中等職業學校STEM教學模式改革研究

顧容 張東

摘 要 STEM教育在K-12年級中的開展已較為廣泛，中等職業學校作為我國高中教育階段的重要組成部分，研究STEM教育在中等職業學校的開展，構建中職STEM教學模式意義重大。在明確指出STEM教學模式內涵的前提下，以5E教學模式為基礎，結合工程設計流程，構建出中等職業學校的STEM教學模式，以期為未來STEM教育的研究發展提供理論參考。

關鍵詞 中等職業學校;STEM;教學模式

中圖分類號 G712 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2019）02-0044-04

STEM教育，是一種由科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科知識融合集成的教育模式?？鐚W科和整合性是其教育理論和教學方法的兩大基本屬性。STEM教育在培養復合技能型人才的同時，自身也在不斷延伸和發展。我國對于STEM教育的開展也極為重視，國務院辦公廳印發的《全民科學素質行動計劃綱要實施方案（2016-2020年）》明確指出，要完善基礎教育階段的科技教育，增強中小學生的創新意識、學習能力和實踐能力[1]。在此背景下，STEM教育在我國得到大力推廣和發展，包括中職學校在內的不同層次類型的學校都在不斷摸索符合自身發展特色的STEM教學模式。

一、為何要在中等職業學校開展STEM教育

（一）中等職業學校開展STEM教育的必要性

1.中職學生擺脫自身學習困境的現實需要

在我國現行教育體制下，中等職業學校生源大多文化基礎知識薄弱，自主學習能力不強，但其思維活躍，動手能力強。STEM教育注重培養學生學習興趣，采用項目教學，強調以學生為中心，促進學生主動參與項目進展的各個環節，在探究式、小組式的教學過程中，培養學生自信心及自主學習、合作學習的能力，養成良好的學習行為習慣。STEM教育能夠彌補中等職業學校學生自身學習特點的缺陷，有助其擺脫自身學習的困境。

2.中職教師提高自身職業教學能力的真實訴求

在中職課堂的實際教學活動中，如何吸引學生的注意力，提高學生課堂學習的參與度，使學生真正融入課堂是擺在所有中職教師面前的難題。傳統的授課方法、教育理念已難以獲得學生的認可，中職教師教學能力的提升與變革迫在眉睫。STEM教育對教師教學能力的要求：基于項目（PBL）的教學、探究式教學等不同教學方法的掌握;實操教學中跨學科知識的整合與運用;有效教學模式的開發和運用，保證課堂充滿生機與活力;多元評價機制的運用，綜合評價學生表現。這些教師職業能力的提升是一線中職教師內心的真實訴求。

3.STEM教育貫通K-12年級教育本質的理論體現

STEM教育的本質是貫通K-12年級的一體化教育機制，是不斷發展和延伸的，在大學中亦可以開展。我國高中階段教育由普通高中教育和中等職業教育兩部分組成。中等職業學校指普通中等專業學校（簡稱“中?！保⒓脊W校（簡稱“技校”）、職業高中（簡稱“職高”）等招收初中畢業生、實施中等層次職業教育的全日制職業教育實體。中等職業教育作為高中階段教育的一部分，應該在STEM教育的覆蓋范圍內，這是STEM教育自身發展貫通整個教育體系不可缺少的一部分。2016年教育部在《教育信息化“十三五”規劃》明確提出，有條件的地區要積極探索信息技術在“眾創空間”、跨學科學習（STEAM 教育）、創客教育等新的教育模式中的應用。

（二）中等職業學校開展STEM教育的可行性

1.教育理念的共享性

中等職業學校教育是我國高中階段教育的重要組成部分，如素質教育、建構主義學習理論、做中學等這些教育理念的運用與落實在普通高中和中等職業學校中并無差別，這些教育理念的追求是一致的，即教育的本質是為了學生全面的、更好的發展。教育理念的共享為STEM教育在中等職業學校中的開展奠定了基礎。

2.教育目標的互通性

中等職業學校的教育目標之一是培養學生的工匠精神，STEM教育的教育目標在于培養學生的STEM素養[2]。二者的教育目標都強調創新、協作等能力或精神的培養[3][4]。STEM素養的內涵與工匠精神互通，教育目標的互通是中等職業學校開展STEM教育的前提。

3.教學程序的相融性

中等職業學校教學不僅包含理論知識的講授，還有比重較大的實操訓練課程，因此工程實踐教學的方法在教學程序中的運用就較為凸顯。而工程問題的解決程序本身就是STEM教學程序必不可少的一部分，即確定問題—制定方案—分析方案—優化解決—交流反饋。教學程序的相融性是中等職業學校開展STEM教育的核心。

4.教學方法的同源性

中等職業學校的教學方法除常規講授法外，還包括項目式教學、探究式教學、小組教學等，這些教學方法也要運用在STEM教育中，甚至所有STEM教學案例的開展都需要進行基于項目的教學。二者在教學方法上的同源性，為中等職業學校順利開展STEM教育提供了保障。

5.教學評價的一致性

在中等職業學校開展STEM教育，其教學評價按照功能可分為診斷性評價、形成性評價和終結性評價，依據評價標準的不同可分為常模參照評價和標準參照評價，而評價的表達則分為定性評價和定量評價。教學評價的一致性是其教育開展的關鍵。

二、STEM教學模式的內涵

教學模式是在一定教學理論或教學思想的指導下，在實踐中形成的相對穩定的教學活動的結構和方式[5]。通常包括理論依據、教學目標、操作程序、實現條件、教學評價五大因素，各因素之間有規律的聯系就是教學模式的結構。教學模式是教學理論的具體化，是教學經驗的系統概括。在教育實踐中，教學模式與課程性質、學生學習方式密切相關。不同類型、不同性質的課程在一定程度上決定了教師應該采用何種教學模式，而教師采用的教學模式不同，學生的學習方式也會有所差異。對比傳統課堂教學與STEM課堂教學，分別從課堂中心、導入方式、組織方式等十個維度進行比較，STEM課堂教學的優勢體現得更為明顯。具體見表1。

基于以上兩種課堂的對比，可以看出STEM教學模式與傳統教學模式相比主要有以下三點不同：STEM教育理論的指導;學生是教學活動的主體，教師只是起著組織者、協助者的作用;基于項目（PBL）的教學方法。再結合對一般教學模式的理解，本文總結出STEM教學模式的含義：在STEM教育理念（素質教育、做中學理論、工程學思想、建構主義學習理論等）的指導下，以學生為中心，重視問題的情境性，在基于項目的學習中通過小組協作探究來解決問題，以追求STEM素養為目標，通過設計穩定的STEM課堂教學活動程序，滿足以相應的輔助條件，并最終完成對學生的綜合化評價的一種教學模式。

三、中等職業學校STEM教學模式的構建

5E教學模式由美國的生物學課程研究會（Biological Sciences Curriculum Study，BSCS）在Atkin-Karplus學習環的基礎上提出，包含參與（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、精致（Elaborate）和評價（Evaluate）五個環節[6]。該模式以培養學生科學探究能力與工程實踐能力為目標，緊緊抓住中等職業學校教學培養的目標重點，并通過創設情境、支架式指導、補充修正、細致引導、分享總結的教學流程來促進學生新知識概念的構建、產生、遷移和理解。5E教學模式的各個環節與STEM教學模式的內涵相符，其基于項目或問題導向的教學方法與STEM教學模式的要求一致，并且5E教學模式與STEM教育理念在科學工程實踐能力上的追求是一致的[7]。因此本文選擇5E教學模式作為中等職業學校STEM教學模式的構建基礎。

（一）5E教學模式的基礎

5E教學模式中的參與是學生對于STEM情景的初體驗，旨在激發學生學習興趣和探究意識，教師通過組織頭腦風暴、實地考察等活動來進行該環節的教學，以此來引起新的知識概念。探究是5E教學模式的核心環節，需要學生勇于提出質疑，并通過自主、合作等方式的參與建立事物之間的聯系，此環節注重培養學生的高階思維能力，通過“支架式”的教學支持促進其知識經驗的建構。解釋即揭示探究的意義，教師通過播放視頻、多媒體演示等方式對學生的方案進行補充說明，使其生成STEM新概念，旨在培養學生的跨學科素養、問題解決能力和創新能力。精致是對STEM新概念的遷移運用，教師通過引導學生參與討論、思考，促進學生內化形成的STEM新概念不斷精致化的過程。評價是貫穿于整個教學活動中的，STEM教學評價是動態的多元綜合評價，包括教師評價、學生自評與互評，其中學生的科學精神、創新能力和合作能力應是重點關注的評價維度。5E教學模式的運用是中等職業學校STEM教學模式構建的基礎。

（二）工程設計流程的考量

工程（Engineering）是STEM教育四門學科的組成之一，運用工程學思想指導開展STEM教育，借鑒工程設計流程來構建STEM教學模式意義重大。工程設計的流程一般包含七個步驟：識別問題和制約因素、調查研究、形成概念、分析觀點、建立模型、測試和優化、溝通和反思[8]。需要明確的是工程設計的過程本質是迭代性的，在明確最終設計方案之前，需在不同步驟之前進行轉換，而并非線性的工作。

（三）STEM教學模式構建

本研究以5E教學模型為基礎，結合工程設計流程，設計出中等職業學校的STEM教學模式。

STEM教學模式主要包含STEM的教學目標、教學程序、輔助條件、師生活動、評價方式五大要素。STEM教育以培養STEM素養為教學目標，整個教學過程分為四個階段（參與、探究、實踐、評價）、八個環節（情景引入、識別問題、協作探究、方案制定、設計建造、測試改進、分享交流、總結強化）。其中識別問題、協作探究、方案制定三個環節構成探究階段，這一階段學生通過自主學習、合作探究，在教師支架式教學的指導下養成創新思維和意識，完成STEM新概念的構建。設計建造、測試改進兩個環節組成實踐階段，這一階段學生通過對跨學科知識的理解和遷移，來展示項目的結果或問題的答案，通過教師的引導和補充修正促使學生完成對知識的遷移，以培養學生自主思考、合作探究的綜合能力。在測試改進這一環節中，學生難免會產生對于原始問題或概念的新思考、新問題，這些問題的解決將回到識別問題的循環當中，實現對這些新問題的處理加工。分享交流、總結強化是評價階段的組成環節，通過教師評價、學生自評、同伴互評的途徑，運用多元綜合評價的方式將評價活動貫穿于整個教學活動的始終。在每個教學階段中，教師都有相應的教學任務，并根據不同教學階段的特點提供相應的輔助條件，如教學設備和資源等，以保證各個教學環節的順利進行。教學評價貫穿于整個教學活動的始終，多元綜合評價模式的運用保證學生學習活動評價的科學性和全面性。以上各個要素之間相互影響、協同運作，共同促進學生STEM素養的培養和提升。

四、結語

STEM教學模式，其本質是由STEM教學目標、教學程序、相應的教學輔助條件和多元綜合的教學評價依照建構主義學習理論、素質教育、工程學思想等理論基礎所組成的一個動態開放的系統。雖然STEM教學模式已經形成，其基本結構也保持相對穩定，但這并不意味著該教學模式就從此一成不變。STEM教學模式總是會隨著教學實踐、觀念和理論的發展變化而不斷得到豐富、創新和發展。在具體的教學實踐運用中，教師必須充分考慮到學科特點、教學內容、現有教學條件和師生具體情況，進行細致的方法上的調整，以體現對學科特點的主動適應。

參 考 文 獻

[1]國務院辦公廳.全民科學素質行動計劃綱要實施方案（2016-2020年）[EB/OL].[2018-10-26].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2016-03/14/content-5053247.htm.

[2]中國教育科學研究院.中國STEM教育白皮書[R].2017-06-20.

[3]姜漢榮.勢之所趨：工匠精神的時代意義與內涵解構[J].中國職業技術教育，2016（21）：9-12.

[4]蔡海云.STEM教學模式的設計與實踐研究[D].上海：華東師范大學，2017.

[5]胡德海.教育學原理[M].北京：人民教育出版社，2013.

[6]王健.李秀菊.5E教學模式的內涵及其對我國理科教育的啟示[J].生物學通報，2012（3）：39-42.

[7]Manzo.Ros.D.|Whent.Linda|Liets.Lauren|d.l.Torre.Adela|Gomez-Camacho.Rosa.Th.Impac.o.th.5.Teachin.Mode.o.Change.i.Neuroscience.Dru.Addiction.an.Researc.Method.Knowledg.o.Scienc.Teacher.Attendin.California'.ARIS.Professiona.Developmen.Workshops[J].Journa.o.Educatio..Learning，2016（2）：109.

[8]瑪麗·瑪瑞麗特·卡普拉羅.基于項目的STEM學習：一種整合科學、技術、工程和數學的學習方式[M].王雪華，等，譯.上海：上海科技教育出版社，2016：48-62.