基于STEM学习生态系统的高职学生职业能力培养体系构建与实践

徐征宇 王兴

摘 要 STEM教育有助于学生提高综合素质，掌握未来社会必备的职业技能和创新能力，已经成为许多国家长期坚持的重要教育战略。STEM教育同高职教育结合培养技术技能型人才有其深层次契合点和必然性。在深入分析高职STEM学习生态系统内涵与特点的基础上，提出以职业能力与素养培养为目标，以STEM学习生态系统建设为中心，以实践项目为载体，以STEM跨学科教育为内容，以多阶段递进式专业选修课为形式，以多维度教学绩效评价体系为保障的高职STEM教育培养体系构建路径。

关键词 高职教育；学习生态系统；STEM教育；职业能力；人才培养体系

中图分类号 G718.5 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2018）02-0044-05

STEM（Science，Technology，Engineering，and Mathematics；科学、技术、工程、数学）是四门学科的简称，但是STEM教育并不是这些学科教育的简单叠加，而是通过将四门学科内容组合、形成一个有机的整体，实现对科学知识的解释运用、科学探究的项目实践以及具体应用性工程设计相结合，其目标是整合各领域知识、技能，将知识的学习与具体工程实践相结合，通过解决真实世界中的实际问题，培养综合素质高、动手实践能力强的创新型人才[1]。美国、芬兰等多国的具体实践表明，STEM教育有助于培养学生的科学探究能力、创新意识、批判性思维、信息技术应用能力，并有可能在学习者的未来生活和工作中持续发挥作用。STEM教育已经成为提升国家竞争力的强有力助推者，仍将是今后许多国家长期坚持的重要教育战略。

国内外STEM教育取得的成就表明，STEM教育理念同高职教育具体实践相结合将会极大地改变高职学生传统培养体系，充分提高高职学生职业能力与综合素养的培养质量，促进个体自我成长、社会适应性、岗位竞争力和职业发展性等属性的提升，改善学生整体技术应用实践能力与自主解决问题能力不足的问题[2]。

一、高职STEM学习生态系统的内涵与特点

学习生态系统如图1所示，是一个由学习共同体及其现实的和虚拟的学习环境构成并自成一体的有机整体，该实体中的人与人、人与环境等元素之间围绕知识的转化进行不断的动态交互。其中，学习共同体是指由学习者和助学者（包括教师、辅导者以及专家等）共同构成的团体[3]。现实的学习环境主要是指传统物质实体条件下的学习环境，包括校园、图书馆、实验实训场所、教室，以及校园文化、校风学风等精神因素以及家庭和社区等校外学习环境。虚拟的学习环境主要是依托互联网、虚拟现实、增强现实等技术构建的网络化、电子化、虚拟化的学习环境。基于学习生态系统理论的教学模式改革对教育发展有重要的推动作用：第一，有助于将传统的教学“以教师为中心”转移到“以学习者为中心”上来。第二，使人们更关注学习主体间的交互以及学习环境的支撑作用，特别是随着互联网技术的不断发展，虚拟学习环境的构建不断得到重视，并和现实环境共同发挥越来越重要的作用。第三，有利于构建基于生态系统多样性理论的多阶段终身学习框架，促进高职毕业生掌握终身学习的生存理念。

高职STEM学习生态系统是原始学习生态系统理论同高职STEM教育相结合形成的产物，是高职STEM教育培养体系构建的出发点和落脚点。一方面，高职教育注重技术技能型人才的培养，更加需要突出“以学习者为中心”，强调从做中学，从实践实训中获取经验和知识，这与学习生态系统观理念是一致的。另一方面，高职教育特别重视实验实训环境的建设，与学习生态系统理论中提倡关注学习环境的支撑作用也是一脉相承的。再者，高职学生毕业后长期处于产业第一线，受产业不断转型升级的冲击和影响也最大，如果无法主动适应生态环境的变化，掌握终身学习的生存理念，那么迟早会被社会和产业发展所淘汰。因此，高职STEM教育与学习生态系统理念相结合是提高人才培养质量、促进高职教育改革、更好服务于产业发展的一个重要方向。

高职STEM学习生态系统包含一般学习生态系统的所有基本元素，包括STEM的学习共同体、STEM的学习环境、学习者与共同体内部人与人之间的交互以及学习者与外部学习环境之间的交互关系。与一般学习生态系统相比，高职STEM学习生态系统的主要特点有：第一，该生态系统中的学习共同体和中小学阶段相比具有更加松散性和形式多样性，兴趣小组、实验实训项目、选修课程、顶岗实习、毕业设计、创新创业以及校企合作项目开发等都可以成为学习共同体组建的依据。第二，该生态系统中的学习环境既可以是现实的学习环境也可以是虚拟的学习环境，但是与其他生态系统的学习环境相比，更加注重真实职业过程的沉浸式体验和训练。第三，在该生态系统人与人之间的交互过程中，更加注重以职业需求为导向的人际交往和沟通能力以及团队协作能力的提高，为不久之后的就业和社会发展奠定基础。第四，在该生态系统中，人与环境的交互过程以建立科学合理的专业技术能力和职业核心素养评价反馈机制为前提，贯穿整个教学过程以及毕业生成为职业人的成长历程。另外，高职STEM学习生态系统是一个动态的系统，根据区域经济和社会发展的需要而不断演进，始终处于螺旋式进化的过程之中。

二、基于STEM学习生态系统的高职学生职业能力培养体系构建与实践探索

基于STEM学习生态系统观的高职学生职业能力培养体系架构如图2所示，整个体系的构建首先需要受国家产业转型升级政策导向、区域经济社会发展需求等学习生态系统外部因素的影响，同时服从高等职业教育发展基本规律和立德树人根本任务的支配，它们在宏观层面塑造着生态要素的形成。另外，该培养体系的构建始终围绕提高高职学生职业能力与素养的目标，以STEM学习生态系统建设为中心，以实践项目为载体，以STEM跨学科为内容，以阶梯式专业选修课为形式，以多维度绩效评价体系为保障，开展技术技能型人才的培养。

（一）以STEM学习生態系统建设为中心

如果没有完善的高职STEM学习生态系统，那么基于STEM理念的人才培养就是空中楼阁。而在高职STEM学习生态系统建设中，应特别注重学习环境的建设。首先，需要建立一个融已有正规教育、非正规教育以及课外教育于一体的跨部门合作的STEM现实学习环境。其次，在虚拟环境的建设中，注重职业的真实体验，通过仿真企业实际岗位环境、工艺流程以及技能操作规范，降低高职教育与STEM教育相结合的操作成本。最后，鼓励在高职院校以专业群为单元，在现有实验实训场地、创新创业实践基地以及创客空间等场所的基础上建立专门的校内STEM教育场地。另外，还需要特别重视高效学习共同体的建设。

（二）以实践项目为载体

构建基于STEM学习生态系统观的高职学生职业能力培养体系必须要有一个关键的载体，传统的高职教育本身注重项目化教学，而STEM教育围绕一个个跨学科的综合性知识点与项目开展教学，因此，以项目为载体的实践性教育是两者的重要契合点。利用跨学科整合的实践项目设计模式[4]，在基于真实问题的高等教育STEM项目教学设计基础上综合考虑学生职业能力的培养。项目的形式可以是课内项目、课外项目、实训项目以及企业项目等。

（三）以STEM跨学科教育为内容

来源于真实问题的高职STEM实践项目所涉及的教育内容是综合的、跨学科的，且是以专业具体课程为基础的。具体专业课程教育有利于学科学习的深入性和系统性，而STEM教育在综合运用知识解决实际问题，提高应对未来社会职业挑战的能力方面前景广阔，两者的教育内容合理互补，能充分发挥各自优势。但是研究任何一个真实项目，获取知识、方法的过程往往是随机的，以项目为载体的STEM教育中，需要在STEM跨学科教学内容的系统性与项目实践中获取知识的随机性之间找到平衡。

（四）以多阶段递进式专业选修课为形式

基于STEM学习生态系统观的高职教育是围绕培养目标形成的多阶段递进式人才培养模式，各阶段衔接有序，分层递进，逐步达到职业能力与素质培养的目的。这种模式的实施依据可以从两个维度进行分析。从教学内容深度看，STEM跨学科教育是以专业具体课程为基础，高职专业课程教育是多阶段递进式的，那么STEM教育也应该采取类似的形式。从教学范围广度看，高职STEM教育的实践项目涉及专业群内的学习共同體、跨专业群跨分院的学习共同体、跨学校跨校企的学习共同体，是一个逐渐扩散、分层递进的过程。

（五）以多维度教学绩效评价体系为保障

多维度的评价体系是基于STEM学习生态系统观的高职学生职业能力与素养培养体系发挥作用的保障。按照高职STEM学习生态系统的组成，对应的多维评价体系应该包括：第一，在学习共同体层面上，需要关注学习共同体特别是学习者在终身学习、专业学习、自我成长及职业能力与素养等方面取得个人视野的拓展[5]。第二，在STEM项目设计层面，重点关注项目与学习共同体背景、兴趣和生活经验的契合度，还有项目提供的学习资源与学习机会以及项目的可参与度与有效性。第三，在学习环境建设层面，重点关注用以支持优质STEM教育项目发展的资源与机制，各类场景（校内、校外、企业等）在STEM教育中所发挥的整合与衔接作用，以及与职业岗位真实性的结合度。

三、基于STEM学习生态系统的高职学生职业能力培养体系实践探索

浙江广厦建设职业技术学院软件技术专业的目标是培养适应传统产业转型升级和IT行业快速发展需要，德、智、体、美全面发展，具有扎实的专业基础理论知识，熟练掌握专业技能，职业素质优良，实践能力突出，具备一定的创新精神、创业意识及创新创业能力，适应软件开发一线技术、管理等职业岗位群要求的高素质技术技能型人才。整个三年制的软件技术专业人才培养模式包括三个阶段：基本专业技能与素质培养阶段，项目综合开发实训阶段以及工学交替顶岗实习阶段。在基本技能与素质培养阶段，主要完成对学生人文通用知识、基础技能、专业基本知识和专业基本技能的教学和训练。在项目综合开发实训阶段，主要是强化学生的企业项目综合开发能力，通过项目化教学、任务驱动、教与练交替等形式让学生在学校机房、实验实训基地完成企业级项目案例的完整训练。在工学交替顶岗实习阶段，安排和鼓励学生到周边区域IT企业和校外实习基地参加顶岗实习，让学生在实际工作岗位中得到工作经验，培养学生的劳动观念和职业素养，使学生具备企业工作的实际技能和素质[6]。

如图3所示，在2016年开始实施的STEM教育同高职教育一样也是分多阶段递进进行人才培养，每个阶段的STEM教育占3个学分，以专业选修课的形式实施，4人自由组队完成2个STEM项目。高职数学作为STEM跨学科教育的重要组成，必须进行相应改革。首先，在基本技能与素质培养阶段，开设高职数学与数学文化的公共必修课，根据专业和实际的需要，以“必需、够用”为原则，并作为初级高职STEM教育的基础准备，开展高职数学教学。本阶段对应的初级高职STEM教育项目以专业基础知识同STEM跨学科结合为主，面向学院计算机专业群内的学生。其次，在项目综合开发实训阶段，开设计算机数学软件与应用和高职数学建模等数学类公共选修课，通过学习Mathematica、MATLAB、SPSS等数学工具软件的应用以及数学建模实践，培养学生解决实际问题的数学意识、计算技能、计算工具使用技能和数据处理能力。本教育阶段对应的中级高职STEM教育项目以专业项目开发技能与STEM跨学科知识、数学建模以及数学工具应用的结合为主，面向全校工科学生并突出学习共同体内部的分工协作。最后，在工学交替顶岗实习阶段，学生以校外顶岗实习为主，鼓励学生同企业同事、校外人员、校内师生建成学习共同体，自选一个来自生活或者企业的与STEM跨学科教育相结合的项目，也可以同毕业设计选题相结合，在校外学习环境和复杂学习共同体构成的生态系统中完成，见表1。

每个高职STEM项目中都应该包括对科学、工程、技术与数学的整合，整合课程内容的方式可以有很多种[7]。浙江广厦建设职业技术学院在美国《新一代科学教学标准》[8]的基础上对项目内容结构进行整合，每个项目内容分为“表现期望+基础盒子+连接盒子”三部分，表1中示例“网页搜索”项目跨学科整合的主题内容结构呈现方式见表2。其中，表现期望是指学习者完成该项目时应达到的行为能力和素养；基础盒子是指达成表现期望所需要的基础，比如STEM相关学科的核心概念、共通概念，工程实践相关要素等；连接盒子试着项目生态系统中人与人、人与环境的交互以及与高职教育原有培养体系的联系。该项目内容的设计方式为实现STEM学科间的全面整合提供了有效途径，有一定的参考价值。

四、结论与启示

浙江广厦建设职业技术学院软件技术专业从2016年开始通过改革高职数学课和开设STEM教育公选课进行高职STEM教育尝试，虽然以校内实践项目和校内STEM学习环境为主且实施时间短、覆盖范围小，还无法对人才培养绩效进行有效量化评估，但是通过一年的具体实践，发现学生对课堂的参与积极性有很大提高，也愿意利用课余时间以及各种信息工具完成项目，另一方面则通过实践探索进一步明确了深入推进STEM教育同高职教育融合的重点工作方向。

首先，加快STEM教学资源建设和师资培养是更好开展高职STEM教育的基础。在项目为载体的高职STEM教育课程体系中，现实岗位情景和真实社会工程问题是STEM跨学科知识整合的桥梁，所以，STEM课程资源的建设要强调“问题情境”，重视情境的真实性，学生只有借助真实的情境问题才便于能力与知识的迁移[9]。在这种要求下，STEM课程教学资源的建设必须依靠具有实践经验的校外科学家、企业工程师、技术人员和一线专业教师合作开发。另外，应鼓励从学校实际出发，根据区域经济社会发展的特点和需求，开发具有可行性的高职STEM教育项目化“校本教材”。STEM教育课堂灵活多样，对教师的知识储备和临场解决问题的能力提出了极高的要求，必须通过建立健全STEM教师的职前、职中和职后的培训体系，提高教师的实践和动手操作能力，并让STEM教师在专业知识、教学技能上能够保证持续发展。

其次，进一步建立实时的、多元化、多维度的形成性教育评价体系作为提升STEM教学效果的保障。以在“真实情境”中“做中学”为特点的STEM教学，超出了传统教学中的纸笔评价，特别强调实时性、多元化和形成性的评价，而目前本校采用的评价模式还基本是基于设计报告、项目成果、团队分工以及成果展示等进行的结果性评价。现代信息技术的进步将对进行形成性评价起重要推动作用，让学习者同教师等助学者之间能够利用各种信息化工具进行实时互动，并允许教师对学生的STEM学习过程和学科知识的理解程度进行交互式的实时评价和反馈。这更需要根据高职STEM教育的特点通过建立一个多元化、体系化的评价指标体系作为依据。

最后，整合性STEM教育有助于工程类高职教育使命的完成，应把STEM教育同高职教育的融合作为高职教育改革发展的一个重要方向并长期坚持。STEM跨学科教育中科学、技术、工程、数学是知识密集型经济中合格的技术技能人才所需的基本技能，几乎所有与科技相关的职业都需要这四门学科的知识作为基础。特别是面对互联互通为基本特征的第四次工业革命以及“中国制造2025”、工业4.0时代的到来，对高等职业教育系统培养技术技能型人才提出更高的要求，被美国视为维持国际竞争力、应对21世纪挑战的国家利器的STEM教育，有利于高职学生职业能力与素质的长远发展，增强人才的创新思维和创造能力、实践能力、解决复杂问题等能力，将必然成为促进我国经济发展和增强国际竞争力的核心动力之一。

参 考 文 献

[1]冯华.STEM教育视野下的综合课程建设[J].中小学管理，2016（5）：14-16.

[2]王悦.STEM教育理念与我国职业教育的融合——应然向度与实然困境分析[J].软件导刊·教育技术，2017（3）：36-39.

[3]张豪锋，卜彩丽.略论学习生态系统[J].中国远程教育，2007（4）：23-26.

[4]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（4）：13-22.

[5]陈舒，刘新阳.美国校外STEM教育成效评价：视角、框架与指标[J].开放教育研究，2017（2）：102-110.

[6]李洛，古凌岚，汪清明.“三阶段技能递进式”高职软件技术专业人才培养模式实践[J].职业技术教育，2010（32）：12-15.

[7]李春密，赵芸赫.STEM相关学科课程整合模式国际比较研究[J].比较教育研究，2017（5）：11-18.

[8]National Research Council.A Framework for K～12 Science Education： Practices，Crosscutting Concepts， and Core Ideas [M].Washington， D.C.： The National Academies Press，2011：107.

[9]郑浩，王者鹤，马永红.OECD“催化剂项目”中的STEM教学模式及其启示[J].中国电化教育，2017（8）：53-59.

Construction and Practice of Professional Competency Cultivation System in Higher Vocational Education Based on STEM Learning Ecosystem

Xu Zhengyu， Wang Xing

Abstract STEM education can help students to improve the overall quality and master the necessary vocational skills and innovative ability in the future society. It has become an important long-term educational strategy in many countries. The combination of STEM education with higher vocational education for the training of technical skilled personnel has deep connection and inevitability. On the basis of in-depth analysis of the connotation and characteristics of STEM learning ecosystem in higher vocational education， this paper puts forward the construction way of STEM education training system and carry out specific exploration practice including： aiming at the cultivation of professional ability and accomplishment， taking STEM learning ecosystem construction as the center， taking practice-project as the carrier， taking STEM interdisciplinary education as the content， taking the multistep optional course as the form， taking the multi-dimensional teaching performance appraisal system as the safeguard， and so on.

Key words higher vocational education； learning ecosystem； STEM education； professional competency； talents training system

Author Xu Zhengyu， research associate of Zhejiang Guangsha College of Applied Construction Technology（Dongyang 322100）； Wang Xing， associate professor of Zhejiang Guangsha College of Applied Construction Technology

作者簡介

徐征宇（1959- ），男，浙江广厦建设职业技术学院党委书记，助理研究员（东阳，322100）；王兴（1981- ），男，浙江广厦建设职业技术学院科研处长助理，副教授，高级工程师，博士

基金项目

2017年度浙江省教育厅一般项目“基于STEM学习生态系统观的高职学生职业能力培养体系构建”（Y201738343），主持人：徐征宇；2016年度教育部人文社会科学研究青年基金项目“‘国家教育云平台规模化应用的评价体系与推广策略实证研究”（16YJC880082），主持人：王兴