基于STEM能力框架的“物流設(shè)施與設(shè)備”課程創(chuàng)新

陳東萍，楊曉揚(yáng)，張少云，劉國(guó)棟

（1.臨沂大學(xué)物流學(xué)院，山東 臨沂 276000；2.四川大學(xué)商學(xué)院，四川 成都 610064；3.上海電機(jī)學(xué)院設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院，上海 200240）

0 引言

“工欲善其事必先利其器”，設(shè)施設(shè)備的合理規(guī)劃與配置是現(xiàn)代物流系統(tǒng)高效運(yùn)營(yíng)的前提。隨著科技的快速發(fā)展，物流系統(tǒng)的設(shè)施設(shè)備日趨復(fù)雜，其規(guī)劃、配置、管理、使用和維護(hù)的難度也越來(lái)越大，對(duì)物流專業(yè)人才提出了更高的要求。作為物流工程、物流管理和工業(yè)工程等專業(yè)的專業(yè)核心課課程，“物流設(shè)施與設(shè)備”課程旨在讓學(xué)生了解現(xiàn)代物流系統(tǒng)中各類設(shè)施設(shè)備的功能、結(jié)構(gòu)及運(yùn)作原理，掌握設(shè)施設(shè)備規(guī)劃、選型和管理的能力，是培養(yǎng)精物流業(yè)務(wù)場(chǎng)景、懂先進(jìn)管理方法、通多學(xué)科技術(shù)的現(xiàn)代物流復(fù)合型人才的重要課程，其主要內(nèi)容包括倉(cāng)儲(chǔ)、裝卸搬運(yùn)、包裝、運(yùn)輸、流通加工、配送等作業(yè)環(huán)節(jié)的設(shè)施設(shè)備，以及物流信息技術(shù)和經(jīng)營(yíng)決策方法，涉及物流、機(jī)械、電子通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能等專業(yè)知識(shí)。課程具有知識(shí)點(diǎn)繁多、學(xué)科交叉性高、內(nèi)容更新速度快等特點(diǎn)，導(dǎo)致教學(xué)實(shí)踐中存在學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、學(xué)科交叉理論不足、教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際問(wèn)題脫節(jié)、思政價(jià)值發(fā)揮不足等問(wèn)題。因此，如何提升“物流設(shè)施與設(shè)備”課程教學(xué)內(nèi)容高階性、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、充分發(fā)揮其課程思政作用，是物流人才培養(yǎng)過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

STEM是培養(yǎng)具有全面科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新探究能力人才的教育新形態(tài)，是各國(guó)教育領(lǐng)域的重要發(fā)展戰(zhàn)略。STEM教育即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）教育的簡(jiǎn)寫，提倡跨學(xué)科教育，使用多學(xué)科的思維和知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，以提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力、復(fù)合思維和創(chuàng)新思維。因此，將STEM教育范式應(yīng)用于《物流設(shè)施與設(shè)備》的實(shí)際教學(xué)中，充分發(fā)揮此課程學(xué)科交叉性高的特點(diǎn)，依據(jù)STEM能力框架，結(jié)合現(xiàn)代物流復(fù)合型人才需求，從知識(shí)、技能、態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)維度，重新定義課程的教學(xué)目標(biāo)；以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、政府規(guī)劃、企業(yè)發(fā)展歷程、實(shí)際工程案例等行業(yè)實(shí)際資料為載體，將各相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)邏輯引入課程，打破學(xué)生單門課程思維限制，提升學(xué)生利用綜合知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

本文研究框架如圖1所示，第1部分從學(xué)生和教師兩方面總結(jié)“物流設(shè)施與設(shè)備”教學(xué)實(shí)踐中存在的問(wèn)題，并分析其原因；第2部分介紹STEM能力框架包含的8種基本能力，并針對(duì)第1部分的教學(xué)實(shí)踐問(wèn)題，從提升STEM能力的角度提出課程改革的啟發(fā)；第3部分從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)和課程思政四個(gè)方面總結(jié)課程創(chuàng)新舉措；第4部分對(duì)課程創(chuàng)新進(jìn)行反思。

圖1 研究框架

1 教學(xué)實(shí)踐問(wèn)題

（1）知識(shí)點(diǎn)繁多，但邏輯關(guān)系較弱、高階性不夠，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容枯燥，難以激發(fā)學(xué)生的興趣?！拔锪髟O(shè)施與設(shè)備”課程的主要內(nèi)容是介紹現(xiàn)代物流系統(tǒng)中各類設(shè)施設(shè)備的功能、結(jié)構(gòu)及運(yùn)作原理。包括叉車、巷道堆垛機(jī)、起重機(jī)、封口機(jī)、輪船等重型機(jī)械設(shè)備，以及倉(cāng)庫(kù)、港口、混凝土攪拌站、機(jī)場(chǎng)、配送中心等現(xiàn)代化物流設(shè)施。每一類設(shè)施設(shè)備按照材料、處理對(duì)象、性能等不同標(biāo)準(zhǔn)，又可以分為不同細(xì)分種類。例如捆扎機(jī)這類常見(jiàn)的包裝設(shè)備，按捆扎材料不同，分為塑料帶、鋼帶、聚酯帶、紙帶和尼龍繩捆扎機(jī)；按自動(dòng)化程度不同，分為全自動(dòng)、半自動(dòng)和手提式捆扎機(jī)；按接合形式不同，可分為熱熔搭接式、高頻振動(dòng)式、超聲波式、熱釘式、打結(jié)式和摩擦焊接式捆扎機(jī)。

這些知識(shí)點(diǎn)繁多且比較零散，背后邏輯關(guān)系較弱，若簡(jiǎn)單羅列，教學(xué)內(nèi)容較為枯燥，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生學(xué)習(xí)大多靠死記硬背，僅僅為應(yīng)付考試，不知道所學(xué)知識(shí)能用來(lái)處理什么實(shí)際的問(wèn)題。因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)從課程設(shè)置目標(biāo)出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)代物流人才培養(yǎng)目標(biāo)，重構(gòu)此課程的教學(xué)內(nèi)容。

（2）學(xué)科交叉性高，但交叉理論支撐不足，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容難易程度較難把握，延伸太多講不完，反之則沒(méi)有效果。現(xiàn)代物流設(shè)施設(shè)備較為復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)、原理大多涉及機(jī)械、電子電路、液壓、控制科學(xué)、通信、運(yùn)籌學(xué)、經(jīng)濟(jì)等多個(gè)學(xué)科專業(yè)。以最常見(jiàn)的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備電動(dòng)叉車為例，其結(jié)構(gòu)包括車體、門架、駕駛室、電控操縱系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和能量再生電子控制系統(tǒng)。其中，車體、門架、駕駛室等物理部件的機(jī)械設(shè)計(jì)，既要考慮作業(yè)強(qiáng)度、高度、重量需求，又要考慮人機(jī)工程學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)學(xué)理論，電控操縱系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和能量再生電子控制系統(tǒng)離不開控制理論、電子電路設(shè)計(jì)理論，而用于起重的液壓系統(tǒng)是液壓原理的典型應(yīng)用。此外，電動(dòng)叉車需要與倉(cāng)庫(kù)其他設(shè)施設(shè)備（巷道堆垛機(jī)、高架叉車、AGV等）配合作業(yè)，其配置需要運(yùn)用生產(chǎn)管理、運(yùn)籌決策等理論支撐。

多學(xué)科交叉特性，為教師實(shí)施教學(xué)過(guò)程增加了難度，若將涉及的學(xué)科詳細(xì)展開講解，一則難度大，二則學(xué)時(shí)不夠；反之，若不深入講解其他學(xué)科內(nèi)容，則課程教學(xué)內(nèi)容太過(guò)淺顯，學(xué)生學(xué)習(xí)不到有用的知識(shí)。因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)從教學(xué)設(shè)計(jì)入手，基于系統(tǒng)工程思想，每章確定一個(gè)重點(diǎn)講解的學(xué)科，提升課程的理論深度。

（3）設(shè)施設(shè)備技術(shù)發(fā)展快，教材內(nèi)容更新不及時(shí)，理論與實(shí)踐脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)內(nèi)容落后于實(shí)際，學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容難以直接用于解決實(shí)際工程問(wèn)題。隨著人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等技術(shù)的迅猛發(fā)展，設(shè)施設(shè)備不斷更新?lián)Q代，然而教材中的設(shè)施設(shè)備的內(nèi)容相對(duì)陳舊，還是以傳統(tǒng)的物流設(shè)施設(shè)備為主。例如倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備中仍然以托盤、地牛、叉車、AGV的介紹為主，并沒(méi)有數(shù)字托盤、AMR、四項(xiàng)穿梭車等最新的設(shè)備介紹。另一方面，對(duì)于物流技術(shù)的介紹較為淺顯，只簡(jiǎn)單羅列了物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)、GPS、RFID等技術(shù)的定義和功能，缺少技術(shù)與具體物流業(yè)務(wù)場(chǎng)景的結(jié)合，以及如何在實(shí)施這些技術(shù)來(lái)提升物流效率。

教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際、實(shí)踐脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的知識(shí)落后于行業(yè)實(shí)際發(fā)展情況，所學(xué)內(nèi)容難以直接應(yīng)用于解決實(shí)際工程問(wèn)題。因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將將物流技術(shù)穿插到各物流作業(yè)環(huán)節(jié)的設(shè)備中，以實(shí)際工程問(wèn)題的解決為每個(gè)章節(jié)的能力目標(biāo)，提升課程內(nèi)容的實(shí)用性。

（4）課程內(nèi)容與崗位能力關(guān)系密切，但缺乏明顯支撐職業(yè)能力提升目標(biāo)的內(nèi)容，課程對(duì)學(xué)生價(jià)值引領(lǐng)力度不夠。此課程介紹的現(xiàn)代物流系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備與物流業(yè)務(wù)密切相關(guān)，現(xiàn)有教材目標(biāo)中列出了團(tuán)隊(duì)合作能力培養(yǎng)、溝通協(xié)調(diào)能力提升、職業(yè)道德建立等職業(yè)能力目標(biāo)。但教材中缺乏支撐職業(yè)能力目標(biāo)的內(nèi)容，也沒(méi)有明確引領(lǐng)學(xué)生價(jià)值觀的案例，導(dǎo)致教師在教學(xué)實(shí)踐中難以發(fā)揮課程的思政作用。因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)充分利用課程內(nèi)容的豐富性，深挖思政元素。

2 STEM能力框架

2019年2月，聯(lián)合國(guó)教科文組織的國(guó)際教育局發(fā)布了《探索21世紀(jì)SETM能力》報(bào)告，指出STEM技能主要包括認(rèn)知技能、信息處理、解決問(wèn)題與工程思維、科學(xué)調(diào)查、計(jì)算思維與通信技術(shù)、設(shè)計(jì)思維與創(chuàng)新能力、動(dòng)手操作技能、溝通協(xié)作技能等8種技能，見(jiàn)表1。

表1 STEM能力框架及其對(duì)課程創(chuàng)新的啟發(fā)

每1-2個(gè)章節(jié)，重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生的一種能力。

3 教學(xué)創(chuàng)新舉措

（1）扎根行業(yè)現(xiàn)狀，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，突出課程的實(shí)用性。教學(xué)內(nèi)容服務(wù)于教學(xué)目標(biāo)，在“物流設(shè)施與設(shè)備”課程的教學(xué)內(nèi)容中融入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、政府規(guī)劃、企業(yè)歷程、實(shí)際工程案例等，將零散的知識(shí)串起來(lái)，構(gòu)建物流設(shè)施設(shè)備的知識(shí)體系，讓學(xué)生了解行業(yè)最新進(jìn)展，為踏上工作崗位做足準(zhǔn)備。表2為利用行業(yè)資料，通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方式重構(gòu)“物流設(shè)施與設(shè)備”課程內(nèi)容的嘗試。

表2 以行業(yè)資料和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)重構(gòu)課程內(nèi)容

（2）立足學(xué)科交叉，創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)知識(shí)的高階性。在教學(xué)設(shè)計(jì)方面，基于STEM教學(xué)理念，將不同學(xué)科的基本邏輯貫穿于設(shè)施設(shè)備的講解、物流場(chǎng)景運(yùn)作中，讓學(xué)生打破單門課程的思維框架，將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，用系統(tǒng)工程的思維解決復(fù)雜的工程問(wèn)題。在師資配備方面，構(gòu)建不同學(xué)科背景的教師團(tuán)隊(duì)，從全校不同學(xué)院招募不同學(xué)科背景的學(xué)生作為助教，見(jiàn)表3。

表3 各章節(jié)交叉學(xué)科內(nèi)容

（3）善用思維方法，打造師生學(xué)習(xí)共同體，提升學(xué)生課堂參與度。將課堂由教師教授知識(shí)的過(guò)程，轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒餐罁?jù)思維方法學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程，打造師生學(xué)習(xí)共同體，改變學(xué)生的接受思維，提升其主動(dòng)思考、敢于質(zhì)疑的能力。每個(gè)章節(jié)學(xué)習(xí)開始之前，先向?qū)W生介紹思維方法，再帶領(lǐng)學(xué)生將思維方法應(yīng)用到章節(jié)學(xué)習(xí)中。教師由課堂主導(dǎo)者變?yōu)檩o助者。

（4）黨員教師集體備課，深挖思政元素，發(fā)揮課程價(jià)值觀引導(dǎo)作用?！拔锪髟O(shè)施與設(shè)備”課程知識(shí)點(diǎn)較多，是其難于講解的地方，也是其發(fā)揮課程思政作用的優(yōu)勢(shì)所在。因?yàn)樨S富的教學(xué)內(nèi)容，提供了各種類型的課程思政資源。在備課時(shí)，按照教學(xué)大綱梳理知識(shí)點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)思政環(huán)節(jié)，不是空喊口號(hào)，更不是簡(jiǎn)單套用別人的案例。在講課時(shí)，從復(fù)習(xí)、導(dǎo)入、教授、小結(jié)、作業(yè)各環(huán)節(jié)找準(zhǔn)切入點(diǎn)，學(xué)中做，做中學(xué)，力求入腦入心。課后進(jìn)行反思，聚焦學(xué)生為中心，立足有意義學(xué)習(xí)理論，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，關(guān)注學(xué)生求知欲與獲得感。

例如在揀選設(shè)備中，介紹國(guó)產(chǎn)品牌國(guó)自料箱揀選機(jī)器人大洋彼岸成長(zhǎng)記，以國(guó)自在北美大陸的市場(chǎng)表現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，并以習(xí)總書記考察湖北時(shí)的話“具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，是企業(yè)“命門”所在。企業(yè)必須在核心技術(shù)上不斷實(shí)現(xiàn)突破，掌握更多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)，掌控產(chǎn)業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)?！奔?lì)學(xué)生步入企業(yè)之后，仍然以創(chuàng)新為己任，具備大局觀，爭(zhēng)取掌控產(chǎn)業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)。

（5）對(duì)標(biāo)就業(yè)市場(chǎng)，改革課程考核方法，強(qiáng)化考核促進(jìn)作用。針對(duì)全球就業(yè)市場(chǎng)最需要的10類能力：分析思維能力和創(chuàng)新能力，主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)策略，復(fù)雜問(wèn)題解決能力，批判性思維和分析能力，創(chuàng)造力、原創(chuàng)力和主動(dòng)性，領(lǐng)導(dǎo)力和社會(huì)影響力；技術(shù)使用、監(jiān)督和控制能力，技術(shù)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)能力，韌性、抗壓性和靈活性，推理能力、解決問(wèn)題能力和思維能力，構(gòu)建基于多目標(biāo)、多方式、多主體的評(píng)價(jià)體系，注重過(guò)程性評(píng)價(jià)，以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生能力的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)設(shè)計(jì)變革、課堂教學(xué)再造、思政元素挖掘和考核過(guò)程創(chuàng)新等方面，將“物流設(shè)施與設(shè)備”課程從傳統(tǒng)課堂轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔壅n堂，從知識(shí)課堂轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰φn堂，從灌輸課堂轉(zhuǎn)變?yōu)楣餐瑢W(xué)習(xí)課堂，從封閉課堂轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放課堂。在今后的教學(xué)過(guò)程中，要充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，引導(dǎo)活躍度不高、參與感不強(qiáng)的學(xué)生，調(diào)動(dòng)其自主學(xué)習(xí)的積極性。