廣州市中職學(xué)校實施STEM課程的實踐探索

文/廣州市輕工職業(yè)學(xué)校 駱康演 劉吉良

“STEM教育”近年來在國內(nèi)外教育界是一個很“火”的名詞。STEM教育是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)四門學(xué)科英文首字母的縮寫，它強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)、知識之間的整合，學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做”，形成解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

北京、上海、廣東、江浙等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的中小學(xué)校紛紛嘗試將STEM教育理念融入日常教學(xué)中，并作為學(xué)校推進(jìn)素質(zhì)教育的重要措施之一。中職與普通高中同屬一個學(xué)段，但是卻具有其特殊性，中等職業(yè)教育能否將STEM教育作為其中一種可借鑒的先進(jìn)理念，利用STEM活動或課程的實施，促進(jìn)職業(yè)教育的改革創(chuàng)新呢？這需要經(jīng)過實踐的檢驗。

對廣州市中職學(xué)校STEM教育實施和發(fā)展進(jìn)行探索研究，目的首先是了解廣州市中職學(xué)校STEM教育發(fā)展的現(xiàn)狀，借助先進(jìn)的教育理論和經(jīng)驗，跨專業(yè)融合學(xué)科知識、整合課程資源,使中職生在STEM活動當(dāng)中感受到科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)融合產(chǎn)生的奇妙樂趣，激發(fā)學(xué)習(xí)動力，提高學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)綜合素質(zhì)的提高；第二，根據(jù)廣州地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、教育等基礎(chǔ)情況，在中職學(xué)校初步構(gòu)建具有廣州特色的STEM教育課程，豐富STEM教育資源，創(chuàng)造濃厚的學(xué)習(xí)氛圍；第三，在實踐中總結(jié)和深化中職學(xué)校STEM教育的理論和實踐經(jīng)驗，豐富中職STEM教育的內(nèi)涵，使“大國工匠”精神落到實處；第四，在STEM教育活動中，通過培訓(xùn)和實踐，加強(qiáng)STEM師資隊伍的建設(shè)，培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的教學(xué)人才，進(jìn)而推動中職教育改革。

中職STEM教育的研究起步不久，涉及的問題比較多，如STEM教育課程的開發(fā)、評價體系的構(gòu)建、師資隊伍的建設(shè)等，都處在一個初步探索的階段。在此，我們首先對廣州市中職學(xué)校STEM教育發(fā)展的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，然后通過活動實施來檢驗實踐的效果，進(jìn)而提出建議以供參考。

一、廣州市中等職業(yè)學(xué)校STEM教育調(diào)查

本次進(jìn)行的調(diào)查針對廣州地區(qū)的中職學(xué)校展開，共300余師生參與，涉及5所中職學(xué)校。主要調(diào)查STEM教育理念作為一種新的理念在中職學(xué)校推行，是否有相關(guān)政策支持？是否受到中等職業(yè)學(xué)校師生的期待和認(rèn)可？STEM課程或活動在中等職業(yè)學(xué)校中是如何開展的？中職學(xué)生當(dāng)前的基礎(chǔ)能力如何？教師又是如何看待STEM課程教學(xué)的？筆者團(tuán)隊通過課程活動實施、問卷調(diào)查、訪談等方式，對中等職業(yè)學(xué)校實施STEM課程教學(xué)進(jìn)行初步探索。

1.政策對中職STEM教育的支持

教育部制定的《關(guān)于全面推進(jìn)素質(zhì)教育，深化中等職業(yè)教育教學(xué)改革的意見》要求中等職業(yè)教育要全面貫徹黨的教育方針，轉(zhuǎn)變教育思想，樹立以全面素質(zhì)為基礎(chǔ)、以能力為本位的觀念，培養(yǎng)與社會主義現(xiàn)代化建設(shè)要求相適應(yīng)、德智體美等全面發(fā)展，具有綜合職業(yè)能力，在生產(chǎn)、服務(wù)、技術(shù)和管理第一線工作的高素質(zhì)勞動者和中、初級專門人才。STEM教育具有融合學(xué)科、注重動手能力、培養(yǎng)人才綜合能力的特點，正好與政策的要求相符。因此，STEM教育作為中等職業(yè)教育借鑒的先進(jìn)理念，在中職教育中實施，在綜合性的學(xué)習(xí)活動中發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維，促進(jìn)課程融合，提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，是中職教育發(fā)展的必然趨勢。

2.中職生的學(xué)情與STEM教育的適應(yīng)度

中職生年齡段大約處在15～19歲，是完成小學(xué)、初中學(xué)業(yè)，經(jīng)過中考的篩選，因?qū)W業(yè)成績未達(dá)到高中錄取分?jǐn)?shù)，被分流出來的部分學(xué)生。他們普遍學(xué)業(yè)成績較低，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差，但是卻喜歡嘗試新事物，對世界充滿好奇，有強(qiáng)烈的求知欲，喜歡動手操作，希望能夠在探索中習(xí)得知識，這與STEM教育的特點是相符的。中職學(xué)校STEM教育具有跨學(xué)科、實踐性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性等特點，注重將學(xué)生的生活經(jīng)驗與學(xué)科知識相融合，通過參與情景化的活動，通過解決實際問題，培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新能力，同時提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因為中職學(xué)生的特點與STEM教育的特點不謀而合，因此可以嘗試將STEM教育課程作為中職的課程。

但從筆者團(tuán)隊所做的問卷調(diào)查結(jié)果來看，80%以上的中職生從未聽過STEM教育，同時也不清楚哪些活動或課程屬于STEM教育的范疇?？梢缘弥猄TEM教育在中職學(xué)校推行目前是不理想的。

3.教師對STEM教育的接受度

在針對教師的調(diào)查問卷和訪談當(dāng)中，可以得知教師對STEM教育的接受度較高。大部分教師在此之前都聽說過STEM教育，超過半數(shù)的教師表示對STEM感興趣，贊同STEM的教育理念，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)推廣STEM教育。

當(dāng)問到“如果讓您開展STEM教育，您認(rèn)為最大的困難在哪里？”排在首位的是“缺少軟硬件支持”(62.96%)，其次是“缺少政策支持和經(jīng)費保障”(51.85%)，另外，缺乏課程樣例、備課壓力大也是教師實施STEM教育存在的困難，是亟須解決的問題。

綜上所述，教師對推行STEM教育持歡迎的態(tài)度，但是推行的過程中存在著不少困難亟須解決。

二、教學(xué)活動實施案例

通過以上的調(diào)查分析，我們嘗試在中職生中開展STEM相關(guān)課程活動來檢驗可行性，檢驗實施效果。智能機(jī)器人教育是STEM教育常用的一個教育載體。機(jī)器人教育是指通過組裝、搭建和運行機(jī)器人來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力的教育。該技術(shù)結(jié)合了許多先進(jìn)技術(shù)，如機(jī)械原理、電子傳感器、計算機(jī)硬件和軟件以及人工智能。我們以智能機(jī)器人課程為載體，以STEM教育理念作支撐，以基礎(chǔ)課程“智能小車”作為案例進(jìn)行課程活動實施。實施課程是基于途道機(jī)器人產(chǎn)品“機(jī)器人大師積木套件”開發(fā)的，采用內(nèi)置三種控制模式的多功能主控、擴(kuò)展電機(jī)和TDprogram圖形化編程軟件，另外隨著升階還可能運用到途道機(jī)器人紅外距離傳感器、外置陀螺儀等。實驗套件結(jié)合學(xué)生具體人數(shù)進(jìn)行組合分配，一般3～5人分配一套“機(jī)器人大師積木套件”為宜。

首先，通過介紹使學(xué)生初識TDprogram圖形化編程頁面，掌握基本的操作。接著學(xué)習(xí)當(dāng)小綠旗被點擊、運動模塊、等待、電機(jī)停止、燈光模塊、音效等腳本。然后綜合應(yīng)用所學(xué)腳本分小組完成編程項目。

表1 編程項目

每個項目由易到難、由淺入深，循序漸進(jìn)，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律。本過程主要鍛煉學(xué)生的動手實踐能力，教師應(yīng)設(shè)計科學(xué)、規(guī)范的操作流程，以確保學(xué)生養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣。

在學(xué)生掌握了這些任務(wù)后，繼續(xù)進(jìn)行鞏固和拓展。鞏固與拓展采取問答形式，如：

問題1：小途給小車編了如圖(圖省略)的程序但是并沒有亮起燈光，這是怎么回事呢？

問題2:小途給小車編寫了如圖(圖省略)的程序，但是小車很快就停下來了，為什么？

問答環(huán)節(jié)當(dāng)中，教師要一步步啟發(fā)學(xué)生，將學(xué)生引入情境，通過對問題的分析，擬定解決問題的最佳方案，不斷對方案進(jìn)行對比和改進(jìn)，使學(xué)生發(fā)散思維，培養(yǎng)解決問題的能力。

接下來根據(jù)上一環(huán)節(jié)的討論結(jié)果，各小組繼續(xù)合作，把項目進(jìn)行完善，進(jìn)行作品展示，學(xué)生之間互評，評選出最佳的產(chǎn)品。

最后環(huán)節(jié)是教師進(jìn)行總結(jié)評價，對學(xué)生活動的過程和作品進(jìn)行點評。教師在評價環(huán)節(jié)需要注意的是對學(xué)生的小組活動和個人表現(xiàn)都要做正面的評價，挖掘?qū)W生的閃光點進(jìn)行鼓勵，維護(hù)學(xué)生的自信心，培養(yǎng)學(xué)生的興趣。其次要對本次活動所涉及的知識進(jìn)行系統(tǒng)化歸納并拓展，指出學(xué)生在活動當(dāng)中存在的問題并指明正確的方向。

三、實施效果

活動實施過程中，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下分小組進(jìn)行協(xié)作，運用所學(xué)知識，聯(lián)系生活實際，在學(xué)習(xí)了相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，通過教師引導(dǎo)下的思考，結(jié)合自我思考對項目進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計、修正和完善。學(xué)生在操作中既能激發(fā)興趣，又能鍛煉動手能力和團(tuán)隊精神。課后，通過與學(xué)生進(jìn)行訪談，得出以下結(jié)論。

1.以智能機(jī)器人為載體的STEM教育活動案例的設(shè)計是合理的

我們采用的教具拼裝簡單、快捷，TDprogram圖形化編程軟件容易上手，適合中職生使用，適合活動的開展。在案例活動設(shè)計中，我們嚴(yán)格遵循STEM 理念并遵循建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、多元智能理論、系統(tǒng)學(xué)習(xí)理論等教育學(xué)基本理論，根據(jù)學(xué)生作品和與學(xué)生課后訪談的回答來看，此次案例設(shè)計十分受學(xué)生的歡迎，是比較合理的。

2.以智能機(jī)器人為載體的STEM教育活動案例的實施過程是成功的

在此次活動過程中，每個學(xué)生都洋溢著笑容，教學(xué)活動進(jìn)行得有條不紊，環(huán)環(huán)相扣?；顒咏Y(jié)束后多位學(xué)生主動與教師進(jìn)行交流，紛紛表示原來上課也可以這么有趣，希望在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中能給他們更多自主創(chuàng)作的時間。學(xué)生都表示基于STEM理念進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)充滿著樂趣，想要更多學(xué)習(xí)與探索的機(jī)會。

3.以智能機(jī)器人為載體的STEM教育活動案例加強(qiáng)了學(xué)生自主思考的能力

有的學(xué)生完成了活動要求實施的項目任務(wù)后，自由發(fā)揮，自主開發(fā)了更多有趣的玩法，并形成了你追我趕的競爭氛圍。由此可見，STEM理念在加強(qiáng)學(xué)生動腦思考的同時，還提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

四、未來努力的方向

1.開發(fā)更多的STEM課程

開展STEM教育，課程必不可少。在中職學(xué)校開展STEM教育，不需要對接學(xué)科，因為是多學(xué)科融合，而且學(xué)生也沒有升學(xué)的壓力。

在設(shè)計STEM課程時，一要選好載體，選擇學(xué)生感興趣的活動和器材進(jìn)行教學(xué)，除了機(jī)器人課程外，還可以開發(fā)更多其他有趣的課程。問卷調(diào)查當(dāng)中問到學(xué)校開展STEM的具體課程，學(xué)生期望能夠參加設(shè)計航天器、建造防震建筑、設(shè)計凈水系統(tǒng)和設(shè)計云霄飛車等活動，可以將這些活動設(shè)計為STEM課程。

二要盡可能降低學(xué)習(xí)難度，增加實踐和操作的比重，使學(xué)習(xí)內(nèi)容符合中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生的知識基礎(chǔ)和認(rèn)知規(guī)律。

2.將STEM教育理念融入各學(xué)科教育當(dāng)中

中職生是分專業(yè)學(xué)習(xí)的，一些專業(yè)的各學(xué)科是相互融通的，比如，電商專業(yè)的網(wǎng)店運營離不開網(wǎng)絡(luò)營銷、數(shù)據(jù)分析、圖像處理等課程；而且專業(yè)與專業(yè)之間也是相互連通的，比如，計算機(jī)類課程是電子商務(wù)專業(yè)、機(jī)電專業(yè)、人工智能專業(yè)的基礎(chǔ)。我們可通過對各學(xué)科的全面理解，跨專業(yè)跨學(xué)科，找出契合STEM教育的知識點，基于真實的情境融合學(xué)科并進(jìn)行拓展。通過中職STEM教育的教學(xué)過程，使學(xué)生不但能掌握預(yù)期的專業(yè)知識，還能快速提升職業(yè)崗位綜合素質(zhì)，以適應(yīng)新時代對職業(yè)人才各方面素質(zhì)和能力的要求。

3.培養(yǎng)更多有興趣且有能力的STEM教學(xué)人員

一方面，高校可以加快STEM教育專業(yè)的建設(shè)，培養(yǎng)更多的STEM教育專業(yè)人員；另一方面，各中職學(xué)校也可以加大對STEM教育理念的宣傳，使教師進(jìn)一步認(rèn)識到STEM教育的必要性和重要性，培訓(xùn)現(xiàn)有的教師，使其成為積極推行STEM教育的實踐工作者，讓教師教中學(xué)，教學(xué)相長。

4.加強(qiáng)教學(xué)設(shè)施的建設(shè)

“巧婦難為無米之炊”，STEM教育的實施需要教學(xué)設(shè)施的支撐。各級教育部門應(yīng)當(dāng)加大對教學(xué)設(shè)施的投入，購置必要的教學(xué)設(shè)備和耗材，支持STEM教育的實施，助推STEM教育再上新臺階。