STEAM教育在中職電工電子技能教學的運用

谷加璐，李光明

（南寧師范大學 物理與電子學院，廣西 南寧 530299）

0 引言

當今社會，越來越關注科學、技術、工程、藝術、數(shù)學在教育中的作用。STEAM教育注重培養(yǎng)學生的實踐能力，對提升學生的綜合素質有很大的幫助。中等職業(yè)學校（以下簡稱中職）電子信息技術專業(yè)的學生缺乏實踐操作經(jīng)驗，很少將所學到的知識化為實踐能力。將STEAM教育運用到中職電工電子教學中，能夠把理論知識轉化為自身能力的一部分。同時STEAM教育將公共基礎課和專業(yè)課相融合，能夠提高學生的科學素養(yǎng)、動手實踐、團隊交流探究、創(chuàng)新思維等能力。

1 STEAM概述

STEAM是將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數(shù)學（Mathematics）等多種學科整合在一起的綜合性課程，是當今世界上最流行的一種教育理念，其目的是為國家培養(yǎng)科學和工程技術方面的人才。STEAM教育最早由美國提出，STEAM以整合的教學方式，強調知識與能力并重，倡導“做中學”，強調創(chuàng)新與創(chuàng)造力培養(yǎng)，注重知識的跨學科遷徙及其與學習者之間的關聯(lián)[1]。打破傳統(tǒng)學科獨立的教學做法，強調跨學科學習，注重面向現(xiàn)實中的具體問題，尋找解決問題的思路和方法，強調知識的綜合運用和創(chuàng)新思維。

1.1 STEAM教育國外發(fā)展歷程

STEAM教育最早是由STEM教育發(fā)展來的，發(fā)展歷程如圖1所示，1986年，美國根據(jù)國內現(xiàn)狀發(fā)布了《尼爾報告》；1989年，美國對STEM教育進行完善。2007年，美國發(fā)現(xiàn)STEM教育存在一定的教育缺陷，導致美國在某些領域處于落后狀態(tài)，為了扭轉這一現(xiàn)狀，頒布《國家競爭力增強法案》，加大了對教師的培訓和教育的投資。2015年，美國頒布《STEM教育法》，將藝術納入到STEM教育中，形成STEAM教育。其他國家也將STEAM教育引入到自己的教育體系中，將其運用到教學實踐中，取得了良好的效果[2]。

圖1 STEAM教育國外發(fā)展歷程

1.2 STEAM教育國內發(fā)展歷程

隨著我國社會的發(fā)展，對科學技術人才的需求越來越大，我國也將STEAM教育理念引入到教育體系中，并在2015年“十三五”期間提出STEM教育理念。2017年，在小學教育中進行相關實踐[2]。我國對引進的STEAM教育理念進行了適當?shù)男薷模蠂鴥鹊膶嶋H情況。例如：山東省在小學信息技術教材中加入編程的內容。2013年，第一屆中小學STEAM教育創(chuàng)新論壇在溫州舉辦。社會上也涌現(xiàn)出很多STEAM教育機構，目前國內STEAM教育還不能夠普及，對多數(shù)偏遠地區(qū)更是遙不可及。

1.3 STEAM教育目標

STEAM教育是以學生為中心，從學生角度出發(fā)的教學理念，將理論知識與技能實踐相結合，提升學生的創(chuàng)新思維和動手能力，最終目的是培養(yǎng)一批專業(yè)技術人才。將STEAM教育與中職電工電子類教學相融合，培養(yǎng)中職學生的實際動手能力與應變創(chuàng)新能力。

2 中職學校電工電子類專業(yè)實訓現(xiàn)狀

2.1 實訓內容與理論脫節(jié)

我國的中職學校教育普遍存在重視理論知識的學習，理論教育所需時間相對較長，沒有足夠的時間進行實踐教學[3]，特別是電工電子類專業(yè)更加注重理論學習，忽視實訓教學。這些問題將導致學生在面對相應工作崗位時缺乏適應能力，一方面是學習的基礎理論薄弱，另一方面是缺乏動手實踐能力，在面對實習崗位時也都是走馬觀花，還沒有深入了解就已經(jīng)結束了實習課程，同時在遇到實際問題時也不知道該如何進行應對[4]。

2.2 缺乏實踐與創(chuàng)新

學生在學習過程中專業(yè)知識掌握不夠全面，實際動手能力不足；老師在實訓教學過程中擔心學生的不正當操作會造成不必要的麻煩，就會讓學生進行觀摩學習，減少動手操作的機會；在生產(chǎn)實踐中遇到實際問題，往往缺乏思考，缺少解決問題的能力，更談不上如何實現(xiàn)創(chuàng)新[5]。

3 STEAM教育在技能競賽的運用

2016年教育部出臺的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》指出有效利用信息技術，探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式。全國各地將STEAM教育科目列入教學、考試體系，而STEAM教育正好符合中職教育對技能教學實踐動手能力的培養(yǎng)[6]，相應的教育培訓機構層出不窮。STEAM教育理念在教師隊伍中得到更多的關注與認可。

3.1 STEAM教育在教學中的作用

3.1.1 促進理論與實踐相結合

在中職電子電工專業(yè)的教學過程中，理論知識枯燥乏味，并且電路原理圖讓中職學生來進行分析還有一定的難度，可以采用仿真教學與動手操作相結合。理論與實踐相結合流程圖如圖2所示。

圖2 理論與實踐相結合流程圖

在條件允許的情況下，邊動手操作邊對理論知識進行驗證，再將幾個簡單的電路進行結合，對比分析產(chǎn)生結果的原因，再讓學生根據(jù)電路連接對電路進行美化，可以為電路做包裝也可以對電路進行優(yōu)化，實踐操作圖如圖3所示。條件不允許的情況下，運用仿真軟件對電路進行理論分析，讓學生對電路組成的元器件有一個直觀的認識[7]。電路仿真圖如圖4所示。

圖3 實訓操作

圖4 電路軟件仿真

3.1.2 促進學生主動學習，突破思維界限

在學生實訓的時候，根據(jù)小組合作的優(yōu)點，圖5所示，教師將學生分為若干小組，將各學科的知識進行整合，給實訓課增加可操作性、自主性，提高學生的創(chuàng)新思維，突破學科間的界限，提升學生綜合素質。例如，教師對電路進行分析，布置學習任務，提供必要的環(huán)境和設備，讓學生自己進行操作，學生通過小組合作，充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，自己動手完成作品的設計，每個學習小組將完成作品的過程進行詳細記錄，最后匯總做出詳細的作品說明書，并錄制視頻進行講解。其中，動手操作鍛煉學生的實踐能力，過程記錄有利于學生將各學科知識進行整合，完成作品的說明書訓練學生行文寫作能力，視頻講解培養(yǎng)學生口頭表達能力，最后教師對學生的設計、操作以及創(chuàng)新進行點評促進學生綜合實踐能力的提升。

圖5 小組合作優(yōu)點

同時，將專業(yè)知識與實際應用相結合，在項目教學中體現(xiàn)出來，學生在焊接的過程中，將知識與實踐相結合。這樣不僅可以激發(fā)學生的學習積極性，也有助于增強他們的學習的信心，促進良好的發(fā)展。

學生通過焊接PCB板的過程，熟悉了焊接流程和提高了動手能力。學生在遇到問題時能夠獨立思考，選擇適合自己的方式解決問題，打破思維唯一性的限制，創(chuàng)新和專業(yè)能力得到進一步的提升[8]。

3.1.3 促進教師引導學生學習

STEAM教育理念突出學生學習主體地位，教師要根據(jù)自身的優(yōu)勢來教導學生，學生學習才能水到渠成。教師也要激發(fā)學生潛在的學習動力，結合自身的實踐經(jīng)歷和對行業(yè)的認知，幫助學生熟悉相關專業(yè)的發(fā)展前景，有目的地引導學生進入相關的專業(yè)領域。在學習過程中，教師需要時刻關注相關專業(yè)的發(fā)展，根據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀對教學課程進行相應的修改，引導學生朝著正確的方向發(fā)展。同時，教師還應鼓勵學生勇于探索未知，不斷保持自主求知欲望。

3.1.4 依托技能教學開發(fā)項目，促進團隊合作

以技能教學為目的進行項目開發(fā)，整合學生所學的專業(yè)知識和技能，體現(xiàn)學生分析問題和解決問題的能力。例如，F(xiàn)RC（FIRST Robotics Competition）比賽是機器人競賽，它面向的對象為中學生。參與比賽需要項目管理、控制、機械、藝術設計、信息技術等跨學科的知識和技能的融合運用，在提升學生專業(yè)水平的同時也使學生理解如何實現(xiàn)競爭與合作。

3.2 STEAM教育的教學應用

3.2.1 開展學科競賽

STEAM教育理念的效果在競賽中的運用需要通過學科競賽來進行體現(xiàn)，技能實訓教學能夠使STEAM教育在中職學校有更好的發(fā)展，融合多種學科內容，教師通過課程活動中的設計對學科進行銜接，引導學生對不同學科的知識進行了解和融合運用。教師還應該記錄學生個性發(fā)展，對學生在學習過程產(chǎn)生的創(chuàng)意進行記錄，它能夠幫助學生成長、培養(yǎng)學生的創(chuàng)意表達，也能夠幫助教師全面了解學生[9]。

3.3 電子藝術項目

本項目是以紙電路套件為學習用具，讓學生充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力去進行藝術創(chuàng)作，實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

教師將電路原理圖和電子裝配元器件分發(fā)給學生，學生和老師討論如何將電路和折紙藝術有效結合在一起，創(chuàng)造出“紙電路”藝術作品。教師在指導學生創(chuàng)作的過程中，不再使用傳統(tǒng)的方法（使用電烙鐵和焊錫絲），而是通過搭建相應電路來進行設計。學生也可以采用不同的電路連接方式，搭建屬于自己的電子藝術作品。

通過對電子藝術項目的創(chuàng)作，學生能夠了解電子藝術項目的基本原理和組成部分，在學習電子藝術項目的過程中，將相應的傳感器運用到電子藝術項目上，創(chuàng)作出更多有趣的電子藝術作品。

3.4 制作循跡小車

本項目需要利用傳感器技術和相關單片機來進行無人駕駛的模擬，在項目制作的過程中，需要掌握信息提取、信息處理等無人駕駛技術，同時也需要掌握傳感器在單片機技術中的處理速率和相關算法，從中職學生的角度，探索項目教學的課程，進一步培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

項目制作流程如圖6所示，教師需要根據(jù)本班學生的實際情況對學生進行分組，再簡單的介紹設計循跡小車的思路，根據(jù)需要實現(xiàn)的功能來設計具體的電路。在介紹的過程中，讓學生思考循跡小車的制作，學生經(jīng)過思考和討論對問題進行解答。通過講解相關電路并對元器件進行介紹，學生對元器件需要有一個感官的認識，準備工作完畢就對學生進行操作上的指導。小組成員需要分工進行合作，組與組之間可以進行交流，做到信息傳播的流通，打破組間、組內的信息隔閡。

圖6 循跡小車項目教學流程圖

學生在教師的指導下，熟悉電路EDA設計軟件，自己動手操作畫出相應的電路原理圖及PCB圖，遇到不懂的地方，找老師或者同學進行解決，同時記錄問題及解決方法，課后可以再思考能否找到其他的解決方法或者更便捷的操作。最后學生需要認識所需元器件，能夠依據(jù)電路原理圖和元器件清單對電路進行焊接及調試，小組成員記錄調試過程出現(xiàn)的問題、解決方法，加強學生團隊合作，提高實踐能力，學生也可以根據(jù)記錄表的記錄來發(fā)現(xiàn)自己的不足，從不足中尋找進步。圖7為學生在電路設計軟件繪畫的電路原理圖，圖8為PCB圖。

學生在對循跡小車項目進行設計的過程中，通過對元器件的選擇、購買、PCB板的制作、程序的編寫、電路測試再到總結匯報，涉及到打孔、硬件包裝、制圖等機械專業(yè)知識，還涉及到C語言、電路分析、焊接技術等課程。通過對循跡小車的制作，將STEAM教育和項目教學結合，提高了學生的學習自主性和積極性。

圖7 循跡小車原理圖

圖8 循跡小車PCB圖

4 結語

綜上所述，在中職電工電子的教育中，STEAM教育理念與技能教學緊密結合，將各類學科知識融入到專業(yè)課知識的學習和應用中，形成一種新的教學模式，學生在這種新的模式下學習可以提高自己的職業(yè)素質和創(chuàng)新思維能力。利用STEAM教育的特點，將學生所學知識進行融合，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的專業(yè)技能和素質，促進學生的交流和合作，培養(yǎng)學生探索學習、創(chuàng)新的能力。