基于STEM能力框架的“物流設施與設備”課程創新

陳東萍，楊曉揚，張少云，劉國棟

（1.臨沂大學物流學院，山東 臨沂 276000；2.四川大學商學院，四川 成都 610064；3.上海電機學院設計與藝術學院，上海 200240）

0 引言

“工欲善其事必先利其器”，設施設備的合理規劃與配置是現代物流系統高效運營的前提。隨著科技的快速發展，物流系統的設施設備日趨復雜，其規劃、配置、管理、使用和維護的難度也越來越大，對物流專業人才提出了更高的要求。作為物流工程、物流管理和工業工程等專業的專業核心課課程，“物流設施與設備”課程旨在讓學生了解現代物流系統中各類設施設備的功能、結構及運作原理，掌握設施設備規劃、選型和管理的能力，是培養精物流業務場景、懂先進管理方法、通多學科技術的現代物流復合型人才的重要課程，其主要內容包括倉儲、裝卸搬運、包裝、運輸、流通加工、配送等作業環節的設施設備，以及物流信息技術和經營決策方法，涉及物流、機械、電子通訊技術、計算機技術、人工智能等專業知識。課程具有知識點繁多、學科交叉性高、內容更新速度快等特點，導致教學實踐中存在學生學習積極性不高、學科交叉理論不足、教學內容與實際問題脫節、思政價值發揮不足等問題。因此，如何提升“物流設施與設備”課程教學內容高階性、激發學生學習興趣、充分發揮其課程思政作用，是物流人才培養過程中需要解決的關鍵問題之一。

STEM是培養具有全面科學素養和創新探究能力人才的教育新形態，是各國教育領域的重要發展戰略。STEM教育即科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）教育的簡寫，提倡跨學科教育，使用多學科的思維和知識解決實際問題，旨在培養學生的科學素養、技術素養、工程素養和數學素養，以提升學生的問題解決能力、復合思維和創新思維。因此，將STEM教育范式應用于《物流設施與設備》的實際教學中，充分發揮此課程學科交叉性高的特點，依據STEM能力框架，結合現代物流復合型人才需求，從知識、技能、態度與價值觀三個維度，重新定義課程的教學目標；以行業標準、政府規劃、企業發展歷程、實際工程案例等行業實際資料為載體，將各相關學科基礎邏輯引入課程，打破學生單門課程思維限制，提升學生利用綜合知識解決復雜工程問題的能力。

本文研究框架如圖1所示，第1部分從學生和教師兩方面總結“物流設施與設備”教學實踐中存在的問題，并分析其原因；第2部分介紹STEM能力框架包含的8種基本能力，并針對第1部分的教學實踐問題，從提升STEM能力的角度提出課程改革的啟發；第3部分從教學內容、教學設計、課堂教學和課程思政四個方面總結課程創新舉措；第4部分對課程創新進行反思。

圖1 研究框架

1 教學實踐問題

（1）知識點繁多，但邏輯關系較弱、高階性不夠，導致教學內容枯燥，難以激發學生的興趣。“物流設施與設備”課程的主要內容是介紹現代物流系統中各類設施設備的功能、結構及運作原理。包括叉車、巷道堆垛機、起重機、封口機、輪船等重型機械設備，以及倉庫、港口、混凝土攪拌站、機場、配送中心等現代化物流設施。每一類設施設備按照材料、處理對象、性能等不同標準，又可以分為不同細分種類。例如捆扎機這類常見的包裝設備，按捆扎材料不同，分為塑料帶、鋼帶、聚酯帶、紙帶和尼龍繩捆扎機；按自動化程度不同，分為全自動、半自動和手提式捆扎機；按接合形式不同，可分為熱熔搭接式、高頻振動式、超聲波式、熱釘式、打結式和摩擦焊接式捆扎機。

這些知識點繁多且比較零散，背后邏輯關系較弱，若簡單羅列，教學內容較為枯燥，難以激發學生學習興趣、調動學生學習的積極性，學生學習大多靠死記硬背，僅僅為應付考試，不知道所學知識能用來處理什么實際的問題。因此，教學團隊從課程設置目標出發，結合現代物流人才培養目標，重構此課程的教學內容。

（2）學科交叉性高，但交叉理論支撐不足，導致教學內容難易程度較難把握，延伸太多講不完，反之則沒有效果。現代物流設施設備較為復雜，其結構、原理大多涉及機械、電子電路、液壓、控制科學、通信、運籌學、經濟等多個學科專業。以最常見的倉儲設備電動叉車為例，其結構包括車體、門架、駕駛室、電控操縱系統、驅動系統、液壓系統和能量再生電子控制系統。其中，車體、門架、駕駛室等物理部件的機械設計，既要考慮作業強度、高度、重量需求，又要考慮人機工程學、工業設計等設計學理論，電控操縱系統、驅動系統和能量再生電子控制系統離不開控制理論、電子電路設計理論，而用于起重的液壓系統是液壓原理的典型應用。此外，電動叉車需要與倉庫其他設施設備（巷道堆垛機、高架叉車、AGV等）配合作業，其配置需要運用生產管理、運籌決策等理論支撐。

多學科交叉特性，為教師實施教學過程增加了難度，若將涉及的學科詳細展開講解，一則難度大，二則學時不夠；反之，若不深入講解其他學科內容，則課程教學內容太過淺顯，學生學習不到有用的知識。因此，教學團隊從教學設計入手，基于系統工程思想，每章確定一個重點講解的學科，提升課程的理論深度。

（3）設施設備技術發展快，教材內容更新不及時，理論與實踐脫節，導致學習內容落后于實際，學生學習的內容難以直接用于解決實際工程問題。隨著人工智能、云計算、物聯網、數字孿生等技術的迅猛發展，設施設備不斷更新換代，然而教材中的設施設備的內容相對陳舊，還是以傳統的物流設施設備為主。例如倉儲設備中仍然以托盤、地牛、叉車、AGV的介紹為主，并沒有數字托盤、AMR、四項穿梭車等最新的設備介紹。另一方面，對于物流技術的介紹較為淺顯，只簡單羅列了物聯網、嵌入式系統、GPS、RFID等技術的定義和功能，缺少技術與具體物流業務場景的結合，以及如何在實施這些技術來提升物流效率。

教學內容與實際、實踐脫節，導致學習的知識落后于行業實際發展情況，所學內容難以直接應用于解決實際工程問題。因此，教學團隊將將物流技術穿插到各物流作業環節的設備中，以實際工程問題的解決為每個章節的能力目標，提升課程內容的實用性。

（4）課程內容與崗位能力關系密切，但缺乏明顯支撐職業能力提升目標的內容，課程對學生價值引領力度不夠。此課程介紹的現代物流系統設施設備與物流業務密切相關，現有教材目標中列出了團隊合作能力培養、溝通協調能力提升、職業道德建立等職業能力目標。但教材中缺乏支撐職業能力目標的內容，也沒有明確引領學生價值觀的案例，導致教師在教學實踐中難以發揮課程的思政作用。因此，教學團隊充分利用課程內容的豐富性，深挖思政元素。

2 STEM能力框架

2019年2月，聯合國教科文組織的國際教育局發布了《探索21世紀SETM能力》報告，指出STEM技能主要包括認知技能、信息處理、解決問題與工程思維、科學調查、計算思維與通信技術、設計思維與創新能力、動手操作技能、溝通協作技能等8種技能，見表1。

表1 STEM能力框架及其對課程創新的啟發

每1-2個章節，重點訓練學生的一種能力。

3 教學創新舉措

（1）扎根行業現狀，重構教學內容，突出課程的實用性。教學內容服務于教學目標，在“物流設施與設備”課程的教學內容中融入行業標準、政府規劃、企業歷程、實際工程案例等，將零散的知識串起來，構建物流設施設備的知識體系，讓學生了解行業最新進展，為踏上工作崗位做足準備。表2為利用行業資料，通過虛擬仿真實驗方式重構“物流設施與設備”課程內容的嘗試。

表2 以行業資料和虛擬仿真實驗重構課程內容

（2）立足學科交叉，創新教學設計，增強知識的高階性。在教學設計方面，基于STEM教學理念，將不同學科的基本邏輯貫穿于設施設備的講解、物流場景運作中，讓學生打破單門課程的思維框架，將所學知識融會貫通，用系統工程的思維解決復雜的工程問題。在師資配備方面，構建不同學科背景的教師團隊，從全校不同學院招募不同學科背景的學生作為助教，見表3。

表3 各章節交叉學科內容

（3）善用思維方法，打造師生學習共同體，提升學生課堂參與度。將課堂由教師教授知識的過程，轉變為師生共同依據思維方法學習知識的過程，打造師生學習共同體，改變學生的接受思維，提升其主動思考、敢于質疑的能力。每個章節學習開始之前，先向學生介紹思維方法，再帶領學生將思維方法應用到章節學習中。教師由課堂主導者變為輔助者。

（4）黨員教師集體備課，深挖思政元素，發揮課程價值觀引導作用。“物流設施與設備”課程知識點較多，是其難于講解的地方，也是其發揮課程思政作用的優勢所在。因為豐富的教學內容，提供了各種類型的課程思政資源。在備課時，按照教學大綱梳理知識點，精心設計思政環節，不是空喊口號，更不是簡單套用別人的案例。在講課時，從復習、導入、教授、小結、作業各環節找準切入點，學中做，做中學，力求入腦入心。課后進行反思，聚焦學生為中心，立足有意義學習理論，遵循學生的認知規律，關注學生求知欲與獲得感。

例如在揀選設備中，介紹國產品牌國自料箱揀選機器人大洋彼岸成長記，以國自在北美大陸的市場表現，增強學生的民族自豪感，并以習總書記考察湖北時的話“具有自主知識產權的核心技術，是企業“命門”所在。企業必須在核心技術上不斷實現突破，掌握更多具有自主知識產權的關鍵技術，掌控產業發展主導權。”激勵學生步入企業之后，仍然以創新為己任，具備大局觀，爭取掌控產業發展主導權。

（5）對標就業市場，改革課程考核方法，強化考核促進作用。針對全球就業市場最需要的10類能力：分析思維能力和創新能力，主動學習能力和學習策略，復雜問題解決能力，批判性思維和分析能力，創造力、原創力和主動性，領導力和社會影響力；技術使用、監督和控制能力，技術設計和程序設計能力，韌性、抗壓性和靈活性，推理能力、解決問題能力和思維能力，構建基于多目標、多方式、多主體的評價體系，注重過程性評價，以評價促進學生能力的提升。

4 結語

本文從教學內容重構、教學設計變革、課堂教學再造、思政元素挖掘和考核過程創新等方面，將“物流設施與設備”課程從傳統課堂轉變為智慧課堂，從知識課堂轉變為能力課堂，從灌輸課堂轉變為共同學習課堂，從封閉課堂轉變為開放課堂。在今后的教學過程中，要充分利用現代化信息技術，引導活躍度不高、參與感不強的學生，調動其自主學習的積極性。