【摘要】在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，如何借助國家職業(yè)教育平臺(tái)更好地促進(jìn)STEAM教育應(yīng)用是本研究關(guān)注的重點(diǎn)。本文對STEAM教育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行解析，構(gòu)建基于國家職業(yè)教育平臺(tái)支撐下的STEAM教育應(yīng)用模式，并從學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)、教學(xué)過程、實(shí)施效果等方面，對STEAM教育應(yīng)用模式進(jìn)行實(shí)踐探究，為一線高中教師提供相關(guān)參考。

【關(guān)鍵詞】國家職業(yè)教育平臺(tái)；STEAM教育；應(yīng)用模式

【中圖分類號】G420【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）21—0090—04

STEAM教育作為技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力，能夠?yàn)閯?chuàng)新型國家提供重要的智力支撐[1]。《中國教育現(xiàn)代化2035》提出要加大應(yīng)用型、復(fù)合型、技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的比重；不僅如此，黨的二十大首次將“推進(jìn)教育數(shù)字化”寫入報(bào)告[2]?？梢哉f，數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，教育迎來了創(chuàng)新發(fā)展的機(jī)遇。目前，普通高中STEAM教育多以項(xiàng)目學(xué)習(xí)等開放性學(xué)習(xí)方式開展[3]，需要豐富的學(xué)習(xí)資源支撐，但我國STEAM教育課程資源相對比較匱乏[4]，因此，如何有效獲取和整合資源成為STEAM教育應(yīng)用的關(guān)鍵。國家職業(yè)教育平臺(tái)作為國家教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要成果，教育工作者需要思考如何利用其規(guī)模化、開放化的數(shù)字資源，改善目前STEAM教育“關(guān)注科學(xué)與數(shù)學(xué)、不重視技術(shù)與工程學(xué)科”的現(xiàn)狀[5]。在此，筆者從STEAM教育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、國家職業(yè)教育平臺(tái)支撐STEAM教育開展的可行性、模式構(gòu)建與案例教學(xué)實(shí)踐等方面進(jìn)行研究，探索和總結(jié)普通高中STEAM教育相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

一、高中STAEM教育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

（一）STEAM教育需要豐富的學(xué)習(xí)資源支撐，注重學(xué)科聯(lián)結(jié)

目前，很多STEAM教育資源可以有效激發(fā)高中生的學(xué)習(xí)興趣，但沒有形成科學(xué)、完善的STEAM課程資源支撐體系，導(dǎo)致學(xué)生在STEAM課程中出現(xiàn)情境體驗(yàn)不足、數(shù)字技術(shù)支持不夠、自我學(xué)習(xí)效能減弱等問題。加之學(xué)生面臨高考壓力，沒有大量時(shí)間進(jìn)行深層次實(shí)踐與探究，無法建立學(xué)科知識(shí)聯(lián)結(jié)，難以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的創(chuàng)新能力?？梢?，多學(xué)科知識(shí)與技能融合并通過解決問題，才能更好地創(chuàng)新學(xué)生思維，實(shí)現(xiàn)學(xué)科聯(lián)結(jié)。在STEAM課程中，如果教學(xué)資源不足，還容易出現(xiàn)學(xué)生作品創(chuàng)新點(diǎn)不足、資源與學(xué)生的能力需求和認(rèn)知發(fā)展不匹配、教師搜集資源和主題設(shè)計(jì)花費(fèi)大量時(shí)間卻效果不佳等問題?？梢?，充實(shí)的學(xué)科課程基礎(chǔ)知識(shí)是開展STEAM教育的必要條件。我國目前的課程體系建立在嚴(yán)格分科的基礎(chǔ)上，比較重視知識(shí)與技能習(xí)得，各類平臺(tái)的分學(xué)科備課資源較多，部分跨學(xué)科資源由于學(xué)校軟硬件基礎(chǔ)、學(xué)情不同，往往很難得到有效運(yùn)用。

（二）STEM需要綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)境，強(qiáng)調(diào)問題解決

北京師范大學(xué)教授余勝泉等人認(rèn)為，STEAM最核心的本質(zhì)是跨學(xué)科，通過將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)，跨越學(xué)科界限，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力[6]。STEAM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生利用跨學(xué)科思維解決現(xiàn)實(shí)問題，在課程實(shí)施中注重學(xué)生的觀察、推理能力以及收集、整理、分析、解決問題的相關(guān)表現(xiàn)。STEAM項(xiàng)目需要學(xué)生自主合作探究超出知識(shí)儲(chǔ)備的內(nèi)容，從而發(fā)現(xiàn)和解決問題，而優(yōu)質(zhì)的STEAM課程資源可以幫助學(xué)生快速理解、多角度分析與思考項(xiàng)目，從而建構(gòu)問題解決的知識(shí)體系。同時(shí)，還需要多學(xué)科融合的綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)技術(shù)不局限于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，還應(yīng)包含機(jī)械結(jié)構(gòu)、能源工程、動(dòng)力工程、生物工程等方面內(nèi)容。

（三）STEAM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)科融合，突出主題情境

STEM教育是多學(xué)科知識(shí)與技術(shù)的融合，使學(xué)生在現(xiàn)有學(xué)科知識(shí)與能力的基礎(chǔ)上，在問題解決的過程中學(xué)習(xí)新知識(shí)與技能。在通用技術(shù)、信息技術(shù)和綜合實(shí)踐課程中，涉及的STEAM主題及項(xiàng)目范圍有限，一旦知識(shí)脫離問題情境，則難以支撐STEAM教育[7]。STEAM課程特征鮮明，對科任教師的知識(shí)儲(chǔ)備、理論建構(gòu)、動(dòng)手能力和教學(xué)模式有一定的要求。普通高中專職從事STAEM教育的教師數(shù)量較少，一般由校內(nèi)的物理、化學(xué)或者技術(shù)等學(xué)科教師兼任，跨學(xué)科教學(xué)的能力不強(qiáng)。

二、國家職業(yè)教育平臺(tái)支持下的STEAM教育應(yīng)用模式設(shè)計(jì)

在STEAM教育應(yīng)用方面，有研究者提出STEAM——工作坊學(xué)習(xí)應(yīng)用模式[8]、基于統(tǒng)整實(shí)踐的STEAM學(xué)習(xí)模式[9]等，盡管研究者構(gòu)建的立足點(diǎn)不同，但都體現(xiàn)出STEAM教育注重多元融合創(chuàng)新的特點(diǎn)，要求學(xué)習(xí)者主動(dòng)學(xué)習(xí)，關(guān)注素養(yǎng)和能力發(fā)展。本研究根據(jù)STEAM教育的內(nèi)涵特質(zhì)和價(jià)值取向，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論，以“做中學(xué)”為建構(gòu)途徑，提出國家職業(yè)教育平臺(tái)支撐下的STEAM教育應(yīng)用模式，該應(yīng)用模式以協(xié)同教學(xué)、主題教學(xué)為整合方式，以國家職業(yè)教育平臺(tái)的所有課程資源為支撐，注重教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，從“教”與“學(xué)”相輔相成的角度，完成實(shí)踐探究、數(shù)據(jù)分析、方案設(shè)計(jì)、工程建模、制作開發(fā)等跨學(xué)科項(xiàng)目。

三、國家職業(yè)教育平臺(tái)支持下的STEAM教育教學(xué)案例設(shè)計(jì)與實(shí)施效果

本研究以國家職業(yè)教育平臺(tái)為支撐，開發(fā)“逆風(fēng)小車”“智能輔助機(jī)器人”“未來校園”這三個(gè)STEAM課程主題校本課程，旨在通過平臺(tái)資源學(xué)習(xí)與體驗(yàn)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；通過資料搜集、數(shù)據(jù)分析、編寫程序及調(diào)試機(jī)器人等，提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)；通過構(gòu)思設(shè)計(jì)、迭代優(yōu)化等操作，鍛煉學(xué)生的工程設(shè)計(jì)與制作技能；通過設(shè)計(jì)構(gòu)思、建模設(shè)計(jì)、模型制作等，培養(yǎng)學(xué)生對藝術(shù)與美的感知能力；通過收集數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)、模擬與計(jì)算等操作，提升學(xué)生的數(shù)學(xué)與技術(shù)應(yīng)用能力。筆者在某省級示范性高中進(jìn)行了一學(xué)期共計(jì)20個(gè)課時(shí)的實(shí)踐研究，實(shí)驗(yàn)對象為35名高一學(xué)生，項(xiàng)目的實(shí)施由1名物理教師與1名技術(shù)教師組成，學(xué)生根據(jù)主題自主組成學(xué)習(xí)小組。逆風(fēng)小車項(xiàng)目對應(yīng)的STEAM知識(shí)有影響小車行駛的因素（S）、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力（T）、傳動(dòng)與齒輪（E）、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（A）、阻力和摩擦力計(jì)算（M）。課程目標(biāo)為探究逆風(fēng)小車的原理；動(dòng)手制作質(zhì)量輕、速度快的逆風(fēng)小車；增強(qiáng)問題意識(shí)和設(shè)計(jì)思維能力；以小組探究的方式，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作意識(shí)和問題解決能力。所用到的國家職業(yè)教育平臺(tái)資源有《空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)與飛行原理》《結(jié)構(gòu)力學(xué)》《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》《力學(xué)與結(jié)構(gòu)》等。智能輔助機(jī)器人項(xiàng)目對應(yīng)的STEAM知識(shí)有傳感器原理及使用（S），材料加工、建模等（T），電機(jī)、摩擦力、避障（E），機(jī)器人整體設(shè)計(jì)（A），傳動(dòng)比、笛卡爾坐標(biāo)系應(yīng)用、PID比例等（M）。課程目標(biāo)為，了解常見智能機(jī)器人的控制原理、構(gòu)造系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)；掌握機(jī)器人模型制作；對智能小車編程，實(shí)現(xiàn)如巡線、避障等功能；利用機(jī)器人輔助解決實(shí)際生活中的問題。所用到的國家職業(yè)教育平臺(tái)資源有《電機(jī)控制和轉(zhuǎn)速測量（智能小車設(shè)計(jì)與制作）》《電子組裝工藝》《高等數(shù)學(xué)》《Python程序設(shè)計(jì)》等。未來校園項(xiàng)目對應(yīng)的STEAM知識(shí)有開源硬件的原理和使用（S），材料選擇與使用（T）模型的設(shè)計(jì)、制作、實(shí)現(xiàn)（E），排版和制作海報(bào)（A），利用調(diào)查軟件進(jìn)行功能調(diào)查（M）。課程目標(biāo)，為通過調(diào)查分析，了解未來校園的功能；按照設(shè)計(jì)圖完成功能模塊方案撰寫、繪制設(shè)計(jì)圖；掌握開源硬件的電子模塊并實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能；培養(yǎng)利用開源硬件搭建校園設(shè)計(jì)原型的能力。所用到的國家職業(yè)教育平臺(tái)資源有《AutoCAD繪制建筑施工圖》《環(huán)境生態(tài)學(xué)》《藝術(shù)設(shè)計(jì)》《算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《環(huán)境工程技術(shù)》等。

（一）教學(xué)活動(dòng)開展（以未來校園為例）

1.創(chuàng)設(shè)情境，明確問題。教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過觀看視頻《人工智能帶給我們的改變》，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)情境體驗(yàn)。在這個(gè)過程中，教師可以提出任務(wù)要求，增強(qiáng)學(xué)生的規(guī)范意識(shí)；通過提問，引導(dǎo)學(xué)生從不同應(yīng)用群體和場景角度思考：人工智能、技術(shù)的發(fā)展會(huì)給校園生活帶來怎樣的改變？學(xué)生結(jié)合實(shí)際生活體驗(yàn)，通過小組討論和查閱國家職業(yè)教育平臺(tái)的課程資源，進(jìn)行資料分析與設(shè)計(jì)思考。

2.任務(wù)分解，調(diào)查研究。在此階段，教師圍繞相關(guān)創(chuàng)新進(jìn)階活動(dòng)，進(jìn)一步明確任務(wù)需求。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生平均分成3至4人小組，各小組利用教師提供的課程資源，圍繞各組選定的主題，針對研究背景、研究目標(biāo)、要解決的問題，結(jié)合研究思路和研究方法，羅列關(guān)鍵點(diǎn)。在這個(gè)過程中，教師可以為學(xué)生提供必要的引導(dǎo)，如小組在設(shè)計(jì)“自動(dòng)測溫”這一功能時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生考慮如何將控制板、傳感器、電源等開源硬件進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測溫功能，可以提供模型設(shè)計(jì)原圖，讓學(xué)生修改，實(shí)現(xiàn)對模打印等。

3.設(shè)計(jì)制作，迭代改進(jìn)。在此階段，教師可以給學(xué)生提供開源硬件和3D打印機(jī)、3D建模軟件、思維導(dǎo)圖軟件等，引導(dǎo)學(xué)生將想法快速呈現(xiàn)出來，鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新、自由探索。學(xué)生按照設(shè)計(jì)模型，通過建模，完成任務(wù)攻關(guān)、硬件裝配、程序調(diào)試、診斷測試等，通過對比任務(wù)要求，不斷試錯(cuò)、迭代改進(jìn)。如有小組設(shè)計(jì)“自動(dòng)垃圾桶”，項(xiàng)目完成后，還要對垃圾桶的自動(dòng)開關(guān)、位置感測、語音提醒、容量提示等進(jìn)行測試，不斷改進(jìn)，設(shè)計(jì)最優(yōu)產(chǎn)品。在這個(gè)過程中，教師有針對性地給予指引，實(shí)時(shí)觀察學(xué)生的操作，要求學(xué)生記錄工程筆記，用于評測學(xué)生的創(chuàng)新思維水平。

4.展示作品，交流評價(jià)。作品完成后，集中演示，驗(yàn)證應(yīng)用效果，傾聽反饋與建議。學(xué)生需要準(zhǔn)備好演示文稿，介紹項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案、創(chuàng)新點(diǎn)、國家職業(yè)平臺(tái)資源使用情況等。而教師從STEAM設(shè)計(jì)視角出發(fā)，針對各小組的作品設(shè)計(jì)，提出改進(jìn)建議，進(jìn)行點(diǎn)評。之后，學(xué)生回顧項(xiàng)目活動(dòng)的過程與感受，完成項(xiàng)目報(bào)告及評價(jià)量表。

5.遷移應(yīng)用，總結(jié)提升。此次項(xiàng)目活動(dòng)要求學(xué)生掌握智能設(shè)計(jì)的原理，促使學(xué)生科學(xué)思維、技術(shù)思維發(fā)展，在分析問題、收集資料、方案設(shè)計(jì)和問題解決的同時(shí)，重新整合知識(shí)，通過遷移運(yùn)用，體現(xiàn)STEAM教育價(jià)值。

（二）應(yīng)用效果分析

1.實(shí)踐效果分析。此次STEAM課程由2名教師協(xié)同教學(xué)，根據(jù)課程主題，輪流主講。課后經(jīng)過了解，兩位教師均認(rèn)為項(xiàng)目學(xué)習(xí)是STEAM課程教學(xué)的好形式，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。主講“智能輔助機(jī)器人”主題的教師表示，項(xiàng)目難度較大，但學(xué)生完成得較好。借助國家職業(yè)教育平臺(tái)實(shí)訓(xùn)中心的VR課程，學(xué)生可以身臨其境體會(huì)。有小組完成了利用手勢遙控機(jī)器人機(jī)械臂抓取物體的任務(wù)，學(xué)生的信息獲取、動(dòng)手操作能力都得到了鍛煉。主講“未來校園”主題的教師認(rèn)為，項(xiàng)目貼近學(xué)生實(shí)際，涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、生態(tài)建設(shè)、智能設(shè)計(jì)等學(xué)科知識(shí)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)教師提供的課程資源，實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。可見，課程學(xué)習(xí)中，盡管學(xué)生的水平有差距，有的學(xué)生從來沒有接觸過Arduino，但是學(xué)習(xí)能力很強(qiáng)，從最基礎(chǔ)的功能入手，按照任務(wù)單，通過自主探究、小組合作等方式，很快能掌握基礎(chǔ)知識(shí)；而有的學(xué)生有一定的知識(shí)基礎(chǔ)，可選擇的主題相對更復(fù)雜，實(shí)踐效果也較好。兩名教師均表示，各小組的方案水平和作品超出預(yù)期。

2.學(xué)生調(diào)查結(jié)果分析。通過現(xiàn)場訪談、問卷調(diào)查，采集學(xué)生基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)和項(xiàng)目工程筆記，從跨學(xué)科思維、資源應(yīng)用、技能掌握、問題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作等維度了解情況。調(diào)查結(jié)果表明，學(xué)生的跨學(xué)科思維有所提升，運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問題的意識(shí)有所增強(qiáng)；學(xué)生對國家職業(yè)教育平臺(tái)的資源有了更深入的了解和運(yùn)用，有95%的學(xué)生完成了學(xué)習(xí)任務(wù)；圍繞“是否愿意繼續(xù)參與STEAM課程學(xué)習(xí)”的問題，92%的學(xué)生希望繼續(xù)參與，并非常認(rèn)可小組合作學(xué)習(xí)方式；圍繞“學(xué)習(xí)過程中印象最深的環(huán)節(jié)”這一問題，大部分學(xué)生表示是動(dòng)手動(dòng)腦解決問題的過程?？梢姡ㄟ^STEAM教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生掌握了知識(shí)與技能，解決實(shí)際問題的能力與創(chuàng)新能力均有所提升。此外，通過師生交流和課堂觀察可知，學(xué)生對借助國家職業(yè)教育平臺(tái)資源參與STEAM項(xiàng)目表現(xiàn)出較高的興趣。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生經(jīng)歷了用計(jì)算機(jī)建模、用3D打印機(jī)打印模型、編程、測試等過程。

基于國家職業(yè)教育平臺(tái)開展STEAM教育，貼合當(dāng)前我國STEAM教育的現(xiàn)狀，為教師融合多學(xué)科知識(shí)，開發(fā)與整合STEAM課程提供資源支持，有利于學(xué)生全面發(fā)展。未來，研究團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)圍繞國家職業(yè)教育平臺(tái)的技術(shù)與工程課程，拓展學(xué)科實(shí)踐范圍，擴(kuò)寬STEAM教學(xué)共同體，積極探索適合我國STEAM教育實(shí)施的有效方式。

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（本文系2021年度甘肅省“十四五”教育科學(xué)規(guī)劃STEM教改實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)資助課題“基于學(xué)習(xí)共同體的STEM教育校本教研機(jī)制研究——以西北師大附中為例”的研究成果，項(xiàng)目立項(xiàng)號：GS[2021]GH？ BZX101）

編輯：彭雪亮