STEM模式下高職機電一體化技術課程體系的構建*

李月芳 莊麗娟

高職機電一體化技術專業是培養裝備制造業技術技能型人才的主體專業之一，是全國高職院校專業設置點最多的專業。高職機電一體化技術專業的特點是專業口徑寬、復合型要求高、技術要求新。為了培養機電一體化技術專業高素質技術技能型人才，一些學校積極探索課程體系和課程內容改革，典型的改革方法包括項目課程、學習領域、成果導向等，但也存在諸多難以解決的問題，比如項目課程、學習領域改革帶來的知識零散性問題，成果導向課程改革帶來的知識面窄化問題。為了解決這些問題，我們深入研究STEM模式在職業教育中的應用，并以高職機電一體化技術專業為例，構建了與學科課程并行的三級項目課程體系，取得了較好的成效。

一、STEM模式與職業教育的融合

STEM是Science（科 學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Maths（數學）四個單詞的縮寫。［1］它不僅代表四個相對獨立的學科領域，同時又是這四種學科甚至更多學科的交叉和融合。STEM教育是一種跨學科的學習方法，能夠把學生學習到的零散知識與技能進行系統組合，主要培養學生的復合型能力和創新能力。

首先，我國經濟正在從“勞動密集型”向“技術密集型”和“知識密集型”轉移，對職業院校人才培養提出了更高的要求。崗位人才需要由傳統的“技能型人才”轉向“技術技能型人才”，學生不僅需要具有高超的技能，而且需要掌握良好的理論知識和技術知識。其次，在全球化時代，產業變革增速，技術發展加快，員工的知識迭代周期明顯縮短，這就需要員工有持續學習的能力，否則很難跟上產業的發展。再次，職業教育的特征也決定了其培養的學生必須具有復合型能力。而STEM模式的核心理念是強調具有良好的技術知識，培養跨學科復合型人才；STEM模式下的課程注重理論和實踐的融合，學科課程和項目課程并行開展，相互補充，既保證了知識的系統性，又保證了任務的聚焦性；STEM模式下的教學實施強調體驗式和探索式學習。因此，STEM模式與職業教育有著良好的契合點。［2］由于高職機電一體化技術專業人才培養涉及機械、電氣、信息、網絡等技術領域，具備復合型、技術技能型人才培養的典型特征，因此，將比較成熟的STEM教育理念應用于高職機電一體化技術專業，將有助于該專業人才培養體系的系統化構建，有助于人才培養質量的整體提升。

二、STEM模式與高職機電一體化技術專業項目課程體系的融合

在STEM模式下，項目課程是職業教育主要的課程形式之一，其圍繞項目實施來培養學生跨學科知識的設計能力、調查能力、分析能力、決策能力、實施能力等。設計什么樣的項目課程體系才能符合學生的學習規律且和學科課程互相配合，顯得尤為重要。我們以STEM理念為指導，借鑒“戴爾經驗之塔”理論，結合學生認知規律，設計了基于STEM模式的“項目等級塔”（如圖1所示）?！按鳡柦涷炛狈譃槿墸旱谝患壥堑讓?，目的是獲得單項、直接的經驗；第二級是中層，目的是獲得跨領域的方法，是“真實的改編”；第三級是高層，目的是獲得完全真實的體驗和抽象的方法。［3］項目等級塔也分為三級，第一級為單項項目，第二級為跨學科項目，第三級為綜合性項目。STEM模式與“戴爾經驗之塔”的結合，更有利于項目課程體系的構建。

圖1 從“戴爾經驗之塔”到項目等級塔

下面以高職機電一體化技術專業為例，介紹基于STEM模式的項目課程體系設計。第一級屬于單項項目設計，只需要運用STEM學科課程中的某一學科進行設計。第二級屬于跨學科項目，是運用STEM學科課程中兩科及兩科以上的多科項目進行設計。第三級屬于綜合性項目，是運用STEM學科課程的跨多學科進行項目設計，它不僅需要教師具備扎實的單科知識，而且需要對STEM教育各科知識進行綜合應用，因此難度較大。三級項目從簡單到復雜，從單項到綜合，項目設計的原則體現為理論與實踐的整合統一、知識與方法的整合統一、個人與環境的整合統一。通過一次認知活動，學習者獲得的不只是理論性知識、操作性知識，更重要的是使用工具解決問題的能力和不斷學習的能力。高職機電一體化技術專業整個項目課程體系如圖2所示。

圖2 機電一體化技術專業項目課程體系結構圖

1.單項項目設計

單項項目是為了完善原有專業核心課程而并列設計的項目。首先，單項項目定位在“驗證、強化、拓展”三大功能?！膀炞C功能”是將學科課程中特別重要的理論知識進行實踐驗證，便于學生真正理解和掌握，并在以后的學習中進一步舉一反三，比如電子放大電路、電磁感應現象等；“強化功能”主要是訓練學生的單項技能，比如接線、排故、繪圖等；“拓展功能”主要對學科課程中的實踐應用進行有效補充，比如職業素養、節約意識、環保意識等。單項項目雖然簡單，但在項目體系設計中特別重要，是項目、技術的基礎。

其次，單項項目是以學科為邊界來劃分的，保證學科的系統性，與學科課程是并列關系。不是所有的學科課程都開設單項項目，只有比較重要的核心學科課程、對后續課程有較大支撐作用的學科課程才需要開設并列的單項項目，比如高職機電一體化技術專業的“電工電子技術”“電機與控制技術”等課程。

最后，單項項目承載知識主要定位在驗證、強化、拓展學生所學的學科知識。單項項目內容和對應學科課程內容需要同步設計、分步實施。如果說學科課程強調知識的系統性，便于學生邏輯思維的養成，那么與其并列設計的單項項目旨在抓住技術的核心和重點，打破學科之間的界限。雖然單項項目的體量較小，不可能面面俱到，但要圍繞某個重要的實踐教學目標開展。比如“電機起動制動線路安裝與調試”的單項項目，主要目標是讓學生掌握安裝、接線、維修的方法和能力，因此，該項目的知識需要設計正常狀態和故障狀態的線路電流、電壓計算分析等內容。這樣，單項項目和學科課程就能夠各有重點，相互補充，形成合力。

2.跨學科項目設計

跨學科項目設計是培養機電一體化技術專業學生復合能力的主要途徑之一。首先，跨學科項目的定位是“跨界、融合、銜接”?！翱缃缧浴睆娬{多學科的交叉性，是STEM理念的主要特征之一；“融合功能”是設計不同的教學項目，將不同學科的內容融合在一起，以培養學生的綜合能力；“銜接功能”體現在STEM理念下跨學科項目的橋梁作用，跨學科項目向前與單項項目保持銜接，向后與綜合項目留有接口。

其次，跨學科項目邊界劃分是在學科課程和單項項目的基礎上，以相對完整的項目為依據，整體設計跨哪些單項項目、核心課程或非核心課程。比如，為了培訓學生的自動化生產線安裝與調試能力設計的“自動化生產線安裝與調試”項目就涵蓋了單項項目“電機起動制動線路安裝與調試”“PLC線路安裝與調試”和核心課程“運動控制技術”等內容?？鐚W科項目“機器人工作站安裝與調試”覆蓋單項項目“PLC線路安裝與調試”“機器人單元編程調試”和專業非核心課程“傳感器技術”等。

最后，跨學科課程項目承載的知識是對不同學科課程知識的融合，是基于項目的學習（PBL），以完成學習任務為核心，因此跨學科項目課程的知識承載是聚集項目任務的。

所謂思維能力就是在人們的感性認識的基礎上，運用比較、分析、綜合、歸納、演繹等基本方法形成概念并進行推理和判斷，從而獲得對事物的本質和規律性的認識的一種能力，蘇霍姆林斯基曾經說過：“知識是最容易被遺忘的，而能力卻永遠伴隨終身”，思維能力是培養學生綜合能力的核心，也是培養學生核心素養的有效途徑。

3.綜合項目設計

綜合項目承擔培養學生崗位實踐能力的職責。首先，綜合項目的基本定位是“真實、完整、開放”。綜合項目的設計是STEM模式的重要內容，是培養崗位復合型人才的關鍵環節?！罢鎸嵭浴斌w現在：綜合項目設計過程要符合生產崗位的真實項目設計和實施過程，比如調研—設計—安裝—調試—維護—反饋等；綜合項目的實施內容要貼近生產崗位的技術要求，把一些新技術、新方法、新工藝融入其中。綜合項目的設計要保證完整性，和真實的生產項目一樣，包括硬件設計、軟件設計、元器件選型測試、安裝與調試運行等，涉及的技術領域包括機械、電氣、信息等技術。同時，綜合項目設計要保持開放性。開放性能充分體現STEM模式“基于設計”的學習理念，是學生創新的基礎，讓學生有選擇的機會和條件，包括選題的開放性和實施的開放性、硬件的開放性和軟件的開放性。

其次，綜合項目承載的知識要求更加貼近生產實際，比如硬件要考慮現場的工藝要求、環境條件，軟件要考慮電磁兼容，實施過程要考慮生產效率、環保要求和成本控制等。由于綜合項目是跨多學科課程、跨單項項目的，因此承載的知識都是綜合性的，在設計時既要考慮與單項項目和跨學科項目的銜接，又要考慮在其基礎上的補充。比如在綜合項目“復雜機電一體化項目實踐”的設計過程中，可以沿用跨學科項目“簡單機電一體化項目實踐”的一些成果。

4.“項目等級塔”與學科課程的關系分析

“項目等級塔”和學科課程之間是并行的關系。學科課程重點保障學科知識的系統性，“項目等級塔”承擔崗位實踐能力的漸進式培養。學科課程中相關理論知識是系統性的，但是其呈現形式要遵從學生的學習規律：先總體后局部，先外觀后內部，先結構后原理，先個性后共性，先理論再實踐再理論（升華）。“項目等級塔”中的單項項目、跨學科項目和綜合項目的共同目標是掌握某種技術，而技術的表現形式是知識。由于項目課程是以任務為中心的，因此需要聚焦任務來呈現知識。任務是完整的，而知識是零散的，而且這些知識多屬于“技術知識”“方法性知識”“如何完成任務的知識”，其與學科課程中的理論知識有較大的區別。因此，學科課程和項目課程之間需要相互配合、相互補充、各有側重，合力培養高素質復合型技術技能人才。項目課程實施以后，學生需要進行總結分析，鞏固學科課程理論在項目中的應用，以便舉一反三，進一步提升崗位遷移能力。

由于STEM模式強調的是基于項目的學習，因此其實踐教學體系應該與項目課程體系相對應。為了滿足單項項目教學實施的需求，需要提供完善驗證性實驗的條件和基礎技能訓練的條件。單項項目（比如鉗工訓練和電工訓練）的另一主要功能是訓練學生的基本技能，因此強調要有完善的基礎訓練條件和充足的工位數，讓每個學生都有長時間訓練的機會?？鐚W科項目的實訓條件應該是“單元級”的實訓裝備，能體現跨學科的項目形式，并有一定的仿真負載，滿足項目結果演示的需要。綜合項目的實訓條件應該是“產線級”實訓裝備，可以滿足產線的設計、安裝、調試、運行和維護的功能需求，不僅要考慮每個單站的工作，而且要考慮團隊合作功能的實現。綜合項目的實訓條件最好有比較真實的負載，以滿足崗位能力培養的需要。STEM模 式 多 采 用“5E”教 學 法，即Engagement（參 與）、Exploration（探 究）、Explanation（解釋）、Elaboration（詳細說明）、Evaluation（評價）。這5個教學環節既相互獨立又相互聯系，形成教學的閉環，因此在實踐教學體系設計時，要充分考慮滿足“5E”教學的基本條件。

基于STEM模式的高職機電一體化技術專業項目課程體系的設計是STEM模式在職業教育專業課程體系的典型應用之一，雖然取得了一些成果，但還需要進一步的實踐驗證和理論提升。其他專業可以根據各自的特點，借助成熟的STEM理論開展項目課程體系構建的實踐，探索符合職業教育復合型技術技能人才培養的策略。