STEAM教育模式下中職“機械基礎(chǔ)”課程教學(xué)設(shè)計

湯浩　文奇

前言

隨著第四次工業(yè)革命的開展，各國為應(yīng)對產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，2013年德國提出“工業(yè)4.0”概念，日本作為機器人大國，面對智能化機器人的發(fā)展，日本政府于2014年公布《機器人新戰(zhàn)略》，2015年，中國由國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，“智能化”成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向。制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級推動著人才培養(yǎng)模式的改變，作為教育者，需要改變教學(xué)思路，設(shè)計順應(yīng)時代潮流的教學(xué)內(nèi)容。中職課程教學(xué)設(shè)計需要緊密圍繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢和企業(yè)人才需求，采用典型企業(yè)真實項目案例，重新構(gòu)建理論、技術(shù)和實訓(xùn)的課程知識內(nèi)容。教學(xué)設(shè)計中采用真實案例、真實項目能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)、探究和職業(yè)興趣。

世界的經(jīng)濟發(fā)展從以傳統(tǒng)制造業(yè)為主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以知識、科技創(chuàng)新為核心，這使得科技創(chuàng)新人才、復(fù)合型人才成為國家和社會發(fā)展的源動力。對于新時代技能型人才的培養(yǎng)需求，促使課堂必須深度發(fā)展學(xué)生的跨學(xué)科問題解決能力、批判性思維、合作交流能力等多方面素質(zhì)的融合。STEAM教育發(fā)源于美國，經(jīng)歷了STS-STEM-STEAM幾個發(fā)展階段（范文翔，趙瑞斌，張一春，2018）。越來越多的研究表明，STEAM教學(xué)模式能夠符合創(chuàng)新型人才、復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

本文以“帶傳動組成、原理和類型”為案例進行分析，重新構(gòu)建以STEAM教學(xué)模式下的“機械基礎(chǔ)”課程項目式教學(xué)設(shè)計，教學(xué)設(shè)計中充分結(jié)合現(xiàn)代化教育信息技術(shù)，讓學(xué)生從項目探索中獲取多元學(xué)科知識，最終實現(xiàn)具備一專多能、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

一、STEAM教育模式背景、內(nèi)涵

新時代下，對于技能型人才，不僅要培養(yǎng)他們具備精湛的技能技術(shù)，還要培養(yǎng)他們符合智能化融合性知識的要求。對于智能工廠，企業(yè)員工依據(jù)所學(xué)專業(yè)形成“崗位群”，不再限制員工單一專業(yè)或?qū)W科，所以在課程目標(biāo)上，要培養(yǎng)中職學(xué)生具備一專多能、復(fù)合型、綜合應(yīng)用型人才。在對中職“機械基礎(chǔ)”課程進行教學(xué)方案設(shè)計時，選擇符合產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展，適合培養(yǎng)技術(shù)性、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)模式、理念尤為重要。

（一）STEAM課程模式提出背景

隨著“工業(yè)4.0”“中國制造2025”對產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型要求的提出，制造業(yè)從傳統(tǒng)制造轉(zhuǎn)向智能制造、高端制造、創(chuàng)新型的創(chuàng)造；工廠逐步轉(zhuǎn)型為智能工廠。中等職業(yè)教育要承擔(dān)起培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的要求。對青少年學(xué)生而言，跨學(xué)科學(xué)習(xí)的重要性在于，能夠明晰所掌握各科知識是存在不同層次關(guān)聯(lián)的，可在各類情境下融會貫通、綜合使用，并產(chǎn)生新的視角、構(gòu)建新的認(rèn)識、激發(fā)創(chuàng)新活力（詹澤慧，李彥剛，高瑞翔，2022）。為此，中職學(xué)校面對產(chǎn)業(yè)升級、人才培養(yǎng)新需求，促使教師更新教學(xué)模式，重構(gòu)專業(yè)課程知識體系。在教學(xué)中要改變課堂單向輸出，建構(gòu)以學(xué)生為主體的雙向互動式多維對話課堂，課堂單一專業(yè)知識灌輸應(yīng)向多元知識探索改變，更加注重學(xué)生知識遷移的能力，從知識探索中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，改變以往注重成績的學(xué)習(xí)評價方式，從技術(shù)、知識拓展到職業(yè)素養(yǎng)能力的多元評價方式。

（二）STEAM課程模式內(nèi)涵

STEAM是取科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）五門學(xué)科的首字母命名的一種教育模式（楊章偉，張婉婉，肖俊宇，2021）（圖1）。在教學(xué)中加入的藝術(shù)元素包含精致藝術(shù)（美術(shù)、音樂、雕塑、攝影等）、人文藝術(shù)（在以人為本的基礎(chǔ)上使用歷史的、哲學(xué)的、邏輯的思考方式思考并解決問題）、語言藝術(shù)（包括書面和口頭）、肢體藝術(shù)和手工藝術(shù)（李剛，呂立杰，2018）。

STEAM教育模式由具體不同維度下的學(xué)科內(nèi)容，到最終在實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的抽象教育理念。STEAM教育模式的跨學(xué)科內(nèi)容，分別從不同的角度對學(xué)習(xí)者的核心素養(yǎng)提出了要求。其中，“S”培養(yǎng)學(xué)習(xí)者認(rèn)識客觀世界規(guī)律的能力，“T”和“E”傳授學(xué)習(xí)者工程技術(shù)理論知識和實際操作技能，“A”為實踐提供創(chuàng)造性思想來源，“M”培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的工程科學(xué)思維，提供數(shù)學(xué)方法和工具。

STEAM教學(xué)模式是整合學(xué)科資源的教學(xué)方式，它強調(diào)知識與能力并重，倡導(dǎo)“做中學(xué)、學(xué)中做”。教師在授課時，鼓勵學(xué)生通過自己動手探索學(xué)習(xí)知識，強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與創(chuàng)造力，并注重知識的跨學(xué)科遷移能力，以及知識與現(xiàn)實項目的緊密聯(lián)系，最后使得學(xué)生學(xué)會含有多學(xué)科元素的知識與技能。

在STEAM教育模式下，教師在教學(xué)設(shè)計時，要具備培養(yǎng)學(xué)生多元素質(zhì)的理念，以學(xué)生為中心進行教學(xué)，并重視問題的情境性創(chuàng)設(shè)。在基于項目的學(xué)習(xí)中，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過小組協(xié)作探究來解決問題，以追求培養(yǎng)學(xué)生STEAM素養(yǎng)為目標(biāo)（顧容，張東，2019）。所以，教師要通過設(shè)計多元素、跨學(xué)科的課堂教學(xué)活動，滿足創(chuàng)設(shè)學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)的教學(xué)情境，啟發(fā)學(xué)生尋找解決問題的思路和方法，強調(diào)知識的綜合運用和創(chuàng)新思維的學(xué)習(xí)過程，并完成對學(xué)生的綜合化評價。

二、中職“機械基礎(chǔ)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“機械基礎(chǔ)”課程作為中職機械類及工程技術(shù)類相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，一般在中職一年開設(shè)，課程教學(xué)在64學(xué)時左右。作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生在此初步接觸機械原理知識，教師培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題、創(chuàng)新的能力?；A(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，為未來崗位工作內(nèi)容，如設(shè)備維修、結(jié)構(gòu)設(shè)計、機器操作等打下基礎(chǔ)。所以，分析中職“機械基礎(chǔ)”課程教學(xué)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，以便及時改進教學(xué)思路。

（一）教學(xué)理念陳舊

教師在“機械基礎(chǔ)”課程教學(xué)時，仍有以教師為中心、以教材為中心的教育理念。這樣的教學(xué)理念，雖然強調(diào)了教師、理論知識的重要性，但一味地灌輸式、填鴨式的教學(xué)，使得課堂教學(xué)枯燥乏味；部分教師在教學(xué)中，忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)進度及知識掌握情況，難以對學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題提出有針對性的指導(dǎo)（張宇，2022），在課堂效果上呈現(xiàn)出學(xué)生不感興趣、達不到預(yù)期教學(xué)效果，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率較低，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。陳舊的教學(xué)理念往往使學(xué)生掌握不住理論知識，過分強調(diào)教師的主體地位。

（二）單一的理論知識

在“機械基礎(chǔ)”課程知識內(nèi)容上，部分教師只注重書本知識點，未能將多方知識進行融合，所以很難培養(yǎng)出一專多能、創(chuàng)新型人才。新時代產(chǎn)業(yè)對人才的需求，不再是限制技術(shù)人員的某一專業(yè)、單一理論知識，而是希望員工具備多方面專業(yè)知識的融合。單一的知識教學(xué)，不能很好地符合學(xué)生未來工作崗位要求，不能達到最終的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（三）偏理論，輕實踐

中職“機械基礎(chǔ)”課程標(biāo)準(zhǔn)要求，教學(xué)內(nèi)容由基礎(chǔ)模塊、綜合實踐模塊和選學(xué)模塊三部分組成。任課教師的教學(xué)重心一般會選擇基礎(chǔ)模塊的知識內(nèi)容，基礎(chǔ)模塊包含力學(xué)、桿件變形、工程材料、機械傳動、連接件等比較抽象的專業(yè)理論知識。教師在講授這些抽象的知識時，學(xué)生缺乏從探索中積累知識，只靠教師單向傳輸，學(xué)生不能很好地將陳述性知識進行深加工，只能短暫性記憶。由于偏理論、輕實踐的教學(xué)過程，考核學(xué)生知識點掌握的評價方式依然是測試題等手段，未能考核學(xué)生的實踐操作運用方面的能力，未能全面評價學(xué)生的知識掌握能力。

（四）藝術(shù)缺失

中國素質(zhì)教育已經(jīng)實施多年，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的全面發(fā)展，藝術(shù)作為課堂的一種教學(xué)元素，在課堂的實施環(huán)節(jié)也是不可或缺的。廣義而言，藝術(shù)包含了美術(shù)、音樂、語言、形體等人文概念，富含感性元素，這為相對理性的科學(xué)教育增添了一針“催化劑”，多維度跨界產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)大大激發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)積極性與科學(xué)創(chuàng)造力（宋樂，宮虎，2019），但中職教師在“機械基礎(chǔ)”課程教學(xué)過程中往往會忽略這一元素的加入。

三、教學(xué)設(shè)計與實施

本次教學(xué)以“機械基礎(chǔ)”課程中“帶傳動的組成、原理和類型”這一節(jié)課為案例，進行STEAM教育模式下的教學(xué)設(shè)計。教學(xué)設(shè)計中，體現(xiàn)知識融合教學(xué)，以學(xué)生為中心，通過學(xué)生自主探索、小組談?wù)摰姆绞桨l(fā)現(xiàn)問題，教師啟發(fā)引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生動手解決問題的能力。從課程思政中加入“人文藝術(shù)”，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷，提升學(xué)生的民族自豪感。

（一）教學(xué)思路

教學(xué)設(shè)計中采用STEAM的教育模式，課堂教學(xué)核心是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的工程實踐能力，根據(jù)本門課程的教學(xué)對象，采用6E教學(xué)方式。6E方式即引入（Engage）、探索（Explore）、解釋（Explain）、工程（Engineer）、拓展（Enrich）和評價（Evaluate）（周堅，馬建富，周晨棟，2020）。

（二）教學(xué)分析

1.學(xué)情分析

學(xué)生學(xué)習(xí)特點：學(xué)習(xí)主動性不強，不愿意預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)，需要有人監(jiān)督，不愿學(xué)習(xí)理論抽象內(nèi)容，對直觀的教學(xué)內(nèi)容理解能力強，他們對生活實例和工程案例感興趣，對未知的新鮮事物充滿好奇心，更愿意動手操作。

學(xué)生已有知識基礎(chǔ)：學(xué)生在本次教學(xué)內(nèi)容之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了“機械基礎(chǔ)”課程前5個項目的理論知識，也進行了“機械基礎(chǔ)”課程連接件的拆裝、機械設(shè)備觀察與分析的階段性實習(xí)訓(xùn)練，對力學(xué)、工程材料性能、常用機械機構(gòu)、連接件的使用等有一定了解，已具備金屬工程材料的牌號、選用相關(guān)知識；會分析簡易機械結(jié)構(gòu)的力學(xué)知識；機械常用機構(gòu)等相關(guān)理論知識；在拆裝設(shè)備中安全操作注意事項。

學(xué)生已有技能基礎(chǔ)：學(xué)生已具備基本的機械結(jié)構(gòu)識圖能力、簡易機械構(gòu)件運動分析能力、簡單的工程計算能力、動手拆裝機械零件能力、信息檢索能力、與他人合作交流的人際關(guān)系能力等。

學(xué)生現(xiàn)場經(jīng)驗情況；學(xué)生目前一年級已經(jīng)過去半個多學(xué)期，對于實訓(xùn)基地的技術(shù)人員崗位工作內(nèi)容與要求有一定的了解，會在操作中發(fā)現(xiàn)問題。經(jīng)過兩次實訓(xùn)，他們對機械設(shè)備拆卸的具體內(nèi)容、如何實施技術(shù)有了切身體會與感受，熟悉安全生產(chǎn)管理的要求。

知識和技能的不足：機械相關(guān)理論知識不扎實，出現(xiàn)概念不清晰、計算公式記不全等現(xiàn)象；理論與實際脫節(jié)，有些理論知識不會運用；獨立分析問題和解決問題的能力不足，需要教師演示、輔導(dǎo)或者同伴協(xié)作；對于國家規(guī)范的具體要求不明確，尚未養(yǎng)成遵守國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的職業(yè)習(xí)慣。

2.教材分析

“帶傳動的組成、原理和類型”是“機械基礎(chǔ)”課程項目六“帶傳動”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，在機械傳動的帶傳動中起著關(guān)鍵作用。它上承“機械常用機構(gòu)”項目的知識，下啟“機械傳動”項目。對于“機械傳動”的開篇第一節(jié)，講好帶傳動的傳動原理，有利于接下來其他項目的學(xué)習(xí)與運用。帶傳動在生活和工程中被廣泛運用，教給學(xué)生帶傳動的基礎(chǔ)知識，在未來生產(chǎn)實際中讓學(xué)生會設(shè)計、選用、維修有著重大意義。

3.STEAM教學(xué)內(nèi)容

通過整合“機械基礎(chǔ)”課程標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)以及《機械設(shè)計手冊》等關(guān)于帶傳動的知識點，課程內(nèi)容采用STEAM教育理念，將課堂知識點做到跨學(xué)科、融合性學(xué)習(xí)，如表1所示。

（三）教學(xué)目標(biāo)

1.知識與技能目標(biāo)：能理解機械傳動；能復(fù)述出帶傳動的組成與原理；會計算帶傳動的傳動比；能歸納出帶傳動的類型；通過理論知識的學(xué)習(xí)，掌握選用在不同場合的帶傳動方式；通過討論，鍛煉思維獨立性、發(fā)散性能力，提高交流能力。

2.過程與方法：引入“旋轉(zhuǎn)木馬”運動簡圖來理解機械傳動；通過觀察帶傳動的動畫，理解帶傳動的組成、工作原理；通過收集資料、小組討論生活、工程實例的帶傳動，能夠?qū)鲃拥膽?yīng)用場合有初步認(rèn)識；通過分組合作，學(xué)會與他人分配任務(wù)，傾聽別人的發(fā)言，通過交流、探討獲取知識的方法。

3.情感態(tài)度與價值觀：案例視頻的導(dǎo)入和動畫演示，增強對帶傳動的學(xué)習(xí)興趣；在探討中，培養(yǎng)學(xué)生合作意識和協(xié)作精神；教學(xué)中采用項目式的案例教學(xué)，將帶傳動在生活、工程中的廣泛運用帶入課堂，培養(yǎng)學(xué)生在未來機械設(shè)計中不斷創(chuàng)新的思想；教學(xué)內(nèi)容中引入“航天衛(wèi)星”的課程思政，提出人生哲學(xué)思考，啟迪學(xué)生在未來生活、工作崗位上戰(zhàn)勝艱難險阻，埋下成為“大國工匠”的職業(yè)與人文素養(yǎng)。

4.重點與難點突破

重點：掌握帶傳動的組成、工作原理；理解不同類型帶傳動的特點；計算帶傳動的傳動比?；夥椒ǎ簞赢嫛⒁曨l的直觀演示，掌握帶傳動的組成、原理；通過對比不同類型的帶傳動，歸納出帶傳動的特點；給出典型例題，通過計算帶傳動傳動比，掌握傳動比公式。

難點：不同類型帶傳動的特點、應(yīng)用場合的選型。突破方法：運用帶傳動的典型案例，掌握帶傳動的特點、運用場合。

（四）教學(xué)策略

1.啟發(fā)式

課堂中由一問一答、一講一練的形式來體現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)；另外，課堂通過生動的案例引入使學(xué)生產(chǎn)生聯(lián)想，留下深刻印象而實現(xiàn)。在課堂上，教師要做到因材施教，合理引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，讓學(xué)生通過自己獨立探索，獲得解決問題方法、能力，從而提升技能。

2.發(fā)現(xiàn)性策略

教師在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)項目情境，通過視頻、動畫展現(xiàn)帶傳動的工作過程，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)帶傳動的組成、工作原理，讓學(xué)生們自己總結(jié)出結(jié)論。

3.解釋性策略

教師對概念及知識點進行解釋，講授過程中要講究策略和方式，要系統(tǒng)完整，層次分明，重點突出，注意吸引學(xué)生的注意力，與其他教學(xué)法配合使用（圖2）。

（五）教學(xué)過程

1.引入——創(chuàng)設(shè)情境

教師首先板書“帶傳動組成、原理和類型”，之后引導(dǎo)學(xué)生思考生活中的機械傳動。教師通過創(chuàng)設(shè)“旋轉(zhuǎn)木馬如何運作”這一教學(xué)情境，引起學(xué)生的興趣，并結(jié)合旋轉(zhuǎn)木馬工作流程圖，逐步引導(dǎo)學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)。最后，教師展示小組成員查找的三個帶傳動生活案例，學(xué)生觀察生活中的真實案例，拉近知識點與學(xué)生間的距離，避免直接講授工程案例帶來的空洞感。

2.探索——組織與協(xié)調(diào)

在教學(xué)過程中，使用項目式教學(xué)，讓學(xué)生自己主動探索帶傳動的組成、原理。并以小組為單位展開教學(xué)活動，教師要組織、協(xié)調(diào)好各小組的進度，以免浪費教學(xué)時間。在小組討論的過程中，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，鼓勵學(xué)生大膽發(fā)言，并與小組成員交流、討論。

3.解釋——說明、概況

教師對于抽象的概念、原理性的知識轉(zhuǎn)為感性知識，并說明帶傳動的組成、工作原理，提煉知識點，用簡潔明了的語言向?qū)W生解釋。教師及時解答學(xué)生的疑惑，做到課堂雙向溝通。

4.工程——引導(dǎo)、指導(dǎo)

教師通過各種工程案例，按截面分類來對帶傳動進行講解，解釋每一類的特點、適用場合。指導(dǎo)學(xué)生利用每類帶傳動的特點，針對不同應(yīng)用場合，選用不同類型的帶傳動。

5.拓展——創(chuàng)新、藝術(shù)培養(yǎng)教師發(fā)布任務(wù)，讓學(xué)生通過教師給出的條件，自主設(shè)計出采用不同類型的帶進行傳動。教學(xué)中通過課程思政培養(yǎng)學(xué)生對人文哲學(xué)的思考，并科普科技知識。選取的思政元素契合我國航天衛(wèi)星帶傳動工程案例，激起學(xué)生的民族自豪感，勉勵學(xué)生學(xué)好技術(shù)，報效祖國。

6.評價——評價、總結(jié)

采用形成性評價、自我評價、小組互評、教師評價相結(jié)合的多元評價方式。在課堂上以提出問題的解決方案來判斷學(xué)生對知識的掌握程度以及教學(xué)的效果，并且及時調(diào)整教學(xué)的結(jié)構(gòu)，調(diào)動課堂氣氛，將學(xué)生的注意力穩(wěn)定在課堂講授的內(nèi)容上。課上積極回答問題的學(xué)生會有“平時分”的記錄。采用課后作業(yè)+小組作業(yè)的方式，以教師+小組互評打分的形式來反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、掌握新知識的程度。

（六）教學(xué)效果及反思

通過小組課前積極完成的任務(wù)，以及觀察學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，采用STEAM教育理念及6E教學(xué)方式，學(xué)生積極參與課堂、小組活動，課堂呈現(xiàn)積極的教學(xué)效果。STEAM教育理念是引導(dǎo)學(xué)生綜合性學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)、融合性學(xué)習(xí)，教師在教學(xué)內(nèi)容的選擇上還需進一步挖掘跨學(xué)科知識元素，并結(jié)合職業(yè)教育特點展開教學(xué)活動。對于缺失藝術(shù)教育的中職課堂，藝術(shù)領(lǐng)域的元素要選好素材，處理好與知識點的融合度。

四、總結(jié)

STEAM教育模式下的中職課堂，教學(xué)內(nèi)容選擇跨學(xué)科元素，目的在于培養(yǎng)學(xué)生成為一專多能的人才要求。中職“機械基礎(chǔ)”課程教學(xué)采用STEAM教育模式，以學(xué)生為中心，實現(xiàn)學(xué)生探索學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、互動學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的目標(biāo)。運用STEAM教育模式的教學(xué)實踐，教師必須結(jié)合職業(yè)教育課程特點、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等情況，進行教學(xué)設(shè)計上的高度融合，以適應(yīng)智能化時代下的中職人才培養(yǎng)新目標(biāo)。

[資助基金：廣東技術(shù)師范大學(xué)教學(xué)改革項目“產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動的新工科機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究”。]

責(zé)任編輯 何麗華