面向STEM教育的中职5E教学模式设计

梁宇靖 赵华荣 刘宇刚

摘要：将STEM理念与我国中职教育现状相结合，分析了中职电气专业课程教学现状，重构了中职电气专业的教育课程体系。该教学体系以STEM教育理念为核心，由参与、探究、解释、精致和评价构成5E教学模式，并对这一教学模式进行实例活动，在实际教学过程中对应用型技术人才培养发挥重要作用。经教学实践结果表明，学生的课堂参与度、学习积极性和跨学科知识融合应用能力均有所提升，为中职人才培养提供了新的思路。

关键词：STEM；5E教学模式；素养为本；中等职业教育

中图分类号：G420                          文献标识码： A

中职教育是我国教育的重要有机组成部分，其在校生人数占到高中教育的一半。随着中国人口红利的逐渐消失，需要加大力度促进经济转型升级，中职教育更需要培养具有创造力的技能型人才，中国智能制造更呼唤大国工匠精神。然而，由于近几年来中职生源发生了很大改变，必须对现有教学进行教育改革，本课题在省级教改项目研究的支撑下，借鉴STEM教育理念，在电气专业运用5E教学模式开展教学改革，增强了课堂活力，提高了教学效果，加强了技能和创新能力、创新意识训练，培养学生掌握面向工程的关键能力，促进了学生的全面发展。

一、中职电子技术课程教学现状

（一）课堂观察及课后访谈

记录学生课堂状态，将课堂关注度定义为学生与教师有眼神接触，不做与课堂无关的事。将课堂参与度定义为学生对教师的提问有回应，基本能够紧跟课程进度。通过观察发现，学生的课堂关注度和参与度随上课时间增加而急速下降。

课后对师生分别进行访谈，学生表示课堂内容有些听不懂、不感兴趣，知识在生活中用不到。教师表示讲授法能够控制课堂秩序，用书本例子引入时学生积极性不高，课程内容滞后，只能通过考试对学生进行评价。

（二）中职教学对人才培养的影响

目前中职教学对人才培养的影响可以从教学模式、教学手段和教学方法进行分析。

教学模式固定，教师大班授课，学生未能主动构建知识框架，纯理论知识教学不利于技能型人才培养。教学手段以“黑板+粉笔”为主，降低了学生的学习兴趣，并且中职学生自控力差，若无法平衡多媒体与课堂的关系，教学效果会大打折扣。教学方法以讲授法、演示法为主，缺少合作探究的活动设计，无法提升学生课堂参与度。中职学生文化基础参差不齐，缺乏分层教学不利于学生进步。

二、STEM教育融入中职教学体系的重塑

STEM是指Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）和Mathematics（数学），最早提出于1986年美国国家科学委员会发表的《本科的科学、数学和工程教育》[1]，是一种包容性更强的跨学科素质教育，强调多学科的交叉融合，更好的培养学生的创新精神和创新能力，对提升中职教育质量有积极作用。

在中职电气类专业融入STEM教育有利于工程技术人才的培养。“术业有专攻”是技术技能人才的基本要求，现代社会更需要的是“一专多能”的复合型人才，融合多学科拓展学生的多项技能的理念与STEM教育不谋而合。因此，根据中职学生的学习特点，STEM教育引导学生打破学科壁垒，调动科学、技术、工程和数学等学科知识来解决项目问题，提升中职学生的自信心以及达成学习期望。另外，企业界和工商业界更强调劳动者技术和工程的相关实践能力，为中国智能制造提供强有力人才支撑。为此，笔者从课程模块化出发构建了融入STEM教育理念的课程体系，以“学”为中心，“用”为目的，培养中职学生的逻辑素养、人文素养、技术素养和工程素养，从而形成面向工程和面向实际岗位核心职业素养，如图1所示。

以“素养为本”的理念转变学生的学习方式，课程模块集合核心素养、STEM素养及STEM教学方案，要求教师以真实情境为教学载体，重视问题的解决过程，尽量减少单纯學科范畴的问题，将学科性知识转向探究性问题，引导学生自主构建知识、培养学习能力和形成良好品格。

三、基于STEM教育理念下的5E教学模式设计

5E教学模式是美国生物学课程研究（BSCS）开发出的一种建构主义教学模式，该教学模式共包括5个教学环节，即参与（engagement）、探究（exploration）、解释（explanation）、精致（elaboration）和评价（evaluation）[2]，每个环节具体含义如图2所示。通过对STEM教育和5E教学模式进行分析，可以发现二者均重视学生的主体地位，注重对学生跨学科思维的培养，提升学生的探究和解决问题的能力，因而具有良好的融合基础。

本文以中职电子技术课程的一节实践课《光声控延迟灯》为主题，结合实践教学的特点，融入科学、技术、工程、数学以及物理、语言文学的跨学科教学内容，采用5E教学模式进行教学设计，涉及的STEM学科知识如表1所示。

（一）参与

教师活动：用多媒体展示问题情境：校园楼道的灯泡长时间点亮既影响灯泡寿命又浪费电量。提问如何设计一款结构简单、安装方便的光声控延迟灯。

学生活动：思考以下问题：除电气专业知识外，有哪些学科知识是与该实验相关的？如何实现STEM跨学科知识整合？应选择什么方案和元器件实现设计要求？如何与其他同学合作完成任务？

STEM特征：基于问题的学习、真实情境中的学习。体现STEM“科学”，用电路知识解释灯泡亮暗变化。

（二）探究

教师活动：营造良好的学习氛围，鼓励学生分组开展合作实验，给学生充足的时间缕清实验逻辑和步骤，解答学生记录实验过程中的疑惑并留意学生在实验中是否存在安全隐患。

学生活动：采用跨学科知识融合的理念将电气知识与数学知识、工程知识相结合。按照技术要求对电路进行设计，小组合作完成数据查询、方案设计、调试整改等过程。实验完毕后，应用数学方法对实验数据进行统计和分析，成果导向地解决设计中出现的问题。

STEM特征：学习者自主构建知识、使用科学探究工具、做中学、合作探究、项目式学习。体现STEM“科学”，用科学的理论指导实验；“技术”，正确使用电子技术，调试电路；“工程”，对实验方案进行工程设计与开发实践：“数学”，选择合适的元器件型号。

（三）解释

教师活动：提供分享交流平台，组织学生互相提问，引导学生思维碰撞。并系统讲解实验原理及技术，介绍最优设计方案。

学生活动：详细汇报组内实验方案，分享实验结果及实验过程中遇到的问题，接受其他组同学的质疑和提问。汇报完毕后倾听其他组的实验方案，对比自己方案的优点和不足，加深对本实验的理解。

STEM特征：合作探究、学习者自主构建知识、做中学。体现STEM“科学”，科学理论支撑方案；“技术”，使用仿真技术展示实验结果；“工程”，工程逻辑解释实验方案；“数学”，对实验数据进行统计和分析。

（四）精致

教师活动：提出迁移性问题，帮助学生建立完整的知识框架。鼓励组间互相完善实验方案，拓展学生的思维宽度，检验学生的知识迁移能力。

学生活动：思考并回答教师提出的问题，帮助其他组完善实验方案。将所设计的方案应用到生活中解决实际问题，提升学习动力。

STEM特征：学习者自主构建知识、合作探究。体现STEM“工程”，对方案完善且应用于生活场合。

（五）评价

教师活动：每个实验环节都予以反馈，评价应具体、因生而异、以鼓励为主。鼓励学生评价教师，形成良好的教学相长过程及课堂反馈机制。

学生活动：对实验过程进行自评和互评。展望应如何保持优点、改正缺点，不断提升各项能力。

STEM特征：使用科学探究工具、做中学。体现STEM“数学”，采用统计学进行评价和评分。

四、5E教学效果

（一）课堂观察

为了检验学生在5E教学模式下的学习效果，采用户东研制的观察量表[3]记录学生课堂参与情况，如表2所示，可以看出学生在课上表现较为活跃，能够积极参与小组讨论和课堂交流。

（二）课后访谈

1.学生访谈

访谈学生对5E教学模式课程兴趣，37位同学表示感兴趣，认为5E教学模式逻辑清晰，自主探究性强，小组合作探究使课堂充满活力，实验成功后特别有成就感。7位同学表示比较感兴趣，1位同学表示不感兴趣。

采用叶荔辉编制的学生创新能力发展指标[4]，每位学生每项限投一票，统计如表3所示。根据相关指标考核认为“进步不错/进步很大”的学生分别占89%、87%、82%和91%，说明跨学科整合理念、项目式学习、问题导向等STEM教育特征在该课堂中作用明显。

2.任课教师访谈

任课教师表示课堂上自己的角色由讲授者变成了引导者，课前准备要比以往做的多，不仅是要考虑自己的讲法，还要预判到学生可能会出现的疑问。明显感觉到学生在课堂上的表现更加积极，小组讨论十分热烈，集思广益的实验方案有很多亮点。但任课老师也提出了一些担忧，首先是表达自己对STEM教育的理解不够，还未能很好的将课堂教学和STEM教育理念联系在一起；其次是担心开展STEM教学会增加学生的负担，让学生产生厌烦心理，教学效果会适得其反。但任课教师还是认为在中职开展STEM教育势在必行，学科融合的思想非常适合中职学生的发展需要。

结语

本文观察中职电子技术课程教学现状，引入STEM教育重塑中职教育教学体系。以STEM教学理念为基础，采用5E教学模式，以“光声控延迟灯”为例设计5E教学流程，将其应用到中等职业教育电子专业教学实践中，培养学生的STEM素养。课后师生均肯定5E教学模式的效果。本文所构建的基于STEM教育理念下的5E教学模式做较深入的探论，对中职学生的自主学习和创新性能力培养起到积极主导作用。笔者在未来的学习和教学实践中，将继续对STEM教育理念下的教学方法进行深入探究，以期对中职人才教育研究起到积极推动作用。

参考文献：[1]国家中长期教育改革和发展规划纲要领导小组办公室. 国家中长期教育改革和发展規划纲要（2010-2020年）[M].北京：人民教育出版社，2010.