高職STEAM教育的內涵、模式及實施路徑

黃建鋒

【摘 要】21世紀培養運用STEAM跨學科知識進行科學探究與真實問題解決能力的復合型、創新型人才是高職院校教學改革的重點。研究從STEAM教育的興起、內涵及理論依據入手，剖析了高職STEAM教育的應用模式，提出了高職STEAM教育的實施路徑。

【關鍵詞】高職院校;STEAM教育;內涵;模式;實施路徑

【中圖分類號】G712

【文獻標識碼】A

【文章編號】1001-8794（2019）06-0075-04

STEAM教育將分散、獨立的學科通過主題活動或項目設計聯系在一起，注重學生跨學科知識融合、真實問題解決能力與深度創新能力的養成教育，因而成為各國提升勞動者創新能力和國家競爭力的國家教育戰略，是目前課程改革的熱點話題。

一、STEAM教育概述

1.STEAM教育的興起

STEAM教育肇始于美國，最初稱為STEM教育。20世紀80年代，美國政府為應對科技人才嚴重短缺的危機，提出了STEM集成教育戰略，拉開了STEM教育的序幕。[1]2006年，美國政府把STEM各學科知識素養作為集成性人才素養的重要組成部分寫入《美國競爭力計劃》，[2]并在2006—2015年的10年間相繼出臺了一系列具有法律效應的報告，從政策、師資、資金等方面給予STEM教育大力扶持。[3—4]2015年，奧巴馬政府正式簽署《STEM 教育法（2015 年）》，以法律的形式確立了STEM教育的地位。[5]為進一步拓展和延伸STEM教育內涵，美國學者Yakman在STEM教育中融入了Arts（人文和藝術）素養，并強調STEAM教育應以理工科學科素養培養為主，注重文理兼通，這使STEM教育學科素養更加寬泛、視野更加開闊。[6]我國STEAM教育雖然起步較晚，但已引起政府高度重視。2015年教育部在《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中提出“探索STEAM 教育”、“創客教育”等新教育模式。[7]2016年在《教育信息化“十三五”規劃》中又提出將“眾創空間”、“跨學科學習（STEAM教育）”、“創客教育”等作為未來人才培養的新模式。[8]2017年中央教科院在《中國STEM教育白皮書》中提出將STEM教育納入國家創新人才培養戰略，同時提出了中國STEM教育2029年創新行動計劃。[9]這些都標志著我國STEAM教育已正式啟動。

2.STEAM教育的內涵

關于STEAM教育，目前學術界尚無明確的概念界定，一般認為：STEAM是統整科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Math）等21世紀人才所需的各學科核心素養與能力的教育。當然，STEAM教育不是將這幾門學科知識做簡單的加法，而是使它們互相融合、滲透而形成的多元交叉性學科知識，是一種倡導“學中做、做中學、邊做邊學”，并兼顧能力與智慧培養，偏重跨學科視野下理科思維素養養成的一種新的教育范式。[10]STEAM各學科素養可理解為：發現、解釋自然規律并運用這些規律改造自然，合理利用自然的科學素養，主要解決宇宙萬物來源;理解技術、評估技術、使用技術、管理技術的技術素養，主要指工具及創新設備及運用這些工具、設備進行創新的素養，即改造、利用自然的經驗、技巧等方法;解決真實問題（如工程設計、工業制造等）的工程素養，主要指有目的的分析、創新與創造素養;STEM與人文學科互相滲透的藝術素養，主要指人文、社會、倫理與思想等;運用數學原理、數學思維進行邏輯判斷、推理的數學素養。STEAM教育強調知識的跨學科、跨領域，強調通過多維度、多元化的方式解決真實問題，強調學生創造、創新能力的培養，是技術驅動下的多元學科知識與技能的融合創新。

3.STEAM教育的理論依據

STEAM教育理念來源于綜合課程，是一種以突破學科界限，通過融合多學科知識以全科思維方式解決真實問題的一種課程模式。STEAM教育的經典理論是美國教育專家亞克門（Georgette Yakman）教授提出的STEAM教育模型。[11]該模型共分五層：底層是具體課程，包括科學、技術、工程、藝術、數學等單學科課程，該層注重體現學科之間的差異性;第二層是學科分類，主要探討了科學、技術、工程、藝術、數學等學科能力和水平;第三層是藝術滲透（STEM+A），強調藝術在STEM各學科之中的滲透，促進STEM向STEAM轉變;第四層是學科綜合，體現STEAM多學科綜合能力和水平，注重培養學生融合STEAM各學科知識發現問題、分析問題、解決問題的能力;最頂層是教育目標，是教育者的終極目標，即學習者終身核心素養的培養，注重把靈活應用STEAM跨學科知識解決真實問題的能力作為學生的終身技能與素養來培養。該模型層與層之間互相聯系，下層是基礎，上層是提升。它既重視STEAM各學科知識的完整性，又強調彼此之間的關聯性，還彰顯了STEAM教育的終極目標。

二、高職STEAM教育的應用模式

STEAM教育是一種典型的基于建構主義和認知科學理論的教學方式。STEAM教育過程實際上是學習者在特定情境（文化背景）下，通過完成項目或解決問題的教學策略將STEAM各學科知識貫穿在一起，以跨學科知識綜合運用為核心將各學科知識統整到項目完成或真實問題解決過程中，以新興技術為支撐實現STEAM教育各環節的無縫鏈接，增強技術應用意識，以合作形式組成STEAM教育共同體，體現團隊意識。STEAM教育模式不應程式化、固定化，應根據不同問題或不同項目實施不同教學模式。高職教育改革應以推進STEAM教育為突破口，以技能素養、應用素養、創新素養為抓手，采用基于真實情境、真實問題、真實項目等教學策略，注重培養應用型、技能型人才。可采用“STEAM-0：驗證模式→STEAM-1：探究模式→STEAM-2：制造模式→STEAM-3：創造模式”逐步推進的人才培養模式。

1.STEAM-0：驗證模式

驗證模式主要培養高職學生運用STEAM知識驗證一個已知結果的能力，注重STEAM知識應用過程與方法培養。一般有六個步驟：一是明確問題，確定需要驗證的內容，驗證的內容可以是某一規律或某一現象，規律和現象可以是相應定律或自然現象。二是設計方案，明確驗證的具體步驟、方法、進度、所需STEAM知識、人員分工、注意事項及記錄的具體項目等。三是評估方案，評估方案的可行性，包括方案的充分性、嚴密性、安全性、成本等內容。四是實施方案，根據設計方案及評估方案按步驟實施驗證，認真觀察驗證過程并記錄相關數據。五是分析數據，結合STEAM學科知識對驗證過程中出現的現象及記錄的數據進行分析，分析現象及數據與需要驗證的規律或現象的一致性。六是交流分享，反思驗證過程的成效性、STEAM知識運用的過程和方法等。師生交流、評價、分享心得。

2.STEAM-1：探究模式

探究模式主要培養高職學生運用STEAM知識發現未知現象的能力，強調STEAM知識的綜合運用，注重培養學生的科學探究精神。一般有五個步驟：一是發現問題，教師根據高職院校課程計劃、課程內容、職業價值取向等有指向性地引領學生去發現真實情境、真實項目中存在的問題，并將這些問題總結提煉成學生可以進行探究的具體項目。二是收集數據，利用收集的數據進行探究是高職探究型STEAM教育的重要環節。數據收集可通過直接觀察、實驗記錄等方式進行，該過程也有方案設計、方案評估、方案實施三個階段。三是分析數據，通過數據分析建立數據模型并得出結論。四是解釋結論，運用STEAM知識對得出的結論演繹探究過程，證明探究過程的規范性、準確性及結論的正確性。五是反思交流，探究過程是一個艱難的過程，涉及到高職學生STEAM知識掌握的程度、知識的運用能力及遷移能力。將探究過程記錄下來進行交流分享，一方面可以反思探究過程存在的不足;另一方面可以分享探究過程中的成功經驗。

3.STEAM-2：制造模式

制造模式是高職STEAM教育的基本運用階段，要求高職學生運用所學的STEAM知識模仿制造或改良一個產品。一般有六個步驟：一是情景創設，通過介紹產品的應用場合與應用價值及可能用到的STEAM知識來激發學生的參與熱情。二是相關培訓，主要是相關STEAM知識、設施設備使用及注意事項、安全意識等方面的培訓。三是模仿制造，模仿制造是高職STEAM教育的重要環節。通過模仿制造讓高職學生掌握工業制造的一般流程。四是知識講解，對模仿制造過程中所用STEAM知識、原理、理念、要領進行系統性講解可以加深對工業制造的認識，促進知識原理向實踐應用轉變。五是產品改良，通過教師引領、小組合作對原有產品進行改進、改良，讓產品更具應用價值，激發學生的創新意識。六是反思交流，記錄設計、制造、改良過程，一方面可以反思制造過程中存在的不足及需要改進的地方;另一方面可以分享制造樂趣，提高參與熱情。

4.STEAM-3：創造模式

創造模式是高職STEAM教育的高階運用階段，要求學生綜合運用STEAM知識去設計、創造新的產品。一般也有五個步驟：一是情景創設，根據高職STEAM課程計劃、學生未來職業取向、軟硬件條件，教師與學生共同思考行業內需要創新、當前條件下可創新的項目，以及項目創新之后可能帶來的社會效應與經濟價值，激發學生創新意識和創新熱情。二是創新引導，一方面要對創新項目的可行性進行分析、論證;另一方面要對創新思路進行規劃，明確創新方法。三是項目設計，根據創新項目、STEAM知識、軟硬件條件進行系統設計，形成可操作的具體方案。四是創造過程，根據創新項目目標、操作方案進行具體創造。在此過程中，要對創新的產品進行驗證，對項目設計方案加以反復修改。五是總結提升，對整個創造過程進行分析總結為后續的創新制造提供相關經驗，并對創新產品進行包裝，與他人分享創造成果。

三、高職STEAM教育的實施路徑

1.加強頂層設計，形成多方合力

美國STEAM教育的成功經驗表明，政府與高職院校高度重視，社會團體、工礦企業、科研院所積極參與是STEAM教育取得成功的重要保障。首先，政府要從政策層面對高職STEAM教育出臺相關的指導性文件，明確政府、教育主管部門、高職院校、社會、工礦企業等機構所承擔的職責，并從發展規劃、師資力量、經費投入、軟硬件基礎等方面給高職STEAM教育以政策傾斜。其次，教育主管部門應牽頭相關高職院校共同制定高職STEAM教育標準，規范高職STEAM教育的目標、課程、師資、資源配置等。再次，作為高職STEAM教育的第一責任人，高職院校必須要發揮主體作用。加強課程標準、課程設置、校本教材、師資配備、項目資源、實訓基地等方面的研究。打破學科壁壘，有效促進工學、理學、人文社會科學之間的融合創新。最后，綜合性高校、科研院所、社會團體及工礦企業的參與是提高高職STEAM教育質量不可或缺的重要因素。高職院校要主動與這些機構建立STEAM教育戰略合作伙伴關系，相關機構也應積極為高職院校STEAM教育提供有針對性的項目設計與專家指導，主動為高職院校STEAM教育建言獻策，確保高職STEAM教育不偏離方向。

2.優化課程資源，創新課程設計

優質STEAM課程資源是提高高職STEAM教育質量的前提條件。STEAM課程資源包括STEAM教材、STEAM項目及開展STEAM教育的軟硬件環境。STEAM教材是STEAM教育的核心資源，STEAM教材內容應該面向真實生活，而且是具體的、系統的、可操作的，能體現社會價值取向與學生未來職業需求，體現多學科技術及多學科知識的跨界融合，其編著者應該是工學、理學、信息技術等領域的學科專家，教材內容也應隨時代的發展、科技的進步而不斷更新。STEAM項目是實施STEAM教育的重要途徑，其方法可以是基于真實問題的解決或基于真實項目的完成，項目設計要注重趣味性、多維性、協作性、跨學科性，注重對學生進行從“學會”到“會學”的培養。項目與項目之間要體現邏輯性、連貫性、實用性，要能真正彰顯高職STEAM教育的實質與價值。

硬件資源是完成STEAM教育的根本保障。高職STEAM教育強調真實問題的解決、項目的完成，強調“做中學，學中做”。要構建“3D打印室”、“人工智能中心”、“大數據分析中心”、“創客教育中心”、“創想實驗室”、“計算機模擬室”等STEAM項目實訓平臺，要通過融合虛擬現實（VR）、增強現實（AR）及混合現實（MR）等技術為學生提供多元化軟硬件資源。課程設計應體現創新精神，一方面要借鑒美國等西方國家課程設計的成功經驗，為學生提供優秀課程案例，加大在線課程支持力度;另一方面要注重民族創新，注重符合我國國情、學校特色的STEAM課程的開發，特別是有利于從“中國制造”到“中國智造”、“中國創造”跨越的高職STEAM課程的開發。

3.拓寬師資渠道，提高師資質量

目前，我國高職院校中具有適應國家創新形勢、多學科知識與技術、跨學科知識融合能力、教育創新理念、實踐能力及豐富教學經驗的專業STEAM教師非常匱乏，因此必須要拓寬師資渠道，在提高師資數量與質量上下功夫，努力形成一支數量充足、素質過硬的STEAM教育師資隊伍。其途徑主要有三個：一是依托綜合性高校定單式培養STEAM教育師資。綜合性高校應根據我國高職STEAM教育需要，定向為高職院校培養STEAM教育師資，設置高職院校STEAM教育師資培養專業，從師資配備、課程設置、硬件資源及培養經費等方面給予傾斜。[12]建立STEAM實訓室或模擬實訓平臺，定期開展實訓訓練，建立健全畢業資格認證機制，嚴把高職STEAM教育師資源頭質量關。[13]二是構建高職院校在職教師轉型機制。目前，高職院校STEAM教師十分緊缺，通過對在職教師進行轉型培訓是補充高職STEAM教師數量短缺最有效的方法。高職院校應為轉型教師制定STEAM課程計劃，加強STEAM跨學科知識教學，構建STEAM項目實訓平臺，提升轉型教師STEAM教育綜合實踐能力，出臺優惠措施（如優先考慮工資、績效、職稱等）吸引廣大教師特別是理工科教師投入到STEAM教育師資隊伍中來。三是構建校企同盟，拓寬師資培訓渠道。美國、加拿大等西方國家STEAM教育經驗表明，通過“走出去、請進來”的方式構建校企STEAM師資培訓聯盟是提升師資質量的重要途徑。[14]企業硬件資源豐富，人才濟濟，可為高職院校STEAM教育師資培訓提供真實的而非模擬的實踐平臺，高職院校STEAM教師可與企業一線專家溝通與交流。這種機制還可有效彌補高職院校STEAM教育師資、設備、資金、實踐經驗不足的缺陷，有利于校企聯盟雙方形成互利互惠、合作共贏的長效機制。

四、結束語

STEAM教育強調跨學科知識的交匯融合，注重真實問題的解決，體現了工業制造時代的創造創新理念。在我國，由于高職STEAM教育剛剛起步，還沒有成熟的高職STEAM教育模式可借鑒，還要不斷進行嘗試與探索。

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