基于STEAM教育理念的中职“3D打印”课程教学实践研究

2022-11-23朱飞徐岩江苏联合职业技术学院徐州财经分院江苏徐州221008

安徽建筑 2022年2期

朱飞，徐岩（江苏联合职业技术学院徐州财经分院，江苏徐州 221008）

伴随着职业教育的不断发展，我国近年来国家对职业教育的高度重视，但现代职业教育的飞速发展过程中，也存在着一定的问题，3D打印课程目前出现教学模式单一的问题，同时在教学效果方面也存在着效果不佳的现在。通过实际的教学过程中使用STEAM教育理念，可以有效解决课程教学模式不足和学生兴趣不高的问题。STEAM是由科学（Science）、工程（Engineering）、技术（Technology）、数学（Mathematics）与艺术（Arts）五个英文单词首字母缩写而成，STEAM教育理念是一种综合性与跨学科的教学方式，自身的跨学科知识融入，从实际生活中出发，培养学生对解决实际问题的能力，锻炼学生实践实操的模型制作能力，通过学生们的自主探究对学科知识的充分掌握，利用好信息化技术手段和团队协作能力，解决实际学习过程中遇到的问题。

1 关于STEAM教育理念的研究

美国是提出STEM教育理念最早的国家，美国在1986年STEM教育的“尼尔报告”中提出科学、数学、工程与技术的教育纲领，成为STEM教育理念的开端。美国在上世纪九十年代至今，不断推出各种政策支持该教育理念的发展。在2011年美国发布的《成功的K-12阶段STEM教育：确认科学、技术、工程和数学的有效途径》的研究报告，现在的美国把STEM教育比作美国国家教育战略，在高等教育中全面推广。日本在小学实行“宽裕教育”，学生们的成绩出现了整体性下降，由于现在教育矛盾突出的问题，为了改变日本教育现在，日本开始实行运用STEAM教育理念。目前日本的STEAM教育理念还处于萌芽阶段，日本政府在局部地区提出该教育理念，但在政府文件中还没有提出STEAM教育。为让STEAM教育可以在日本小学和中学教育能够稳定发展，日本通过修改小学的教学大纲加强STEAM教育的课时，对STEAM教育理念进行增加专项教育基金支持，把教育重心放在培养具有学习潜力的学生，从而不断地增强STEAM教师的师资队伍，通过国际合作促进教育的提速发展。澳大利亚在2013年提出STEAM教育理念，从国家政策、社会参与、整合资源、师资培养和体制培优等方面，取得了丰厚的教学成果。

在我国提出STEAM教育理念起步较晚，我国学者在2008年对该理论进行研究，之后越来越多的学者对该理论进行研究，2017年开始出现大量的STEAM教育文献，学者们开始把STEAM教育理念融入到我国的教育教学中，对学生的兴趣培养起到了很好的促进作用。STEAM教育理念是跨学科的教育，把五门学科进行叠加整合，把独立的学科技能，通过问题发展解决，实现情景迁移，生成新的解决问题办法。STEAM教育理念是在真实的工作情景中，对多学科整合培养创新型人才的教育类型，通过项目化形式培养学生的综合素养。

2 基于STEAM教育理念的中职“3D打印”课程的教学设计

本文是根据江苏联合职业技术学院徐州财经分院的中职学生“3D打印”课程的教学现在进行问卷调查，根据对建筑装饰设计专业毕业生，徐州地区装饰公司的项目负责人进行访谈，对3D打印教学现在，发现对建筑装饰设计专业的能力需求，从校内和校外对STEAM教育理念的“3D打印”课程进行分析，把不断提升学生综合能力出发，项目化的STEAM教学模式为理论出发，设计出基于STEAM教育理念的中职“3D打印”课程的教学设计。

2.1 中职“3D打印”课程内部需求进行分析

为了更科学进行“3D打印”课程教学融合STEAM教育理念的教学设计方案，在教学实施过程中有更好的教学效果，对江苏联合职业技术学院徐州财经分院的建筑装饰设计专业的学生进行问卷调查分析，进行调查问卷是为了更深入地了解学生对3D打印课程存在的重点问题，为了能够使得STEAM教育理念优化现在的教育教学模式，提供课程依据。作者设计了“3D打印”课程教育教学现在调查问卷，主要针对江苏联合职业技术学院徐州财经分院建筑装饰设计班级学生，共发放问卷152份，其中有效问卷147份，无效问卷5份。

2.2 中职“3D打印”课程外部需求进行分析

伴随着信息化时代的飞速发展，建筑行业也融入大数据、云计算、新材料、建筑大数据和人工智能的新技术，驱动建筑业态发生变化，建筑行业学生需要掌握绘图制图方面的知识，对建筑行业的装配式建筑和BIM软件有所了解，学生未来更多地将从事设计监理，对学生的管理能力提出更高的要求，学生毕业后需要跟着建筑项目到一线去指导施工人员建设场景。建筑装饰专业的学生在校期间，把大量的时间用于掌握各种专业理论知识，并对实践操作软件知识产生浓厚的兴趣，在项目实践能力方面还有所欠缺，学生项目实操能力和岗位意识的能力继续拓展，这就让企业对学生培养过程中需要投入更多的人力成本，增加学生的实践培训和岗位试错。

作者选取徐州地区三家建筑设计公司进行访谈，分别对建筑装饰设计、软装公司和公共装修三个类型企业对中职学生面试要求进行梳理，分析出企业更加看重学生的跨学科问题解决能力和个人表达能力，企业选择中职学生更多的是能完成具体任务。所以，我们在培养学生职业技能过程中，更多的要培养学生解决问题的能力。

结合中职毕业生在校期间对课程的评价，毕业生的就业能力需要具备的能力，总结学生在读期间需要掌握的知识、能力和素质目标，能不能与企业岗位需求相一致。中职学生面临着自身的基础能力较差，对专业课学生自主的能力不足，学生学习3D打印课程过程中产生一定的厌学情绪，从而产生出学习效果不佳的现象。学生在学习过程中没有明确的职业生涯规划，在学习中缺少明确目标，上进心不足，仅仅能顺利取得毕业证作为最终目的。在学校课程学习过程中很少进行小组探究式学习，在毕业后参加工作处理人际关系时很难融入，从而产生出沟通不畅，在实际工作中容易出现不愉快。现在教材过于理论化，而职业教育更偏重技能实操，学校知识很难与企业实践相互融合，在工作岗位上还需要进行二次学习。在主动学习过程中，成绩较好的学生碰到陌生的知识时，也会没有思路，缺乏自主解决实际问题的能力。

3 基于STEAM教育理念的中职“3D打印”课程教学模式构建

STEAM是由科学（Science）、工程（Engineering）、技术（Technology）、数学（Mathematics）与艺术（Arts）五个英文单词的首字母组成，分别是五个学科的综合体现，是综合地利用多学科融合完成一个项目的全过程。该教育理念是一个综合性的教学方法，为3D打印课程带来了全新的理念、全新的教学形式和适合中职学生的课程模式。使用STEAM教学理念需要把艺术、工程、科学、数学和技术之间的关系弄清楚，科学是人们不断探索新鲜知识的过程，推动着人类文明的进步发展。科学是以定理形式反映客观现实的运动规律的知识，人们对科学的探知仅仅停留在自然中和社会中，该教育理念中提到的科学主要是自然科学。

技术是人们改变生活过程中的手段，是一些创造的总和。技术还是解决实际问题的规则，还包括实操过程中的方法与知识。伴随着时代的进步，网络和多媒体制作都是信息技术的范畴。工程是改造物质世界的实践活动，工程是科学的一个工具，通过工程实现具体的改造，可以是产品、结构、机器设备、软件系统，实现高效地完成生活改造。数学是学习认知世界的基本工具，数学是科学的基础，我们生活的世界就是一个逻辑和思维分析的世界，可以帮我们认知这个生活的世界，也可以帮我们去改造世界。艺术是一个广泛的名词，其中包含音乐、舞蹈、美术和武术等，在世界生活中需要通过人文学科来丰富我们的生活，提升学生的视觉审美和艺术修养。

从STEAM的核心词汇可以看出相互之间是相互影响、相互联系的关系，科学、工程、技术、数学和艺术直接都是共同发展和相互补充的关系。科学是为数学、艺术、工程和技术提供依据，科学是全学科的总和，艺术是科学的表现形态。STEAM教学理念融合了多学科的特色，把知识的方法进行有机统一，形成课程教学的创新产生，融合各种学科实践活动，体现多学科的内涵，让课程学习变得更加灵动。

4 基于STEAM教育理念的中职“3D打印”课程教学模式设计

教师在制定教学设计方案时，必须要迎合时代发展培养社会需要的人才，在课程中融入最新的知识内容，把课程思政，以润物细无声的手法融合在教学设计中。对于中职学生更多的是以能力为导向，以学生为主体，教师作为辅助者，采用教学做合一的教学模式，让学生在学习过程中可以积极地融入到课程学习中，实现学中做，做中学的学习效果。

STEAM教育理念可以让课程教学内容更真实，让学生对课程产生兴趣，形成真实的问题情境，以学生为中心去完成项目化教学，让多学科的整合帮助学生解决问题，重点培养学生的专业知识吸收消化的能力。本文对STEAM教学模式的文献进行查阅和梳理，分析出校期间的调查问卷的结果，中职建筑装饰学生的毕业生和企业经理采取访谈形式，分析整理中职“3D打印”课程中的特色和理念。STEAM教育理念的中职“3D打印”课程教学与其他“3D打印”教学模式的首要区别是STEAM教育理念更加具有创新性。

对江苏联合职业技术学院徐州财经分院“3D打印”课程的教学现在进行问卷调查能够看出，目前课程以教师讲授示范，学生实操练习为主，未能实现学生自主探究式的学习模式。3D打印课程学习中教师讲解打印过程，学生跟着练习，没能上升到以学生为中心的课堂。在STEAM教育理念的指引下，教师是课堂的指引者，课堂交给学生，学生之间进行小组讨论，形成探究式课堂，小组合作完成3D打印的任务和拓展项目，不仅仅解放了学生的思维模式，也让学生有更多的空间去做打印模型，学生通过合作的形式完成模型打印的全过程。其次，STEAM教育理念具有跨界学科性，对3D打印课程的教学现在用问卷调查的性质得知，大部分学生需要技术类的课程知识，学生没能把多学科交叉来思考打印模型过程中的问题。通过STEAM教育理念的3D课程教学设计，让建模和打印模型整体结合，利用计算机软件、数学和工程的学科内容，让模型打印精准，利用艺术学科内容，辅助学生制作出更加精美的模型，运用综合的学科知识，不断提升学生的问题解决能力。STEAM教育理念增强课堂的情境化，中职建筑装饰专业的学生毕业后去企业工作，在学校的生活中很少接触到企业的真实环境，很难融入到企业工作的岗位中。基于STEAM教育理念融合中职建筑装饰专业的学习，让真实的企业需求融入到课堂中去，学生可以把知识融合到模拟企业情境之中，综合多学科进行问题解决，形成知识迁移。

5 基于STEAM教育理念“3D打印”课程教学实施

基于STEAM教育理念的中职“3D打印”课程教学模式，设计出适合中职生的教学实施方案，以中职建筑装饰专业3D打印课程为例，在教学实践下，检验该教学理念的实效性。

本文是对STEAM教育理念在中职建筑装饰专业3D打印课程教学设计实施，制作了两份调查问卷，分别是教学前和教学后的问卷调查，同时也对学生课程满意度进行调查。调查问卷是测试教学设计前后的学生学习效果，从而生成真实的教学数据。

根据STEAM教学理念的中职建筑装饰专业3D打印课程教学案例的设计，以徐州市先临三维公司3D打印的企业资源，把企业真实的3D打印需求带进中职的课堂之中，学生结合企业经验制作场景模型，将模型导入软件中进行模型制作，同时企业和学校为学生提供很好的实践机会，综合提升学生多方面的能力。

在完成基于STEAM教育理念的3D打印课程设计实施后，对学生进行座谈，学生对课程的兴趣有了提升，从课程名称就能感觉到与传统课堂发生了变化，其中小组合作、任务设置，让学生对自己的专业学习更加自信。学生对3D打印课程的技能掌握更加扎实，学生对3D打印机的参数设置和打印原理更加的清晰，明白为什么三维打印机需要这样来操作。学生们对课程的教学模式进行整体评价，认为这样的教学模式，让小组之间形成团队，不仅加深同学们友谊，还对未来就业企业团队合作打下基础。学生们通过游戏的形式，在课堂上可以和组员面对面交流，有助于在实际工作中与同事和领导交流相处。学生提升了自身对软件的使用，可以用书面表达和主动查阅英文文献资料，坚定学习信念，在以后学科知识学习中，提高了自主学习的能力。教学模式也存在不足，学生由于知识储备不足，在知识交叉结合过程中，过渡生硬，学生们希望老师可以在教学中更多地融入知识的引导讲解。通过对课程前后的数据收集，对资料进行整理分析，并在课后对学生访谈，基于STEAM教育理念的学习，可以很好地激发学生兴趣、团队协作能力、问题解决能力和技能掌握能力。