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基于项目的STEM教学模式在数字电路课程教学中的应用

2020-12-08张宇哲

魅力中国 2020年30期

张宇哲

(宁夏地质工程学校,宁夏 银川 750000)

一、STEM概述

在新课表的要求下,对人才培养提出了更高的要求。这就要求教师在开展课堂教学的过程中,不仅要注重知识的传授,更要在此基础上,加强学生综合能力的培养。于是学科整合这一理念也应运而生。STEM就是一个科学整合理念,其中S代表科学,T代表技术,E代表工程,M代表数学。在该理念下,要求在教学活动中,必须将这四门科学进行有逻辑、有组织的结合实际上以科学知识为中心,将数学知识作为辅助工具,使学生积极参与工程、技术实践,从而综合开发学生的探究能力、实际解决问题的能力等。

二、STEM教育的优势

(一)跨学科。跨学科是STEM最重要的核心特征,该技术是人类为实现社会需要而创造和发展的手段、方法和技术的总和。在数字化时代,在实施STEM教育中突显技术的作用,将信息技术融入工程、数学等相关领域,引导学生更有效地运用数字化技术去便捷、科学、创新地完成学习。

(二)数字化。在数字化时代,特别是人工智能时代,必须让学生具有很强的数字化意识与能力,能灵活应用各类数字化技术去发现问题、获取资源、解决问题,掌握计算机编程能力,具有互联网、大数据思维以及高阶思维。为此,STEM教育要把重点放在感悟“智能、智慧”的大数据时代上,引导学生的思维方式从自然思维转向智能思维。在数字化时代,STEM教育应致力于培养学生用数字化技术去创新、去分享。

三、传统的数字电路教学

“数字电路”是一门理论性和实践性均较强的课程,它的数学理论以包含逻辑代数基本公理、定理、规则等的布尔代数为基础。教学过程中有大量的逻辑电路设计、逻辑推理、逻辑运算,在学习过程中,中学生经常感到抽象、无味、理解困难,难以将抽象知识和实际应用相结合。传统的课堂教学理念不仅停留在以知识为中心的理念上,还停在教书层面上,课堂的生态状况还是教师在“讲授结合教材配套课件”或者是“边讲授边板书”两者之间选择某一种,将教材上的内容基本上原封不动地搬到课件上。另外“数字电路”实验教学过程中广泛采用数字式实验平台或实验箱接线式实验设备,而实验内容的设置多为验证性实验,探究性和综合性实验相对较少。实验内容缺乏独创性,难以满足不同水平学生的学习要求,不利于培养学生的创新能力和实践能力,实验教学难以发挥应有的作用。

四、基于项目的STEM教学模式在数字电路课程中的实践

(一)教学目标设计

基于项目的STEM教学模式是在完成项目的过程中,以提高学生的STEM素养为目的,通过STEM素养作为框架来指导项目的目标设计。教师在教学中应根据课程进度及课程内容选取与本章节相关内容的教学实例应用于课堂当中。实例要结合工程实际,难度要适中。数字电路主要分为组合逻辑电路与时序逻辑电路两大类,这两类电路的分析与设计又是本课程的重点章节,在学习了触发器的电路结构、逻辑功能及时序逻辑电路的分析设计方法等基础理论知识之后,教师可以结合本课程特点、课程进度及本学期所授课班级特点,设计一个同步十进制数码显示计数器电路的教学实例,加深学生对理论知识的认知,从而保证教学顺利推进。

(二)STEM教育理念重视培养学生的综合素养

在STEM教育中,教师和家长需要共同努力,去引导学生阅读与数字电路知识有关的书籍,比如科技读物、工程读物、信息技术读物等等,并且在节假日的时候可以带领学生去参观科技博览馆,让学生了解科技的发展以及先进的科学技术,让学生感受到来自数字电路知识带来的魅力,这样有利于挖掘学生的潜能,培养学生的创新思维能力。目前,我国正处于教育事业改革的重要阶段,从单一教学逐渐转化为综合教学以及跨学科教学。STEM教学模式不但可以培养学生的数字电路学习兴趣,还可以促进各学科知识的综合运用,提高学生的学习能力。

(三)结合STEM教育理念,全面提高学生的学习兴趣

兴趣是最好的老师,也是学生开展学习的原动力。因此,在教学中,激发学生的学习兴趣,促使学生积极主动参与到课堂学习中,历来是教师关注的重点。一直以来,课堂教学受到传统教学模式的影响,学生学习兴趣低下,甚至部分学生逐渐产生了厌烦的情绪。面对这一严峻的现状,教师在开展教学活动中,可充分借助STEM理念,将物理学科与其他学科之间进行有效整合,并将其设置成与学生实际生活相关的问题,进而引导学生对其开展探究。

基于项目的STEM教学模式可以充分调动学生自主学习的积极性,激发了学生的主观能动性,从项目的发布到认知再到进一步实施,学生从中体会了探索的乐趣,并加深了对基础知识的理解,为后续课程的学习及实践操作能力的提升夯实了基础。