STEAM教育在中职电工电子技能教学的运用

谷加璐，李光明

（南宁师范大学 物理与电子学院，广西 南宁 530299）

0 引言

当今社会，越来越关注科学、技术、工程、艺术、数学在教育中的作用。STEAM教育注重培养学生的实践能力，对提升学生的综合素质有很大的帮助。中等职业学校（以下简称中职）电子信息技术专业的学生缺乏实践操作经验，很少将所学到的知识化为实践能力。将STEAM教育运用到中职电工电子教学中，能够把理论知识转化为自身能力的一部分。同时STEAM教育将公共基础课和专业课相融合，能够提高学生的科学素养、动手实践、团队交流探究、创新思维等能力。

1 STEAM概述

STEAM是将科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）等多种学科整合在一起的综合性课程，是当今世界上最流行的一种教育理念，其目的是为国家培养科学和工程技术方面的人才。STEAM教育最早由美国提出，STEAM以整合的教学方式，强调知识与能力并重，倡导“做中学”，强调创新与创造力培养，注重知识的跨学科迁徙及其与学习者之间的关联[1]。打破传统学科独立的教学做法，强调跨学科学习，注重面向现实中的具体问题，寻找解决问题的思路和方法，强调知识的综合运用和创新思维。

1.1 STEAM教育国外发展历程

STEAM教育最早是由STEM教育发展来的，发展历程如图1所示，1986年，美国根据国内现状发布了《尼尔报告》；1989年，美国对STEM教育进行完善。2007年，美国发现STEM教育存在一定的教育缺陷，导致美国在某些领域处于落后状态，为了扭转这一现状，颁布《国家竞争力增强法案》，加大了对教师的培训和教育的投资。2015年，美国颁布《STEM教育法》，将艺术纳入到STEM教育中，形成STEAM教育。其他国家也将STEAM教育引入到自己的教育体系中，将其运用到教学实践中，取得了良好的效果[2]。

图1 STEAM教育国外发展历程

1.2 STEAM教育国内发展历程

随着我国社会的发展，对科学技术人才的需求越来越大，我国也将STEAM教育理念引入到教育体系中，并在2015年“十三五”期间提出STEM教育理念。2017年，在小学教育中进行相关实践[2]。我国对引进的STEAM教育理念进行了适当的修改，符合国内的实际情况。例如：山东省在小学信息技术教材中加入编程的内容。2013年，第一届中小学STEAM教育创新论坛在温州举办。社会上也涌现出很多STEAM教育机构，目前国内STEAM教育还不能够普及，对多数偏远地区更是遥不可及。

1.3 STEAM教育目标

STEAM教育是以学生为中心，从学生角度出发的教学理念，将理论知识与技能实践相结合，提升学生的创新思维和动手能力，最终目的是培养一批专业技术人才。将STEAM教育与中职电工电子类教学相融合，培养中职学生的实际动手能力与应变创新能力。

2 中职学校电工电子类专业实训现状

2.1 实训内容与理论脱节

我国的中职学校教育普遍存在重视理论知识的学习，理论教育所需时间相对较长，没有足够的时间进行实践教学[3]，特别是电工电子类专业更加注重理论学习，忽视实训教学。这些问题将导致学生在面对相应工作岗位时缺乏适应能力，一方面是学习的基础理论薄弱，另一方面是缺乏动手实践能力，在面对实习岗位时也都是走马观花，还没有深入了解就已经结束了实习课程，同时在遇到实际问题时也不知道该如何进行应对[4]。

2.2 缺乏实践与创新

学生在学习过程中专业知识掌握不够全面，实际动手能力不足；老师在实训教学过程中担心学生的不正当操作会造成不必要的麻烦，就会让学生进行观摩学习，减少动手操作的机会；在生产实践中遇到实际问题，往往缺乏思考，缺少解决问题的能力，更谈不上如何实现创新[5]。

3 STEAM教育在技能竞赛的运用

2016年教育部出台的《教育信息化“十三五”规划》指出有效利用信息技术，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式。全国各地将STEAM教育科目列入教学、考试体系，而STEAM教育正好符合中职教育对技能教学实践动手能力的培养[6]，相应的教育培训机构层出不穷。STEAM教育理念在教师队伍中得到更多的关注与认可。

3.1 STEAM教育在教学中的作用

3.1.1 促进理论与实践相结合

在中职电子电工专业的教学过程中，理论知识枯燥乏味，并且电路原理图让中职学生来进行分析还有一定的难度，可以采用仿真教学与动手操作相结合。理论与实践相结合流程图如图2所示。

图2 理论与实践相结合流程图

在条件允许的情况下，边动手操作边对理论知识进行验证，再将几个简单的电路进行结合，对比分析产生结果的原因，再让学生根据电路连接对电路进行美化，可以为电路做包装也可以对电路进行优化，实践操作图如图3所示。条件不允许的情况下，运用仿真软件对电路进行理论分析，让学生对电路组成的元器件有一个直观的认识[7]。电路仿真图如图4所示。

图3 实训操作

图4 电路软件仿真

3.1.2 促进学生主动学习，突破思维界限

在学生实训的时候，根据小组合作的优点，图5所示，教师将学生分为若干小组，将各学科的知识进行整合，给实训课增加可操作性、自主性，提高学生的创新思维，突破学科间的界限，提升学生综合素质。例如，教师对电路进行分析，布置学习任务，提供必要的环境和设备，让学生自己进行操作，学生通过小组合作，充分发挥自己的想象力和创造力，自己动手完成作品的设计，每个学习小组将完成作品的过程进行详细记录，最后汇总做出详细的作品说明书，并录制视频进行讲解。其中，动手操作锻炼学生的实践能力，过程记录有利于学生将各学科知识进行整合，完成作品的说明书训练学生行文写作能力，视频讲解培养学生口头表达能力，最后教师对学生的设计、操作以及创新进行点评促进学生综合实践能力的提升。

图5 小组合作优点

同时，将专业知识与实际应用相结合，在项目教学中体现出来，学生在焊接的过程中，将知识与实践相结合。这样不仅可以激发学生的学习积极性，也有助于增强他们的学习的信心，促进良好的发展。

学生通过焊接PCB板的过程，熟悉了焊接流程和提高了动手能力。学生在遇到问题时能够独立思考，选择适合自己的方式解决问题，打破思维唯一性的限制，创新和专业能力得到进一步的提升[8]。

3.1.3 促进教师引导学生学习

STEAM教育理念突出学生学习主体地位，教师要根据自身的优势来教导学生，学生学习才能水到渠成。教师也要激发学生潜在的学习动力，结合自身的实践经历和对行业的认知，帮助学生熟悉相关专业的发展前景，有目的地引导学生进入相关的专业领域。在学习过程中，教师需要时刻关注相关专业的发展，根据发展现状对教学课程进行相应的修改，引导学生朝着正确的方向发展。同时，教师还应鼓励学生勇于探索未知，不断保持自主求知欲望。

3.1.4 依托技能教学开发项目，促进团队合作

以技能教学为目的进行项目开发，整合学生所学的专业知识和技能，体现学生分析问题和解决问题的能力。例如，FRC（FIRST Robotics Competition）比赛是机器人竞赛，它面向的对象为中学生。参与比赛需要项目管理、控制、机械、艺术设计、信息技术等跨学科的知识和技能的融合运用，在提升学生专业水平的同时也使学生理解如何实现竞争与合作。

3.2 STEAM教育的教学应用

3.2.1 开展学科竞赛

STEAM教育理念的效果在竞赛中的运用需要通过学科竞赛来进行体现，技能实训教学能够使STEAM教育在中职学校有更好的发展，融合多种学科内容，教师通过课程活动中的设计对学科进行衔接，引导学生对不同学科的知识进行了解和融合运用。教师还应该记录学生个性发展，对学生在学习过程产生的创意进行记录，它能够帮助学生成长、培养学生的创意表达，也能够帮助教师全面了解学生[9]。

3.3 电子艺术项目

本项目是以纸电路套件为学习用具，让学生充分发挥自己的创造力去进行艺术创作，实现创新发展。

教师将电路原理图和电子装配元器件分发给学生，学生和老师讨论如何将电路和折纸艺术有效结合在一起，创造出“纸电路”艺术作品。教师在指导学生创作的过程中，不再使用传统的方法（使用电烙铁和焊锡丝），而是通过搭建相应电路来进行设计。学生也可以采用不同的电路连接方式，搭建属于自己的电子艺术作品。

通过对电子艺术项目的创作，学生能够了解电子艺术项目的基本原理和组成部分，在学习电子艺术项目的过程中，将相应的传感器运用到电子艺术项目上，创作出更多有趣的电子艺术作品。

3.4 制作循迹小车

本项目需要利用传感器技术和相关单片机来进行无人驾驶的模拟，在项目制作的过程中，需要掌握信息提取、信息处理等无人驾驶技术，同时也需要掌握传感器在单片机技术中的处理速率和相关算法，从中职学生的角度，探索项目教学的课程，进一步培养他们的创新思维和创新能力。

项目制作流程如图6所示，教师需要根据本班学生的实际情况对学生进行分组，再简单的介绍设计循迹小车的思路，根据需要实现的功能来设计具体的电路。在介绍的过程中，让学生思考循迹小车的制作，学生经过思考和讨论对问题进行解答。通过讲解相关电路并对元器件进行介绍，学生对元器件需要有一个感官的认识，准备工作完毕就对学生进行操作上的指导。小组成员需要分工进行合作，组与组之间可以进行交流，做到信息传播的流通，打破组间、组内的信息隔阂。

图6 循迹小车项目教学流程图

学生在教师的指导下，熟悉电路EDA设计软件，自己动手操作画出相应的电路原理图及PCB图，遇到不懂的地方，找老师或者同学进行解决，同时记录问题及解决方法，课后可以再思考能否找到其他的解决方法或者更便捷的操作。最后学生需要认识所需元器件，能够依据电路原理图和元器件清单对电路进行焊接及调试，小组成员记录调试过程出现的问题、解决方法，加强学生团队合作，提高实践能力，学生也可以根据记录表的记录来发现自己的不足，从不足中寻找进步。图7为学生在电路设计软件绘画的电路原理图，图8为PCB图。

学生在对循迹小车项目进行设计的过程中，通过对元器件的选择、购买、PCB板的制作、程序的编写、电路测试再到总结汇报，涉及到打孔、硬件包装、制图等机械专业知识，还涉及到C语言、电路分析、焊接技术等课程。通过对循迹小车的制作，将STEAM教育和项目教学结合，提高了学生的学习自主性和积极性。

图7 循迹小车原理图

图8 循迹小车PCB图

4 结语

综上所述，在中职电工电子的教育中，STEAM教育理念与技能教学紧密结合，将各类学科知识融入到专业课知识的学习和应用中，形成一种新的教学模式，学生在这种新的模式下学习可以提高自己的职业素质和创新思维能力。利用STEAM教育的特点，将学生所学知识进行融合，激发学生的学习兴趣，提高学生的专业技能和素质，促进学生的交流和合作，培养学生探索学习、创新的能力。