應用型高校實驗室STEM實踐教學模式研究

馬 寧，王金萍

(哈爾濱職業技術學院，哈爾濱 150000)

在當前高校教學改革中，實踐教學是提高學生就業能力、綜合素質和職業能力的重要部分，而高校實驗室課程是實踐教學的載體。高校實驗室為實踐教學提供了平臺，大學生以學科專業為基礎，在實驗室中通過觀察、實驗、操作，理解與掌握學科基礎知識、實踐技能和創新思維訓練等，成為富有實踐能力的高素質人才。在高校實踐教學中，學生一般先通過對理論知識的學習和掌握，帶著問題和好奇心到實驗室進行操作實驗，特別是一些實踐性很強的專業，必須將理論和實踐相結合，才能使學生更好地完成訓練任務。STEM實踐教學模式與傳統的教育方式有很大區別，更推崇超學科理念，注重培養學生的綜合能力，學生在實驗時會自主設計實驗方案，鼓勵和培養了學生多種能力的發展，從而實現了STEM的教學目標。

1 STEM實踐教學概述

STEM是Science(科學)、Technology(技術)、Engineering(工程)、Math(數學學科教育)的縮寫，STEM的教育理念是將實踐與四門學科知識有機結合，將理論與實踐相統一。STEM教育并非將學科知識簡單結合，而是注重在實踐中挖掘各個學科的潛在內涵，是教育模式的創新。STEM教育在培養學生學科素質、技術素質、工程素質和數學素質的同時，也培養了學生的實踐能力，開拓了創新思維。

2 STEM實踐教學與課程有機結合的方式

STEM實踐教學注重讓學生在實踐中掌握知識，在實踐中主動解決問題，拓展了學生的創新思維能力和復合思維能力。實踐教學并非到實驗室內簡單操作儀器，觀察數據，做出實驗報告，完成學科任務，STEM教育中的內容設計關注學生的興趣，增加教學內容的趣味性，讓學生在實驗過程中將學科中的多個知識點聯系在一起，從多學科和多視角分析解決問題。STEM實踐教學目標更加注重培養學生的創造性思維，在教學目標的設計中，應綜合考慮課堂實際情況，合理確定學科知識的理解深度，建立有深度、有梯度的目標體系。STEM實踐教學同時融入多元、多維的教學評價，在學生整個學習過程中融合了傳統教學評價和項目教學評價，這些教學評價正確引導了學生的學習方向，調整教與學的過程，為學生及時提供動態反饋，達到了最佳的學習效果。

3 STEM實踐教學模式構建

在STEM教育理論的指導下，學生在實驗過程中需要掌握教學知識中各知識點和各學科內容的內在聯系。高校實驗課程多數是驗證性實驗，STEM實踐教學要求學生通過實驗過程，擁有發現問題、提出問題和解決問題的能力，而不是在實驗室中簡單操作儀器、記錄數據、完成學科任務，學生只有在實驗中提高思考的興趣，利用發散性思維提出不同的解決方案，才能在探索中擁有解決問題的綜合能力，在這個實踐與理論相結合的過程中，STEM教學模式得到充分發揮。STEM實踐教育在不同學科中的應用也有所不同，實驗室中可根據不同專業特點和不同實驗項目靈活設置。STEM實踐教學注重對問題情境的設計，如教師在授課中提出以下要求：學生應該取得什么樣的學習成果？怎樣取得？學生在思考問題時，利用自己的發散思維和創造思維設計不同方案，不受固有答案的限制，完成教學任務后，教師帶著問題總結成果，不僅能夠了解學生對專業知識的掌握情況，也能驗證學生理論與實踐結合的能力。教學成果注重的是學生就業能力、職業能力和綜合素質的培養，STEM實踐教學將學生整個大學階段的實踐成果串聯起來，能夠培養社會需要的高素質人才。

4 STEM實踐教學模式設計

第一，實踐教學中應以學生為主體，教師可以幫助學生梳理學科相關知識，引導學生對知識點進行深入理解。教師在設計STEM實踐教學時，要考慮各學科知識間的關聯，將課程知識點融入其中，在實踐中充分掌握理論知識。第二，學生具有個體差異性，教師應根據學生自身特點培養其核心素養。實踐課程是學生與教師共同參與的，在實驗過程中教師可以與學生全程互動探討，學生可以通過小組討論，積極提出各自的問題，在溝通探討中互相學習，并從多角度研究解決問題的方法，作出設計方案，提升思維能力和創新能力，完成自我挑戰，實現高質量教學效果。第三，利用信息技術輔助STEM實踐教學。STEM教育環境是根據學生需求和實踐特點建立的，在STEM教育中教師能夠充分了解到學生能做什么，而不僅僅是對理論知識的了解。在工程應用中，將新媒體、人工智能技術融入到軟件和硬件環境建設，打造科技型教學環境，整合各學科知識，明確學習目標，增加相互合作。

5 STEM實踐教學案例研究

5.1 STEM實踐教學流程

首先，創建STEM教育環境，以證據導向驅動。創建不同類型匹配的STEM教育環境，掌握各專業特點，了解各學科的教育大綱要求，根據實驗室配備的硬件、軟件設施，學生在學習中收集的線索，打造STEM教育環境。STEM實踐教學中引入新媒體，利用大數據分析收集全過程教學效果數據，為教學評估提供可靠的技術保障。其次，明確實踐教學中要達成的教學效果。實驗室中的軟硬件設施，能夠對學生的學習效果進行全面評價，確定學生完成實驗的有效程度。再次，STEM教育環境能夠提供可視化多媒體教學，與傳統理論課不同，由互聯網技術和職能終端組成的線上教學，能夠促進學生的高效學習。最后，評估STEM實踐教學效果，包括學生和教師的互動程度，學生實驗的正確率及實驗設計方案結果等。

5.2 基于大數據的STEM測評系統教學案例

在基于大數據的STEM測評系統下，以土木工程力學實踐教學案例——“梁的內力——剪刀和彎矩”為例。課堂上，學生需要知道截面法計算制定截面內力的步驟，能運用剪刀和彎矩的計算規律計算指定界面的內力，感悟平行力系的平衡問題在梁的內力計算中的相同和不同點。實踐教學中，要求學生參考學校建筑物及建筑模型，畫出梁的計算簡圖。探究當作用的梁上力是傾斜的時候，梁的內力除了有剪刀和彎矩，還有什么內力？感悟梁的內力的大小與梁的破壞有什么關系，當某一梁的內力過大，使構建產生破壞時，可采取什么措施。具體實驗方法：第一，自主學習。學生自主學習教材，完成導學提綱，記錄疑點或無法解決的問題，為實驗交流作準備。第二，組內交流。組內展開交流與探討，共同解決存在的問題，并整理交流結果，教師積極鼓勵，并適度助學。第三，小組展示。各組依次對交流結果進行展示，并對本組的展示作出補充或評價，教師對重點內容進行精講。第四，自我檢測。獨立完成，也可在同學幫助下完成。第五，反思提高。對課堂練習進行點評，利用內力規律求解，通過探究與感悟，激發求知欲望，提高學習興趣。

6 結語

隨著我國教育機制的改革，STEM實踐教學被應用到我國各大高校實驗室中。深入研究STEM教學理論，不僅能發現其中蘊含的獨特教學理念，還為優化課堂組織方法、提高教學質量提供了有效保證。從教學實踐中發現，應用型高校實驗室為學生提供了實踐教學，有效培養了學生的思維能力和創造能力，提高了學生的綜合素養，為培養技能型人才提供了保障。