面向STEM教育的中職5E教學(xué)模式設(shè)計(jì)

梁宇靖 趙華榮 劉宇剛

摘要：將STEM理念與我國(guó)中職教育現(xiàn)狀相結(jié)合，分析了中職電氣專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀，重構(gòu)了中職電氣專業(yè)的教育課程體系。該教學(xué)體系以STEM教育理念為核心，由參與、探究、解釋、精致和評(píng)價(jià)構(gòu)成5E教學(xué)模式，并對(duì)這一教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)例活動(dòng)，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中對(duì)應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)發(fā)揮重要作用。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生的課堂參與度、學(xué)習(xí)積極性和跨學(xué)科知識(shí)融合應(yīng)用能力均有所提升，為中職人才培養(yǎng)提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：STEM；5E教學(xué)模式；素養(yǎng)為本；中等職業(yè)教育

中圖分類號(hào)：G420??????????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?A

中職教育是我國(guó)教育的重要有機(jī)組成部分，其在校生人數(shù)占到高中教育的一半。隨著中國(guó)人口紅利的逐漸消失，需要加大力度促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，中職教育更需要培養(yǎng)具有創(chuàng)造力的技能型人才，中國(guó)智能制造更呼喚大國(guó)工匠精神。然而，由于近幾年來(lái)中職生源發(fā)生了很大改變，必須對(duì)現(xiàn)有教學(xué)進(jìn)行教育改革，本課題在省級(jí)教改項(xiàng)目研究的支撐下，借鑒STEM教育理念，在電氣專業(yè)運(yùn)用5E教學(xué)模式開(kāi)展教學(xué)改革，增強(qiáng)了課堂活力，提高了教學(xué)效果，加強(qiáng)了技能和創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識(shí)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生掌握面向工程的關(guān)鍵能力，促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展。

一、中職電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課堂觀察及課后訪談

記錄學(xué)生課堂狀態(tài)，將課堂關(guān)注度定義為學(xué)生與教師有眼神接觸，不做與課堂無(wú)關(guān)的事。將課堂參與度定義為學(xué)生對(duì)教師的提問(wèn)有回應(yīng)，基本能夠緊跟課程進(jìn)度。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的課堂關(guān)注度和參與度隨上課時(shí)間增加而急速下降。

課后對(duì)師生分別進(jìn)行訪談，學(xué)生表示課堂內(nèi)容有些聽(tīng)不懂、不感興趣，知識(shí)在生活中用不到。教師表示講授法能夠控制課堂秩序，用書(shū)本例子引入時(shí)學(xué)生積極性不高，課程內(nèi)容滯后，只能通過(guò)考試對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（二）中職教學(xué)對(duì)人才培養(yǎng)的影響

目前中職教學(xué)對(duì)人才培養(yǎng)的影響可以從教學(xué)模式、教學(xué)手段和教學(xué)方法進(jìn)行分析。

教學(xué)模式固定，教師大班授課，學(xué)生未能主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)框架，純理論知識(shí)教學(xué)不利于技能型人才培養(yǎng)。教學(xué)手段以“黑板+粉筆”為主，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且中職學(xué)生自控力差，若無(wú)法平衡多媒體與課堂的關(guān)系，教學(xué)效果會(huì)大打折扣。教學(xué)方法以講授法、演示法為主，缺少合作探究的活動(dòng)設(shè)計(jì)，無(wú)法提升學(xué)生課堂參與度。中職學(xué)生文化基礎(chǔ)參差不齊，缺乏分層教學(xué)不利于學(xué)生進(jìn)步。

二、STEM教育融入中職教學(xué)體系的重塑

STEM是指Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）和Mathematics（數(shù)學(xué)），最早提出于1986年美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)發(fā)表的《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》[1]，是一種包容性更強(qiáng)的跨學(xué)科素質(zhì)教育，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，更好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，對(duì)提升中職教育質(zhì)量有積極作用。

在中職電氣類專業(yè)融入STEM教育有利于工程技術(shù)人才的培養(yǎng)。“術(shù)業(yè)有專攻”是技術(shù)技能人才的基本要求，現(xiàn)代社會(huì)更需要的是“一專多能”的復(fù)合型人才，融合多學(xué)科拓展學(xué)生的多項(xiàng)技能的理念與STEM教育不謀而合。因此，根據(jù)中職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，STEM教育引導(dǎo)學(xué)生打破學(xué)科壁壘，調(diào)動(dòng)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)來(lái)解決項(xiàng)目問(wèn)題，提升中職學(xué)生的自信心以及達(dá)成學(xué)習(xí)期望。另外，企業(yè)界和工商業(yè)界更強(qiáng)調(diào)勞動(dòng)者技術(shù)和工程的相關(guān)實(shí)踐能力，為中國(guó)智能制造提供強(qiáng)有力人才支撐。為此，筆者從課程模塊化出發(fā)構(gòu)建了融入STEM教育理念的課程體系，以“學(xué)”為中心，“用”為目的，培養(yǎng)中職學(xué)生的邏輯素養(yǎng)、人文素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)和工程素養(yǎng)，從而形成面向工程和面向?qū)嶋H崗位核心職業(yè)素養(yǎng)，如圖1所示。

以“素養(yǎng)為本”的理念轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，課程模塊集合核心素養(yǎng)、STEM素養(yǎng)及STEM教學(xué)方案，要求教師以真實(shí)情境為教學(xué)載體，重視問(wèn)題的解決過(guò)程，盡量減少單純學(xué)科范疇的問(wèn)題，將學(xué)科性知識(shí)轉(zhuǎn)向探究性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力和形成良好品格。

三、基于STEM教育理念下的5E教學(xué)模式設(shè)計(jì)

5E教學(xué)模式是美國(guó)生物學(xué)課程研究（BSCS）開(kāi)發(fā)出的一種建構(gòu)主義教學(xué)模式，該教學(xué)模式共包括5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，即參與（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、精致（elaboration）和評(píng)價(jià)（evaluation）[2]，每個(gè)環(huán)節(jié)具體含義如圖2所示。通過(guò)對(duì)STEM教育和5E教學(xué)模式進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)二者均重視學(xué)生的主體地位，注重對(duì)學(xué)生跨學(xué)科思維的培養(yǎng)，提升學(xué)生的探究和解決問(wèn)題的能力，因而具有良好的融合基礎(chǔ)。

本文以中職電子技術(shù)課程的一節(jié)實(shí)踐課《光聲控延遲燈》為主題，結(jié)合實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，融入科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)以及物理、語(yǔ)言文學(xué)的跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，采用5E教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，涉及的STEM學(xué)科知識(shí)如表1所示。

（一）參與

教師活動(dòng)：用多媒體展示問(wèn)題情境：校園樓道的燈泡長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮既影響燈泡壽命又浪費(fèi)電量。提問(wèn)如何設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的光聲控延遲燈。

學(xué)生活動(dòng)：思考以下問(wèn)題：除電氣專業(yè)知識(shí)外，有哪些學(xué)科知識(shí)是與該實(shí)驗(yàn)相關(guān)的？如何實(shí)現(xiàn)STEM跨學(xué)科知識(shí)整合？應(yīng)選擇什么方案和元器件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求？如何與其他同學(xué)合作完成任務(wù)？

STEM特征：基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)、真實(shí)情境中的學(xué)習(xí)。體現(xiàn)STEM“科學(xué)”，用電路知識(shí)解釋燈泡亮暗變化。

（二）探究

教師活動(dòng)：營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生分組開(kāi)展合作實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生充足的時(shí)間縷清實(shí)驗(yàn)邏輯和步驟，解答學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的疑惑并留意學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中是否存在安全隱患。

學(xué)生活動(dòng)：采用跨學(xué)科知識(shí)融合的理念將電氣知識(shí)與數(shù)學(xué)知識(shí)、工程知識(shí)相結(jié)合。按照技術(shù)要求對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，小組合作完成數(shù)據(jù)查詢、方案設(shè)計(jì)、調(diào)試整改等過(guò)程。實(shí)驗(yàn)完畢后，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，成果導(dǎo)向地解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。

STEM特征：學(xué)習(xí)者自主構(gòu)建知識(shí)、使用科學(xué)探究工具、做中學(xué)、合作探究、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。體現(xiàn)STEM“科學(xué)”，用科學(xué)的理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)；“技術(shù)”，正確使用電子技術(shù)，調(diào)試電路；“工程”，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行工程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)踐：“數(shù)學(xué)”，選擇合適的元器件型號(hào)。

（三）解釋

教師活動(dòng)：提供分享交流平臺(tái)，組織學(xué)生互相提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生思維碰撞。并系統(tǒng)講解實(shí)驗(yàn)原理及技術(shù)，介紹最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

學(xué)生活動(dòng)：詳細(xì)匯報(bào)組內(nèi)實(shí)驗(yàn)方案，分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，接受其他組同學(xué)的質(zhì)疑和提問(wèn)。匯報(bào)完畢后傾聽(tīng)其他組的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)比自己方案的優(yōu)點(diǎn)和不足，加深對(duì)本實(shí)驗(yàn)的理解。

STEM特征：合作探究、學(xué)習(xí)者自主構(gòu)建知識(shí)、做中學(xué)。體現(xiàn)STEM“科學(xué)”，科學(xué)理論支撐方案；“技術(shù)”，使用仿真技術(shù)展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果；“工程”，工程邏輯解釋實(shí)驗(yàn)方案；“數(shù)學(xué)”，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

（四）精致

教師活動(dòng)：提出遷移性問(wèn)題，幫助學(xué)生建立完整的知識(shí)框架。鼓勵(lì)組間互相完善實(shí)驗(yàn)方案，拓展學(xué)生的思維寬度，檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)遷移能力。

學(xué)生活動(dòng)：思考并回答教師提出的問(wèn)題，幫助其他組完善實(shí)驗(yàn)方案。將所設(shè)計(jì)的方案應(yīng)用到生活中解決實(shí)際問(wèn)題，提升學(xué)習(xí)動(dòng)力。

STEM特征：學(xué)習(xí)者自主構(gòu)建知識(shí)、合作探究。體現(xiàn)STEM“工程”，對(duì)方案完善且應(yīng)用于生活場(chǎng)合。

（五）評(píng)價(jià)

教師活動(dòng)：每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都予以反饋，評(píng)價(jià)應(yīng)具體、因生而異、以鼓勵(lì)為主。鼓勵(lì)學(xué)生評(píng)價(jià)教師，形成良好的教學(xué)相長(zhǎng)過(guò)程及課堂反饋機(jī)制。

學(xué)生活動(dòng)：對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)。展望應(yīng)如何保持優(yōu)點(diǎn)、改正缺點(diǎn)，不斷提升各項(xiàng)能力。

STEM特征：使用科學(xué)探究工具、做中學(xué)。體現(xiàn)STEM“數(shù)學(xué)”，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)和評(píng)分。

四、5E教學(xué)效果

（一）課堂觀察

為了檢驗(yàn)學(xué)生在5E教學(xué)模式下的學(xué)習(xí)效果，采用戶東研制的觀察量表[3]記錄學(xué)生課堂參與情況，如表2所示，可以看出學(xué)生在課上表現(xiàn)較為活躍，能夠積極參與小組討論和課堂交流。

（二）課后訪談

1.學(xué)生訪談

訪談學(xué)生對(duì)5E教學(xué)模式課程興趣，37位同學(xué)表示感興趣，認(rèn)為5E教學(xué)模式邏輯清晰，自主探究性強(qiáng)，小組合作探究使課堂充滿活力，實(shí)驗(yàn)成功后特別有成就感。7位同學(xué)表示比較感興趣，1位同學(xué)表示不感興趣。

采用葉荔輝編制的學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展指標(biāo)[4]，每位學(xué)生每項(xiàng)限投一票，統(tǒng)計(jì)如表3所示。根據(jù)相關(guān)指標(biāo)考核認(rèn)為“進(jìn)步不錯(cuò)/進(jìn)步很大”的學(xué)生分別占89%、87%、82%和91%，說(shuō)明跨學(xué)科整合理念、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、問(wèn)題導(dǎo)向等STEM教育特征在該課堂中作用明顯。

2.任課教師訪談

任課教師表示課堂上自己的角色由講授者變成了引導(dǎo)者，課前準(zhǔn)備要比以往做的多，不僅是要考慮自己的講法，還要預(yù)判到學(xué)生可能會(huì)出現(xiàn)的疑問(wèn)。明顯感覺(jué)到學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)更加積極，小組討論十分熱烈，集思廣益的實(shí)驗(yàn)方案有很多亮點(diǎn)。但任課老師也提出了一些擔(dān)憂，首先是表達(dá)自己對(duì)STEM教育的理解不夠，還未能很好的將課堂教學(xué)和STEM教育理念聯(lián)系在一起；其次是擔(dān)心開(kāi)展STEM教學(xué)會(huì)增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)，讓學(xué)生產(chǎn)生厭煩心理，教學(xué)效果會(huì)適得其反。但任課教師還是認(rèn)為在中職開(kāi)展STEM教育勢(shì)在必行，學(xué)科融合的思想非常適合中職學(xué)生的發(fā)展需要。

結(jié)語(yǔ)

本文觀察中職電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀，引入STEM教育重塑中職教育教學(xué)體系。以STEM教學(xué)理念為基礎(chǔ)，采用5E教學(xué)模式，以“光聲控延遲燈”為例設(shè)計(jì)5E教學(xué)流程，將其應(yīng)用到中等職業(yè)教育電子專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中，培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)。課后師生均肯定5E教學(xué)模式的效果。本文所構(gòu)建的基于STEM教育理念下的5E教學(xué)模式做較深入的探論，對(duì)中職學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性能力培養(yǎng)起到積極主導(dǎo)作用。筆者在未來(lái)的學(xué)習(xí)和教學(xué)實(shí)踐中，將繼續(xù)對(duì)STEM教育理念下的教學(xué)方法進(jìn)行深入探究，以期對(duì)中職人才教育研究起到積極推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：[1]國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.?國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）[M].北京：人民教育出版社，2010.