基于STEM能力框架的“物流设施与设备”课程创新

陈东萍，杨晓扬，张少云，刘国栋

（1.临沂大学物流学院，山东 临沂 276000；2.四川大学商学院，四川 成都 610064；3.上海电机学院设计与艺术学院，上海 200240）

0 引言

“工欲善其事必先利其器”，设施设备的合理规划与配置是现代物流系统高效运营的前提。随着科技的快速发展，物流系统的设施设备日趋复杂，其规划、配置、管理、使用和维护的难度也越来越大，对物流专业人才提出了更高的要求。作为物流工程、物流管理和工业工程等专业的专业核心课课程，“物流设施与设备”课程旨在让学生了解现代物流系统中各类设施设备的功能、结构及运作原理，掌握设施设备规划、选型和管理的能力，是培养精物流业务场景、懂先进管理方法、通多学科技术的现代物流复合型人才的重要课程，其主要内容包括仓储、装卸搬运、包装、运输、流通加工、配送等作业环节的设施设备，以及物流信息技术和经营决策方法，涉及物流、机械、电子通讯技术、计算机技术、人工智能等专业知识。课程具有知识点繁多、学科交叉性高、内容更新速度快等特点，导致教学实践中存在学生学习积极性不高、学科交叉理论不足、教学内容与实际问题脱节、思政价值发挥不足等问题。因此，如何提升“物流设施与设备”课程教学内容高阶性、激发学生学习兴趣、充分发挥其课程思政作用，是物流人才培养过程中需要解决的关键问题之一。

STEM是培养具有全面科学素养和创新探究能力人才的教育新形态，是各国教育领域的重要发展战略。STEM教育即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）教育的简写，提倡跨学科教育，使用多学科的思维和知识解决实际问题，旨在培养学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，以提升学生的问题解决能力、复合思维和创新思维。因此，将STEM教育范式应用于《物流设施与设备》的实际教学中，充分发挥此课程学科交叉性高的特点，依据STEM能力框架，结合现代物流复合型人才需求，从知识、技能、态度与价值观三个维度，重新定义课程的教学目标；以行业标准、政府规划、企业发展历程、实际工程案例等行业实际资料为载体，将各相关学科基础逻辑引入课程，打破学生单门课程思维限制，提升学生利用综合知识解决复杂工程问题的能力。

本文研究框架如图1所示，第1部分从学生和教师两方面总结“物流设施与设备”教学实践中存在的问题，并分析其原因；第2部分介绍STEM能力框架包含的8种基本能力，并针对第1部分的教学实践问题，从提升STEM能力的角度提出课程改革的启发；第3部分从教学内容、教学设计、课堂教学和课程思政四个方面总结课程创新举措；第4部分对课程创新进行反思。

图1 研究框架

1 教学实践问题

（1）知识点繁多，但逻辑关系较弱、高阶性不够，导致教学内容枯燥，难以激发学生的兴趣。“物流设施与设备”课程的主要内容是介绍现代物流系统中各类设施设备的功能、结构及运作原理。包括叉车、巷道堆垛机、起重机、封口机、轮船等重型机械设备，以及仓库、港口、混凝土搅拌站、机场、配送中心等现代化物流设施。每一类设施设备按照材料、处理对象、性能等不同标准，又可以分为不同细分种类。例如捆扎机这类常见的包装设备，按捆扎材料不同，分为塑料带、钢带、聚酯带、纸带和尼龙绳捆扎机；按自动化程度不同，分为全自动、半自动和手提式捆扎机；按接合形式不同，可分为热熔搭接式、高频振动式、超声波式、热钉式、打结式和摩擦焊接式捆扎机。

这些知识点繁多且比较零散，背后逻辑关系较弱，若简单罗列，教学内容较为枯燥，难以激发学生学习兴趣、调动学生学习的积极性，学生学习大多靠死记硬背，仅仅为应付考试，不知道所学知识能用来处理什么实际的问题。因此，教学团队从课程设置目标出发，结合现代物流人才培养目标，重构此课程的教学内容。

（2）学科交叉性高，但交叉理论支撑不足，导致教学内容难易程度较难把握，延伸太多讲不完，反之则没有效果。现代物流设施设备较为复杂，其结构、原理大多涉及机械、电子电路、液压、控制科学、通信、运筹学、经济等多个学科专业。以最常见的仓储设备电动叉车为例，其结构包括车体、门架、驾驶室、电控操纵系统、驱动系统、液压系统和能量再生电子控制系统。其中，车体、门架、驾驶室等物理部件的机械设计，既要考虑作业强度、高度、重量需求，又要考虑人机工程学、工业设计等设计学理论，电控操纵系统、驱动系统和能量再生电子控制系统离不开控制理论、电子电路设计理论，而用于起重的液压系统是液压原理的典型应用。此外，电动叉车需要与仓库其他设施设备（巷道堆垛机、高架叉车、AGV等）配合作业，其配置需要运用生产管理、运筹决策等理论支撑。

多学科交叉特性，为教师实施教学过程增加了难度，若将涉及的学科详细展开讲解，一则难度大，二则学时不够；反之，若不深入讲解其他学科内容，则课程教学内容太过浅显，学生学习不到有用的知识。因此，教学团队从教学设计入手，基于系统工程思想，每章确定一个重点讲解的学科，提升课程的理论深度。

（3）设施设备技术发展快，教材内容更新不及时，理论与实践脱节，导致学习内容落后于实际，学生学习的内容难以直接用于解决实际工程问题。随着人工智能、云计算、物联网、数字孪生等技术的迅猛发展，设施设备不断更新换代，然而教材中的设施设备的内容相对陈旧，还是以传统的物流设施设备为主。例如仓储设备中仍然以托盘、地牛、叉车、AGV的介绍为主，并没有数字托盘、AMR、四项穿梭车等最新的设备介绍。另一方面，对于物流技术的介绍较为浅显，只简单罗列了物联网、嵌入式系统、GPS、RFID等技术的定义和功能，缺少技术与具体物流业务场景的结合，以及如何在实施这些技术来提升物流效率。

教学内容与实际、实践脱节，导致学习的知识落后于行业实际发展情况，所学内容难以直接应用于解决实际工程问题。因此，教学团队将将物流技术穿插到各物流作业环节的设备中，以实际工程问题的解决为每个章节的能力目标，提升课程内容的实用性。

（4）课程内容与岗位能力关系密切，但缺乏明显支撑职业能力提升目标的内容，课程对学生价值引领力度不够。此课程介绍的现代物流系统设施设备与物流业务密切相关，现有教材目标中列出了团队合作能力培养、沟通协调能力提升、职业道德建立等职业能力目标。但教材中缺乏支撑职业能力目标的内容，也没有明确引领学生价值观的案例，导致教师在教学实践中难以发挥课程的思政作用。因此，教学团队充分利用课程内容的丰富性，深挖思政元素。

2 STEM能力框架

2019年2月，联合国教科文组织的国际教育局发布了《探索21世纪SETM能力》报告，指出STEM技能主要包括认知技能、信息处理、解决问题与工程思维、科学调查、计算思维与通信技术、设计思维与创新能力、动手操作技能、沟通协作技能等8种技能，见表1。

表1 STEM能力框架及其对课程创新的启发

每1-2个章节，重点训练学生的一种能力。

3 教学创新举措

（1）扎根行业现状，重构教学内容，突出课程的实用性。教学内容服务于教学目标，在“物流设施与设备”课程的教学内容中融入行业标准、政府规划、企业历程、实际工程案例等，将零散的知识串起来，构建物流设施设备的知识体系，让学生了解行业最新进展，为踏上工作岗位做足准备。表2为利用行业资料，通过虚拟仿真实验方式重构“物流设施与设备”课程内容的尝试。

表2 以行业资料和虚拟仿真实验重构课程内容

（2）立足学科交叉，创新教学设计，增强知识的高阶性。在教学设计方面，基于STEM教学理念，将不同学科的基本逻辑贯穿于设施设备的讲解、物流场景运作中，让学生打破单门课程的思维框架，将所学知识融会贯通，用系统工程的思维解决复杂的工程问题。在师资配备方面，构建不同学科背景的教师团队，从全校不同学院招募不同学科背景的学生作为助教，见表3。

表3 各章节交叉学科内容

（3）善用思维方法，打造师生学习共同体，提升学生课堂参与度。将课堂由教师教授知识的过程，转变为师生共同依据思维方法学习知识的过程，打造师生学习共同体，改变学生的接受思维，提升其主动思考、敢于质疑的能力。每个章节学习开始之前，先向学生介绍思维方法，再带领学生将思维方法应用到章节学习中。教师由课堂主导者变为辅助者。

（4）党员教师集体备课，深挖思政元素，发挥课程价值观引导作用。“物流设施与设备”课程知识点较多，是其难于讲解的地方，也是其发挥课程思政作用的优势所在。因为丰富的教学内容，提供了各种类型的课程思政资源。在备课时，按照教学大纲梳理知识点，精心设计思政环节，不是空喊口号，更不是简单套用别人的案例。在讲课时，从复习、导入、教授、小结、作业各环节找准切入点，学中做，做中学，力求入脑入心。课后进行反思，聚焦学生为中心，立足有意义学习理论，遵循学生的认知规律，关注学生求知欲与获得感。

例如在拣选设备中，介绍国产品牌国自料箱拣选机器人大洋彼岸成长记，以国自在北美大陆的市场表现，增强学生的民族自豪感，并以习总书记考察湖北时的话“具有自主知识产权的核心技术，是企业“命门”所在。企业必须在核心技术上不断实现突破，掌握更多具有自主知识产权的关键技术，掌控产业发展主导权。”激励学生步入企业之后，仍然以创新为己任，具备大局观，争取掌控产业发展主导权。

（5）对标就业市场，改革课程考核方法，强化考核促进作用。针对全球就业市场最需要的10类能力：分析思维能力和创新能力，主动学习能力和学习策略，复杂问题解决能力，批判性思维和分析能力，创造力、原创力和主动性，领导力和社会影响力；技术使用、监督和控制能力，技术设计和程序设计能力，韧性、抗压性和灵活性，推理能力、解决问题能力和思维能力，构建基于多目标、多方式、多主体的评价体系，注重过程性评价，以评价促进学生能力的提升。

4 结语

本文从教学内容重构、教学设计变革、课堂教学再造、思政元素挖掘和考核过程创新等方面，将“物流设施与设备”课程从传统课堂转变为智慧课堂，从知识课堂转变为能力课堂，从灌输课堂转变为共同学习课堂，从封闭课堂转变为开放课堂。在今后的教学过程中，要充分利用现代化信息技术，引导活跃度不高、参与感不强的学生，调动其自主学习的积极性。