基于STEM學習生態系統的高職學生職業能力培養體系構建與實踐

徐征宇 王興

摘 要 STEM教育有助于學生提高綜合素質，掌握未來社會必備的職業技能和創新能力，已經成為許多國家長期堅持的重要教育戰略。STEM教育同高職教育結合培養技術技能型人才有其深層次契合點和必然性。在深入分析高職STEM學習生態系統內涵與特點的基礎上，提出以職業能力與素養培養為目標，以STEM學習生態系統建設為中心，以實踐項目為載體，以STEM跨學科教育為內容，以多階段遞進式專業選修課為形式，以多維度教學績效評價體系為保障的高職STEM教育培養體系構建路徑。

關鍵詞 高職教育；學習生態系統；STEM教育；職業能力；人才培養體系

中圖分類號 G718.5 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2018）02-0044-05

STEM（Science，Technology，Engineering，and Mathematics；科學、技術、工程、數學）是四門學科的簡稱，但是STEM教育并不是這些學科教育的簡單疊加，而是通過將四門學科內容組合、形成一個有機的整體，實現對科學知識的解釋運用、科學探究的項目實踐以及具體應用性工程設計相結合，其目標是整合各領域知識、技能，將知識的學習與具體工程實踐相結合，通過解決真實世界中的實際問題，培養綜合素質高、動手實踐能力強的創新型人才[1]。美國、芬蘭等多國的具體實踐表明，STEM教育有助于培養學生的科學探究能力、創新意識、批判性思維、信息技術應用能力，并有可能在學習者的未來生活和工作中持續發揮作用。STEM教育已經成為提升國家競爭力的強有力助推者，仍將是今后許多國家長期堅持的重要教育戰略。

國內外STEM教育取得的成就表明，STEM教育理念同高職教育具體實踐相結合將會極大地改變高職學生傳統培養體系，充分提高高職學生職業能力與綜合素養的培養質量，促進個體自我成長、社會適應性、崗位競爭力和職業發展性等屬性的提升，改善學生整體技術應用實踐能力與自主解決問題能力不足的問題[2]。

一、高職STEM學習生態系統的內涵與特點

學習生態系統如圖1所示，是一個由學習共同體及其現實的和虛擬的學習環境構成并自成一體的有機整體，該實體中的人與人、人與環境等元素之間圍繞知識的轉化進行不斷的動態交互。其中，學習共同體是指由學習者和助學者（包括教師、輔導者以及專家等）共同構成的團體[3]。現實的學習環境主要是指傳統物質實體條件下的學習環境，包括校園、圖書館、實驗實訓場所、教室，以及校園文化、校風學風等精神因素以及家庭和社區等校外學習環境。虛擬的學習環境主要是依托互聯網、虛擬現實、增強現實等技術構建的網絡化、電子化、虛擬化的學習環境。基于學習生態系統理論的教學模式改革對教育發展有重要的推動作用：第一，有助于將傳統的教學“以教師為中心”轉移到“以學習者為中心”上來。第二，使人們更關注學習主體間的交互以及學習環境的支撐作用，特別是隨著互聯網技術的不斷發展，虛擬學習環境的構建不斷得到重視，并和現實環境共同發揮越來越重要的作用。第三，有利于構建基于生態系統多樣性理論的多階段終身學習框架，促進高職畢業生掌握終身學習的生存理念。

高職STEM學習生態系統是原始學習生態系統理論同高職STEM教育相結合形成的產物，是高職STEM教育培養體系構建的出發點和落腳點。一方面，高職教育注重技術技能型人才的培養，更加需要突出“以學習者為中心”，強調從做中學，從實踐實訓中獲取經驗和知識，這與學習生態系統觀理念是一致的。另一方面，高職教育特別重視實驗實訓環境的建設，與學習生態系統理論中提倡關注學習環境的支撐作用也是一脈相承的。再者，高職學生畢業后長期處于產業第一線，受產業不斷轉型升級的沖擊和影響也最大，如果無法主動適應生態環境的變化，掌握終身學習的生存理念，那么遲早會被社會和產業發展所淘汰。因此，高職STEM教育與學習生態系統理念相結合是提高人才培養質量、促進高職教育改革、更好服務于產業發展的一個重要方向。

高職STEM學習生態系統包含一般學習生態系統的所有基本元素，包括STEM的學習共同體、STEM的學習環境、學習者與共同體內部人與人之間的交互以及學習者與外部學習環境之間的交互關系。與一般學習生態系統相比，高職STEM學習生態系統的主要特點有：第一，該生態系統中的學習共同體和中小學階段相比具有更加松散性和形式多樣性，興趣小組、實驗實訓項目、選修課程、頂崗實習、畢業設計、創新創業以及校企合作項目開發等都可以成為學習共同體組建的依據。第二，該生態系統中的學習環境既可以是現實的學習環境也可以是虛擬的學習環境，但是與其他生態系統的學習環境相比，更加注重真實職業過程的沉浸式體驗和訓練。第三，在該生態系統人與人之間的交互過程中，更加注重以職業需求為導向的人際交往和溝通能力以及團隊協作能力的提高，為不久之后的就業和社會發展奠定基礎。第四，在該生態系統中，人與環境的交互過程以建立科學合理的專業技術能力和職業核心素養評價反饋機制為前提，貫穿整個教學過程以及畢業生成為職業人的成長歷程。另外，高職STEM學習生態系統是一個動態的系統，根據區域經濟和社會發展的需要而不斷演進，始終處于螺旋式進化的過程之中。

二、基于STEM學習生態系統的高職學生職業能力培養體系構建與實踐探索

基于STEM學習生態系統觀的高職學生職業能力培養體系架構如圖2所示，整個體系的構建首先需要受國家產業轉型升級政策導向、區域經濟社會發展需求等學習生態系統外部因素的影響，同時服從高等職業教育發展基本規律和立德樹人根本任務的支配，它們在宏觀層面塑造著生態要素的形成。另外，該培養體系的構建始終圍繞提高高職學生職業能力與素養的目標，以STEM學習生態系統建設為中心，以實踐項目為載體，以STEM跨學科為內容，以階梯式專業選修課為形式，以多維度績效評價體系為保障，開展技術技能型人才的培養。

（一）以STEM學習生態系統建設為中心

如果沒有完善的高職STEM學習生態系統，那么基于STEM理念的人才培養就是空中樓閣。而在高職STEM學習生態系統建設中，應特別注重學習環境的建設。首先，需要建立一個融已有正規教育、非正規教育以及課外教育于一體的跨部門合作的STEM現實學習環境。其次，在虛擬環境的建設中，注重職業的真實體驗，通過仿真企業實際崗位環境、工藝流程以及技能操作規范，降低高職教育與STEM教育相結合的操作成本。最后，鼓勵在高職院校以專業群為單元，在現有實驗實訓場地、創新創業實踐基地以及創客空間等場所的基礎上建立專門的校內STEM教育場地。另外，還需要特別重視高效學習共同體的建設。

（二）以實踐項目為載體

構建基于STEM學習生態系統觀的高職學生職業能力培養體系必須要有一個關鍵的載體，傳統的高職教育本身注重項目化教學，而STEM教育圍繞一個個跨學科的綜合性知識點與項目開展教學，因此，以項目為載體的實踐性教育是兩者的重要契合點。利用跨學科整合的實踐項目設計模式[4]，在基于真實問題的高等教育STEM項目教學設計基礎上綜合考慮學生職業能力的培養。項目的形式可以是課內項目、課外項目、實訓項目以及企業項目等。

（三）以STEM跨學科教育為內容

來源于真實問題的高職STEM實踐項目所涉及的教育內容是綜合的、跨學科的，且是以專業具體課程為基礎的。具體專業課程教育有利于學科學習的深入性和系統性，而STEM教育在綜合運用知識解決實際問題，提高應對未來社會職業挑戰的能力方面前景廣闊，兩者的教育內容合理互補，能充分發揮各自優勢。但是研究任何一個真實項目，獲取知識、方法的過程往往是隨機的，以項目為載體的STEM教育中，需要在STEM跨學科教學內容的系統性與項目實踐中獲取知識的隨機性之間找到平衡。

（四）以多階段遞進式專業選修課為形式

基于STEM學習生態系統觀的高職教育是圍繞培養目標形成的多階段遞進式人才培養模式，各階段銜接有序，分層遞進，逐步達到職業能力與素質培養的目的。這種模式的實施依據可以從兩個維度進行分析。從教學內容深度看，STEM跨學科教育是以專業具體課程為基礎，高職專業課程教育是多階段遞進式的，那么STEM教育也應該采取類似的形式。從教學范圍廣度看，高職STEM教育的實踐項目涉及專業群內的學習共同體、跨專業群跨分院的學習共同體、跨學校跨校企的學習共同體，是一個逐漸擴散、分層遞進的過程。

（五）以多維度教學績效評價體系為保障

多維度的評價體系是基于STEM學習生態系統觀的高職學生職業能力與素養培養體系發揮作用的保障。按照高職STEM學習生態系統的組成，對應的多維評價體系應該包括：第一，在學習共同體層面上，需要關注學習共同體特別是學習者在終身學習、專業學習、自我成長及職業能力與素養等方面取得個人視野的拓展[5]。第二，在STEM項目設計層面，重點關注項目與學習共同體背景、興趣和生活經驗的契合度，還有項目提供的學習資源與學習機會以及項目的可參與度與有效性。第三，在學習環境建設層面，重點關注用以支持優質STEM教育項目發展的資源與機制，各類場景（校內、校外、企業等）在STEM教育中所發揮的整合與銜接作用，以及與職業崗位真實性的結合度。

三、基于STEM學習生態系統的高職學生職業能力培養體系實踐探索

浙江廣廈建設職業技術學院軟件技術專業的目標是培養適應傳統產業轉型升級和IT行業快速發展需要，德、智、體、美全面發展，具有扎實的專業基礎理論知識，熟練掌握專業技能，職業素質優良，實踐能力突出，具備一定的創新精神、創業意識及創新創業能力，適應軟件開發一線技術、管理等職業崗位群要求的高素質技術技能型人才。整個三年制的軟件技術專業人才培養模式包括三個階段：基本專業技能與素質培養階段，項目綜合開發實訓階段以及工學交替頂崗實習階段。在基本技能與素質培養階段，主要完成對學生人文通用知識、基礎技能、專業基本知識和專業基本技能的教學和訓練。在項目綜合開發實訓階段，主要是強化學生的企業項目綜合開發能力，通過項目化教學、任務驅動、教與練交替等形式讓學生在學校機房、實驗實訓基地完成企業級項目案例的完整訓練。在工學交替頂崗實習階段，安排和鼓勵學生到周邊區域IT企業和校外實習基地參加頂崗實習，讓學生在實際工作崗位中得到工作經驗，培養學生的勞動觀念和職業素養，使學生具備企業工作的實際技能和素質[6]。

如圖3所示，在2016年開始實施的STEM教育同高職教育一樣也是分多階段遞進進行人才培養，每個階段的STEM教育占3個學分，以專業選修課的形式實施，4人自由組隊完成2個STEM項目。高職數學作為STEM跨學科教育的重要組成，必須進行相應改革。首先，在基本技能與素質培養階段，開設高職數學與數學文化的公共必修課，根據專業和實際的需要，以“必需、夠用”為原則，并作為初級高職STEM教育的基礎準備，開展高職數學教學。本階段對應的初級高職STEM教育項目以專業基礎知識同STEM跨學科結合為主，面向學院計算機專業群內的學生。其次，在項目綜合開發實訓階段，開設計算機數學軟件與應用和高職數學建模等數學類公共選修課，通過學習Mathematica、MATLAB、SPSS等數學工具軟件的應用以及數學建模實踐，培養學生解決實際問題的數學意識、計算技能、計算工具使用技能和數據處理能力。本教育階段對應的中級高職STEM教育項目以專業項目開發技能與STEM跨學科知識、數學建模以及數學工具應用的結合為主，面向全校工科學生并突出學習共同體內部的分工協作。最后，在工學交替頂崗實習階段，學生以校外頂崗實習為主，鼓勵學生同企業同事、校外人員、校內師生建成學習共同體，自選一個來自生活或者企業的與STEM跨學科教育相結合的項目，也可以同畢業設計選題相結合，在校外學習環境和復雜學習共同體構成的生態系統中完成，見表1。

每個高職STEM項目中都應該包括對科學、工程、技術與數學的整合，整合課程內容的方式可以有很多種[7]。浙江廣廈建設職業技術學院在美國《新一代科學教學標準》[8]的基礎上對項目內容結構進行整合，每個項目內容分為“表現期望+基礎盒子+連接盒子”三部分，表1中示例“網頁搜索”項目跨學科整合的主題內容結構呈現方式見表2。其中，表現期望是指學習者完成該項目時應達到的行為能力和素養；基礎盒子是指達成表現期望所需要的基礎，比如STEM相關學科的核心概念、共通概念，工程實踐相關要素等；連接盒子試著項目生態系統中人與人、人與環境的交互以及與高職教育原有培養體系的聯系。該項目內容的設計方式為實現STEM學科間的全面整合提供了有效途徑，有一定的參考價值。

四、結論與啟示

浙江廣廈建設職業技術學院軟件技術專業從2016年開始通過改革高職數學課和開設STEM教育公選課進行高職STEM教育嘗試，雖然以校內實踐項目和校內STEM學習環境為主且實施時間短、覆蓋范圍小，還無法對人才培養績效進行有效量化評估，但是通過一年的具體實踐，發現學生對課堂的參與積極性有很大提高，也愿意利用課余時間以及各種信息工具完成項目，另一方面則通過實踐探索進一步明確了深入推進STEM教育同高職教育融合的重點工作方向。

首先，加快STEM教學資源建設和師資培養是更好開展高職STEM教育的基礎。在項目為載體的高職STEM教育課程體系中，現實崗位情景和真實社會工程問題是STEM跨學科知識整合的橋梁，所以，STEM課程資源的建設要強調“問題情境”，重視情境的真實性，學生只有借助真實的情境問題才便于能力與知識的遷移[9]。在這種要求下，STEM課程教學資源的建設必須依靠具有實踐經驗的校外科學家、企業工程師、技術人員和一線專業教師合作開發。另外，應鼓勵從學校實際出發，根據區域經濟社會發展的特點和需求，開發具有可行性的高職STEM教育項目化“校本教材”。STEM教育課堂靈活多樣，對教師的知識儲備和臨場解決問題的能力提出了極高的要求，必須通過建立健全STEM教師的職前、職中和職后的培訓體系，提高教師的實踐和動手操作能力，并讓STEM教師在專業知識、教學技能上能夠保證持續發展。

其次，進一步建立實時的、多元化、多維度的形成性教育評價體系作為提升STEM教學效果的保障。以在“真實情境”中“做中學”為特點的STEM教學，超出了傳統教學中的紙筆評價，特別強調實時性、多元化和形成性的評價，而目前本校采用的評價模式還基本是基于設計報告、項目成果、團隊分工以及成果展示等進行的結果性評價。現代信息技術的進步將對進行形成性評價起重要推動作用，讓學習者同教師等助學者之間能夠利用各種信息化工具進行實時互動，并允許教師對學生的STEM學習過程和學科知識的理解程度進行交互式的實時評價和反饋。這更需要根據高職STEM教育的特點通過建立一個多元化、體系化的評價指標體系作為依據。

最后，整合性STEM教育有助于工程類高職教育使命的完成，應把STEM教育同高職教育的融合作為高職教育改革發展的一個重要方向并長期堅持。STEM跨學科教育中科學、技術、工程、數學是知識密集型經濟中合格的技術技能人才所需的基本技能，幾乎所有與科技相關的職業都需要這四門學科的知識作為基礎。特別是面對互聯互通為基本特征的第四次工業革命以及“中國制造2025”、工業4.0時代的到來，對高等職業教育系統培養技術技能型人才提出更高的要求，被美國視為維持國際競爭力、應對21世紀挑戰的國家利器的STEM教育，有利于高職學生職業能力與素質的長遠發展，增強人才的創新思維和創造能力、實踐能力、解決復雜問題等能力，將必然成為促進我國經濟發展和增強國際競爭力的核心動力之一。

參 考 文 獻

[1]馮華.STEM教育視野下的綜合課程建設[J].中小學管理，2016（5）：14-16.

[2]王悅.STEM教育理念與我國職業教育的融合——應然向度與實然困境分析[J].軟件導刊·教育技術，2017（3）：36-39.

[3]張豪鋒，卜彩麗.略論學習生態系統[J].中國遠程教育，2007（4）：23-26.

[4]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究，2015（4）：13-22.

[5]陳舒，劉新陽.美國校外STEM教育成效評價：視角、框架與指標[J].開放教育研究，2017（2）：102-110.

[6]李洛，古凌嵐，汪清明.“三階段技能遞進式”高職軟件技術專業人才培養模式實踐[J].職業技術教育，2010（32）：12-15.

[7]李春密，趙蕓赫.STEM相關學科課程整合模式國際比較研究[J].比較教育研究，2017（5）：11-18.

[8]National Research Council.A Framework for K～12 Science Education： Practices，Crosscutting Concepts， and Core Ideas [M].Washington， D.C.： The National Academies Press，2011：107.

[9]鄭浩，王者鶴，馬永紅.OECD“催化劑項目”中的STEM教學模式及其啟示[J].中國電化教育，2017（8）：53-59.

Construction and Practice of Professional Competency Cultivation System in Higher Vocational Education Based on STEM Learning Ecosystem

Xu Zhengyu， Wang Xing

Abstract STEM education can help students to improve the overall quality and master the necessary vocational skills and innovative ability in the future society. It has become an important long-term educational strategy in many countries. The combination of STEM education with higher vocational education for the training of technical skilled personnel has deep connection and inevitability. On the basis of in-depth analysis of the connotation and characteristics of STEM learning ecosystem in higher vocational education， this paper puts forward the construction way of STEM education training system and carry out specific exploration practice including： aiming at the cultivation of professional ability and accomplishment， taking STEM learning ecosystem construction as the center， taking practice-project as the carrier， taking STEM interdisciplinary education as the content， taking the multistep optional course as the form， taking the multi-dimensional teaching performance appraisal system as the safeguard， and so on.

Key words higher vocational education； learning ecosystem； STEM education； professional competency； talents training system

Author Xu Zhengyu， research associate of Zhejiang Guangsha College of Applied Construction Technology（Dongyang 322100）； Wang Xing， associate professor of Zhejiang Guangsha College of Applied Construction Technology

作者簡介

徐征宇（1959- ），男，浙江廣廈建設職業技術學院黨委書記，助理研究員（東陽，322100）；王興（1981- ），男，浙江廣廈建設職業技術學院科研處長助理，副教授，高級工程師，博士

基金項目

2017年度浙江省教育廳一般項目“基于STEM學習生態系統觀的高職學生職業能力培養體系構建”（Y201738343），主持人：徐征宇；2016年度教育部人文社會科學研究青年基金項目“‘國家教育云平臺規模化應用的評價體系與推廣策略實證研究”（16YJC880082），主持人：王興