基于STEM教育的高職新工科建設發展路向研究

宋庭新,王 穎

(湖北工業大學職業技術師范學院,湖北 武漢430068)

自2017年2月教育部首次提出“新工科”以來,新工科建設掀起并領跑了一場工程教育質量革命.不同于見仁見智的概念界定,新工科的核心理念十分明確,“既要根據經濟發展需求設置相應的新專業,又要對傳統專業進行重構”[1],既要致力于發展新學科又要扎根于傳統學科.建設高等職業教育領域的新工科不僅有利于緩解高等職業工程教育面臨的現實困境,也有利于推進工程教育的一流建設,為高等教育強國夢添磚加瓦.故而,在新經濟、新業態、新環境的氛圍下,加快新工科建設已然成為高等職業教育發展的應時之舉.

第四次工業革命浪潮席卷而來,STEM教育被推到全球各國搶占技術先機的風口浪尖.STEM教育發源地的美國更是大刀闊斧進行了一系列改革,將STEM教育上升到了國家教育戰略的高度.STEM(Science,Technology,Engineering,and Mathematics.科學、技術、工程、數學)這一專有名詞首次出現于1986年美國國家科學委員會發布的《本科的科學、數學和工程教育》.[2]隨后2013年發布《STEM教育五年戰略計劃》,2016年發布《STEM2026:STEM教育創新愿景》,2018年特朗普政府先后發布《美國本科STEM教育監測指標》《制定成功路線:美國的STEM教育戰略(北極星計劃)》.其中,“北極星計劃”明確指出:“通過跨學科的知識整合增加STEM學習的吸引力,鼓勵開展跨學科知識學習的研究實踐.”

在此背景下,本文結合我國高等職業教育發展和改革中的具體情境,分析了高職院校新工科建設面臨的學制劣勢、生源積弱、學科藩籬的現實制約,在厘清STEM教育中國本土化的內涵和特征基礎上,提出高職院校新工科建設發展的新路向,以期為我國高等職業教育的新工科建設提供借鑒和參考.

1 新時期高職院校新工科建設的現實制約

當今世界處于以人工智能為代表的科技革命和產業變革的新時期,新工科建設作為高等教育“質量革命”變革的“先行者”受到廣泛關注,本科院校儼然成為新工科建設的主要試驗田.盡管高等職業教育屬于工程教育的重要教育類型,但是與本科院校相比,高職院校新工科建設明顯羸弱.究其根本,高等職業教育的自身積弱及資源劣勢制約了高職新工科建設的發展.

1.1 學制劣勢

《國家職業教育改革實施方案》作為高等職業教育高質量發展階段的行動指南,意味著我國高等職業教育進入了高質量發展階段.職業教育在職教人的努力下取得了長足的發展.然而,在建設新工科的進程中高等職業教育的學制劣勢凸顯,制約了高等職業教育新工科的進一步發展.從學制與教育職能匹配出發,我國本科層次的高等院校多采用“四年制”,專科層次的高職院校則采用“三年制”.在傳統的社會經濟中,高等職業教育為工作一線的技術人才服務,三年的時間足以滿足其學習的需要.新工科作為應對大變局的改革策略,旨在培養全面發展的復合型人才,知識的寬度和深度都有了質與量的提升,對學制的培養年限提出了更高的要求.傳統的“三年制”也逐漸成為制約高職新工科建設的系統劣勢.

1.2 生源積弱

高等職業教育發源于“三改一補”(職業大學、部分高等專科學校和獨立設置的成人高校改革,中等專業學校改制或舉辦高職班等作為補充),旨在培養工作一線的技術(技能)人才.長期以來,高等職業教育的生源來自中等職業院校和普通高等院校的分流.一方面中等職業學校的學生在高中階段已經習得了一定的技術技能,但是普通文化課程有一定的缺失,無法滿足新工科對高等職業教育的人才素養提出的更高的要求.另一方面,在現行的高考招生制度下,高等職業教育的招生批次位于本科之后.盡管部分地區身先士卒采取平行批次的招生政策,但是仍然難以真正緩解高等職業教育的招生焦慮和社會大眾對高職高專的偏見.

1.3 學科藩籬

“工業4.0”時代,又稱知識爆炸的時代,除了對新知識的吸收與學習,不同領域的知識之間的交流也成為重中之重.例如,智慧交通的出現,意味著傳統的交通運輸知識與大數據、互聯網、物聯網、人工智能等深度交流融合.既然作為學科本質的知識體系發生了質的變化,那么理論上學科也應該有相應的調整,促進不同領域的知識交流.事實上,在高等職業教育領域的發展過程中,學科逐漸固化,專業界限清晰,形成了不可逾越的學科藩籬.新時期,建設新工科的本質就是新興知識的產生和原有知識之間的交流,呈現出學科交叉融合的特色.沖破原有的學科藩籬,才能進一步實現多學科的交叉融合.

2 STEM教育的內涵及特征轉化

STEM教育是基于國家的政治、社會以及教育情景而提出的改革方案,不同國家和組織對其理解不同.最先提出STEM教育的美國在去工業化的過程中發現,其科技、數學和工程類人才的數量遠少于其他國家的人才數量,基于這一現實情境才提出了對應的“工程、技術、科學、數學”STEM教育.故而,在借鑒STEM教育理念時不能采用照搬式的拿來主義,而必須結合不同國家的具體國情和需求進行本土化的整體重構.

盡管學界對STEM教育的定義尚未形成共識,但是普遍認為STEM教育是一個整合性的概念.整合性STEM教育理念是將STEM領域的核心概念置于真實的、有吸引力的問題情境中,強調在問題解決過程中展示學科間的整合,采用問題解決驅動的學生為中心的教學方式,支持數學和(或)科學內容學習的同時,幫助學生理解學科間的緊密聯系.[3]本文同樣是基于整合性的概念來討論STEM教育.

目前,在我國占主導地位的分科教育,將高中階段的學生人為地分成文科和理科.分科教育旨在提高知識的傳播效率,確保受教育者在最短時間內對所面對的知識體系形成系統性的認知.[4]一方面,信息化時代的當下,知識的迭代速度急劇加快,分科教育的弊端被放大,知識與知識人為地割裂,知識的傳承與創新的缺失問題凸顯,與學生全面的終身的可持續發展的理念相悖.另一方面,我國的教育系統中與STEM相關的理工類學科的地位較之英美等國大相徑庭.我國在基礎教育的培養過程中尤為重視理科教育,數學教育更是貫穿了整個基礎教育階段,理工類教育在我國的教育系統中占據了十分重要的地位.因此,在對STEM教育進行本土化理解時,既要針對分科教育的弊端與不足,強調STEM教育的多學科性;也要考慮理工類教育已經在我國取得長足發展的現狀,重新考量“工程、技術、科學、數學”四個學科之間的關聯.

對高等職業教育而言,STEM教育的核心理念是多學科整合的跨學科思維,不僅培養具有創新能力和豐富STEM知識的技術人才,也要依托實踐項目,培養解決實際問題的技能人才.STEM教育的特征是跨學科性、創造力培養和可持續發展.因此,從高職教育的本質屬性出發,STEM教育可表達為“T—ASEM”特征,即以“Technology”(技術)為核心,以“Arts”(人文藝術)為統領,以“Science”(科學)、“Engineering”(工程)、“Mathematics”(數學)為基礎.將“T”學科從原來的STEM中提煉出來,并不僅僅是一種表示方法的變化,更是通過不同的組字方式鮮明呈現STEM教育中各元素彼此之間關系的重構.一是“T—ASEM”將T字母作為一個獨立元素予以前置,反映出高等職業教育人才培養的定位——技術技能型人才.將受教育者的技術技能培養放在首要地位是區別高等職業教育和普通高等教育的重要指標.據此,T元素必須處于高職教育的跨學科融合的核心位置.二是“T—ASEM”將A(Arts)學科置于其他學科之前,反映了對人文藝術學科在人才培養中所起作用的重視.良好的人文藝術教育使受教育者能夠站在更高的角度審視社會關系與統合社會活動,更有效地處理個體與個體、個體與集體的交互,是個體提高其生產生活質量的重要保障.[5]三是“T—ASEM”弱化了“Mathematics”的重要性,考慮到國內基礎教育已經有相對完備的數學教育,能夠支撐一般專業對數學的基本要求,將其置于構成高職STEM教育幾大基本元素的末位.

3 基于STEM教育的高職新工科發展路向

3.1 創新力培養貫穿人才培養全過程

創新能力培養是增強人才自身競爭力的關鍵因素,新工科建設中的人才培養更是如此.盡管不同專業的每一門課程均有其規定的顯性課程目標,但是新工科的屬性和特征決定了創新能力培養是貫穿其人才培養全過程的隱形課程目標.這不僅僅是因為新工科的人才培養立足于經濟發展需求和工程教育自身特征,也是因為創新能力是包括新工科人才在內的各行各業人才的核心能力素養.創新力培養貫穿人才培養全過程需要課程體系內各門課程的共同努力,在實現顯性課程目標的同時,也要力求實現隱形的課程目標.在本土化STEM教育理念中,“Arts”的系列課程可以作為新工科建設實現這一目標的落腳點.具體而言,一是橫向拓展知識的經度,從相關的學科中選取多元化的學習內容,從不同的角度展示科學技術的發展進程;二是縱向發展學生創新思維的緯度,結合與前導課程和后續課程的邏輯關系,盡可能讓學生掌握不同的思維方式.

以高職院校開設的智能交通類專業為例,該專業是傳統的交通運輸專業與物聯網、大數據、人工智能以及各種智能交通運輸新技術綜合的新興專業領域,呈現學科交叉融合的特性,具有新工科專業建設的典型性.但傳統的交通運輸專業的典型課程體系是由公共課和專業課構成,公共課包括思想政治教育、國防安全教育、文化素質課、身心健康教育和職業素養等,存在創造能力培養板塊不足、知識視野局限等問題.在智能交通專業建設中,應將創新力培養貫穿人才培養全過程,設置多學科的選修課,將傳統的交通技術與智慧交通技術相結合.

3.2 跨學科思維主導的課程體系建設

隨著新工科建設深入推進,在高等教育的本科和專科層次(即高職教育)開始浮現出共性問題.新工科建設的初衷是為了應對工程知識技術的大發展,通過設置,打破學科邊界,提高學生的職業素養.但在實際操作過程中,在培養年限不變的條件下,增加了大量交叉學科的知識,極大增加了學生的學習負擔,對學生自身的素質提出了更高的要求.相比本科的四年學制,高等職業教育通常只有三年的培養年限,培養年限不足的制約尤為突出.既然STEM教育在高等職業教育的特征轉化為“T—ASEM”,核心理念是運用跨學科思維整合課程,強調技術的習得和人才培養的熏陶.那么,如何在培養年限不變的情況下進行多學科交叉融合呢?一是將同一專業按照其特征和培養目標分為不同方向,以這些方向為基礎,設置跨學科融合的課程.例如,智能交通專業領域囊括了軌道交通、城市交通和高速公路等全面又復雜的專業知識,作為對綜合應用能力要求不高的高等職業教育,應該將上述不同領域分為不同的專業方向,將智能交通專業作為一個大的專業類別,下設若干方向.二是在課程的選擇上遵循技術優先、人文素養并重的原則,采用公共課、專業基礎課、方向選修課相結合的方式.如將交通技術、電子技術、信息與通信技術、人工智能技術等作為專業基礎課,在不同的專業方向設置新工科的選修課,而在實踐類課程中,可以分方向分工種開展專業實習.

3.3 可持續發展的課程體系價值取向

從字面上看,“新”“工”都是“科”的修飾語,確定其價值取向和職業范疇,“科”揭示了其本質屬性——學科.然而,“復旦共識”“北京指南”以及其它新工科相關的文獻提供了“新工科專業”這一說法.因此新工科是一個兼具學科和專業雙重屬性的綜合性概念.在學科層面,多學科交叉融合是新工科發展的主旋律;在專業層面,可持續發展則是新工科能與時俱進的重要保障.新工科最終的目的是培養適應現實社會發展的人才,為了實現這一目的,可持續發展的專業是必不可少的.那么新工科專業如何做到可持續發展呢?一是專業群構建.所謂高職院校專業群,應是指圍繞某一技術領域或服務領域,依據自身的辦學優勢與服務面向,以優勢或特色專業為核心,按行業背景、技術基礎相同或相近原則,充分融合相關專業而形成的專業集合.[6]專業群具有群內專業行業背景和服務面向相同或相近,具有相同或相近的技術基礎特征.高職智能交通專業設置可以既包括傳統交通類專業,也包括新專業群,應對新經濟、新業態的孕育發展.二是設置模塊化課程,按照“工作過程相關性、職業現實積極性、可持續動態發展性”的原則,進行教學和課程的整改.模塊化課程將課程以模塊的形式展現,便于后續課程內容的調整和增刪,極大增加了課程體系的靈活性,成為促進專業可持續發展的主要途徑.

3.4 新工科與新文科的匯聚聯動

從STEM到STEAM教育的發展說明了在人才培養中人文素養的作用愈發重要,人文關懷在人才的培養和發展中作用愈發顯現.新經濟、新業態的快速發展不僅催生了新工科的發展,也給文科注入了新的活力,社會計算、金融科技、空間計量經濟學、技術哲學、計算語言學等新興文科拔地而起.無論是新工科的“新”還是新文科的“新”,都與人才培養的工作密不可分.因此,新文科建設路徑與新工科相似,既包括對傳統學科或專業進行升級改造,也包含聚焦新文科專業領域.新工科作為新時期下工程教育實踐的新范式,更應該強調人文素養的作用與啟發線索,即“四新”建設中新工科與新文科的匯聚聯動.新工科與新文科的匯聚聯動,不是簡單地將二者的課程體系相加,也不是機械地文科工科化或者工科文科化.既要應對工程變革帶來技術變遷,也要積極響應人文元素對人才發展的全方位訴求.就高等職業教育的新工科建設而言,樹立人文素養和專業技術技能并行的理念,關注學生的全方位發展才是新工科與新文科匯聚聯動的現實表征.

4 結束語

如何在新工科引領的質量革命中完成突圍是高職建設新工科的重中之重,本文通過借鑒國外工程教育新模式的STEM理念,提出高職新工科建設的發展路向,即以創新力培養貫穿人才培養全過程、跨學科思維主導課程體系建設、可持續發展確定課程體系價值取向以及加強新工科與新文科的匯聚聯動.然而,在高職院校開展新工科建設的實踐進程中,教材不適配、教師實踐經驗不足、硬件設施更新等問題將會阻礙新工科的建設.這就需要高等職業院校不僅聚焦人才培養的研究,也要關注教師的成長和發展、提倡校本課程的開發,鼓勵教師體驗工作崗位等.新工科建設是一場持久的質量革命,在實踐中不斷探索,在探索中不斷總結,在總結中不斷創新,才能應對時代的考驗.