適應于STEAM教育的實踐教學設計

鄒小群 游芳

摘 要：STEAM教育通過將獨立分散的五門學科Science、Technology、Engineering、Arts、Mathematics以項目或主題活動等形式結合起來，促進學生在各學科領域的發展和提高，使學生從應試能力型轉向面向全面發展的綜合素養型，從而提升其全球競爭力。實踐教學是學生提升工具使用的能力、動手能力、團隊協作能力以及解決問題能力等的途徑之一。本文旨在以《車站信號自動控制》課程作為研究對象，進行適應于STEAM教育的實踐教學的設計。

關鍵詞：STEAM教育;實踐教學

1 《車站信號自動控制》課程簡介

《車站信號自動控制》課程是軌道交通信號與控制專業的重要專業課程之一，該課程主要圍繞6502電氣集中系統的基本組成、各條網絡線的工作原理、每個繼電器的吸起時機、整個系統的控制邏輯等內容展開的。是軌道交通信號基礎的應用，是后續計算機聯鎖系統、調度指揮系統等課程學習的依據，具有不可或缺的地位。該課程專業性強，與工程實踐緊密相關，僅僅依靠課程教學并不能達到培養目的的要求，需要安設相應的實踐教學環節來補充和完善課程的教學。

2 課內實驗教學設置

在課程開展的過程中，需要通過開設相關的實驗內容來幫助課內知識點的學習，針對《車站信號自動控制》課程，本院專門開設了六個實驗內容①6502電氣集中系統認識實驗;②列車進路選擇實驗;③道岔控制實驗;④調車進路選擇實驗;⑤信號點燈電路;⑥進路解鎖實驗。

以ZD6型單動四線制道岔控制電路為例，ZD6型單動道岔控制電路包括1DQJ電路和2DQJ電路以及電機工作電路，電路當中涉及到的兩個啟動繼電器，四條控制線和表示線（X1道岔定位控制和表示線，X2道岔反位控制和表示線，X3道岔定位和反位表示回線，X4道岔定位和反位控制回線）的作用是什么？這些在課堂上通過概念性的內容講給學生，學生只能被動式的接受、很難消化。增加實踐教學環節之后，在課程教學之余，把課程內容，如X1的作用，通過在實驗設備上設置X1斷線，進行道岔定位和反位操作，觀察實驗現象。此時學生很容易發現，當X1斷線之后，道岔可以從定位狀態轉換到反位狀態并且給出反位表示信息，但是無法將道岔由反位轉換到定位、道岔定位表示燈滅，且轉換時間超過13S（通過發光二極管的閃爍來判斷）之后會發出報警。此時，學生可以根據道岔可以由定位轉向反位來判斷道岔反位控制和表示線X2和道岔定位和反位控制回線X4是正常的;反位表示燈亮判斷道岔定位和反位表示回線工作正常的;道岔不能由反位轉換到定位且無法顯示定位信息，判斷道岔定位控制和表示線X1故障。

學生在課堂當中覺得生澀難懂的內容，通過實踐教學環節的故障查找及修復，可以很容易的掌握ZD6型四線制單動道岔控制電路的四線是哪四線，通過觀察轉轍機、道岔以及繼電器的吸起和落下，可以獲得道岔控制電路中，1DQJ的吸起和落下時機，2DQJ的極性變化時機，電機工作時機、自動開閉器的節點動作過程以及道岔表示表示電路接通時機等等，而這些恰恰是道岔控制電路的工作原理和精髓。

3 相關實踐環節設置

除了課內實踐環節的設置外，還可以通過增設相關的課程設計和生產見習來鞏固和加深課程知識內容。

如設置《車站信號自動控制課程設計》課程，通過給予每個小組一個車站站場信息，學生自行設計15條網絡線的邏輯控制電路設計，簡述各條網絡線的作用和工作原理，并在此基礎上對車站進行組合設計和聯鎖表的編制，使學生在電路設計、組合連接以及聯鎖表的編制過程中，充分了解邏輯控制電路的設計原則、組合連接圖的設計原則以及聯鎖表的編寫原則和信號設備之間的聯鎖關系。

而生產見習環節，學生通過現場觀察車站設備，熟悉各信號設備的工作原理。整個控制系統，從OCC到車站在到相應的信號設備，在一層層的參觀講解過程中，學生可以更加全面的了解各個層級之間關系及其作用，并且通過相關工程師的介紹，學生也可以對自己的就業方向和工作內容大致了解，以便自身可以針對性的學習。

4 實踐教學評價

采用問卷調查和學生學業評價的形式對實踐教學效果的進行評價，具體的形式如圖1所示。通過教學效果評價調查，發現學生對實驗和實踐教學環節評價很高、感興趣。在實驗教學方面，有的學生表示“通過實驗項目的開展，可以有助于自身消化課堂知識”;有的同學表示“查找故障太有意思了，沒有課程知識內容，完全不知道出現了什么問題、怎樣去查找問題，但是沒有課程實驗，對課本當中學習到的知識點完全是懵懂的，這樣理論與實踐相結合的方法，可以很好的理解知識點。”有的學生甚至表示“對于理論課程中的某些知識點，自己還會去提前想象，這個知識點會用怎樣的方法來做實驗呢！”

5 總結

實踐教學是工科專業養過程中必不可少的環節，也是實踐STEAM教育的有效途徑之一。通過實踐教學環節的設計，融合STEAM教育理念，將實踐教學環節通過問題的導入、查找問題、設計問題解決方案到獲得解決問題的一套方式方法，讓學生全程參與實踐過程，不僅達到了解決問題的效果，并且能夠使學生更加熟練的掌握理論知識的內容并熟練運用。同時，通過這種教-學-做的方式，使得課堂學習和教學相對輕松，學生能夠更好的掌握課堂知識點，并且有更多的時間去學習自己感興趣的知識點。