中職學(xué)校在STEM理念下開展素質(zhì)教育的路徑探索

林明文 俞繼成

STEM理念是可以有效促進中職學(xué)校提升素質(zhì)教育的一種教育理念。本文在介紹STEM教育的發(fā)展、概念和理念的基礎(chǔ)上，分析了中職學(xué)校開展基于STEM理念素質(zhì)教育的意義，并以“高效通行智能交通燈”項目為例，探究中職學(xué)校在STEM理念下開展素質(zhì)教育的路徑模式，為中職學(xué)校開展素質(zhì)教育實踐應(yīng)用活動提供參考和借鑒作用。

一、關(guān)于STEM教育理念

（一）STEM教育發(fā)展

雖然我國STEM教育起步較晚，但自教育部2016年印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》以來，各級教育部門都非常重視STEM教育。2017年中國教科院發(fā)布了《中國STEM教育白皮書》，加大力度支持促進STEM教育的發(fā)展，希望以此來推動培養(yǎng)出越來越多的適應(yīng)新時代發(fā)展的綜合人才。

（二）STEM教育概念

STEM中S代表科學(xué)（Science），體現(xiàn)了解自然界、探究新知識的方法，包括發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、探索實驗等;T代表技術(shù)（Technology），體現(xiàn)了為解決實際問題而采用的手段，包括資源選擇、工具使用、方法及技巧等;E代表工程（Engineering），體現(xiàn)了利用科學(xué)和技術(shù)解決問題的方案方法，包括明確任務(wù)、過程設(shè)計、成果產(chǎn)品等;M代表數(shù)學(xué)（Mathematics），體現(xiàn)了在解決問題過程中所涉及的運算過程，包括測量、列表、圖表、關(guān)系表達等。所以說STEM教育其實就是由科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)融合集成的教育，是一種各學(xué)科各專業(yè)綜合運用的整合性的綜合素質(zhì)教育。

（三）STEM教育理念

STEM教育作為一種各學(xué)科各專業(yè)綜合運用的整合教育模式，它強調(diào)和倡導(dǎo)將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多個學(xué)科、多個領(lǐng)域知識與技能的交叉融合和有機結(jié)合，使學(xué)生原本分學(xué)科分專業(yè)的知識轉(zhuǎn)變成一個相互統(tǒng)一的整體的知識結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會綜合運用不同學(xué)科不同專業(yè)的知識和思維方式去更深入地認(rèn)知世界、認(rèn)識社會，避免了傳統(tǒng)分學(xué)科分專業(yè)學(xué)習(xí)知識人為造成的割裂現(xiàn)象，有利于培養(yǎng)學(xué)生形成跨學(xué)科跨專業(yè)的實踐能力、科創(chuàng)能力和綜合素質(zhì)，有利于培養(yǎng)出更具創(chuàng)新精神的技術(shù)技能人才。

二、中職學(xué)校開展基于STEM理念素質(zhì)教育的意義

（一）有助于提高學(xué)生的知識技能和綜合素質(zhì)

STEM教育理念與中職教育都是強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能和創(chuàng)新精神，兩者的培養(yǎng)目標(biāo)是高度一致的，同時又與當(dāng)前強調(diào)要注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)相一致。因此，STEM教育理念可以作為中職教育一個新的重要支撐點和落腳點，其強調(diào)跨學(xué)科跨專業(yè)的融合、堅持以問題為導(dǎo)向、項目化學(xué)習(xí)方式等對于提高中職生的實踐技能、創(chuàng)新精神以及綜合素質(zhì)都有十分積極的意義。

（二）有效地彌補專業(yè)教育的短板，促進學(xué)科融合與專業(yè)協(xié)同創(chuàng)新

STEM教育理念體現(xiàn)了跨學(xué)科教育、突破專業(yè)界限、個性化培養(yǎng)以及多樣化的特點，打破專業(yè)教育的藩籬，實現(xiàn)文化基礎(chǔ)教育、專業(yè)技術(shù)教育和創(chuàng)新精神教育的有機結(jié)合。因此，中職學(xué)校開展STEM教育教學(xué)活動，可有效彌補專業(yè)技術(shù)教育的短板，有利于促進學(xué)科和專業(yè)的融合以及專業(yè)間的協(xié)同創(chuàng)新。

（三）有利于激發(fā)學(xué)生的探究熱情和合作精神

中職生的普遍特點是基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)能力欠佳、學(xué)習(xí)信心不足、學(xué)習(xí)興趣不濃，但思維活躍、動手能力較強。而STEM教育理念強調(diào)的是堅持以學(xué)生為中心，采用項目式教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。因此，在探究式教學(xué)過程中，注重引導(dǎo)學(xué)生主動參與到項目的各個環(huán)節(jié)中去，注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、自信心以及自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的能力，有利于進一步激發(fā)學(xué)生的探究熱情和合作精神。

三、中職學(xué)校在STEM理念下開展素質(zhì)教育的路徑探索

STEM教育以創(chuàng)新項目為主要的教學(xué)載體，采用“做中學(xué)，學(xué)中做”的理實一體化教學(xué)模式，堅持以學(xué)生為中心，強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的探究意識、實踐能力和創(chuàng)新精神，以此來進一步提高中職生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。因此，基于STEM教育理念的中職創(chuàng)新項目的設(shè)計和實施應(yīng)體現(xiàn)以下幾個特點：一是創(chuàng)新項目主題應(yīng)來源于真實的情境;二是以真實問題為導(dǎo)向并通過科學(xué)探究獲得知識與技能;三是利用工程設(shè)計并通過技術(shù)應(yīng)用來解決問題、制作作品;四是倡導(dǎo)團隊協(xié)作并全程參與;五是通過全過程學(xué)習(xí)評價來檢驗學(xué)習(xí)效果。

基于以上的特點，下面筆者以“高效通行智能交通燈”項目為例，具體探究中職學(xué)校在STEM理念下開展素質(zhì)教育的路徑模式。

（一）情景導(dǎo)入

首先，基于一個真實的問題情境，主動引發(fā)學(xué)生的頭腦風(fēng)暴，然后分析問題、提出需要解決的問題，從而引出本次項目活動的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

在本教學(xué)案例中，首先創(chuàng)設(shè)一個生活中經(jīng)常遇到的情景：在等候交通信號燈時，自己所在的干道車輛很多而交通信號燈卻長時間顯示為紅燈，其它干道的車輛寥寥無幾而交通信號燈卻顯示為綠燈，這種情況就相當(dāng)于人為造成了交通擁堵，不僅浪費了寶貴的時間，還增加了汽車尾氣污染，影響人們生活質(zhì)量，影響人們的幸福感。從而引出問題：我們有沒有辦法做到更合理設(shè)置交通信號燈、更合理利用有限的道路資源呢？進而得出本次項目的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（二）項目分析

提出需要解決的問題后，引導(dǎo)學(xué)生從不同的學(xué)科和不同的專業(yè)角度去思考問題，尋找解決問題的突破點和方法，以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的科學(xué)探究意識和工程思維。

在本教學(xué)案例中，首先要對項目進行分析：要想有效地緩解交通擁堵的狀況、緩解車流量過大的壓力，優(yōu)化交通的通行時間，設(shè)計一種新型的智能交通燈是一個可行的辦法。智能交通燈是智能交通控制系統(tǒng)的一部分，要實現(xiàn)對交通的實時智能控制，智能化的交通控制系統(tǒng)就必須能夠?qū)崟r對各個路段的車流量進行監(jiān)測，實時反饋給控制系統(tǒng)，再由智能控制系統(tǒng)對各個路段的通行時間進行適當(dāng)?shù)膶崟r優(yōu)化調(diào)整，以此緩解交通擁堵的狀況，以盡可能確保各個路段交通順暢。

其次，根據(jù)項目分析得出設(shè)計思路：要實現(xiàn)對交通的實時智能控制，首先就是要實現(xiàn)對各個路段的車流量進行監(jiān)測，以獲得實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為此，可以利用超聲波原理實現(xiàn)對車流量的監(jiān)測。然后將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時反饋給控制系統(tǒng)，Arduino是一個開源代碼的設(shè)計平臺，可用基于Arduino的主板實現(xiàn)對交通燈信號的智能控制。將監(jiān)測結(jié)果實時反饋給Arduino主板，再由Arduino主板根據(jù)各個路口的車流量情況及時計算出各個路口的紅綠燈顯示時間，從而實現(xiàn)根據(jù)車流量對紅綠燈的信號控制，以盡可能達到每個路段交通暢順。

最后，得出控制方法：本項目利用超聲波技術(shù)監(jiān)測道路車流量的情況，當(dāng)所有車道都有車通行時，程序按正常運行。但當(dāng)超聲波檢測到一條車道有車通過，另一條車道沒有車通過時，沒有車通過的車道如果是紅燈的將會延時紅燈，如果是綠燈的則會在10秒后轉(zhuǎn)為紅燈，以讓有車通過的車道保持綠燈通行或盡快轉(zhuǎn)為綠燈通行。

（三）作品制作

在作品制作階段，學(xué)生采取小組合作的方式，相互協(xié)作，綜合運用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)思維去尋找解決問題的方法、制作出符合技術(shù)要求的作品。值得特別強調(diào)的是：在整個作品制作過程中，教師必須堅持以學(xué)生為中心，以學(xué)生自主探究為主線，引導(dǎo)學(xué)生親自動手實踐，要將學(xué)生由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，切實提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和積極性，完成整個學(xué)習(xí)過程，提高學(xué)習(xí)的自信心。

在本教學(xué)案例中，首先指導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)備好本項目要用到的硬件設(shè)備：Arduino主板、超聲波傳感器、交通信號燈等。設(shè)計成本低廉，制作電路簡單，傳感器精度較高。

其次，引導(dǎo)學(xué)生完成作品（圖1）：

1.熟悉硬件，了解接線問題;2.制作各種零部件;3.設(shè)計并連接電路;4.測試超聲波;5.編制程序;6.作品優(yōu)化。

（四）交流提高

通過小組間作品的分享交流，既能找出各自作品的優(yōu)缺點進行不斷的優(yōu)化，又能提升學(xué)生在活動中的獲得感和成就感，有利于進一步激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的興趣和自信。同時通過項目活動的開展，可以讓學(xué)生切實體會到多學(xué)科、多領(lǐng)域知識與技能的交叉融合應(yīng)用的重要性，有利于更進一步促進學(xué)生的專業(yè)發(fā)展、技能水平和綜合素質(zhì)的提高，有利于培養(yǎng)出更具創(chuàng)新精神的技術(shù)技能人才。

四、結(jié)語

在中職學(xué)校開展基于STEM理念的素質(zhì)教育的路徑探索，目的就是依據(jù)各個專業(yè)特色，開展跨學(xué)科、跨專業(yè)的大知識的融合拓展，通過創(chuàng)新項目案例以及創(chuàng)新教學(xué)模式和方法來促進中職生更好地掌握專業(yè)知識，提高動手能力;通過培養(yǎng)他們學(xué)科學(xué)、懂技術(shù)、愛工程、用數(shù)學(xué)的良好思維和團隊協(xié)作精神來促進中職生綜合素質(zhì)的提高;通過不斷提高中職學(xué)校對STEM教育理念的認(rèn)識、不斷開展STEM教育模式的改革來豐富中職教育的內(nèi)涵、提高中職學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量。

中職學(xué)校STEM教育，尤其是粵西地區(qū)才剛剛起步，涉及的問題比較多，需要不斷轉(zhuǎn)變教育教學(xué)理念、不斷探索、實踐和研究。這里筆者僅是對中職學(xué)校在STEM理念下開展素質(zhì)教育的路徑模式進行了一些探索，為中職學(xué)校開展素質(zhì)教育實踐應(yīng)用活動提供一個案例參考和借鑒作用。

[課題項目：本文是2018年度廣東省STEM教育實踐研究課題“中職學(xué)校STEM教育校本課程的開發(fā)研究”（立項號：2018GDSTEM082）的研究成果，主持人：俞繼成。]

責(zé)任編輯 何麗華