STEAM理念融入中職“電子CAD”課程資源建設(shè)探研

黃亞萍 吳萍

摘要：文章以新工科提出的多學(xué)科交叉融合的工程人才培養(yǎng)需求為背景，對中職“電子CAD”課程資源建設(shè)情況進行調(diào)查分析，為課程資源開發(fā)找出依據(jù)和方向，并根據(jù)調(diào)查研究的結(jié)論和建議分別從編寫活頁教材、開發(fā)教學(xué)活動、創(chuàng)新應(yīng)用教學(xué)模式和完善課程資源結(jié)構(gòu)四個角度闡述STEAM理念融入中職“電子CAD”課程資源建設(shè)的實踐路徑。經(jīng)實踐驗證，學(xué)生線上積極參與、教學(xué)目標(biāo)有效達成，創(chuàng)新意識與職業(yè)綜合素養(yǎng)得到有效提升。

關(guān)鍵詞：STEAM理念；中職；電子CAD；新工科；課程資源建設(shè)

中圖分類號：G712文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2023）07-0065-04

基金項目：本文系江蘇省無錫市職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展專項重點課題“新工科背景下，STEAM理念融入中職校《電子CAD》課程資源建設(shè)實踐研究”（課題編號：9202016）的階段性研究成果

新工科的興起，解決了現(xiàn)代職教體系辦學(xué)模式（3+3、3+4）的人才輸出問題，成為中職校實施素質(zhì)教育的強有力支撐。新工科所提出的將多個不同學(xué)科交叉融合進行工程人才的培養(yǎng)模式與STEAM教育以項目為實踐載體、從培養(yǎng)工程思維出發(fā)、多學(xué)科融合的教育理念殊途同歸。因此，將STEAM理念融入中職“電子CAD”課程，有利于培養(yǎng)中職學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，達到中職院校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。本文基于中職“電子CAD”課程資源建設(shè)情況調(diào)查，對STEAM理念融入中職“電子CAD”課程資源建設(shè)的實踐路徑進行探討。

一、核心概念

1.STEAM教育

STEAM教育緊密融合了科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Maths）五門學(xué)科。作為綜合性的探究教育，與傳統(tǒng)的分科知識教育不同點在于它主張通過項目或主題活動等形式將原本獨立、分散的學(xué)科聯(lián)系起來，在實踐中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，促進學(xué)生職業(yè)綜合素養(yǎng)的提升。STEAM分別對應(yīng)的五大知識板塊為：與“科學(xué)”密切相關(guān)的是物理、生物、化學(xué)等領(lǐng)域；“技術(shù)”包括互聯(lián)網(wǎng)、電子、設(shè)計、信息技術(shù)、職業(yè)學(xué)習(xí)等；“工程”由化學(xué)工程、電氣工程、土木工程、軟件、電子與技術(shù)教育等構(gòu)成；“藝術(shù)”包括較廣泛的人文科目、社會研究、語言、美學(xué)、音樂和表演等；“數(shù)學(xué)”與STEAM教育的其他組件都密切相關(guān)，包括微積分、代數(shù)、數(shù)學(xué)邏輯與思維、幾何、數(shù)學(xué)概念和方法等。其核心可以概括為：跨學(xué)科整合的教育、創(chuàng)新意識的教育、基于項目與問題的教育、做中學(xué)的教育、基于真實情境的探究教育、依托工具和資源的教育以及多元主體共同參與的教育。

2.新工科

“工科”泛指工程類學(xué)科，而“新”指的是新興、新型與新生。“新興”一般指全新的、從未出現(xiàn)的新學(xué)科，主要指為面向未來新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展，由其他非工科的基礎(chǔ)學(xué)科拓展和延伸而來的學(xué)科?！靶滦汀敝笇鹘y(tǒng)或已有學(xué)科進行專業(yè)轉(zhuǎn)型或更新迭代，如對人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新、培養(yǎng)目標(biāo)的轉(zhuǎn)變、內(nèi)涵的提升等而衍生的新學(xué)科?！靶律眲t指對已有不同的工程學(xué)科進行交叉復(fù)合、其他學(xué)科與工程學(xué)科之間的交叉融合等利用學(xué)科交叉而衍生出來的新學(xué)科?！靶鹿た啤睊昝摿藗鹘y(tǒng)工科的束縛，強調(diào)新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的深層融合，所培養(yǎng)的具有較強的創(chuàng)新能力和實踐應(yīng)用能力的高素質(zhì)復(fù)合型人才更加符合未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟的需要。

3.電子CAD

“電子CAD”以計算機為基本工具，以Protel DXP為軟件平臺，將應(yīng)用電子技術(shù)、數(shù)字化信息處理技術(shù)、工程技術(shù)等前沿成果緊密融合，是中等職業(yè)學(xué)校電子電工類專業(yè)的一門主干課程，是電子類專業(yè)學(xué)生形成從業(yè)能力的關(guān)鍵課程，是能夠?qū)⒓夹g(shù)、專業(yè)、實踐更好地鏈接起來的學(xué)科。

二、中職“電子CAD”課程資源建設(shè)情況調(diào)查

1.調(diào)查內(nèi)容

針對江陰市華姿中等專業(yè)學(xué)?！半娮覥AD”教學(xué)現(xiàn)狀及課程資源建設(shè)情況進行了問卷調(diào)查，旨在掌握“電子CAD”課程的教學(xué)現(xiàn)狀并從課程資源角度找出影響課程教學(xué)效果的影響因素，為“電子CAD”課程資源開發(fā)及無錫市創(chuàng)新發(fā)展專項課題研究提供理論和實踐依據(jù)。教師問卷分為四個維度：基本信息、課程資源、教學(xué)現(xiàn)狀、跨學(xué)科理念應(yīng)用。學(xué)生問卷分為四個維度：基本信息、課程興趣度及原因、學(xué)習(xí)效果、課程資源接觸度。

2.調(diào)查結(jié)果

調(diào)查結(jié)果表明，學(xué)生對“電子CAD”課程的興趣度跟教師的跨學(xué)科整合能力及課程資源的使用成正相關(guān)。其中，在最后一題的開放性問答中，有24名學(xué)生（占比21%）希望自己設(shè)計的板子能夠加工出來，制作成電路，驗證其功能，有18人（占比16%）希望將來能夠做跟“電子CAD”相關(guān)的設(shè)計工作。接觸過實訓(xùn)和社團課的學(xué)生對“電子CAD”課程興趣度更高，單獨通過理論課接觸“電子CAD”課程的學(xué)生，興趣度相對較低，說明這門課更適合理實一體的教學(xué)模式。

當(dāng)前的課程內(nèi)容與素材側(cè)重于學(xué)科系統(tǒng)知識資源的開發(fā)，忽略了對應(yīng)行業(yè)與崗位的新進展和與之相關(guān)的多學(xué)科知識的相互融合與滲透，脫離了學(xué)生的實際生活經(jīng)驗?！半娮覥AD”教材大都只講解軟件的操作方法，所選項目也缺乏實用性，并且與崗位實際聯(lián)系不大。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，教師和學(xué)生的自我效能感不同，教師儲備了多學(xué)科的知識功底，認(rèn)為學(xué)生能理解并掌握的內(nèi)容，其實學(xué)生并不能，應(yīng)當(dāng)將跨學(xué)科交叉內(nèi)容在課堂教學(xué)內(nèi)容上有所銜接。

3.“電子CAD”課程資源開發(fā)建議

基于以上調(diào)查結(jié)論，要著手“電子CAD”課程資源開發(fā)，改變課程教學(xué)現(xiàn)狀，應(yīng)該從跨學(xué)科知識整合、創(chuàng)新意識的教育、做中學(xué)的教育、基于項目與問題的教育這四個角度進行課程資源建設(shè)和開發(fā)。第一，將STEAM理念融入課程資源開發(fā)，實現(xiàn)跨學(xué)科整合和創(chuàng)新意識的教育。圍繞STEAM教育理念中的五大要素及關(guān)鍵核心素養(yǎng)，將STEAM理念融入“電子CAD”課程資源建設(shè)，能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和用跨學(xué)科手段解決實際問題的能力。第二，采用理實一體化的課堂教學(xué)形式，實現(xiàn)做中學(xué)?！半娮覥AD”是一門實踐性特別強的課程，很多知識要通過實踐，在不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中才能獲得，學(xué)生只有經(jīng)歷完整的實踐操作過程，才會更深刻地領(lǐng)悟“電子CAD”課程的知識。因此，在“電子CAD”教學(xué)中，教師應(yīng)將學(xué)生實操與自身講授相結(jié)合，在學(xué)生操作過程中及時給予指導(dǎo)，解決學(xué)生在學(xué)習(xí)和操作過程中出現(xiàn)的各種問題，形成良性互動。第三，采用基于教學(xué)產(chǎn)品的“電子CAD”課程項目，實現(xiàn)基于項目與問題的教育?！半娮覥AD”是一門兼具很強的實踐性與實用性的專業(yè)課程，教學(xué)過程除了強調(diào)知識的實用性，還要求與崗位需求密切相關(guān)。可以采用以教學(xué)產(chǎn)品為課程項目的自編教材，將書本與生活實踐銜接起來。

三、STEAM理念融入中職“電子CAD”課程資源建設(shè)的實踐路徑

雖然“電子CAD”課程都通過實踐操作完成，但由于部分教師欠缺實踐應(yīng)用能力，教材內(nèi)容陳舊、很難與課程標(biāo)準(zhǔn)匹配，教學(xué)項目脫離崗位與生活、不真實，實施過程與工作過程相差甚遠等，難以激發(fā)學(xué)生對這門課的學(xué)習(xí)興趣，往往課程完成后，學(xué)生只記住了軟件操作，不具備理解和掌握具有實際功能的電路板PCB設(shè)計與制作工藝的能力，與企業(yè)實際崗位能力要求有很大差距，缺乏科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識。將STEAM教育理論引入“電子CAD”課程資源建設(shè)，恰好可以解決這些問題。

1.編寫活頁式校本教材，教材結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容推陳出新

第一，采用學(xué)科知識體系與工作過程導(dǎo)向承前啟后的教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)。學(xué)校應(yīng)在STEAM教育理念的引領(lǐng)下，編寫《基于Protel DXP的電路設(shè)計項目化教程》理實一體化活頁式教材，教材結(jié)構(gòu)采用學(xué)科知識體系與工作過程導(dǎo)向承上啟下的復(fù)合式結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)篇（緒論、模型庫的建立、原理圖的設(shè)計、PCB印制板的設(shè)計）仍然采用傳統(tǒng)的基于學(xué)科知識體系的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，便于學(xué)生更好地掌握學(xué)科基礎(chǔ)知識。綜合篇和應(yīng)用篇采用STEAM項目的形式呈現(xiàn)，基于崗位工作過程呈現(xiàn)項目內(nèi)容，更好地塑造學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，促進學(xué)生由學(xué)習(xí)者向工作者的身份轉(zhuǎn)換。

第二，引入實訓(xùn)教學(xué)產(chǎn)品的教學(xué)項目實現(xiàn)學(xué)生作品的落地應(yīng)用。教材采用模塊化的結(jié)構(gòu)，分三個篇章———基礎(chǔ)篇、綜合篇、應(yīng)用篇。綜合篇采用“電子產(chǎn)品裝調(diào)綜合實訓(xùn)”“電子創(chuàng)客社團”的課題作為設(shè)計項目，應(yīng)用篇引入校企合作開發(fā)的“物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)大棚溫照度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實施”項目。實訓(xùn)教學(xué)產(chǎn)品的引入能使學(xué)生的設(shè)計變成現(xiàn)實，跨課程的內(nèi)容融合有設(shè)計、有裝調(diào)，有理論、有實踐，能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，實現(xiàn)學(xué)生作品的落地應(yīng)用。

第三，拓展相關(guān)學(xué)科知識促進學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的知識遷移。任何知識或技能的獲得都要依靠與其關(guān)聯(lián)的多學(xué)科知識的支撐，PCB設(shè)計屬于復(fù)雜技能范疇，因此在教材中加入知識鏈接和拓展，能使學(xué)生最大化理解和吸收對應(yīng)知識點，促進學(xué)生知識遷移能力的提升。例如，在編寫紅外發(fā)射對管的PCB布局內(nèi)容時，可加入與紅外發(fā)射對管相關(guān)的原理介紹、直射型和反射型的安裝方式和應(yīng)用場合等。電子學(xué)和機械學(xué)內(nèi)容的加入，不僅能使學(xué)生結(jié)合不同的工作情境選擇合適的布局方式完成紅外發(fā)射對管PCB的布局，還能使學(xué)生明白為什么這么布局。

2.豐富課程教學(xué)活動，構(gòu)建兼具專業(yè)社團的雙重課堂

第一，引入跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動，充分體現(xiàn)課堂“以學(xué)為本”。基于STEAM理念的“電子CAD”課程教學(xué)，采用以課堂學(xué)習(xí)活動為主、知識講授為輔的方式進行。課前線上學(xué)習(xí)跨學(xué)科知識，課中通過工程設(shè)計與技術(shù)制作、知識拓展與創(chuàng)意設(shè)計等跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動來組織技能訓(xùn)練，課后通過成果分享和經(jīng)驗交流等鞏固所學(xué)知識?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)活動的引入，有利于增強學(xué)習(xí)的互動性，在理論和專業(yè)技能之間建立跨越學(xué)科的聯(lián)系，塑造學(xué)生的跨學(xué)科思維，使學(xué)生能夠更好地適應(yīng)未來職業(yè)崗位。

第二，依托專業(yè)社團活動，精心打造第二課堂。社團活動是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的重要活動。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，將“電子CAD”實訓(xùn)內(nèi)容與電子產(chǎn)品制作關(guān)聯(lián)起來形成完整的教學(xué)項目，讓學(xué)生能夠親手制作自己設(shè)計的PCB產(chǎn)品，調(diào)試并驗證功能，實現(xiàn)PCB設(shè)計由虛到實的轉(zhuǎn)換，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣度的是最直接有效的方式。

3.創(chuàng)新應(yīng)用教學(xué)模式，深化項目化教學(xué)模式下課程資源的內(nèi)涵應(yīng)用

第一，崗課賽證融通，創(chuàng)新“雙驅(qū)雙跨雙元”項目化教學(xué)模式。基于“以生為本”“以能力為本位”的設(shè)計思想，以STEAM教育理念為引領(lǐng)，與電子技術(shù)應(yīng)用相關(guān)行業(yè)崗位要求、人才培養(yǎng)目標(biāo)與課標(biāo)、技能大賽標(biāo)準(zhǔn)、1+X傳感網(wǎng)中級證書相融通，深入挖掘STEAM教育理念中“創(chuàng)新驅(qū)動”“跨學(xué)科”“源于生活的趣味項目”三個核心要素，與中職項目化實訓(xùn)教學(xué)的“任務(wù)驅(qū)動”“跨時空（線上線下結(jié)合）”“立足崗位與企業(yè)真實項目”三個需求相融合，形成“任務(wù)驅(qū)動”與“創(chuàng)新驅(qū)動”并駕雙驅(qū)，“跨學(xué)科”與“跨時空”融合雙跨，學(xué)校和企業(yè)協(xié)同育人的基于STEAM教育理念的“雙驅(qū)雙跨雙元”的項目化教學(xué)模式。

第二，內(nèi)涵應(yīng)用為主，應(yīng)用“雙驅(qū)、雙跨、雙元”項目化教學(xué)模式。有別于中小學(xué)的STEAM課程開發(fā)，本研究以更適合于職業(yè)教育類型特色的STEAM教育理念的內(nèi)涵創(chuàng)新應(yīng)用為主，讓學(xué)生從建設(shè)工程設(shè)計環(huán)境到元件庫的管理、原理圖的繪制、PCB印制板的設(shè)計，到文件輸出的整個過程中，以實訓(xùn)教學(xué)產(chǎn)品為項目載體，以工作過程為導(dǎo)向，進行任務(wù)劃分，加入企業(yè)新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范等的同時，融入科學(xué)實驗的探究、工程的思考、PCB硬件電路的美學(xué)設(shè)計、經(jīng)驗的交流與分享以及用數(shù)據(jù)歸納分析問題、解決問題的能力等跨學(xué)科知識與方法。

4.完善課程資源結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建線上線下虛實融合的泛在化學(xué)習(xí)環(huán)境

第一，豐富課程資源形式，線上線下虛實融合。利用超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，將教學(xué)資源，如Word教案、PPT課件、視頻等其他教學(xué)資料存儲云端，方便使用，促進師生、生生溝通，并在線監(jiān)測、檢測任務(wù)完成情況，實時統(tǒng)計分析作業(yè)情況、出勤情況、在線活躍度等。

第二，打造“一體化”多功能實驗室，為課程的實施營造良好的硬件環(huán)境。結(jié)合專業(yè)課程和專業(yè)特點，在學(xué)校實訓(xùn)科的牽頭下組建了2個集電子技能學(xué)測、電子CAD實訓(xùn)、電子綜合實訓(xùn)于一體的一體化多功能實訓(xùn)室。實訓(xùn)室除配備常用的電子通用設(shè)備和電腦外，還引入虛擬儀器、常用的電類傳感模塊等新型設(shè)備，既滿足了各門課的日常實訓(xùn)需求，又方便實驗室協(xié)調(diào)，也為拓展課程的內(nèi)容提供了必要的硬件條件支持。

第三，加強專業(yè)師資培訓(xùn)，為課程資源的有效利用保駕護航。教師的職業(yè)能力和綜合素養(yǎng)直接關(guān)系教學(xué)資源的使用效果，影響課程的教學(xué)效果，同時課程資源的質(zhì)量也影響教師教學(xué)水平的提升。教師在學(xué)習(xí)現(xiàn)代職教辦學(xué)體系、人才培養(yǎng)方案、專業(yè)技能教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)等文件的同時，重點學(xué)習(xí)和研究新工科的發(fā)展背景、“電子CAD”課程標(biāo)準(zhǔn)、STEAM教育理念、項目化教學(xué)模式的應(yīng)用等。

四、實施成效

1.教學(xué)目標(biāo)有效達成，學(xué)生綜合應(yīng)用能力和崗位職業(yè)能力顯著增強

模塊化項目式校本教材的開發(fā)、跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動的引入、教學(xué)模式的創(chuàng)新等，對學(xué)生的知識和技能提高具有顯著正向影響。學(xué)生具備了原理圖設(shè)計、封裝模型繪制和PCB設(shè)計的基本能力，教學(xué)目標(biāo)有效達成。同時，綜合篇和應(yīng)用篇依托企業(yè)的崗位需求，將教學(xué)過程對接工作過程，并將設(shè)計的產(chǎn)品用于后續(xù)的電子實訓(xùn)和校農(nóng)業(yè)實訓(xùn)基地實際應(yīng)用，解決了學(xué)生的知識銜接問題，有效提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合職業(yè)能力。

2.學(xué)科素養(yǎng)有效提升，學(xué)生創(chuàng)新意識和跨學(xué)科思維得到有效培養(yǎng)

本課程創(chuàng)新設(shè)計并實踐了基于STEAM理念的“雙驅(qū)、雙跨、雙元”項目化教學(xué)模式，實現(xiàn)了從以知識和技能為基礎(chǔ)的價值取向轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀说陌l(fā)展為基礎(chǔ)的價值取向，尤其注重學(xué)生的個性發(fā)展和學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，為師生的共同成長提供了開放性與生成性共存的環(huán)境，有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和跨學(xué)科思維。

3.教學(xué)資源利用率高，學(xué)生在線學(xué)習(xí)響應(yīng)度高、學(xué)習(xí)效果好

教師在教學(xué)的全過程都能利用平臺在線發(fā)布相關(guān)的任務(wù)，收集平臺反饋的數(shù)據(jù)，教學(xué)資源利用率高，學(xué)生的在線響應(yīng)度高。經(jīng)統(tǒng)計，在各屆電子技能等級考試中，平均通過率達96%，在近年的江蘇省電子專業(yè)技能大賽中多次獲一、二等獎。

五、結(jié)語

在新工科背景下，開發(fā)和利用課程資源是中職校專業(yè)教師永不落伍的研究課題。本文從活頁教材的開發(fā)、教學(xué)活動的創(chuàng)新、教學(xué)模式的創(chuàng)新應(yīng)用、課程資源的結(jié)構(gòu)完善等方面進行了STEAM理念融入“電子CAD”課程資源建設(shè)的實踐研究。實踐發(fā)現(xiàn)，STEAM理念融入“電子CAD”課程資源建設(shè)對教學(xué)目標(biāo)的達成、學(xué)生創(chuàng)新意識和綜合職業(yè)能力的培養(yǎng)等都有促進作用。

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Exploration of the Integration of STEAM Concept into the Construction of "Electronic CAD" Curriculum Resources in Secondary Vocational Schools

———Based on the Background of New Engineering

Huang Yaping1， Wu Ping2

（1. Jiangyin Huazi Secondary Vocational School， Jiangsu Province， Jiangyin 214400， China； 2. Jiangsu Jingjiang Secondary Specialized School， Jingjiang 214500， China）

Abstract： With the background of the demand for interdisciplinary and integrated engineering talent training put forward by the new engineering department， the article investigates and analyzes the construction of "electronic CAD" curriculum resources in secondary vocational schools， finds out the basis and direction for the development of curriculum resources， and according to the conclusions and suggestions of the investigation and research， respectively from the preparation of loose-leaf textbooks， the development of teaching activities This paper expounds the practical path of integrating STEAM concept into the construction of"electronic CAD" curriculum resources in secondary vocational schools from four perspectives of innovative application of teaching mode and improvement of curriculum resource structure. The practice has proved that students actively participate online， teaching objectives are effectively achieved， and innovation awareness and comprehensive professional quality are effectively improved.

Key words： STEAM concept；secondarypost；electronic CAD；new engineering； courseresourceconstruction