STEM模式下高职机电一体化技术课程体系的构建*

李月芳 庄丽娟

高职机电一体化技术专业是培养装备制造业技术技能型人才的主体专业之一，是全国高职院校专业设置点最多的专业。高职机电一体化技术专业的特点是专业口径宽、复合型要求高、技术要求新。为了培养机电一体化技术专业高素质技术技能型人才，一些学校积极探索课程体系和课程内容改革，典型的改革方法包括项目课程、学习领域、成果导向等，但也存在诸多难以解决的问题，比如项目课程、学习领域改革带来的知识零散性问题，成果导向课程改革带来的知识面窄化问题。为了解决这些问题，我们深入研究STEM模式在职业教育中的应用，并以高职机电一体化技术专业为例，构建了与学科课程并行的三级项目课程体系，取得了较好的成效。

一、STEM模式与职业教育的融合

STEM是Science（科 学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Maths（数学）四个单词的缩写。［1］它不仅代表四个相对独立的学科领域，同时又是这四种学科甚至更多学科的交叉和融合。STEM教育是一种跨学科的学习方法，能够把学生学习到的零散知识与技能进行系统组合，主要培养学生的复合型能力和创新能力。

首先，我国经济正在从“劳动密集型”向“技术密集型”和“知识密集型”转移，对职业院校人才培养提出了更高的要求。岗位人才需要由传统的“技能型人才”转向“技术技能型人才”，学生不仅需要具有高超的技能，而且需要掌握良好的理论知识和技术知识。其次，在全球化时代，产业变革增速，技术发展加快，员工的知识迭代周期明显缩短，这就需要员工有持续学习的能力，否则很难跟上产业的发展。再次，职业教育的特征也决定了其培养的学生必须具有复合型能力。而STEM模式的核心理念是强调具有良好的技术知识，培养跨学科复合型人才；STEM模式下的课程注重理论和实践的融合，学科课程和项目课程并行开展，相互补充，既保证了知识的系统性，又保证了任务的聚焦性；STEM模式下的教学实施强调体验式和探索式学习。因此，STEM模式与职业教育有着良好的契合点。［2］由于高职机电一体化技术专业人才培养涉及机械、电气、信息、网络等技术领域，具备复合型、技术技能型人才培养的典型特征，因此，将比较成熟的STEM教育理念应用于高职机电一体化技术专业，将有助于该专业人才培养体系的系统化构建，有助于人才培养质量的整体提升。

二、STEM模式与高职机电一体化技术专业项目课程体系的融合

在STEM模式下，项目课程是职业教育主要的课程形式之一，其围绕项目实施来培养学生跨学科知识的设计能力、调查能力、分析能力、决策能力、实施能力等。设计什么样的项目课程体系才能符合学生的学习规律且和学科课程互相配合，显得尤为重要。我们以STEM理念为指导，借鉴“戴尔经验之塔”理论，结合学生认知规律，设计了基于STEM模式的“项目等级塔”（如图1所示）。“戴尔经验之塔”分为三级：第一级是底层，目的是获得单项、直接的经验；第二级是中层，目的是获得跨领域的方法，是“真实的改编”；第三级是高层，目的是获得完全真实的体验和抽象的方法。［3］项目等级塔也分为三级，第一级为单项项目，第二级为跨学科项目，第三级为综合性项目。STEM模式与“戴尔经验之塔”的结合，更有利于项目课程体系的构建。

图1 从“戴尔经验之塔”到项目等级塔

下面以高职机电一体化技术专业为例，介绍基于STEM模式的项目课程体系设计。第一级属于单项项目设计，只需要运用STEM学科课程中的某一学科进行设计。第二级属于跨学科项目，是运用STEM学科课程中两科及两科以上的多科项目进行设计。第三级属于综合性项目，是运用STEM学科课程的跨多学科进行项目设计，它不仅需要教师具备扎实的单科知识，而且需要对STEM教育各科知识进行综合应用，因此难度较大。三级项目从简单到复杂，从单项到综合，项目设计的原则体现为理论与实践的整合统一、知识与方法的整合统一、个人与环境的整合统一。通过一次认知活动，学习者获得的不只是理论性知识、操作性知识，更重要的是使用工具解决问题的能力和不断学习的能力。高职机电一体化技术专业整个项目课程体系如图2所示。

图2 机电一体化技术专业项目课程体系结构图

1.单项项目设计

单项项目是为了完善原有专业核心课程而并列设计的项目。首先，单项项目定位在“验证、强化、拓展”三大功能。“验证功能”是将学科课程中特别重要的理论知识进行实践验证，便于学生真正理解和掌握，并在以后的学习中进一步举一反三，比如电子放大电路、电磁感应现象等；“强化功能”主要是训练学生的单项技能，比如接线、排故、绘图等；“拓展功能”主要对学科课程中的实践应用进行有效补充，比如职业素养、节约意识、环保意识等。单项项目虽然简单，但在项目体系设计中特别重要，是项目、技术的基础。

其次，单项项目是以学科为边界来划分的，保证学科的系统性，与学科课程是并列关系。不是所有的学科课程都开设单项项目，只有比较重要的核心学科课程、对后续课程有较大支撑作用的学科课程才需要开设并列的单项项目，比如高职机电一体化技术专业的“电工电子技术”“电机与控制技术”等课程。

最后，单项项目承载知识主要定位在验证、强化、拓展学生所学的学科知识。单项项目内容和对应学科课程内容需要同步设计、分步实施。如果说学科课程强调知识的系统性，便于学生逻辑思维的养成，那么与其并列设计的单项项目旨在抓住技术的核心和重点，打破学科之间的界限。虽然单项项目的体量较小，不可能面面俱到，但要围绕某个重要的实践教学目标开展。比如“电机起动制动线路安装与调试”的单项项目，主要目标是让学生掌握安装、接线、维修的方法和能力，因此，该项目的知识需要设计正常状态和故障状态的线路电流、电压计算分析等内容。这样，单项项目和学科课程就能够各有重点，相互补充，形成合力。

2.跨学科项目设计

跨学科项目设计是培养机电一体化技术专业学生复合能力的主要途径之一。首先，跨学科项目的定位是“跨界、融合、衔接”。“跨界性”强调多学科的交叉性，是STEM理念的主要特征之一；“融合功能”是设计不同的教学项目，将不同学科的内容融合在一起，以培养学生的综合能力；“衔接功能”体现在STEM理念下跨学科项目的桥梁作用，跨学科项目向前与单项项目保持衔接，向后与综合项目留有接口。

其次，跨学科项目边界划分是在学科课程和单项项目的基础上，以相对完整的项目为依据，整体设计跨哪些单项项目、核心课程或非核心课程。比如，为了培训学生的自动化生产线安装与调试能力设计的“自动化生产线安装与调试”项目就涵盖了单项项目“电机起动制动线路安装与调试”“PLC线路安装与调试”和核心课程“运动控制技术”等内容。跨学科项目“机器人工作站安装与调试”覆盖单项项目“PLC线路安装与调试”“机器人单元编程调试”和专业非核心课程“传感器技术”等。

最后，跨学科课程项目承载的知识是对不同学科课程知识的融合，是基于项目的学习（PBL），以完成学习任务为核心，因此跨学科项目课程的知识承载是聚集项目任务的。

所谓思维能力就是在人们的感性认识的基础上，运用比较、分析、综合、归纳、演绎等基本方法形成概念并进行推理和判断，从而获得对事物的本质和规律性的认识的一种能力，苏霍姆林斯基曾经说过：“知识是最容易被遗忘的，而能力却永远伴随终身”，思维能力是培养学生综合能力的核心，也是培养学生核心素养的有效途径。

3.综合项目设计

综合项目承担培养学生岗位实践能力的职责。首先，综合项目的基本定位是“真实、完整、开放”。综合项目的设计是STEM模式的重要内容，是培养岗位复合型人才的关键环节。“真实性”体现在：综合项目设计过程要符合生产岗位的真实项目设计和实施过程，比如调研—设计—安装—调试—维护—反馈等；综合项目的实施内容要贴近生产岗位的技术要求，把一些新技术、新方法、新工艺融入其中。综合项目的设计要保证完整性，和真实的生产项目一样，包括硬件设计、软件设计、元器件选型测试、安装与调试运行等，涉及的技术领域包括机械、电气、信息等技术。同时，综合项目设计要保持开放性。开放性能充分体现STEM模式“基于设计”的学习理念，是学生创新的基础，让学生有选择的机会和条件，包括选题的开放性和实施的开放性、硬件的开放性和软件的开放性。

其次，综合项目承载的知识要求更加贴近生产实际，比如硬件要考虑现场的工艺要求、环境条件，软件要考虑电磁兼容，实施过程要考虑生产效率、环保要求和成本控制等。由于综合项目是跨多学科课程、跨单项项目的，因此承载的知识都是综合性的，在设计时既要考虑与单项项目和跨学科项目的衔接，又要考虑在其基础上的补充。比如在综合项目“复杂机电一体化项目实践”的设计过程中，可以沿用跨学科项目“简单机电一体化项目实践”的一些成果。

4.“项目等级塔”与学科课程的关系分析

“项目等级塔”和学科课程之间是并行的关系。学科课程重点保障学科知识的系统性，“项目等级塔”承担岗位实践能力的渐进式培养。学科课程中相关理论知识是系统性的，但是其呈现形式要遵从学生的学习规律：先总体后局部，先外观后内部，先结构后原理，先个性后共性，先理论再实践再理论（升华）。“项目等级塔”中的单项项目、跨学科项目和综合项目的共同目标是掌握某种技术，而技术的表现形式是知识。由于项目课程是以任务为中心的，因此需要聚焦任务来呈现知识。任务是完整的，而知识是零散的，而且这些知识多属于“技术知识”“方法性知识”“如何完成任务的知识”，其与学科课程中的理论知识有较大的区别。因此，学科课程和项目课程之间需要相互配合、相互补充、各有侧重，合力培养高素质复合型技术技能人才。项目课程实施以后，学生需要进行总结分析，巩固学科课程理论在项目中的应用，以便举一反三，进一步提升岗位迁移能力。

由于STEM模式强调的是基于项目的学习，因此其实践教学体系应该与项目课程体系相对应。为了满足单项项目教学实施的需求，需要提供完善验证性实验的条件和基础技能训练的条件。单项项目（比如钳工训练和电工训练）的另一主要功能是训练学生的基本技能，因此强调要有完善的基础训练条件和充足的工位数，让每个学生都有长时间训练的机会。跨学科项目的实训条件应该是“单元级”的实训装备，能体现跨学科的项目形式，并有一定的仿真负载，满足项目结果演示的需要。综合项目的实训条件应该是“产线级”实训装备，可以满足产线的设计、安装、调试、运行和维护的功能需求，不仅要考虑每个单站的工作，而且要考虑团队合作功能的实现。综合项目的实训条件最好有比较真实的负载，以满足岗位能力培养的需要。STEM模 式 多 采 用“5E”教 学 法，即Engagement（参 与）、Exploration（探 究）、Explanation（解释）、Elaboration（详细说明）、Evaluation（评价）。这5个教学环节既相互独立又相互联系，形成教学的闭环，因此在实践教学体系设计时，要充分考虑满足“5E”教学的基本条件。

基于STEM模式的高职机电一体化技术专业项目课程体系的设计是STEM模式在职业教育专业课程体系的典型应用之一，虽然取得了一些成果，但还需要进一步的实践验证和理论提升。其他专业可以根据各自的特点，借助成熟的STEM理论开展项目课程体系构建的实践，探索符合职业教育复合型技术技能人才培养的策略。