張培喜 翟召東 鄭詠梅

(1.山東省青島第六十八中學(xué) 山東青島 266102；2.青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育學(xué)院 山東青島 266555）

2017年，中國(guó)教育科學(xué)研究院STEM教育研究中心發(fā)布了《中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》，并啟動(dòng)“中國(guó)STEM教育2029行動(dòng)計(jì)劃”，以期實(shí)現(xiàn)“讓STEM教育惠及最廣泛的學(xué)生群體，讓科學(xué)思維與創(chuàng)新能力成為每一個(gè)孩子的成長(zhǎng)基因”[1]的教育理想。STEM教育已經(jīng)成為影響學(xué)生未來(lái)事業(yè)是否成功和我國(guó)經(jīng)濟(jì)狀況的關(guān)鍵因素[2]。

隨著激光切割雕刻技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣。兼具產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造高效、便捷等優(yōu)點(diǎn)的激光切割雕刻機(jī)作為教育裝備的一項(xiàng)重要資源走進(jìn)了學(xué)校，為學(xué)校STEM教育發(fā)揮了較大的作用。它幫助學(xué)生將自己的設(shè)計(jì)思想表達(dá)和物化出來(lái)[3]，為其創(chuàng)新制造提供有效的幫助。為使學(xué)生更好地使用激光切割雕刻機(jī)，提升創(chuàng)新能力，其相應(yīng)的配套課程亟待開(kāi)發(fā)和建設(shè)。本課題組幾年來(lái)孜孜以求，開(kāi)發(fā)出適合學(xué)校師生的基于激光切割雕刻機(jī)的STEM課程。本課程良好的效果在實(shí)踐中得到了有效的驗(yàn)證。

一、前期調(diào)研

（一）被試

本研究被試為某市區(qū)和郊區(qū)部分普通高中學(xué)校的教師和學(xué)生，回收有效教師問(wèn)卷67份、學(xué)生問(wèn)卷1 359份。被試的基本情況詳見(jiàn)表1、表2。

表1 教師被試基本情況

表2 學(xué)生被試基本情況

（二）研究工具

本研究自編問(wèn)卷，通過(guò)對(duì)教師、學(xué)生的調(diào)查掌握當(dāng)前基于激光切割雕刻機(jī)的STEM課程的需求與現(xiàn)狀，師生問(wèn)卷均設(shè)計(jì)了16道題目。

（三）施測(cè)程序

本研究借助問(wèn)卷星平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行施測(cè)。學(xué)生問(wèn)卷通過(guò)技術(shù)課團(tuán)體施測(cè)，教師問(wèn)卷通過(guò)微信群進(jìn)行施測(cè)。

（四）結(jié)果

1.學(xué)校激光切割雕刻機(jī)的配備不理想

調(diào)查結(jié)果表明，只有26.87%的教師所在學(xué)校配備了激光切割雕刻機(jī)，配備情況不理想。但進(jìn)一步訪談得知，隨著科技創(chuàng)新類教室的不斷建設(shè)或更新，更多的學(xué)校將會(huì)配備激光切割雕刻機(jī)，從而具備本課程開(kāi)設(shè)的硬件條件。

2.師生的激光切割雕刻機(jī)操作能力不理想

調(diào)查結(jié)果表明，17.91%的教師參加過(guò)相關(guān)的培訓(xùn)或?qū)W習(xí)，對(duì)激光切割雕刻機(jī)有所了解，只有2.99%的教師能夠熟練操作，86.57%的教師“一點(diǎn)不會(huì)”。然而，絕大多數(shù)的教師認(rèn)識(shí)到此項(xiàng)能力的重要性，并希望通過(guò)參加相關(guān)的培訓(xùn)或?qū)W習(xí)來(lái)提升自己。因此，教師操作能力不理想的調(diào)查結(jié)果既是本課程開(kāi)發(fā)的阻力，又是助力。

只有極少數(shù)學(xué)生接觸過(guò)相關(guān)的課程，能夠?qū)す馇懈畹窨虣C(jī)進(jìn)行熟練操作，大部分學(xué)生對(duì)設(shè)備和相關(guān)的課程不了解，72.33%的學(xué)生“一點(diǎn)不會(huì)”。這種狀況應(yīng)該與設(shè)備的配備及學(xué)校的重視度有較大的關(guān)系。

3.學(xué)生對(duì)激光切割雕刻機(jī)的STEM課程的需求度很高

雖然學(xué)生的設(shè)備操作能力不理想，但是，89.99%的學(xué)生對(duì)使用該設(shè)備開(kāi)展的創(chuàng)新制作、STEM學(xué)習(xí)等興趣較高。81.31%的學(xué)生希望學(xué)校為其開(kāi)設(shè)相關(guān)的課程，84.33%的學(xué)生希望配備相關(guān)的教材。學(xué)生的高需求是本課程開(kāi)發(fā)的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)和原發(fā)動(dòng)力。

4.學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容有明確的需求方向

調(diào)查結(jié)果表明，模型、雕刻畫(huà)、掛飾、實(shí)用物品、相框、飛機(jī)模型等課程內(nèi)容的關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率較高。這表明了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容有明確的需求方向，也是本課程內(nèi)容開(kāi)發(fā)的依據(jù)。

二、基于激光切割雕刻機(jī)的STEM課程的開(kāi)發(fā)與建設(shè)

調(diào)查結(jié)果表明，學(xué)校師生對(duì)基于激光切割雕刻機(jī)的STEM課程和教材有較高的需求，而普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（教育部2017年版）也明確要求學(xué)生能夠運(yùn)用數(shù)字化的加工設(shè)備制作簡(jiǎn)單產(chǎn)品的模型或原型[4]。筆者長(zhǎng)期從事普通高中通用技術(shù)課程教學(xué)，并帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展各類科技創(chuàng)新活動(dòng)，深刻體會(huì)到激光切割雕刻機(jī)在學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)及STEM教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，于是在教學(xué)實(shí)踐中大膽創(chuàng)新，開(kāi)設(shè)了《基于激光切割雕刻機(jī)的STEM課程》的校本課，收到了良好的效果。筆者下面將課程開(kāi)發(fā)建設(shè)與實(shí)施情況進(jìn)行梳理總結(jié)，為學(xué)校師生及其他愛(ài)好者提供借鑒，同時(shí)提高中小學(xué)教師對(duì)激光切割雕刻機(jī)的認(rèn)識(shí)及在STEM教育中的應(yīng)用，為基于激光切割雕刻機(jī)的STEM教育實(shí)踐探索盡綿薄之力。

（一）課程性質(zhì)

本課程是以《中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》和《STEM教師能力等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》為主要依據(jù)，在落實(shí)STEM課程校本化的基礎(chǔ)上，以激光切割雕刻機(jī)為載體，融合多學(xué)科知識(shí)，結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用情境，借助與學(xué)生聯(lián)系密切的現(xiàn)實(shí)生活中的具體項(xiàng)目，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段輔助解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到的問(wèn)題。這是以培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與動(dòng)手實(shí)踐能力為核心的課程，16學(xué)時(shí)，1學(xué)分。

（二）課程目標(biāo)

學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)和創(chuàng)客作品制作，了解激光切割雕刻機(jī)的工作原理、操作流程等基礎(chǔ)知識(shí)，深入體驗(yàn)激光切割雕刻機(jī)的功能，熟練掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的操作，將自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。它提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合實(shí)踐能力和人文素養(yǎng)，使其感受科技魅力、提升幸福感。

（三）課程特色

依據(jù)調(diào)查問(wèn)卷收集到的信息，結(jié)合校本課程實(shí)施中學(xué)生反饋的信息，本課程在內(nèi)容制定時(shí)充分考慮學(xué)生的意愿和需求，兼顧課程內(nèi)容的趣味性、可操作性、普適性。

1.主題新穎獨(dú)特

本課程的每一章都有一個(gè)新穎獨(dú)特的主題，該章中的教學(xué)項(xiàng)目全部是圍繞這一主題展開(kāi)。其主題的確定考慮了國(guó)情、時(shí)代特色、道德品質(zhì)培養(yǎng)等諸多因素，使學(xué)生在掌握激光切割雕刻機(jī)知識(shí)、開(kāi)展STEM學(xué)習(xí)的同時(shí)增強(qiáng)文化自信、培養(yǎng)愛(ài)國(guó)情懷、感受科技進(jìn)步、懂得知恩圖報(bào)。

2.項(xiàng)目?jī)?nèi)容貼合學(xué)生生活

本課程所有教學(xué)項(xiàng)目?jī)?nèi)容都是圍繞相應(yīng)主題而選取，均與學(xué)生生活貼合緊密。比如，代表青島特色的“五月的風(fēng)”雕塑模型、個(gè)性化小夜燈、橋梁結(jié)構(gòu)模型等制作項(xiàng)目。

3.注重人文素養(yǎng)提升

本課程每一章節(jié)都精選了與本章節(jié)內(nèi)容相關(guān)的科技名人和名言警句。作為人類文明和智慧提煉的名言警句，其可以啟迪學(xué)生的創(chuàng)造思維、陶冶他們的高尚情操、培養(yǎng)他們的積極心態(tài)、塑造他們健康的人格。科技名人是人類文明的創(chuàng)造者和傳播者，蘊(yùn)含巨大的激勵(lì)價(jià)值和教育價(jià)值[5]。學(xué)生可在感受科技名人的人格魅力和巨匠精神中提升自己。

4.情景導(dǎo)入自然高效

在項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容開(kāi)始之前，本課程創(chuàng)設(shè)合理情境，讓學(xué)生能快速融入情境之中。這樣，項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容過(guò)渡得更加柔和，并能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)情趣，提高學(xué)習(xí)效率。

（四）課程結(jié)構(gòu)

表3 課程結(jié)構(gòu)

續(xù)表

（五）課程實(shí)施方式

本課程的實(shí)施主要以校本課程、社團(tuán)課程為主陣地，同時(shí)也可以借助《通用技術(shù)》課程來(lái)實(shí)施。本課程實(shí)施范圍廣泛，可以運(yùn)用到各個(gè)學(xué)段。

（六）課程考核方式

本課程的過(guò)程性評(píng)價(jià)（出勤、參與度等）40%+作品評(píng)價(jià)40%+研究報(bào)告20%=100%。

（七）課程效果

1.課程評(píng)價(jià)表

為了解本課程的實(shí)施效果，本研究通過(guò)設(shè)計(jì)的《基于激光切割雕刻機(jī)的STEM課程評(píng)價(jià)表》進(jìn)行課程效果調(diào)查，從各項(xiàng)目和課程總體評(píng)價(jià)兩個(gè)方面進(jìn)行。其中，“1=非常不滿意，2=不滿意，3=基本滿意，4=比較滿意，5=非常滿意”[6]。本研究發(fā)放評(píng)價(jià)表30份，回收有效評(píng)價(jià)表29份，有效率97%，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 課程效果評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表

由表4可知，各項(xiàng)目滿意度均在4.80及以上，課程總體評(píng)價(jià)滿意度為4.95。這說(shuō)明本課程得到了學(xué)生的認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)了課程目標(biāo)。

2.課程收獲和感悟摘錄

一學(xué)期的時(shí)光眨眼已逝。學(xué)生手捧雕刻作品的那一刻，充滿成功的喜悅和感動(dòng)。小文同學(xué)說(shuō)：“制作的過(guò)程、雕刻的神奇將永遠(yuǎn)印刻在我的腦海里，成為高中永遠(yuǎn)的美好回憶。”

小婧同學(xué)說(shuō)：“一年時(shí)光飛逝，創(chuàng)客社團(tuán)活動(dòng)仍歷歷在目，遙想初入社團(tuán)時(shí)，我還是一臉茫然、不知所措的小白，而今已是深諳AutoCAD等設(shè)計(jì)軟件、熟練操作激光切割雕刻機(jī)、自信卓然的大俠了?！?/p>