中職學校在STEM理念下開展素質教育的路徑探索

林明文 俞繼成

STEM理念是可以有效促進中職學校提升素質教育的一種教育理念。本文在介紹STEM教育的發展、概念和理念的基礎上，分析了中職學校開展基于STEM理念素質教育的意義，并以“高效通行智能交通燈”項目為例，探究中職學校在STEM理念下開展素質教育的路徑模式，為中職學校開展素質教育實踐應用活動提供參考和借鑒作用。

一、關于STEM教育理念

（一）STEM教育發展

雖然我國STEM教育起步較晚，但自教育部2016年印發《教育信息化“十三五”規劃》以來，各級教育部門都非常重視STEM教育。2017年中國教科院發布了《中國STEM教育白皮書》，加大力度支持促進STEM教育的發展，希望以此來推動培養出越來越多的適應新時代發展的綜合人才。

（二）STEM教育概念

STEM中S代表科學（Science），體現了解自然界、探究新知識的方法，包括發現問題、提出問題、探索實驗等;T代表技術（Technology），體現了為解決實際問題而采用的手段，包括資源選擇、工具使用、方法及技巧等;E代表工程（Engineering），體現了利用科學和技術解決問題的方案方法，包括明確任務、過程設計、成果產品等;M代表數學（Mathematics），體現了在解決問題過程中所涉及的運算過程，包括測量、列表、圖表、關系表達等。所以說STEM教育其實就是由科學、技術、工程和數學融合集成的教育，是一種各學科各專業綜合運用的整合性的綜合素質教育。

（三）STEM教育理念

STEM教育作為一種各學科各專業綜合運用的整合教育模式，它強調和倡導將科學、技術、工程和數學等多個學科、多個領域知識與技能的交叉融合和有機結合，使學生原本分學科分專業的知識轉變成一個相互統一的整體的知識結構，引導學生學會綜合運用不同學科不同專業的知識和思維方式去更深入地認知世界、認識社會，避免了傳統分學科分專業學習知識人為造成的割裂現象，有利于培養學生形成跨學科跨專業的實踐能力、科創能力和綜合素質，有利于培養出更具創新精神的技術技能人才。

二、中職學校開展基于STEM理念素質教育的意義

（一）有助于提高學生的知識技能和綜合素質

STEM教育理念與中職教育都是強調培養學生的實踐技能和創新精神，兩者的培養目標是高度一致的，同時又與當前強調要注重培養學生的綜合素質相一致。因此，STEM教育理念可以作為中職教育一個新的重要支撐點和落腳點，其強調跨學科跨專業的融合、堅持以問題為導向、項目化學習方式等對于提高中職生的實踐技能、創新精神以及綜合素質都有十分積極的意義。

（二）有效地彌補專業教育的短板，促進學科融合與專業協同創新

STEM教育理念體現了跨學科教育、突破專業界限、個性化培養以及多樣化的特點，打破專業教育的藩籬，實現文化基礎教育、專業技術教育和創新精神教育的有機結合。因此，中職學校開展STEM教育教學活動，可有效彌補專業技術教育的短板，有利于促進學科和專業的融合以及專業間的協同創新。

（三）有利于激發學生的探究熱情和合作精神

中職生的普遍特點是基礎薄弱、學習能力欠佳、學習信心不足、學習興趣不濃，但思維活躍、動手能力較強。而STEM教育理念強調的是堅持以學生為中心，采用項目式教學，注重培養學生學習興趣。因此，在探究式教學過程中，注重引導學生主動參與到項目的各個環節中去，注重培養學生學習興趣、自信心以及自主學習、合作學習的能力，有利于進一步激發學生的探究熱情和合作精神。

三、中職學校在STEM理念下開展素質教育的路徑探索

STEM教育以創新項目為主要的教學載體，采用“做中學，學中做”的理實一體化教學模式，堅持以學生為中心，強調培養學生的探究意識、實踐能力和創新精神，以此來進一步提高中職生發現和解決問題的能力。因此，基于STEM教育理念的中職創新項目的設計和實施應體現以下幾個特點：一是創新項目主題應來源于真實的情境;二是以真實問題為導向并通過科學探究獲得知識與技能;三是利用工程設計并通過技術應用來解決問題、制作作品;四是倡導團隊協作并全程參與;五是通過全過程學習評價來檢驗學習效果。

基于以上的特點，下面筆者以“高效通行智能交通燈”項目為例，具體探究中職學校在STEM理念下開展素質教育的路徑模式。

（一）情景導入

首先，基于一個真實的問題情境，主動引發學生的頭腦風暴，然后分析問題、提出需要解決的問題，從而引出本次項目活動的學習目標。

在本教學案例中，首先創設一個生活中經常遇到的情景：在等候交通信號燈時，自己所在的干道車輛很多而交通信號燈卻長時間顯示為紅燈，其它干道的車輛寥寥無幾而交通信號燈卻顯示為綠燈，這種情況就相當于人為造成了交通擁堵，不僅浪費了寶貴的時間，還增加了汽車尾氣污染，影響人們生活質量，影響人們的幸福感。從而引出問題：我們有沒有辦法做到更合理設置交通信號燈、更合理利用有限的道路資源呢？進而得出本次項目的學習目標。

（二）項目分析

提出需要解決的問題后，引導學生從不同的學科和不同的專業角度去思考問題，尋找解決問題的突破點和方法，以培養學生解決問題的科學探究意識和工程思維。

在本教學案例中，首先要對項目進行分析：要想有效地緩解交通擁堵的狀況、緩解車流量過大的壓力，優化交通的通行時間，設計一種新型的智能交通燈是一個可行的辦法。智能交通燈是智能交通控制系統的一部分，要實現對交通的實時智能控制，智能化的交通控制系統就必須能夠實時對各個路段的車流量進行監測，實時反饋給控制系統，再由智能控制系統對各個路段的通行時間進行適當的實時優化調整，以此緩解交通擁堵的狀況，以盡可能確保各個路段交通順暢。

其次，根據項目分析得出設計思路：要實現對交通的實時智能控制，首先就是要實現對各個路段的車流量進行監測，以獲得實時的監測數據，為此，可以利用超聲波原理實現對車流量的監測。然后將監測到的數據實時反饋給控制系統，Arduino是一個開源代碼的設計平臺，可用基于Arduino的主板實現對交通燈信號的智能控制。將監測結果實時反饋給Arduino主板，再由Arduino主板根據各個路口的車流量情況及時計算出各個路口的紅綠燈顯示時間，從而實現根據車流量對紅綠燈的信號控制，以盡可能達到每個路段交通暢順。

最后，得出控制方法：本項目利用超聲波技術監測道路車流量的情況，當所有車道都有車通行時，程序按正常運行。但當超聲波檢測到一條車道有車通過，另一條車道沒有車通過時，沒有車通過的車道如果是紅燈的將會延時紅燈，如果是綠燈的則會在10秒后轉為紅燈，以讓有車通過的車道保持綠燈通行或盡快轉為綠燈通行。

（三）作品制作

在作品制作階段，學生采取小組合作的方式，相互協作，綜合運用科學、技術、工程和數學思維去尋找解決問題的方法、制作出符合技術要求的作品。值得特別強調的是：在整個作品制作過程中，教師必須堅持以學生為中心，以學生自主探究為主線，引導學生親自動手實踐，要將學生由“要我學”轉變為“我要學”，切實提高學生學習熱情和積極性，完成整個學習過程，提高學習的自信心。

在本教學案例中，首先指導學生準備好本項目要用到的硬件設備：Arduino主板、超聲波傳感器、交通信號燈等。設計成本低廉，制作電路簡單，傳感器精度較高。

其次，引導學生完成作品（圖1）：

1.熟悉硬件，了解接線問題;2.制作各種零部件;3.設計并連接電路;4.測試超聲波;5.編制程序;6.作品優化。

（四）交流提高

通過小組間作品的分享交流，既能找出各自作品的優缺點進行不斷的優化，又能提升學生在活動中的獲得感和成就感，有利于進一步激發學生發現問題和解決問題的興趣和自信。同時通過項目活動的開展，可以讓學生切實體會到多學科、多領域知識與技能的交叉融合應用的重要性，有利于更進一步促進學生的專業發展、技能水平和綜合素質的提高，有利于培養出更具創新精神的技術技能人才。

四、結語

在中職學校開展基于STEM理念的素質教育的路徑探索，目的就是依據各個專業特色，開展跨學科、跨專業的大知識的融合拓展，通過創新項目案例以及創新教學模式和方法來促進中職生更好地掌握專業知識，提高動手能力;通過培養他們學科學、懂技術、愛工程、用數學的良好思維和團隊協作精神來促進中職生綜合素質的提高;通過不斷提高中職學校對STEM教育理念的認識、不斷開展STEM教育模式的改革來豐富中職教育的內涵、提高中職學校人才培養質量。

中職學校STEM教育，尤其是粵西地區才剛剛起步，涉及的問題比較多，需要不斷轉變教育教學理念、不斷探索、實踐和研究。這里筆者僅是對中職學校在STEM理念下開展素質教育的路徑模式進行了一些探索，為中職學校開展素質教育實踐應用活動提供一個案例參考和借鑒作用。

[課題項目：本文是2018年度廣東省STEM教育實踐研究課題“中職學校STEM教育校本課程的開發研究”（立項號：2018GDSTEM082）的研究成果，主持人：俞繼成。]

責任編輯 何麗華