论文部分内容阅读
STEM理念是可以有效促进中职学校提升素质教育的一种教育理念。本文在介绍STEM教育的发展、概念和理念的基础上，分析了中职学校开展基于STEM理念素质教育的意义，并以“高效通行智能交通灯”项目为例，探究中职学校在STEM理念下开展素质教育的路径模式，为中职学校开展素质教育实践应用活动提供参考和借鉴作用。
一、关于STEM教育理念
（一）STEM教育发展
虽然我国STEM教育起步较晚，但自教育部2016年印发《教育信息化“十三五”规划》以来，各级教育部门都非常重视STEM教育。2017年中国教科院发布了《中国STEM教育白皮书》，加大力度支持促进STEM教育的发展，希望以此来推动培养出越来越多的适应新时代发展的综合人才。
（二）STEM教育概念
STEM中S代表科学（Science），体现了解自然界、探究新知识的方法，包括发现问题、提出问题、探索实验等;T代表技术（Technology），体现了为解决实际问题而采用的手段，包括资源选擇、工具使用、方法及技巧等;E代表工程（Engineering），体现了利用科学和技术解决问题的方案方法，包括明确任务、过程设计、成果产品等;M代表数学（Mathematics），体现了在解决问题过程中所涉及的运算过程，包括测量、列表、图表、关系表达等。所以说STEM教育其实就是由科学、技术、工程和数学融合集成的教育，是一种各学科各专业综合运用的整合性的综合素质教育。
（三）STEM教育理念
STEM教育作为一种各学科各专业综合运用的整合教育模式，它强调和倡导将科学、技术、工程和数学等多个学科、多个领域知识与技能的交叉融合和有机结合，使学生原本分学科分专业的知识转变成一个相互统一的整体的知识结构，引导学生学会综合运用不同学科不同专业的知识和思维方式去更深入地认知世界、认识社会，避免了传统分学科分专业学习知识人为造成的割裂现象，有利于培养学生形成跨学科跨专业的实践能力、科创能力和综合素质，有利于培养出更具创新精神的技术技能人才。
二、中职学校开展基于STEM理念素质教育的意义
（一）有助于提高学生的知识技能和综合素质
STEM教育理念与中职教育都是强调培养学生的实践技能和创新精神，两者的培养目标是高度一致的，同时又与当前强调要注重培养学生的综合素质相一致。因此，STEM教育理念可以作为中职教育一个新的重要支撑点和落脚点，其强调跨学科跨专业的融合、坚持以问题为导向、项目化学习方式等对于提高中职生的实践技能、创新精神以及综合素质都有十分积极的意义。
（二）有效地弥补专业教育的短板，促进学科融合与专业协同创新
STEM教育理念体现了跨学科教育、突破专业界限、个性化培养以及多样化的特点，打破专业教育的藩篱，实现文化基础教育、专业技术教育和创新精神教育的有机结合。因此，中职学校开展STEM教育教学活动，可有效弥补专业技术教育的短板，有利于促进学科和专业的融合以及专业间的协同创新。
（三）有利于激发学生的探究热情和合作精神
中职生的普遍特点是基础薄弱、学习能力欠佳、学习信心不足、学习兴趣不浓，但思维活跃、动手能力较强。而STEM教育理念强调的是坚持以学生为中心，采用项目式教学，注重培养学生学习兴趣。因此，在探究式教学过程中，注重引导学生主动参与到项目的各个环节中去，注重培养学生学习兴趣、自信心以及自主学习、合作学习的能力，有利于进一步激发学生的探究热情和合作精神。
三、中职学校在STEM理念下开展素质教育的路径探索
STEM教育以创新项目为主要的教学载体，采用“做中学，学中做”的理实一体化教学模式，坚持以学生为中心，强调培养学生的探究意识、实践能力和创新精神，以此来进一步提高中职生发现和解决问题的能力。因此，基于STEM教育理念的中职创新项目的设计和实施应体现以下几个特点：一是创新项目主题应来源于真实的情境;二是以真实问题为导向并通过科学探究获得知识与技能;三是利用工程设计并通过技术应用来解决问题、制作作品;四是倡导团队协作并全程参与;五是通过全过程学习评价来检验学习效果。
基于以上的特点，下面笔者以“高效通行智能交通灯”项目为例，具体探究中职学校在STEM理念下开展素质教育的路径模式。
（一）情景导入
首先，基于一个真实的问题情境，主动引发学生的头脑风暴，然后分析问题、提出需要解决的问题，从而引出本次项目活动的学习目标。
在本教学案例中，首先创设一个生活中经常遇到的情景：在等候交通信号灯时，自己所在的干道车辆很多而交通信号灯却长时间显示为红灯，其它干道的车辆寥寥无几而交通信号灯却显示为绿灯，这种情况就相当于人为造成了交通拥堵，不仅浪费了宝贵的时间，还增加了汽车尾气污染，影响人们生活质量，影响人们的幸福感。从而引出问题：我们有没有办法做到更合理设置交通信号灯、更合理利用有限的道路资源呢？进而得出本次项目的学习目标。
（二）项目分析
提出需要解决的问题后，引导学生从不同的学科和不同的专业角度去思考问题，寻找解决问题的突破点和方法，以培养学生解决问题的科学探究意识和工程思维。
在本教学案例中，首先要对项目进行分析：要想有效地缓解交通拥堵的状况、缓解车流量过大的压力，优化交通的通行时间，设计一种新型的智能交通灯是一个可行的办法。智能交通灯是智能交通控制系统的一部分，要实现对交通的实时智能控制，智能化的交通控制系统就必须能够实时对各个路段的车流量进行监测，实时反馈给控制系统，再由智能控制系统对各个路段的通行时间进行适当的实时优化调整，以此缓解交通拥堵的状况，以尽可能确保各个路段交通顺畅。
其次，根据项目分析得出设计思路：要实现对交通的实时智能控制，首先就是要实现对各个路段的车流量进行监测，以获得实时的监测数据，为此，可以利用超声波原理实现对车流量的监测。然后将监测到的数据实时反馈给控制系统，Arduino是一个开源代码的设计平台，可用基于Arduino的主板实现对交通灯信号的智能控制。将监测结果实时反馈给Arduino主板，再由Arduino主板根据各个路口的车流量情况及时计算出各个路口的红绿灯显示时间，从而实现根据车流量对红绿灯的信号控制，以尽可能达到每个路段交通畅顺。 最后，得出控制方法：本项目利用超声波技术监测道路车流量的情况，当所有车道都有车通行时，程序按正常运行。但当超声波检测到一条车道有车通过，另一条车道没有车通过时，没有车通过的车道如果是红灯的将会延时红灯，如果是绿灯的则会在10秒后转为红灯，以让有车通过的车道保持绿灯通行或尽快转为绿灯通行。
（三）作品制作
在作品制作阶段，学生采取小组合作的方式，相互协作，综合运用科学、技术、工程和数学思维去寻找解决问题的方法、制作出符合技术要求的作品。值得特别强调的是：在整个作品制作过程中，教师必须坚持以学生为中心，以学生自主探究为主线，引导学生亲自动手实践，要将学生由“要我学”转变为“我要学”，切实提高学生学习热情和积极性，完成整个学習过程，提高学习的自信心。
在本教学案例中，首先指导学生准备好本项目要用到的硬件设备：Arduino主板、超声波传感器、交通信号灯等。设计成本低廉，制作电路简单，传感器精度较高。
其次，引导学生完成作品（图1）：
1.熟悉硬件，了解接线问题;2.制作各种零部件;3.设计并连接电路;4.测试超声波;5.编制程序;6.作品优化。
（四）交流提高
通过小组间作品的分享交流，既能找出各自作品的优缺点进行不断的优化，又能提升学生在活动中的获得感和成就感，有利于进一步激发学生发现问题和解决问题的兴趣和自信。同时通过项目活动的开展，可以让学生切实体会到多学科、多领域知识与技能的交叉融合应用的重要性，有利于更进一步促进学生的专业发展、技能水平和综合素质的提高，有利于培养出更具创新精神的技术技能人才。
四、结语
在中职学校开展基于STEM理念的素质教育的路径探索，目的就是依据各个专业特色，开展跨学科、跨专业的大知识的融合拓展，通过创新项目案例以及创新教学模式和方法来促进中职生更好地掌握专业知识，提高动手能力;通过培养他们学科学、懂技术、爱工程、用数学的良好思维和团队协作精神来促进中职生综合素质的提高;通过不断提高中职学校对STEM教育理念的认识、不断开展STEM教育模式的改革来丰富中职教育的内涵、提高中职学校人才培养质量。
中职学校STEM教育，尤其是粤西地区才刚刚起步，涉及的问题比较多，需要不断转变教育教学理念、不断探索、实践和研究。这里笔者仅是对中职学校在STEM理念下开展素质教育的路径模式进行了一些探索，为中职学校开展素质教育实践应用活动提供一个案例参考和借鉴作用。
[课题项目：本文是2018年度广东省STEM教育实践研究课题“中职学校STEM教育校本课程的开发研究”（立项号：2018GDSTEM082）的研究成果，主持人：俞继成。]
责任编辑 何丽华
一、关于STEM教育理念
（一）STEM教育发展
虽然我国STEM教育起步较晚，但自教育部2016年印发《教育信息化“十三五”规划》以来，各级教育部门都非常重视STEM教育。2017年中国教科院发布了《中国STEM教育白皮书》，加大力度支持促进STEM教育的发展，希望以此来推动培养出越来越多的适应新时代发展的综合人才。
（二）STEM教育概念
STEM中S代表科学（Science），体现了解自然界、探究新知识的方法，包括发现问题、提出问题、探索实验等;T代表技术（Technology），体现了为解决实际问题而采用的手段，包括资源选擇、工具使用、方法及技巧等;E代表工程（Engineering），体现了利用科学和技术解决问题的方案方法，包括明确任务、过程设计、成果产品等;M代表数学（Mathematics），体现了在解决问题过程中所涉及的运算过程，包括测量、列表、图表、关系表达等。所以说STEM教育其实就是由科学、技术、工程和数学融合集成的教育，是一种各学科各专业综合运用的整合性的综合素质教育。
（三）STEM教育理念
STEM教育作为一种各学科各专业综合运用的整合教育模式，它强调和倡导将科学、技术、工程和数学等多个学科、多个领域知识与技能的交叉融合和有机结合，使学生原本分学科分专业的知识转变成一个相互统一的整体的知识结构，引导学生学会综合运用不同学科不同专业的知识和思维方式去更深入地认知世界、认识社会，避免了传统分学科分专业学习知识人为造成的割裂现象，有利于培养学生形成跨学科跨专业的实践能力、科创能力和综合素质，有利于培养出更具创新精神的技术技能人才。
二、中职学校开展基于STEM理念素质教育的意义
（一）有助于提高学生的知识技能和综合素质
STEM教育理念与中职教育都是强调培养学生的实践技能和创新精神，两者的培养目标是高度一致的，同时又与当前强调要注重培养学生的综合素质相一致。因此，STEM教育理念可以作为中职教育一个新的重要支撑点和落脚点，其强调跨学科跨专业的融合、坚持以问题为导向、项目化学习方式等对于提高中职生的实践技能、创新精神以及综合素质都有十分积极的意义。
（二）有效地弥补专业教育的短板，促进学科融合与专业协同创新
STEM教育理念体现了跨学科教育、突破专业界限、个性化培养以及多样化的特点，打破专业教育的藩篱，实现文化基础教育、专业技术教育和创新精神教育的有机结合。因此，中职学校开展STEM教育教学活动，可有效弥补专业技术教育的短板，有利于促进学科和专业的融合以及专业间的协同创新。
（三）有利于激发学生的探究热情和合作精神
中职生的普遍特点是基础薄弱、学习能力欠佳、学习信心不足、学习兴趣不浓，但思维活跃、动手能力较强。而STEM教育理念强调的是坚持以学生为中心，采用项目式教学，注重培养学生学习兴趣。因此，在探究式教学过程中，注重引导学生主动参与到项目的各个环节中去，注重培养学生学习兴趣、自信心以及自主学习、合作学习的能力，有利于进一步激发学生的探究热情和合作精神。
三、中职学校在STEM理念下开展素质教育的路径探索
STEM教育以创新项目为主要的教学载体，采用“做中学，学中做”的理实一体化教学模式，坚持以学生为中心，强调培养学生的探究意识、实践能力和创新精神，以此来进一步提高中职生发现和解决问题的能力。因此，基于STEM教育理念的中职创新项目的设计和实施应体现以下几个特点：一是创新项目主题应来源于真实的情境;二是以真实问题为导向并通过科学探究获得知识与技能;三是利用工程设计并通过技术应用来解决问题、制作作品;四是倡导团队协作并全程参与;五是通过全过程学习评价来检验学习效果。
基于以上的特点，下面笔者以“高效通行智能交通灯”项目为例，具体探究中职学校在STEM理念下开展素质教育的路径模式。
（一）情景导入
首先，基于一个真实的问题情境，主动引发学生的头脑风暴，然后分析问题、提出需要解决的问题，从而引出本次项目活动的学习目标。
在本教学案例中，首先创设一个生活中经常遇到的情景：在等候交通信号灯时，自己所在的干道车辆很多而交通信号灯却长时间显示为红灯，其它干道的车辆寥寥无几而交通信号灯却显示为绿灯，这种情况就相当于人为造成了交通拥堵，不仅浪费了宝贵的时间，还增加了汽车尾气污染，影响人们生活质量，影响人们的幸福感。从而引出问题：我们有没有办法做到更合理设置交通信号灯、更合理利用有限的道路资源呢？进而得出本次项目的学习目标。
（二）项目分析
提出需要解决的问题后，引导学生从不同的学科和不同的专业角度去思考问题，寻找解决问题的突破点和方法，以培养学生解决问题的科学探究意识和工程思维。
在本教学案例中，首先要对项目进行分析：要想有效地缓解交通拥堵的状况、缓解车流量过大的压力，优化交通的通行时间，设计一种新型的智能交通灯是一个可行的办法。智能交通灯是智能交通控制系统的一部分，要实现对交通的实时智能控制，智能化的交通控制系统就必须能够实时对各个路段的车流量进行监测，实时反馈给控制系统，再由智能控制系统对各个路段的通行时间进行适当的实时优化调整，以此缓解交通拥堵的状况，以尽可能确保各个路段交通顺畅。
其次，根据项目分析得出设计思路：要实现对交通的实时智能控制，首先就是要实现对各个路段的车流量进行监测，以获得实时的监测数据，为此，可以利用超声波原理实现对车流量的监测。然后将监测到的数据实时反馈给控制系统，Arduino是一个开源代码的设计平台，可用基于Arduino的主板实现对交通灯信号的智能控制。将监测结果实时反馈给Arduino主板，再由Arduino主板根据各个路口的车流量情况及时计算出各个路口的红绿灯显示时间，从而实现根据车流量对红绿灯的信号控制，以尽可能达到每个路段交通畅顺。 最后，得出控制方法：本项目利用超声波技术监测道路车流量的情况，当所有车道都有车通行时，程序按正常运行。但当超声波检测到一条车道有车通过，另一条车道没有车通过时，没有车通过的车道如果是红灯的将会延时红灯，如果是绿灯的则会在10秒后转为红灯，以让有车通过的车道保持绿灯通行或尽快转为绿灯通行。
（三）作品制作
在作品制作阶段，学生采取小组合作的方式，相互协作，综合运用科学、技术、工程和数学思维去寻找解决问题的方法、制作出符合技术要求的作品。值得特别强调的是：在整个作品制作过程中，教师必须坚持以学生为中心，以学生自主探究为主线，引导学生亲自动手实践，要将学生由“要我学”转变为“我要学”，切实提高学生学习热情和积极性，完成整个学習过程，提高学习的自信心。
在本教学案例中，首先指导学生准备好本项目要用到的硬件设备：Arduino主板、超声波传感器、交通信号灯等。设计成本低廉，制作电路简单，传感器精度较高。
其次，引导学生完成作品（图1）：
1.熟悉硬件，了解接线问题;2.制作各种零部件;3.设计并连接电路;4.测试超声波;5.编制程序;6.作品优化。
（四）交流提高
通过小组间作品的分享交流，既能找出各自作品的优缺点进行不断的优化，又能提升学生在活动中的获得感和成就感，有利于进一步激发学生发现问题和解决问题的兴趣和自信。同时通过项目活动的开展，可以让学生切实体会到多学科、多领域知识与技能的交叉融合应用的重要性，有利于更进一步促进学生的专业发展、技能水平和综合素质的提高，有利于培养出更具创新精神的技术技能人才。
四、结语
在中职学校开展基于STEM理念的素质教育的路径探索，目的就是依据各个专业特色，开展跨学科、跨专业的大知识的融合拓展，通过创新项目案例以及创新教学模式和方法来促进中职生更好地掌握专业知识，提高动手能力;通过培养他们学科学、懂技术、爱工程、用数学的良好思维和团队协作精神来促进中职生综合素质的提高;通过不断提高中职学校对STEM教育理念的认识、不断开展STEM教育模式的改革来丰富中职教育的内涵、提高中职学校人才培养质量。
中职学校STEM教育，尤其是粤西地区才刚刚起步，涉及的问题比较多，需要不断转变教育教学理念、不断探索、实践和研究。这里笔者仅是对中职学校在STEM理念下开展素质教育的路径模式进行了一些探索，为中职学校开展素质教育实践应用活动提供一个案例参考和借鉴作用。
[课题项目：本文是2018年度广东省STEM教育实践研究课题“中职学校STEM教育校本课程的开发研究”（立项号：2018GDSTEM082）的研究成果，主持人：俞继成。]
责任编辑 何丽华