應(yīng)用型高校實(shí)驗(yàn)室STEM實(shí)踐教學(xué)模式研究

馬 寧，王金萍

(哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150000)

在當(dāng)前高校教學(xué)改革中，實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生就業(yè)能力、綜合素質(zhì)和職業(yè)能力的重要部分，而高校實(shí)驗(yàn)室課程是實(shí)踐教學(xué)的載體。高校實(shí)驗(yàn)室為實(shí)踐教學(xué)提供了平臺(tái)，大學(xué)生以學(xué)科專業(yè)為基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、操作，理解與掌握學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)踐技能和創(chuàng)新思維訓(xùn)練等，成為富有實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才。在高校實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生一般先通過(guò)對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握，帶著問(wèn)題和好奇心到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)，特別是一些實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，必須將理論和實(shí)踐相結(jié)合，才能使學(xué)生更好地完成訓(xùn)練任務(wù)。STEM實(shí)踐教學(xué)模式與傳統(tǒng)的教育方式有很大區(qū)別，更推崇超學(xué)科理念，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，鼓勵(lì)和培養(yǎng)了學(xué)生多種能力的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)了STEM的教學(xué)目標(biāo)。

1 STEM實(shí)踐教學(xué)概述

STEM是Science(科學(xué))、Technology(技術(shù))、Engineering(工程)、Math(數(shù)學(xué)學(xué)科教育)的縮寫(xiě)，STEM的教育理念是將實(shí)踐與四門學(xué)科知識(shí)有機(jī)結(jié)合，將理論與實(shí)踐相統(tǒng)一。STEM教育并非將學(xué)科知識(shí)簡(jiǎn)單結(jié)合，而是注重在實(shí)踐中挖掘各個(gè)學(xué)科的潛在內(nèi)涵，是教育模式的創(chuàng)新。STEM教育在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素質(zhì)、技術(shù)素質(zhì)、工程素質(zhì)和數(shù)學(xué)素質(zhì)的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，開(kāi)拓了創(chuàng)新思維。

2 STEM實(shí)踐教學(xué)與課程有機(jī)結(jié)合的方式

STEM實(shí)踐教學(xué)注重讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握知識(shí)，在實(shí)踐中主動(dòng)解決問(wèn)題，拓展了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和復(fù)合思維能力。實(shí)踐教學(xué)并非到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)簡(jiǎn)單操作儀器，觀察數(shù)據(jù)，做出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，完成學(xué)科任務(wù)，STEM教育中的內(nèi)容設(shè)計(jì)關(guān)注學(xué)生的興趣，增加教學(xué)內(nèi)容的趣味性，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將學(xué)科中的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系在一起，從多學(xué)科和多視角分析解決問(wèn)題。STEM實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)更加注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，在教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮課堂實(shí)際情況，合理確定學(xué)科知識(shí)的理解深度，建立有深度、有梯度的目標(biāo)體系。STEM實(shí)踐教學(xué)同時(shí)融入多元、多維的教學(xué)評(píng)價(jià)，在學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中融合了傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)和項(xiàng)目教學(xué)評(píng)價(jià)，這些教學(xué)評(píng)價(jià)正確引導(dǎo)了學(xué)生的學(xué)習(xí)方向，調(diào)整教與學(xué)的過(guò)程，為學(xué)生及時(shí)提供動(dòng)態(tài)反饋，達(dá)到了最佳的學(xué)習(xí)效果。

3 STEM實(shí)踐教學(xué)模式構(gòu)建

在STEM教育理論的指導(dǎo)下，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要掌握教學(xué)知識(shí)中各知識(shí)點(diǎn)和各學(xué)科內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系。高校實(shí)驗(yàn)課程多數(shù)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，STEM實(shí)踐教學(xué)要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，擁有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，而不是在實(shí)驗(yàn)室中簡(jiǎn)單操作儀器、記錄數(shù)據(jù)、完成學(xué)科任務(wù)，學(xué)生只有在實(shí)驗(yàn)中提高思考的興趣，利用發(fā)散性思維提出不同的解決方案，才能在探索中擁有解決問(wèn)題的綜合能力，在這個(gè)實(shí)踐與理論相結(jié)合的過(guò)程中，STEM教學(xué)模式得到充分發(fā)揮。STEM實(shí)踐教育在不同學(xué)科中的應(yīng)用也有所不同，實(shí)驗(yàn)室中可根據(jù)不同專業(yè)特點(diǎn)和不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目靈活設(shè)置。STEM實(shí)踐教學(xué)注重對(duì)問(wèn)題情境的設(shè)計(jì)，如教師在授課中提出以下要求：學(xué)生應(yīng)該取得什么樣的學(xué)習(xí)成果？怎樣取得？學(xué)生在思考問(wèn)題時(shí)，利用自己的發(fā)散思維和創(chuàng)造思維設(shè)計(jì)不同方案，不受固有答案的限制，完成教學(xué)任務(wù)后，教師帶著問(wèn)題總結(jié)成果，不僅能夠了解學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握情況，也能驗(yàn)證學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合的能力。教學(xué)成果注重的是學(xué)生就業(yè)能力、職業(yè)能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，STEM實(shí)踐教學(xué)將學(xué)生整個(gè)大學(xué)階段的實(shí)踐成果串聯(lián)起來(lái)，能夠培養(yǎng)社會(huì)需要的高素質(zhì)人才。

4 STEM實(shí)踐教學(xué)模式設(shè)計(jì)

第一，實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)以學(xué)生為主體，教師可以幫助學(xué)生梳理學(xué)科相關(guān)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入理解。教師在設(shè)計(jì)STEM實(shí)踐教學(xué)時(shí)，要考慮各學(xué)科知識(shí)間的關(guān)聯(lián)，將課程知識(shí)點(diǎn)融入其中，在實(shí)踐中充分掌握理論知識(shí)。第二，學(xué)生具有個(gè)體差異性，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生自身特點(diǎn)培養(yǎng)其核心素養(yǎng)。實(shí)踐課程是學(xué)生與教師共同參與的，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師可以與學(xué)生全程互動(dòng)探討，學(xué)生可以通過(guò)小組討論，積極提出各自的問(wèn)題，在溝通探討中互相學(xué)習(xí)，并從多角度研究解決問(wèn)題的方法，作出設(shè)計(jì)方案，提升思維能力和創(chuàng)新能力，完成自我挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量教學(xué)效果。第三，利用信息技術(shù)輔助STEM實(shí)踐教學(xué)。STEM教育環(huán)境是根據(jù)學(xué)生需求和實(shí)踐特點(diǎn)建立的，在STEM教育中教師能夠充分了解到學(xué)生能做什么，而不僅僅是對(duì)理論知識(shí)的了解。在工程應(yīng)用中，將新媒體、人工智能技術(shù)融入到軟件和硬件環(huán)境建設(shè)，打造科技型教學(xué)環(huán)境，整合各學(xué)科知識(shí)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，增加相互合作。

5 STEM實(shí)踐教學(xué)案例研究

5.1 STEM實(shí)踐教學(xué)流程

首先，創(chuàng)建STEM教育環(huán)境，以證據(jù)導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)。創(chuàng)建不同類型匹配的STEM教育環(huán)境，掌握各專業(yè)特點(diǎn)，了解各學(xué)科的教育大綱要求，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室配備的硬件、軟件設(shè)施，學(xué)生在學(xué)習(xí)中收集的線索，打造STEM教育環(huán)境。STEM實(shí)踐教學(xué)中引入新媒體，利用大數(shù)據(jù)分析收集全過(guò)程教學(xué)效果數(shù)據(jù)，為教學(xué)評(píng)估提供可靠的技術(shù)保障。其次，明確實(shí)踐教學(xué)中要達(dá)成的教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)室中的軟硬件設(shè)施，能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，確定學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的有效程度。再次，STEM教育環(huán)境能夠提供可視化多媒體教學(xué)，與傳統(tǒng)理論課不同，由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和職能終端組成的線上教學(xué)，能夠促進(jìn)學(xué)生的高效學(xué)習(xí)。最后，評(píng)估STEM實(shí)踐教學(xué)效果，包括學(xué)生和教師的互動(dòng)程度，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的正確率及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案結(jié)果等。

5.2 基于大數(shù)據(jù)的STEM測(cè)評(píng)系統(tǒng)教學(xué)案例

在基于大數(shù)據(jù)的STEM測(cè)評(píng)系統(tǒng)下，以土木工程力學(xué)實(shí)踐教學(xué)案例——“梁的內(nèi)力——剪刀和彎矩”為例。課堂上，學(xué)生需要知道截面法計(jì)算制定截面內(nèi)力的步驟，能運(yùn)用剪刀和彎矩的計(jì)算規(guī)律計(jì)算指定界面的內(nèi)力，感悟平行力系的平衡問(wèn)題在梁的內(nèi)力計(jì)算中的相同和不同點(diǎn)。實(shí)踐教學(xué)中，要求學(xué)生參考學(xué)校建筑物及建筑模型，畫(huà)出梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖。探究當(dāng)作用的梁上力是傾斜的時(shí)候，梁的內(nèi)力除了有剪刀和彎矩，還有什么內(nèi)力？感悟梁的內(nèi)力的大小與梁的破壞有什么關(guān)系，當(dāng)某一梁的內(nèi)力過(guò)大，使構(gòu)建產(chǎn)生破壞時(shí)，可采取什么措施。具體實(shí)驗(yàn)方法：第一，自主學(xué)習(xí)。學(xué)生自主學(xué)習(xí)教材，完成導(dǎo)學(xué)提綱，記錄疑點(diǎn)或無(wú)法解決的問(wèn)題，為實(shí)驗(yàn)交流作準(zhǔn)備。第二，組內(nèi)交流。組內(nèi)展開(kāi)交流與探討，共同解決存在的問(wèn)題，并整理交流結(jié)果，教師積極鼓勵(lì)，并適度助學(xué)。第三，小組展示。各組依次對(duì)交流結(jié)果進(jìn)行展示，并對(duì)本組的展示作出補(bǔ)充或評(píng)價(jià)，教師對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行精講。第四，自我檢測(cè)。獨(dú)立完成，也可在同學(xué)幫助下完成。第五，反思提高。對(duì)課堂練習(xí)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，利用內(nèi)力規(guī)律求解，通過(guò)探究與感悟，激發(fā)求知欲望，提高學(xué)習(xí)興趣。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)教育機(jī)制的改革，STEM實(shí)踐教學(xué)被應(yīng)用到我國(guó)各大高校實(shí)驗(yàn)室中。深入研究STEM教學(xué)理論，不僅能發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的獨(dú)特教學(xué)理念，還為優(yōu)化課堂組織方法、提高教學(xué)質(zhì)量提供了有效保證。從教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用型高校實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了實(shí)踐教學(xué)，有效培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造能力，提高了學(xué)生的綜合素養(yǎng)，為培養(yǎng)技能型人才提供了保障。