谷加璐，李光明

（南寧師范大學(xué) 物理與電子學(xué)院，廣西 南寧 530299）

0 引言

當(dāng)今社會(huì)，越來(lái)越關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)在教育中的作用。STEAM教育注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，對(duì)提升學(xué)生的綜合素質(zhì)有很大的幫助。中等職業(yè)學(xué)校（以下簡(jiǎn)稱中職）電子信息技術(shù)專業(yè)的學(xué)生缺乏實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)，很少將所學(xué)到的知識(shí)化為實(shí)踐能力。將STEAM教育運(yùn)用到中職電工電子教學(xué)中，能夠把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為自身能力的一部分。同時(shí)STEAM教育將公共基礎(chǔ)課和專業(yè)課相融合，能夠提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、動(dòng)手實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)交流探究、創(chuàng)新思維等能力。

1 STEAM概述

STEAM是將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）等多種學(xué)科整合在一起的綜合性課程，是當(dāng)今世界上最流行的一種教育理念，其目的是為國(guó)家培養(yǎng)科學(xué)和工程技術(shù)方面的人才。STEAM教育最早由美國(guó)提出，STEAM以整合的教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)知識(shí)與能力并重，倡導(dǎo)“做中學(xué)”，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新與創(chuàng)造力培養(yǎng)，注重知識(shí)的跨學(xué)科遷徙及其與學(xué)習(xí)者之間的關(guān)聯(lián)[1]。打破傳統(tǒng)學(xué)科獨(dú)立的教學(xué)做法，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，注重面向現(xiàn)實(shí)中的具體問(wèn)題，尋找解決問(wèn)題的思路和方法，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的綜合運(yùn)用和創(chuàng)新思維。

1.1 STEAM教育國(guó)外發(fā)展歷程

STEAM教育最早是由STEM教育發(fā)展來(lái)的，發(fā)展歷程如圖1所示，1986年，美國(guó)根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀發(fā)布了《尼爾報(bào)告》；1989年，美國(guó)對(duì)STEM教育進(jìn)行完善。2007年，美國(guó)發(fā)現(xiàn)STEM教育存在一定的教育缺陷，導(dǎo)致美國(guó)在某些領(lǐng)域處于落后狀態(tài)，為了扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)狀，頒布《國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)法案》，加大了對(duì)教師的培訓(xùn)和教育的投資。2015年，美國(guó)頒布《STEM教育法》，將藝術(shù)納入到STEM教育中，形成STEAM教育。其他國(guó)家也將STEAM教育引入到自己的教育體系中，將其運(yùn)用到教學(xué)實(shí)踐中，取得了良好的效果[2]。

圖1 STEAM教育國(guó)外發(fā)展歷程

1.2 STEAM教育國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程

隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)科學(xué)技術(shù)人才的需求越來(lái)越大，我國(guó)也將STEAM教育理念引入到教育體系中，并在2015年“十三五”期間提出STEM教育理念。2017年，在小學(xué)教育中進(jìn)行相關(guān)實(shí)踐[2]。我國(guó)對(duì)引進(jìn)的STEAM教育理念進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷模蠂?guó)內(nèi)的實(shí)際情況。例如：山東省在小學(xué)信息技術(shù)教材中加入編程的內(nèi)容。2013年，第一屆中小學(xué)STEAM教育創(chuàng)新論壇在溫州舉辦。社會(huì)上也涌現(xiàn)出很多STEAM教育機(jī)構(gòu)，目前國(guó)內(nèi)STEAM教育還不能夠普及，對(duì)多數(shù)偏遠(yuǎn)地區(qū)更是遙不可及。

1.3 STEAM教育目標(biāo)

STEAM教育是以學(xué)生為中心，從學(xué)生角度出發(fā)的教學(xué)理念，將理論知識(shí)與技能實(shí)踐相結(jié)合，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，最終目的是培養(yǎng)一批專業(yè)技術(shù)人才。將STEAM教育與中職電工電子類教學(xué)相融合，培養(yǎng)中職學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力與應(yīng)變創(chuàng)新能力。

2 中職學(xué)校電工電子類專業(yè)實(shí)訓(xùn)現(xiàn)狀

2.1 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與理論脫節(jié)

我國(guó)的中職學(xué)校教育普遍存在重視理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，理論教育所需時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)[3]，特別是電工電子類專業(yè)更加注重理論學(xué)習(xí)，忽視實(shí)訓(xùn)教學(xué)。這些問(wèn)題將導(dǎo)致學(xué)生在面對(duì)相應(yīng)工作崗位時(shí)缺乏適應(yīng)能力，一方面是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論薄弱，另一方面是缺乏動(dòng)手實(shí)踐能力，在面對(duì)實(shí)習(xí)崗位時(shí)也都是走馬觀花，還沒(méi)有深入了解就已經(jīng)結(jié)束了實(shí)習(xí)課程，同時(shí)在遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)也不知道該如何進(jìn)行應(yīng)對(duì)[4]。

2.2 缺乏實(shí)踐與創(chuàng)新

學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中專業(yè)知識(shí)掌握不夠全面，實(shí)際動(dòng)手能力不足；老師在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中擔(dān)心學(xué)生的不正當(dāng)操作會(huì)造成不必要的麻煩，就會(huì)讓學(xué)生進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)，減少動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)；在生產(chǎn)實(shí)踐中遇到實(shí)際問(wèn)題，往往缺乏思考，缺少解決問(wèn)題的能力，更談不上如何實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新[5]。

3 STEAM教育在技能競(jìng)賽的運(yùn)用

2016年教育部出臺(tái)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》指出有效利用信息技術(shù)，探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式。全國(guó)各地將STEAM教育科目列入教學(xué)、考試體系，而STEAM教育正好符合中職教育對(duì)技能教學(xué)實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)[6]，相應(yīng)的教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)層出不窮。STEAM教育理念在教師隊(duì)伍中得到更多的關(guān)注與認(rèn)可。

3.1 STEAM教育在教學(xué)中的作用

3.1.1 促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合

在中職電子電工專業(yè)的教學(xué)過(guò)程中，理論知識(shí)枯燥乏味，并且電路原理圖讓中職學(xué)生來(lái)進(jìn)行分析還有一定的難度，可以采用仿真教學(xué)與動(dòng)手操作相結(jié)合。理論與實(shí)踐相結(jié)合流程圖如圖2所示。

圖2 理論與實(shí)踐相結(jié)合流程圖

在條件允許的情況下，邊動(dòng)手操作邊對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，再將幾個(gè)簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行結(jié)合，對(duì)比分析產(chǎn)生結(jié)果的原因，再讓學(xué)生根據(jù)電路連接對(duì)電路進(jìn)行美化，可以為電路做包裝也可以對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)踐操作圖如圖3所示。條件不允許的情況下，運(yùn)用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行理論分析，讓學(xué)生對(duì)電路組成的元器件有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)[7]。電路仿真圖如圖4所示。

圖3 實(shí)訓(xùn)操作

圖4 電路軟件仿真

3.1.2 促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，突破思維界限

在學(xué)生實(shí)訓(xùn)的時(shí)候，根據(jù)小組合作的優(yōu)點(diǎn)，圖5所示，教師將學(xué)生分為若干小組，將各學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行整合，給實(shí)訓(xùn)課增加可操作性、自主性，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維，突破學(xué)科間的界限，提升學(xué)生綜合素質(zhì)。例如，教師對(duì)電路進(jìn)行分析，布置學(xué)習(xí)任務(wù)，提供必要的環(huán)境和設(shè)備，讓學(xué)生自己進(jìn)行操作，學(xué)生通過(guò)小組合作，充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，自己動(dòng)手完成作品的設(shè)計(jì)，每個(gè)學(xué)習(xí)小組將完成作品的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)記錄，最后匯總做出詳細(xì)的作品說(shuō)明書(shū)，并錄制視頻進(jìn)行講解。其中，動(dòng)手操作鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，過(guò)程記錄有利于學(xué)生將各學(xué)科知識(shí)進(jìn)行整合，完成作品的說(shuō)明書(shū)訓(xùn)練學(xué)生行文寫(xiě)作能力，視頻講解培養(yǎng)學(xué)生口頭表達(dá)能力，最后教師對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)、操作以及創(chuàng)新進(jìn)行點(diǎn)評(píng)促進(jìn)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的提升。

圖5 小組合作優(yōu)點(diǎn)

同時(shí)，將專業(yè)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，在項(xiàng)目教學(xué)中體現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生在焊接的過(guò)程中，將知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。這樣不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也有助于增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)的信心，促進(jìn)良好的發(fā)展。

學(xué)生通過(guò)焊接PCB板的過(guò)程，熟悉了焊接流程和提高了動(dòng)手能力。學(xué)生在遇到問(wèn)題時(shí)能夠獨(dú)立思考，選擇適合自己的方式解決問(wèn)題，打破思維唯一性的限制，創(chuàng)新和專業(yè)能力得到進(jìn)一步的提升[8]。

3.1.3 促進(jìn)教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)

STEAM教育理念突出學(xué)生學(xué)習(xí)主體地位，教師要根據(jù)自身的優(yōu)勢(shì)來(lái)教導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生學(xué)習(xí)才能水到渠成。教師也要激發(fā)學(xué)生潛在的學(xué)習(xí)動(dòng)力，結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)歷和對(duì)行業(yè)的認(rèn)知，幫助學(xué)生熟悉相關(guān)專業(yè)的發(fā)展前景，有目的地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入相關(guān)的專業(yè)領(lǐng)域。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師需要時(shí)刻關(guān)注相關(guān)專業(yè)的發(fā)展，根據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)教學(xué)課程進(jìn)行相應(yīng)的修改，引導(dǎo)學(xué)生朝著正確的方向發(fā)展。同時(shí)，教師還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生勇于探索未知，不斷保持自主求知欲望。

3.1.4 依托技能教學(xué)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作

以技能教學(xué)為目的進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，整合學(xué)生所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和技能，體現(xiàn)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。例如，F(xiàn)RC（FIRST Robotics Competition）比賽是機(jī)器人競(jìng)賽，它面向的對(duì)象為中學(xué)生。參與比賽需要項(xiàng)目管理、控制、機(jī)械、藝術(shù)設(shè)計(jì)、信息技術(shù)等跨學(xué)科的知識(shí)和技能的融合運(yùn)用，在提升學(xué)生專業(yè)水平的同時(shí)也使學(xué)生理解如何實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)與合作。

3.2 STEAM教育的教學(xué)應(yīng)用

3.2.1 開(kāi)展學(xué)科競(jìng)賽

STEAM教育理念的效果在競(jìng)賽中的運(yùn)用需要通過(guò)學(xué)科競(jìng)賽來(lái)進(jìn)行體現(xiàn)，技能實(shí)訓(xùn)教學(xué)能夠使STEAM教育在中職學(xué)校有更好的發(fā)展，融合多種學(xué)科內(nèi)容，教師通過(guò)課程活動(dòng)中的設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)科進(jìn)行銜接，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行了解和融合運(yùn)用。教師還應(yīng)該記錄學(xué)生個(gè)性發(fā)展，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程產(chǎn)生的創(chuàng)意進(jìn)行記錄，它能夠幫助學(xué)生成長(zhǎng)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)意表達(dá)，也能夠幫助教師全面了解學(xué)生[9]。

3.3 電子藝術(shù)項(xiàng)目

本項(xiàng)目是以紙電路套件為學(xué)習(xí)用具，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力去進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

教師將電路原理圖和電子裝配元器件分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生和老師討論如何將電路和折紙藝術(shù)有效結(jié)合在一起，創(chuàng)造出“紙電路”藝術(shù)作品。教師在指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)作的過(guò)程中，不再使用傳統(tǒng)的方法（使用電烙鐵和焊錫絲），而是通過(guò)搭建相應(yīng)電路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。學(xué)生也可以采用不同的電路連接方式，搭建屬于自己的電子藝術(shù)作品。

通過(guò)對(duì)電子藝術(shù)項(xiàng)目的創(chuàng)作，學(xué)生能夠了解電子藝術(shù)項(xiàng)目的基本原理和組成部分，在學(xué)習(xí)電子藝術(shù)項(xiàng)目的過(guò)程中，將相應(yīng)的傳感器運(yùn)用到電子藝術(shù)項(xiàng)目上，創(chuàng)作出更多有趣的電子藝術(shù)作品。

3.4 制作循跡小車

本項(xiàng)目需要利用傳感器技術(shù)和相關(guān)單片機(jī)來(lái)進(jìn)行無(wú)人駕駛的模擬，在項(xiàng)目制作的過(guò)程中，需要掌握信息提取、信息處理等無(wú)人駕駛技術(shù)，同時(shí)也需要掌握傳感器在單片機(jī)技術(shù)中的處理速率和相關(guān)算法，從中職學(xué)生的角度，探索項(xiàng)目教學(xué)的課程，進(jìn)一步培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

項(xiàng)目制作流程如圖6所示，教師需要根據(jù)本班學(xué)生的實(shí)際情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，再簡(jiǎn)單的介紹設(shè)計(jì)循跡小車的思路，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)設(shè)計(jì)具體的電路。在介紹的過(guò)程中，讓學(xué)生思考循跡小車的制作，學(xué)生經(jīng)過(guò)思考和討論對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解答。通過(guò)講解相關(guān)電路并對(duì)元器件進(jìn)行介紹，學(xué)生對(duì)元器件需要有一個(gè)感官的認(rèn)識(shí)，準(zhǔn)備工作完畢就對(duì)學(xué)生進(jìn)行操作上的指導(dǎo)。小組成員需要分工進(jìn)行合作，組與組之間可以進(jìn)行交流，做到信息傳播的流通，打破組間、組內(nèi)的信息隔閡。

圖6 循跡小車項(xiàng)目教學(xué)流程圖

學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，熟悉電路EDA設(shè)計(jì)軟件，自己動(dòng)手操作畫(huà)出相應(yīng)的電路原理圖及PCB圖，遇到不懂的地方，找老師或者同學(xué)進(jìn)行解決，同時(shí)記錄問(wèn)題及解決方法，課后可以再思考能否找到其他的解決方法或者更便捷的操作。最后學(xué)生需要認(rèn)識(shí)所需元器件，能夠依據(jù)電路原理圖和元器件清單對(duì)電路進(jìn)行焊接及調(diào)試，小組成員記錄調(diào)試過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題、解決方法，加強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作，提高實(shí)踐能力，學(xué)生也可以根據(jù)記錄表的記錄來(lái)發(fā)現(xiàn)自己的不足，從不足中尋找進(jìn)步。圖7為學(xué)生在電路設(shè)計(jì)軟件繪畫(huà)的電路原理圖，圖8為PCB圖。

學(xué)生在對(duì)循跡小車項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)元器件的選擇、購(gòu)買、PCB板的制作、程序的編寫(xiě)、電路測(cè)試再到總結(jié)匯報(bào)，涉及到打孔、硬件包裝、制圖等機(jī)械專業(yè)知識(shí)，還涉及到C語(yǔ)言、電路分析、焊接技術(shù)等課程。通過(guò)對(duì)循跡小車的制作，將STEAM教育和項(xiàng)目教學(xué)結(jié)合，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和積極性。

圖7 循跡小車原理圖

圖8 循跡小車PCB圖

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在中職電工電子的教育中，STEAM教育理念與技能教學(xué)緊密結(jié)合，將各類學(xué)科知識(shí)融入到專業(yè)課知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用中，形成一種新的教學(xué)模式，學(xué)生在這種新的模式下學(xué)習(xí)可以提高自己的職業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新思維能力。利用STEAM教育的特點(diǎn)，將學(xué)生所學(xué)知識(shí)進(jìn)行融合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的專業(yè)技能和素質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生的交流和合作，培養(yǎng)學(xué)生探索學(xué)習(xí)、創(chuàng)新的能力。