李奉翠，宋艷蘋

（河南城建學(xué)院，河南 平頂山 467036）

1 引言

實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，是提升學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)和職場核心競爭力的重要途徑。鑒于建環(huán)專業(yè)本身即是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，培養(yǎng)學(xué)生樹立工程系統(tǒng)觀、掌握專業(yè)的工程科學(xué)知識和工程實踐的能力迫在眉睫。河南工程學(xué)院王虹等人介紹了一種搭建校企合作平臺的實踐教學(xué)模式，在一定程度上解決了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題[1]。山東建筑大學(xué)劉吉營等人針對本校目前實踐教學(xué)存在的實習(xí)時間、實習(xí)內(nèi)容、實習(xí)方式等問題提出了探索的改進方法，然而并沒有提出實質(zhì)性的教學(xué)實踐內(nèi)容[2]。遼寧工業(yè)大學(xué)的于戈針對高校人才培養(yǎng)“重理論、輕實踐”的問題，提出了實踐改革的思路，實踐教學(xué)不僅是重要的教學(xué)內(nèi)容，更是培養(yǎng)學(xué)生動手實踐、創(chuàng)新能力的渠道[3]。武漢科技大學(xué)張春枝等人針對該校專業(yè)課程設(shè)計實踐關(guān)節(jié)存在的問題，提出將實踐教學(xué)關(guān)節(jié)任務(wù)分解嵌入到理論課程教學(xué)環(huán)節(jié)中，將相對獨立的課程進行有機融合[4]。江西理工大學(xué)蔣達(dá)華等人提出以學(xué)科競賽為載體的綜合素質(zhì)培養(yǎng)模式、以創(chuàng)新為導(dǎo)向的教學(xué)方法和以專業(yè)技能為核心的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練平臺等實踐教學(xué)手段[5]。除上述之外的教學(xué)實踐改革，比較有代表性的還有校企合作實踐的教學(xué)模式[6]、以實際工程為核心和提高創(chuàng)新能力為目標(biāo)的實踐教學(xué)模式[7]和基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)模式[8]等。綜上所述，國內(nèi)多數(shù)高校為提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，多采用認(rèn)知實習(xí)、校企合作、訂單式培養(yǎng)或理論和實踐相結(jié)合的多種實踐教學(xué)方法，上述教學(xué)方法在教學(xué)模式中確實起到了一定的培養(yǎng)效果。然而，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，上述教學(xué)模式存在一定的局限性，尤其是在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的過程中。為提升學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力，以河南城建學(xué)院建環(huán)專業(yè)為例，本文在專業(yè)實踐教學(xué)中采用STEM教育的方法，搭建問題引導(dǎo)下的項目式教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用科學(xué)知識、數(shù)學(xué)工具和工程技術(shù)手段的能力，以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整下的多層次應(yīng)用型人才需求。

2 STEM課程

STEM是一種由科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）4門學(xué)科知識融合集成的教育模式，世界各國都非常重視STEM教育的發(fā)展，認(rèn)為STEM教育是國家競爭力的重要基石，能夠促進綜合應(yīng)用型人才、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[9]。STEM課程具有跨學(xué)科、工程性、價值性和情景性等特征，注重以項目為依托，整合相關(guān)學(xué)科內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)知識和技能，并能進行靈活遷移應(yīng)用、解決真實世界問題的能力[10]。STEM課程強調(diào)以綜合能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以做中學(xué)、自主探究等教學(xué)思想為指導(dǎo)，充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)，以項目為載體，結(jié)合科學(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)知識，形成融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育為一體的課程模式。因此，STEM課程方法具備應(yīng)用型本科教育綜合應(yīng)用型人才的需求，此處以河南城建學(xué)院建環(huán)專業(yè)為例進行實踐教學(xué)模式的探索。

3 基于STEM教育的項目式教學(xué)

STEM課程是基于項目的課程，項目課程是當(dāng)前新工科背景下應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)改革的主導(dǎo)理念。下述將從課程開發(fā)思路、課程開發(fā)過程、課程內(nèi)容和評價等4個方面進行介紹。

3.1 課程開發(fā)思路

如上所述，STEM課程強調(diào)以綜合能力培養(yǎng)為目標(biāo)，因此基于STEM的課程開發(fā)需選擇合適的專業(yè)核心課程。專業(yè)核心課程與其他課程（如專業(yè)課、基礎(chǔ)課等）具有較強的內(nèi)在聯(lián)系，另一方面其對于建環(huán)專業(yè)的職業(yè)能力也緊密相關(guān)。因此，專業(yè)核心課程適合采用STEM模式進行開發(fā)與實施。其次，STEM課程以項目為核心，圍繞項目選取不同學(xué)科課程中的知識進行組合。由此，STEM課程項目開發(fā)過程中需妥善處理其與其他學(xué)科課程之間的關(guān)系；課程中的基礎(chǔ)知識圍繞于STEM課程中的項目任務(wù)服務(wù)，課程設(shè)置的內(nèi)容需與項目任務(wù)中的動態(tài)聯(lián)系形成一個良好的生態(tài)系統(tǒng)，二者相輔相成。最后，STEM課程以培養(yǎng)學(xué)生能力為主，而項目開發(fā)的產(chǎn)品通常是商業(yè)化應(yīng)用、工程化應(yīng)用，二者最終目標(biāo)不同；因此，STEM課程中的項目不可單一的從市場中進行選擇，而是需要對其進行二次開發(fā)，使其高于實際產(chǎn)品，在項目設(shè)置中融入教師期望學(xué)生掌握的知識技能。

3.2 課程開發(fā)過程

在建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)開展基于STEM教育理念的核心課程開發(fā)研究，此處以“工程熱力學(xué)”為開發(fā)對象，按照圖1的流程進行課程開發(fā)。課程開發(fā)的具體介紹如下：課程開發(fā)必須依托本專業(yè)人才培養(yǎng)方案及相關(guān)課程的課程標(biāo)準(zhǔn)才能保證課程開發(fā)的有效性和合理性，這是基本的標(biāo)準(zhǔn)要求；在調(diào)研企業(yè)篩選適當(dāng)?shù)捻椖繒r，需統(tǒng)籌安排本門課程的其他項目，以便盡可能包含核心課程的各個知識點，并使之有合理的進度關(guān)聯(lián)；教學(xué)指導(dǎo)手冊、教學(xué)資源分別類似于教材使用的明細(xì)和課程教學(xué)時的PPT、視頻等素材；教學(xué)團隊接受開發(fā)團隊的培訓(xùn)等措施是為了保證課程分學(xué)期、分教師教學(xué)的可行性；教學(xué)反饋和項目改進主要是收集學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及開發(fā)課程實施過程中存在的問題，通過反饋給課程開發(fā)團隊來保證學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

圖1 “工程熱力學(xué)”STEM課程的開發(fā)過程

3.3 課程內(nèi)容

工程設(shè)計是STEM課程的重要特征，主要包括發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題三個部分，其中解決問題時需靈活應(yīng)用所學(xué)知識或探索可掌握的知識來解決工程項目或課本知識點中的問題。此處以“工程熱力學(xué)”中的“平衡狀態(tài)”這一知識點為例說明STEM教學(xué)模式的改革。

3.3 .1基本概念介紹

系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，如果宏觀熱力性質(zhì)不隨時間而變化，系統(tǒng)內(nèi)外同時建立了熱的和力的平衡，這時系統(tǒng)的狀態(tài)稱為熱力平衡狀態(tài)，簡稱“平衡狀態(tài)”。

平衡狀態(tài)的充要條件：熱平衡（溫度平衡）、力平衡（壓力平衡）、化學(xué)勢平衡（包括相平衡和化學(xué)平衡），平衡必穩(wěn)定，反之穩(wěn)定未必平衡。

3.3 .2基于STEM理念的平衡狀態(tài)教學(xué)模式

基于STEM平衡概念的教學(xué)模式如圖2所示，該教學(xué)模式將一級知識點中的二級知識點逐個進行介紹，將其進行參數(shù)化、數(shù)學(xué)化，在此基礎(chǔ)上采用計算機技術(shù)對上述數(shù)學(xué)模型進行描述；進而，采用簡單的案例對數(shù)學(xué)模型進行圖示化、原理介紹；最后采用基于數(shù)學(xué)、計算機和案例的綜合項目進行概念教學(xué)，更直觀動態(tài)、詳細(xì)地向?qū)W生介紹基本知識點。

圖2 基于STEM平衡概念的教學(xué)模式

3.4 課程評價

STEM教育與傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)評價區(qū)別在于前者更注重學(xué)生跨學(xué)科知識的應(yīng)用能力，解決問題等核心素養(yǎng)的發(fā)展。因此，傳統(tǒng)的課程評價方式不再適用，此處提出評價體系如圖3所示。該評價體系主要包括評價主體、評價內(nèi)容、評價方法和評價結(jié)果等四個方面，鑒于STEM教育更傾向于學(xué)生綜合運用知識的能力，此處的評價主體主要包括學(xué)生自我評價，項目參與的同伴評價和教師對學(xué)生的表現(xiàn)評價，其中更注重以學(xué)生自我評價為主，通過學(xué)生的自我反思意識以識別其對某個知識和能力掌握的程度。

圖3 評價體系

從評價內(nèi)容來看，STEM教育強調(diào)開發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生跨界整合能力目標(biāo)相一致的評價指標(biāo)。STEM教育主張多元化的評價方法，采用科研論文、產(chǎn)品展示和匯報答辯等多種渠道來改善傳統(tǒng)閉卷考試的單一考核方式以考察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生完成課程測試，形成學(xué)習(xí)資料；教師的預(yù)期教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果相聯(lián)系，進行教學(xué)評估；對學(xué)習(xí)資料、學(xué)生滿意度進行數(shù)據(jù)分析，將學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與教師的教學(xué)效果相聯(lián)系[11]。

4 結(jié)束語

2016年教育部發(fā)布的《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架提出了中國學(xué)生的核心素養(yǎng)，包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究、勤于反思、勞動意識、問題解決、技術(shù)運用等。STEM教育倡導(dǎo)在真實的任務(wù)中實習(xí)，強調(diào)在動手實踐中學(xué)習(xí)，這種更加綜合的學(xué)習(xí)將是培養(yǎng)學(xué)生這些核心素養(yǎng)的重要途徑。然而，當(dāng)前中國的STEM教育形式還處于比較初級的狀態(tài)，遠(yuǎn)不如美國和其他國家那般成熟，因此，高校教師應(yīng)對STEM教育理念有基礎(chǔ)的認(rèn)知與了解，并能將STEM教育理念合理應(yīng)用到本科教學(xué)環(huán)境中來，以應(yīng)對企業(yè)轉(zhuǎn)型升級中的復(fù)合型人才需求。