基于STEAM教育理念的中职电子电工专业教学案例

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  中图分类号:G4  文献标识码:A  文章编号:(2020)-38-395
  一、研究背景
  自20世纪80年代之后,世界范围内的基础科学研究逐渐出现了“天花板局限”,但得益于长期以来理化生领域的理论积累,应用科学呈现出繁荣发展的趋势。加上进入21世纪之后,全球经济一体化格局日渐形成,对于技能型人才的需求也更加旺盛,“职业教育”开始与“学术教育”并肩发展,尤其在中国这样庞大工业体系需求下,对于不同层次技能型人才的教育培养更加强烈,这促使职业教育进行新一轮转型与创新。
  宏观上说,教育发展必须与生产力水平保持一致,职业教育也不例外,中职教育的定位是在义务教育基础上培养高素质劳动者,但从生源资质角度分析,初中生及具有初中同等学力的生源,在综合素质上要劣与高等教育(含高等职业教育)生源,这一劣势是“天然性”的,如果仅通过职业教育专业技能纵深方式,所培养的人才是难以满足社会需求的。
  究其原因,除了中职学校生源自身问题之外,更重要的是职业教育人才所面临的就业环境嬗变。在知识经济时代,经济结构、产业链条、企业组织等层面的发展,已经形成了知识信息的高度聚合,这意味着一種产品、一类服务及一个操作都需要复杂的知识体系支撑,以至于越来越多的工作不可能依赖一种知识或技能就可以独立完成,用人单位更喜欢技能型人才是“多面手”,即复合型人才,这样才能在同一个工作岗位发挥最大的工作效能。然而,中职传统专业教育过程中,教学内容存在明显的框架化、系统化,重点培养学生的实操能力,而对于真实岗位情境的设置较少,学生也很少接触专业知识与技能之外的难题,容易出现“专业有余而综合不足”的缺陷。此外,还要关注的是中职专业教育固有形态与生源天然缺陷之间的冲突——中职学生在一定程度上属于中考门槛“拦截”的生源,他们在文化理论知识方面的兴趣、能力原本就不高,依然采用传统的“班级授课制”教育理念,并不会因为学习内容的变化而发生本质变化——据此,需要引入一种能够激活中职学生兴趣、消除自身劣势、提高教学质效的教育理念。
  STEAM教育理念具有跨学科、跨专业、跨领域的特征,它重视真实环境的营造,强调将不同能力聚合一处,生成富有“收获感”的成果。这一教育理念在宏观上满足了“复合型人才”培养的需要,同时也符合中职教育以培养技能型人才为目的的要求,更重要的是,STEAM教育理念所具有的“跨越性”特点,能够在多种知识交叉融合的过程中,让中职学生感受到兴趣、产生吸引力,从而调动自身的主观能动性。
  二、概念界定
  从字面表述理解,所谓“STEAM教育”就是综合了科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)、数学(Mathematics)的多领域融合教育,从知识跨度上分析,这已经不是简单的“跨学科”,而是将自然科学与人文科学有机地整合起来,从而打破教育教学实践中的专业界限。STEAM教育在20世纪80年代被提出,它本身也经历了一个完善过程,早期为“STEM教育”,后来才将艺术纳入到教育创新范畴。STEAM教育理念创始人格雷特·亚克门强调,STEAM教育理念中数学扮演了基础性角色,而工程、艺术则是实现手段,旨在更好地认知科学与技术。从STEAM教育理念在国内发展及实践情况看,人们更倾向于将其视为一个整体,是共同完成一项工作或解决实际问题的系统方案,简单说就是“以科学的思维、数学的逻辑、合理的技术解决现实中的问题(工程),并达到艺术审美的效果。”结合前文所述,STEAM教育理念具有的特点可概括为:跨越性、现实性、体验性及协作性,尤其“协作性”是STEAM教育实施的核心,因为整个实践过程需要综合能力,单靠一个人的力量很难完成,所以STEAM教育实施也可以视为“社交型学习方式”。
  三、理论依据
  相对传统教育理念而言,STEAM教育理念显得过于前卫,不明就里的情况下很容易产生认知偏差。尽管STEAM教育理念内涵五种专业及学科领域,但它是一种作用于理工科、侧重综合实践能力的学习理念,不能简单地视为科学、技术、工程、艺术和数学知识的“堆砌”,具体到中职电子电工专业教学领域,学生需要围绕着一个项目或任务展开多个领域的知识经验整合,实现自我知识系统的建构,而不是五个方面各撷取利用一部分知识、技能。STEAM教育理念的理论依据主要包括建构主义学习理论、多元智能理论、混合学习理论三种,此外,合作竞争理论、协同理论及系统论也包含在内,但更多地偏向于教育内容组织。
  (一)建构主义学习理论
  “建构主义”是一个直观感很强的词汇。如果将学习视为建造建筑,除了建筑材料(知识)本身,还需要充分考虑建筑环境(学习条件)、地质条件(学生资质)等问题,在内因及外因相互作用下,才能完成建筑成就(知识的意义建构)。因此,建构主义学习理论的核心观点是,学习者的知识获取并不依赖教育者的传授,而是源自于学习者自身知识经验(旧知识)对新学习内容的转化,但需要一定外部资源、人员的支持,如同学、家长和老师,因此建构主义理论归纳的四大要素分别为“会话”“协作”“情境”和“意义建构”。
  建构主义学习理论对于STEAM教育理念的支持是非常明显的,在“会话”要素支持下,不同能力素养的学生相互沟通、集思广益,在“协作”要素支持下,加速集体智慧的形成与分享,在“情境”要素的支持下,能够激活学生的兴趣点,将自己的认知与观点融入到情境体验中,其中就包括多元化的知识呈现环节。最后的意义构建,则源自于STEAM教育实践中提交的成品,即理论知识转化成实际价值。
  (二)多元智能理论
  多元智能理论的核心观点是“智能”(智慧+能力)存在多样分类,而非仅仅集中在数学逻辑推理与语言组织表达两方面,根据霍华德·加德纳的《心智的结构》总结,人类具有显著差异的智能包括九种,如语言智能、运动智能、音乐智能、社交智能等,智能在个体层面发展的不平衡性,优势智能则表现为某一方面的天赋,劣势智能则表现为某一领域的缺陷。例如一些学生数学成绩不好,但对与音乐节奏有着很强的感应能力。基于多元智能理论,不难推导出“没有教不好的学生”这一结论,基于STEAM教育理念的中职电子电工专业教学实践中,多元智能理论发挥了重要的支持作用,它包含了科学、数学、技术、艺术、工程五个领域,提供了多元化的参与渠道和实践方式,保障了“多元智能”与“多元实践”的对应。   (三)混合学习理论
  混合学习理论是指线上与线下学习优势的混合,在教育教学实践过程中,其形式与建构主义理论颇为类似,但最大的不同之处在于,混合学习理论更为强调信息技术的利用,因此是一种时代感较强的教育理论。基于STEAM教育理念的中职电子电工专业教学,更离不开信息技术的应用。
  四、经验分析
  结合我校电子电工专业教学现状而言,对于三大理论的利用情况仍然流于表面,如信息技术的利用上,大多数情况下是作为专业教学的辅助工具。究其原因,主要是匮乏一种有效的教育实践模式,有效地将建构主义理论、多元智能理论及混合学习理论等综合起来,发挥高校教育效果。
  此外,中职教育框架内的教师、教材、教法也限制了STEAM教育理念的实践,所取得的经验相对有限,主要包括以下几个方面。
  第一,突出STEAM教育理念实践中的生活特征。考虑到电子电工专业所涉及的职业范畴,如电子设备制造、应用与维护,电力生产及电气制造等,在教学活动中注重突出生活性原则,启发学生设计、制作一些生活中可能接触到的电子电气元件及简易成品。
  第二,基于STEAM教育展开教学注重兴趣导向。在专业知识传授的基础上,充分发展学生的兴趣,并转化成相应的学习模块,如一些学生对于编程感兴趣,那么在电子电工专业基础知识的层次上,指导开发手机APP、开发网站,涉及到一部分数学及美工知识学习等。
  第三,顺应STEAM教育理念内涵进行跨域融合。主要表现为专业内部的跨域融合,如电子电工相关的“声光电力热”原理知识,强调技术操作(如焊接、制作),主要是工程与技术方面的跨域整合。
  结合以上经验分析,中职电子电工专业教学中还有待提高创造性,强调理论与实践的结合、以解决现实问题,更重要的是,中职电子电工专业的具体教学案例中,严重匮乏艺术性气息,理工科的理性色彩过于浓重。
  五、实践案例
  以下结合电子电工专业学生经常接触到的半导体器件“发光二极管”,基于STEAM教育理念设计一个典型的教学案例。事实上,虽然STEAM包含科学、技术、工程、艺术和数学五个领域的知识,但在教学实践中,并不强调一个项目或任务中,必须同时包含五个领域知识要素,如“科技+工程”“技术+艺术”的组合,同样属于改理念的实践范畴。并且,STEAM属于实践性教学理论,应该以常态化运用为前提,不要过度解读STEAM教育理念的“高大上”属性,它既可以通过一个庞大的项目课程实践体现,也可以作用过于一个知识点。
  (一)创设情境、激趣导学
  课堂教学开始之前,教师先通过实物展示或多媒体播放的形式,让学生欣赏一组有发光二极管构成的“艺术品”,如透明水晶星星、火树银花、发光头饰等,以此激活学生的兴趣。
  在创设情境之前,教师可以预设一些对话环节,以便切入主题:
  师:同学们,你们在生活中见到过这些东西吗?还有什么可以补充的?
  生:见过/预设答案:圣诞节的彩灯、建筑装饰灯等。
  师:发光的是什么元件?
  生:二极管。
  师:二极管的颜色多样,如果我们做成一件艺术品,送给自己的母亲,她们一定会感到很欣慰。下面我们来看一些作品。
  (继续展示与“母亲”相关的二极管艺术品,如心形雕塑、“妈妈我爱你”彩灯字)
  师:今天我们一起做一个发光头饰,同学们可以发挥自己的想象力,把妈妈打扮的更漂亮。
  以上完成科学与艺术的融合。
  (二)计算成本、设计方案
  发光二极管的种类很多,砷化镓、磷化镓、氮化镓、碳化硅等不同类型的二极管发出的光线不同,这为满足发光头饰的艺术审美需求提供了保障。但具体使用哪一种类型的二极管,还取决于学生在发光头饰方面的设计,如单层、多层、立体等形态,给出学生发光二极管的报价表(可从电子商务网站上收集),让学生将定下一个预算,在预算范围之内建立数学模型(按照单价、种类的关系建立函数),同时还要考虑发光头饰的重量,将铁丝、纽扣电池、电池盒、泡沫彩花等考虑在内,建立质量与成本之间的数学模型;在此基础上,让学生自主展开发光头饰设计,完成“艺术+数学”的融合。
  值得注意的是,“头饰”的设计属于艺术创作范畴,电子电工专业的学生缺乏经验,可让他们通过互联网搜索的方式,实践混合学习理论,渐渐一些流行首饰的外形、图案,突出“母亲”这一设计主题,可用辅助软件如PS、AI等。
  (三)深度构思、完成图纸
  电子电工专业学生对于发光二极管的原理、应用有一定了解,但具体到一个“工程项目”层面,还需要提供完整的设计图纸——除了艺术范畴的外形、图案设计之外,还要兼顾发光头饰的内部电路设计。其中较为主要的设计部分是电源供电电路、二极管分布、泡沫化的搭配、颜色的协调性等。无论学生设计出何种外形(心形、U形、文字排列形等),内部电路设计必须保持高度一致,按照电子电工专业标准做图要求。
  教学案例进行到这一步,学生在数学、艺术、科学及工程方面已经得到了良好的融合,通过相互探讨合作,每个人都手执一份完善的设计图,接下来的工作就是不断修改,并最终付诸于实施。
  (四)运用技术、完成作品
  基于STEAM教育理念侧重多种能力的协同,旨在实现多领域知识的融合与掌握,但考虑到现实的教学执行,一个具体的工程项目可能需要较长的周期。在学生优化完毕设计图的基础同时,自行在电子商务网站上购买相关材料,如定型用的发卡、头箍,所需要的二极管、电池、泡沫彩花等。当然,发光头饰还需要有一定的实用性,学生需要利用铁丝支撑支架,有条件的情况下可以向学生提供3D打印机,准备工作就绪之后,集中學生辅助于实践。期间,一些必要的设备由教师提供,如万能表、电工胶布的。在制作过程中,可将学生划分成若干小组,彼此之间相互帮助、相互交流,进一步实现跨学科知识的交流。
  最终,完成作品之后进行统一展示,教师可以按照STEAM教育理念的五个组成部分,设计成五个评价维度,推选出设计、制作最佳的作品。
  六、教学反思
  基于STEAM教育理念可以最大程度上规避专业视域狭隘的问题,为培养复合型中职电子电工职业人才提供优越条件,本教学案例中,笔者系统地分析了STEAM教育理念内涵、理论依据、我校经验,并通过一个具体的案例论证了STEAM教育理念的实践过程。原则上说,STEAM教育理念具有广泛的适用性,在电子电工专业教学案例的设计中,不必过度追求“高大上”的项目,如硬件制作与软件开发绑定,强调学生既要有制作、又要组装、同时编程等多种能力,这反而会出现过度拔高、揠苗助长的现象,脱力中职学生的实际情况。一方面要保障学科知识之间的跨越,另一方面要保障生活情境与理论知识之间的跨越,这样才能事半功倍地提高学生的创意、思维、动手等综合能力。
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