面向STEM教育的中職5E教學模式設計

梁宇靖 趙華榮 劉宇剛

摘要：將STEM理念與我國中職教育現狀相結合，分析了中職電氣專業課程教學現狀，重構了中職電氣專業的教育課程體系。該教學體系以STEM教育理念為核心，由參與、探究、解釋、精致和評價構成5E教學模式，并對這一教學模式進行實例活動，在實際教學過程中對應用型技術人才培養發揮重要作用。經教學實踐結果表明，學生的課堂參與度、學習積極性和跨學科知識融合應用能力均有所提升，為中職人才培養提供了新的思路。

關鍵詞：STEM；5E教學模式；素養為本；中等職業教育

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中職教育是我國教育的重要有機組成部分，其在校生人數占到高中教育的一半。隨著中國人口紅利的逐漸消失，需要加大力度促進經濟轉型升級，中職教育更需要培養具有創造力的技能型人才，中國智能制造更呼喚大國工匠精神。然而，由于近幾年來中職生源發生了很大改變，必須對現有教學進行教育改革，本課題在省級教改項目研究的支撐下，借鑒STEM教育理念，在電氣專業運用5E教學模式開展教學改革，增強了課堂活力，提高了教學效果，加強了技能和創新能力、創新意識訓練，培養學生掌握面向工程的關鍵能力，促進了學生的全面發展。

一、中職電子技術課程教學現狀

（一）課堂觀察及課后訪談

記錄學生課堂狀態，將課堂關注度定義為學生與教師有眼神接觸，不做與課堂無關的事。將課堂參與度定義為學生對教師的提問有回應，基本能夠緊跟課程進度。通過觀察發現，學生的課堂關注度和參與度隨上課時間增加而急速下降。

課后對師生分別進行訪談，學生表示課堂內容有些聽不懂、不感興趣，知識在生活中用不到。教師表示講授法能夠控制課堂秩序，用書本例子引入時學生積極性不高，課程內容滯后，只能通過考試對學生進行評價。

（二）中職教學對人才培養的影響

目前中職教學對人才培養的影響可以從教學模式、教學手段和教學方法進行分析。

教學模式固定，教師大班授課，學生未能主動構建知識框架，純理論知識教學不利于技能型人才培養。教學手段以“黑板+粉筆”為主，降低了學生的學習興趣，并且中職學生自控力差，若無法平衡多媒體與課堂的關系，教學效果會大打折扣。教學方法以講授法、演示法為主，缺少合作探究的活動設計，無法提升學生課堂參與度。中職學生文化基礎參差不齊，缺乏分層教學不利于學生進步。

二、STEM教育融入中職教學體系的重塑

STEM是指Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）和Mathematics（數學），最早提出于1986年美國國家科學委員會發表的《本科的科學、數學和工程教育》[1]，是一種包容性更強的跨學科素質教育，強調多學科的交叉融合，更好的培養學生的創新精神和創新能力，對提升中職教育質量有積極作用。

在中職電氣類專業融入STEM教育有利于工程技術人才的培養?！靶g業有專攻”是技術技能人才的基本要求，現代社會更需要的是“一專多能”的復合型人才，融合多學科拓展學生的多項技能的理念與STEM教育不謀而合。因此，根據中職學生的學習特點，STEM教育引導學生打破學科壁壘，調動科學、技術、工程和數學等學科知識來解決項目問題，提升中職學生的自信心以及達成學習期望。另外，企業界和工商業界更強調勞動者技術和工程的相關實踐能力，為中國智能制造提供強有力人才支撐。為此，筆者從課程模塊化出發構建了融入STEM教育理念的課程體系，以“學”為中心，“用”為目的，培養中職學生的邏輯素養、人文素養、技術素養和工程素養，從而形成面向工程和面向實際崗位核心職業素養，如圖1所示。

以“素養為本”的理念轉變學生的學習方式，課程模塊集合核心素養、STEM素養及STEM教學方案，要求教師以真實情境為教學載體，重視問題的解決過程，盡量減少單純學科范疇的問題，將學科性知識轉向探究性問題，引導學生自主構建知識、培養學習能力和形成良好品格。

三、基于STEM教育理念下的5E教學模式設計

5E教學模式是美國生物學課程研究（BSCS）開發出的一種建構主義教學模式，該教學模式共包括5個教學環節，即參與（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、精致（elaboration）和評價（evaluation）[2]，每個環節具體含義如圖2所示。通過對STEM教育和5E教學模式進行分析，可以發現二者均重視學生的主體地位，注重對學生跨學科思維的培養，提升學生的探究和解決問題的能力，因而具有良好的融合基礎。

本文以中職電子技術課程的一節實踐課《光聲控延遲燈》為主題，結合實踐教學的特點，融入科學、技術、工程、數學以及物理、語言文學的跨學科教學內容，采用5E教學模式進行教學設計，涉及的STEM學科知識如表1所示。

（一）參與

教師活動：用多媒體展示問題情境：校園樓道的燈泡長時間點亮既影響燈泡壽命又浪費電量。提問如何設計一款結構簡單、安裝方便的光聲控延遲燈。

學生活動：思考以下問題：除電氣專業知識外，有哪些學科知識是與該實驗相關的？如何實現STEM跨學科知識整合？應選擇什么方案和元器件實現設計要求？如何與其他同學合作完成任務？

STEM特征：基于問題的學習、真實情境中的學習。體現STEM“科學”，用電路知識解釋燈泡亮暗變化。

（二）探究

教師活動：營造良好的學習氛圍，鼓勵學生分組開展合作實驗，給學生充足的時間縷清實驗邏輯和步驟，解答學生記錄實驗過程中的疑惑并留意學生在實驗中是否存在安全隱患。

學生活動：采用跨學科知識融合的理念將電氣知識與數學知識、工程知識相結合。按照技術要求對電路進行設計，小組合作完成數據查詢、方案設計、調試整改等過程。實驗完畢后，應用數學方法對實驗數據進行統計和分析，成果導向地解決設計中出現的問題。

STEM特征：學習者自主構建知識、使用科學探究工具、做中學、合作探究、項目式學習。體現STEM“科學”，用科學的理論指導實驗；“技術”，正確使用電子技術，調試電路；“工程”，對實驗方案進行工程設計與開發實踐：“數學”，選擇合適的元器件型號。

（三）解釋

教師活動：提供分享交流平臺，組織學生互相提問，引導學生思維碰撞。并系統講解實驗原理及技術，介紹最優設計方案。

學生活動：詳細匯報組內實驗方案，分享實驗結果及實驗過程中遇到的問題，接受其他組同學的質疑和提問。匯報完畢后傾聽其他組的實驗方案，對比自己方案的優點和不足，加深對本實驗的理解。

STEM特征：合作探究、學習者自主構建知識、做中學。體現STEM“科學”，科學理論支撐方案；“技術”，使用仿真技術展示實驗結果；“工程”，工程邏輯解釋實驗方案；“數學”，對實驗數據進行統計和分析。

（四）精致

教師活動：提出遷移性問題，幫助學生建立完整的知識框架。鼓勵組間互相完善實驗方案，拓展學生的思維寬度，檢驗學生的知識遷移能力。

學生活動：思考并回答教師提出的問題，幫助其他組完善實驗方案。將所設計的方案應用到生活中解決實際問題，提升學習動力。

STEM特征：學習者自主構建知識、合作探究。體現STEM“工程”，對方案完善且應用于生活場合。

（五）評價

教師活動：每個實驗環節都予以反饋，評價應具體、因生而異、以鼓勵為主。鼓勵學生評價教師，形成良好的教學相長過程及課堂反饋機制。

學生活動：對實驗過程進行自評和互評。展望應如何保持優點、改正缺點，不斷提升各項能力。

STEM特征：使用科學探究工具、做中學。體現STEM“數學”，采用統計學進行評價和評分。

四、5E教學效果

（一）課堂觀察

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

（二）課后訪談

1.學生訪談

訪談學生對5E教學模式課程興趣，37位同學表示感興趣，認為5E教學模式邏輯清晰，自主探究性強，小組合作探究使課堂充滿活力，實驗成功后特別有成就感。7位同學表示比較感興趣，1位同學表示不感興趣。

采用葉荔輝編制的學生創新能力發展指標[4]，每位學生每項限投一票，統計如表3所示。根據相關指標考核認為“進步不錯/進步很大”的學生分別占89%、87%、82%和91%，說明跨學科整合理念、項目式學習、問題導向等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者，課前準備要比以往做的多，不僅是要考慮自己的講法，還要預判到學生可能會出現的疑問。明顯感覺到學生在課堂上的表現更加積極，小組討論十分熱烈，集思廣益的實驗方案有很多亮點。但任課老師也提出了一些擔憂，首先是表達自己對STEM教育的理解不夠，還未能很好的將課堂教學和STEM教育理念聯系在一起；其次是擔心開展STEM教學會增加學生的負擔，讓學生產生厭煩心理，教學效果會適得其反。但任課教師還是認為在中職開展STEM教育勢在必行，學科融合的思想非常適合中職學生的發展需要。

結語

本文觀察中職電子技術課程教學現狀，引入STEM教育重塑中職教育教學體系。以STEM教學理念為基礎，采用5E教學模式，以“光聲控延遲燈”為例設計5E教學流程，將其應用到中等職業教育電子專業教學實踐中，培養學生的STEM素養。課后師生均肯定5E教學模式的效果。本文所構建的基于STEM教育理念下的5E教學模式做較深入的探論，對中職學生的自主學習和創新性能力培養起到積極主導作用。筆者在未來的學習和教學實踐中，將繼續對STEM教育理念下的教學方法進行深入探究，以期對中職人才教育研究起到積極推動作用。

參考文獻：[1]國家中長期教育改革和發展規劃綱要領導小組辦公室.?國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）[M].北京：人民教育出版社，2010.