中职STEM教育理念研究

摘要：当前社会人才竞争激烈，企业所需的人才已从以往的单一型人才改变为具有创新能力和实践能力的复合型人才。新兴的STEM教育强调多学科融合教学来培养综合型人才。笔者所在单位作为部级中职示范校建设单位，已经开展了STEM教育的实践和探索。本文以新能源汽车电池的制作为例，探究了基于STEM教育理念的中职教育教学模式，为STEM教育的进一步推广奠定了基础。

关键词：STEM教育;中职教育;教学模式;融合教学;复合型人才

STEM教育是一种跨学科教育形式和新的整合教育模式，它将科学、技术等多学科进行跨学科整合，强调和倡导多学科的交叉融合和有机结合，引导学生综合运用不同学科的知识和思维方式，将学到的理论知识与遇到的问题、实践经验紧密联系，旨在提高学生的工程实践能力、科技创新能力和综合素质能力，培养出具有竞争力的复合型创新人才。我国STEM教育起步相对较晚。余胜泉等人对整合性STEM教育展开研究，总结了STEM教育的核心特征。谢丽等人以课程设计的形式开展了STEM教育的实践研究。我国已将STEM教育列入国家课程标准体系，2017年，中国教科院了《中国STEM教育白皮书》，旨在促进我国的STEM教育发展，培养出适应未来发展的综合型人才。中职教育侧重培养学生的动手实践能力和工程探究能力，在中职教育课堂中引入和开展STEM教育，注重培养学生的跨学科思维能力和实践能力，并在学生掌握基础理论知识的基础上，深入挖掘学生的批判思维能力、探究能力和综合运用能力。本文以新能源汽车电池的制作课程为例，探究基于STEM教育理念的中职教育教学模式，推动STEM教育在课堂教学中的实践应用。

一、STEM教育融入中职教育的意义

有一道经典的STEM题目：一只熊落入深坑，坑深19.617米，下落时间为2秒，请问熊的颜色？初看该问题的学生往往感觉无从下手，根据所给的条件，可求出该地的重力加速度为9.808m/s2，只有南、北极的重力加速度最接近该值，且只有北极有熊，为白色，故题目中熊的颜色为白色。这道题目综合了物理和地理等学科知识，可以从此看出，学科整合已成为STEM教育的核心特色之一。中职教育在教授学生理论知识的基础上，更加重视学生对不同学科知识的融会贯通，综合运用多学科理论解决实际工程技术问题，培养学生的动手实践能力。STEM教育理念为中职教育注入了新鲜的血液，成为中职教育一个新的重要落脚点，其倡导学科融合，以问题解决为导向，通过项目式学习等方法探索解决有关技术问题，提高学生的创新探究能力和综合实践能力，培养出能够适应未来社会发展和竞争的复合型创新人才，为中华民族的伟大复兴和中国梦的实现提供充足的人才保障。

二、基于STEM教育的教学模式探讨

STEM教育强调多学科的融合，来解决现实中遇到的各种问题。本文根据STEM教育理念，研究了基于STEM教育理念的中职教育教学模式，即以真实情景引入需要解决的问题及任务目标，引导学生运用技术素养和数学思维，通过工程设计及科学探究进行任务前期探究及后期解决方案的设计，最后进行成果的交流分享。教学模式流程图如图1所示。1.创设情境引入任务目标。首先给学生创设一个真实的问题情境，根据对学生最终学习成果的期望，以及学生在此次学习中应掌握和提升的专业知识、职业素养，提出需要解决的问题以及此次活动的任务目标。2.引导学生进行任务前期探究。提出问题后，学生往往找不到研究方向和工作重点，此时应从专业知识的角度对学生进行引导。通过引导培养学生解决问题的工程思维和科学探究意识，在今后实际工作中遇到问题时可以明确工作突破点。3.陪伴学生设计解决方案。学生以分工合作的形式，运用数学思维和技术素养，通过收集资料、分析数据等方法解决问题。在学生设计解决方案时，教师应从以前的权威者转变为陪伴者，不再一味地告诉学生对和错，而是跟随和陪伴学生整个学习过程，在学生研究受阻时提供必要的指导和帮助，引导其解决研究过程中的难点，根据学生研究问题的需要提供充足的学习资源，成为知识的传递者，让学生根据需要主动地进行学习，提高学习热情和积极性。4.交流分享成果。通过学生间成果的交流和分享，既促进了知识的交流互通，又极大地提升了学生在此次活动中的获得感和成就感，有益于学生更加积极地发现和解决其他专业问题，促进其个人更好地成长。

三、STEM教育的实践探索

本文以新能源汽车电池的制作为例，采用上述基于STEM教育理念的教学模式开展课堂教学，具体教学设计如下。1.创设情境引入任务目标。首先以现实情境引入课程任务目标：目前汽车已经非常普及，汽车主要以石油为燃料，随着化石能源的减少、雾霾天气的污染，以及科技手段的提升，新能源电池在汽车行业逐渐开始应用。本次课程要求学生根据学过的电池知识，设计制作一个新能源电池来驱动汽车玩具。2.引导学生进行任务前期探究。通过幻灯片和短视频向学生介绍特斯拉、比亚迪等新能源汽车，从电池性能、环保程度、成本等角度介绍新能源汽车上所使用的电池，以图文并茂的形式使学生对汽车电池有一个形象、直观的了解。然后比较不同原理的汽车电池的优缺点，提出一些引导性的问题，使学生站在工程师的角度，从经济、技术等角度出发，选定本次电池制作所使用的原理。由于问题具有较大的开放性，为防止学生走过多的弯路、提高课堂效率，教师此时扮演一位引导者，规范学生的探究过程。教学活动采用小组合作的形式，小组内成员从教材、网络、文献资料等渠道搜集所需资料，并合理分工、相互研究讨论，最终得出合理的结论。课堂内将学生所需掌握的知识和现实生活、前言科技密切地联系起来，通过小组内学生之间的互动，培养了学生的团队合作精神，不仅深化了课本知识，而且通过查阅资料提高了学生的阅读理解能力，拓宽了学生的知识面，培养了学生自己寻找解决办法的能力，激发了学生的求知欲，对学生学习能力的提高具有促进作用。3.陪伴学生设计解决方案。通过前期探究确定了新能源电池的设计思路后，引导学生进行实验方案的设计，具体包括实验目的、实验原理、实验仪器、实验材料、实验图纸等。学生通过自主设计方案，锻炼了其独立思考的能力，激发了其创新性和创造性。小组设计出方案后，根据方案搭建实验平台，制作新能源电池。将制作的电池搭载在玩具汽车上，测定小车运动的速度，同时测量电池的电压和电流，综合检验所制作电池的性能，并进一步改进电池材料等，提高电池性能。电池的制作过程使学生化身为一名工程师，从实验平台的搭建、电池的制作及电池性能的测定等过程，提高学生的技术能力和工程素养。同时，通过动手实践，学生在动手过程中发现问题并分析解决问题，提高了解决实际问题的能力；而且在整个过程中综合运用科学、技术、工程及数学知识，不断进行讨论和反思，体会到所学知识的趣味性和实用性，学以致用，促进学生创新、创效能力的提升，挖掘学生的探究潜能。4.交流分享成果。各小组的电池最终制作完成后，组织学生对自己的作品成果进行展示和汇报，如设计方案用到的专业知识、具体的设计方案介绍、制作过程中遇到的问题及解决办法、对自己和其他小组作品的评价、电池驱动玩具汽车的现场演示等。通过相互交流加深对学科知识的理解，学习他人长处，认识并弥补自身不足。最后，教师根据整个教学活动过程中学生遇到的问题进行总结，肯定学生在活动过程中的表现，鼓励学生将这种学习方法应用到其他方面的学习中去。

四、结语

STEM教育作为一种新兴的教育理念，代表了一种新的教学发展方向。本文基于STEM教育理念，开展了中职教育中教学模式的实践探究，以新能源汽车电池的制作为例，将跨学科的知识内容融汇到真实环境中，引导学生探究和设计解决方案，使学生获取知识的方式多元化，拓展了STEM教育和中职教育的结合点。随着科技的发展，不同学科领域的联系将越来越密切，教师应顺应时展，深入探索其与自身教学的融合，使学生在未来的发展中更加具有竞争力。

参考文献：

[1]余胜泉,胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开发教育研究,2015(4).

[2]谢丽,李春密.整合性STEM教育理念下的课程改革初探[J].课程•教材•教法,2017(6).

作者:王寅 单位:天津市公用技师学院