分工，進(jìn)度的安排等活動進(jìn)行設(shè)計，可能會造成有些學(xué)生無法真正參與到實施中來，這就需要教師的指導(dǎo)和督促。

（6）交流展示

形成的最終成果即各個小組最終計算的節(jié)能量，體現(xiàn)出本課例所要求形成最終結(jié)論的特征。在該環(huán)節(jié)中，教師要求各小組以PPT的形式展示交流，在一定程度上限制了學(xué)生的創(chuàng)造性的自我表現(xiàn)。

綜上可知，開展“技術(shù)改造項目節(jié)能量計算分析”為主題的STEAM課程采用的是“基于工程項目”的學(xué)習(xí)模式，不僅具備了項目學(xué)習(xí)的特征，也具備了工程設(shè)計的部分特點。

4.課程總結(jié)

課例中學(xué)生對于項目節(jié)能量計算的設(shè)計方案比較完善，且每一環(huán)節(jié)都要求有明確的任務(wù)目標(biāo)，讓學(xué)生經(jīng)歷“親自參與-動手操作-方案設(shè)計-反復(fù)論證-改進(jìn)完善”的過程?？此坪唵蔚墓?jié)能量計算分析，其中還包含了項目邊界劃分、相關(guān)資料收集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理等一系列實際問題，能夠使學(xué)生在完成任務(wù)的過程中，意識到真實問題的復(fù)雜性，并且能夠通過活動初步體會工程、設(shè)計的思想在解決實際問題中的重要價值。

五、思考與展望

STEAM教育具有知識覆蓋面廣、能力鍛煉多樣、情感體驗豐富的特點，是一種培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、實踐能力的教學(xué)方法，也是一種重要的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)教育所關(guān)注的重點領(lǐng)域。課堂教學(xué)是高等學(xué)校人才培養(yǎng)的主陣地，也是培育綜合型人才最直接的方式，其教學(xué)質(zhì)量的高低直接關(guān)乎人才培養(yǎng)好壞。因此，將STEAM教育的新理念和新思路引入到更多的高校課堂教學(xué)中，是打造“金課”杜絕“水課”的有效方式，有助于進(jìn)一步提升課堂教學(xué)質(zhì)量，以培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)的復(fù)合型人才，推動我國的教育教學(xué)服務(wù)的高質(zhì)量發(fā)展。

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作者簡介

王洪才（1982—），男，安徽臨泉人，中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院講師，博士。