基于STEAM教育理念的中職“3D打印”課程教學實踐研究

朱飛，徐巖 （江蘇聯合職業技術學院徐州財經分院，江蘇 徐州 221008）

伴隨著職業教育的不斷發展，我國近年來國家對職業教育的高度重視，但現代職業教育的飛速發展過程中，也存在著一定的問題，3D打印課程目前出現教學模式單一的問題，同時在教學效果方面也存在著效果不佳的現在。通過實際的教學過程中使用STEAM教育理念，可以有效解決課程教學模式不足和學生興趣不高的問題。STEAM是由科學（Science）、工程（Engineering）、技術（Technology）、數學（Mathematics）與藝術（Arts）五個英文單詞首字母縮寫而成，STEAM教育理念是一種綜合性與跨學科的教學方式，自身的跨學科知識融入，從實際生活中出發，培養學生對解決實際問題的能力，鍛煉學生實踐實操的模型制作能力，通過學生們的自主探究對學科知識的充分掌握，利用好信息化技術手段和團隊協作能力，解決實際學習過程中遇到的問題。

1 關于STEAM教育理念的研究

美國是提出STEM教育理念最早的國家，美國在1986年STEM教育的“尼爾報告”中提出科學、數學、工程與技術的教育綱領，成為STEM教育理念的開端。美國在上世紀九十年代至今，不斷推出各種政策支持該教育理念的發展。在2011年美國發布的《成功的K-12階段STEM教育：確認科學、技術、工程和數學的有效途徑》的研究報告，現在的美國把STEM教育比作美國國家教育戰略，在高等教育中全面推廣。日本在小學實行“寬裕教育”，學生們的成績出現了整體性下降，由于現在教育矛盾突出的問題，為了改變日本教育現在，日本開始實行運用STEAM教育理念。目前日本的STEAM教育理念還處于萌芽階段，日本政府在局部地區提出該教育理念，但在政府文件中還沒有提出STEAM教育。為讓STEAM教育可以在日本小學和中學教育能夠穩定發展，日本通過修改小學的教學大綱加強STEAM教育的課時，對STEAM教育理念進行增加專項教育基金支持，把教育重心放在培養具有學習潛力的學生，從而不斷地增強STEAM教師的師資隊伍，通過國際合作促進教育的提速發展。澳大利亞在2013年提出STEAM教育理念，從國家政策、社會參與、整合資源、師資培養和體制培優等方面，取得了豐厚的教學成果。

在我國提出STEAM教育理念起步較晚，我國學者在2008年對該理論進行研究，之后越來越多的學者對該理論進行研究，2017年開始出現大量的STEAM教育文獻，學者們開始把STEAM教育理念融入到我國的教育教學中，對學生的興趣培養起到了很好的促進作用。STEAM教育理念是跨學科的教育，把五門學科進行疊加整合，把獨立的學科技能，通過問題發展解決，實現情景遷移，生成新的解決問題辦法。STEAM教育理念是在真實的工作情景中，對多學科整合培養創新型人才的教育類型，通過項目化形式培養學生的綜合素養。

2 基于STEAM教育理念的中職“3D打印”課程的教學設計

本文是根據江蘇聯合職業技術學院徐州財經分院的中職學生“3D打印”課程的教學現在進行問卷調查，根據對建筑裝飾設計專業畢業生，徐州地區裝飾公司的項目負責人進行訪談，對3D打印教學現在，發現對建筑裝飾設計專業的能力需求，從校內和校外對STEAM教育理念的“3D打印”課程進行分析，把不斷提升學生綜合能力出發，項目化的STEAM教學模式為理論出發，設計出基于STEAM教育理念的中職“3D打印”課程的教學設計。

2.1 中職“3D打印”課程內部需求進行分析

為了更科學進行“3D打印”課程教學融合STEAM教育理念的教學設計方案，在教學實施過程中有更好的教學效果，對江蘇聯合職業技術學院徐州財經分院的建筑裝飾設計專業的學生進行問卷調查分析，進行調查問卷是為了更深入地了解學生對3D打印課程存在的重點問題，為了能夠使得STEAM教育理念優化現在的教育教學模式，提供課程依據。作者設計了“3D打印”課程教育教學現在調查問卷，主要針對江蘇聯合職業技術學院徐州財經分院建筑裝飾設計班級學生，共發放問卷152份，其中有效問卷147份，無效問卷5份。

2.2 中職“3D打印”課程外部需求進行分析

伴隨著信息化時代的飛速發展，建筑行業也融入大數據、云計算、新材料、建筑大數據和人工智能的新技術，驅動建筑業態發生變化，建筑行業學生需要掌握繪圖制圖方面的知識，對建筑行業的裝配式建筑和BIM軟件有所了解，學生未來更多地將從事設計監理，對學生的管理能力提出更高的要求，學生畢業后需要跟著建筑項目到一線去指導施工人員建設場景。建筑裝飾專業的學生在校期間，把大量的時間用于掌握各種專業理論知識，并對實踐操作軟件知識產生濃厚的興趣，在項目實踐能力方面還有所欠缺，學生項目實操能力和崗位意識的能力繼續拓展，這就讓企業對學生培養過程中需要投入更多的人力成本，增加學生的實踐培訓和崗位試錯。

作者選取徐州地區三家建筑設計公司進行訪談，分別對建筑裝飾設計、軟裝公司和公共裝修三個類型企業對中職學生面試要求進行梳理，分析出企業更加看重學生的跨學科問題解決能力和個人表達能力，企業選擇中職學生更多的是能完成具體任務。所以，我們在培養學生職業技能過程中，更多的要培養學生解決問題的能力。

結合中職畢業生在校期間對課程的評價，畢業生的就業能力需要具備的能力，總結學生在讀期間需要掌握的知識、能力和素質目標，能不能與企業崗位需求相一致。中職學生面臨著自身的基礎能力較差，對專業課學生自主的能力不足，學生學習3D打印課程過程中產生一定的厭學情緒，從而產生出學習效果不佳的現象。學生在學習過程中沒有明確的職業生涯規劃，在學習中缺少明確目標，上進心不足，僅僅能順利取得畢業證作為最終目的。在學校課程學習過程中很少進行小組探究式學習，在畢業后參加工作處理人際關系時很難融入，從而產生出溝通不暢，在實際工作中容易出現不愉快。現在教材過于理論化，而職業教育更偏重技能實操，學校知識很難與企業實踐相互融合，在工作崗位上還需要進行二次學習。在主動學習過程中，成績較好的學生碰到陌生的知識時，也會沒有思路，缺乏自主解決實際問題的能力。

3 基于STEAM教育理念的中職“3D打印”課程教學模式構建

STEAM是由科學（Science）、工程（Engineering）、技術（Technology）、數學（Mathematics）與藝術（Arts）五個英文單詞的首字母組成，分別是五個學科的綜合體現，是綜合地利用多學科融合完成一個項目的全過程。該教育理念是一個綜合性的教學方法，為3D打印課程帶來了全新的理念、全新的教學形式和適合中職學生的課程模式。使用STEAM教學理念需要把藝術、工程、科學、數學和技術之間的關系弄清楚，科學是人們不斷探索新鮮知識的過程，推動著人類文明的進步發展。科學是以定理形式反映客觀現實的運動規律的知識，人們對科學的探知僅僅停留在自然中和社會中，該教育理念中提到的科學主要是自然科學。

技術是人們改變生活過程中的手段，是一些創造的總和。技術還是解決實際問題的規則，還包括實操過程中的方法與知識。伴隨著時代的進步，網絡和多媒體制作都是信息技術的范疇。工程是改造物質世界的實踐活動，工程是科學的一個工具，通過工程實現具體的改造，可以是產品、結構、機器設備、軟件系統，實現高效地完成生活改造。數學是學習認知世界的基本工具，數學是科學的基礎，我們生活的世界就是一個邏輯和思維分析的世界，可以幫我們認知這個生活的世界，也可以幫我們去改造世界。藝術是一個廣泛的名詞，其中包含音樂、舞蹈、美術和武術等，在世界生活中需要通過人文學科來豐富我們的生活，提升學生的視覺審美和藝術修養。

從STEAM的核心詞匯可以看出相互之間是相互影響、相互聯系的關系，科學、工程、技術、數學和藝術直接都是共同發展和相互補充的關系。科學是為數學、藝術、工程和技術提供依據，科學是全學科的總和，藝術是科學的表現形態。STEAM教學理念融合了多學科的特色，把知識的方法進行有機統一，形成課程教學的創新產生，融合各種學科實踐活動，體現多學科的內涵，讓課程學習變得更加靈動。

4 基于STEAM教育理念的中職“3D打印”課程教學模式設計

教師在制定教學設計方案時，必須要迎合時代發展培養社會需要的人才，在課程中融入最新的知識內容，把課程思政，以潤物細無聲的手法融合在教學設計中。對于中職學生更多的是以能力為導向，以學生為主體，教師作為輔助者，采用教學做合一的教學模式，讓學生在學習過程中可以積極地融入到課程學習中，實現學中做，做中學的學習效果。

STEAM教育理念可以讓課程教學內容更真實，讓學生對課程產生興趣，形成真實的問題情境，以學生為中心去完成項目化教學，讓多學科的整合幫助學生解決問題，重點培養學生的專業知識吸收消化的能力。本文對STEAM教學模式的文獻進行查閱和梳理，分析出校期間的調查問卷的結果，中職建筑裝飾學生的畢業生和企業經理采取訪談形式，分析整理中職“3D打印”課程中的特色和理念。STEAM教育理念的中職“3D打印”課程教學與其他“3D打印”教學模式的首要區別是STEAM教育理念更加具有創新性。

對江蘇聯合職業技術學院徐州財經分院“3D打印”課程的教學現在進行問卷調查能夠看出，目前課程以教師講授示范，學生實操練習為主，未能實現學生自主探究式的學習模式。3D打印課程學習中教師講解打印過程，學生跟著練習，沒能上升到以學生為中心的課堂。在STEAM教育理念的指引下，教師是課堂的指引者，課堂交給學生，學生之間進行小組討論，形成探究式課堂，小組合作完成3D打印的任務和拓展項目，不僅僅解放了學生的思維模式，也讓學生有更多的空間去做打印模型，學生通過合作的形式完成模型打印的全過程。其次，STEAM教育理念具有跨界學科性，對3D打印課程的教學現在用問卷調查的性質得知，大部分學生需要技術類的課程知識，學生沒能把多學科交叉來思考打印模型過程中的問題。通過STEAM教育理念的3D課程教學設計，讓建模和打印模型整體結合，利用計算機軟件、數學和工程的學科內容，讓模型打印精準，利用藝術學科內容，輔助學生制作出更加精美的模型，運用綜合的學科知識，不斷提升學生的問題解決能力。STEAM教育理念增強課堂的情境化，中職建筑裝飾專業的學生畢業后去企業工作，在學校的生活中很少接觸到企業的真實環境，很難融入到企業工作的崗位中。基于STEAM教育理念融合中職建筑裝飾專業的學習，讓真實的企業需求融入到課堂中去，學生可以把知識融合到模擬企業情境之中，綜合多學科進行問題解決，形成知識遷移。

5 基于STEAM教育理念“3D打印”課程教學實施

基于STEAM教育理念的中職“3D打印”課程教學模式，設計出適合中職生的教學實施方案，以中職建筑裝飾專業3D打印課程為例，在教學實踐下，檢驗該教學理念的實效性。

本文是對STEAM教育理念在中職建筑裝飾專業3D打印課程教學設計實施，制作了兩份調查問卷，分別是教學前和教學后的問卷調查，同時也對學生課程滿意度進行調查。調查問卷是測試教學設計前后的學生學習效果，從而生成真實的教學數據。

根據STEAM教學理念的中職建筑裝飾專業3D打印課程教學案例的設計，以徐州市先臨三維公司3D打印的企業資源，把企業真實的3D打印需求帶進中職的課堂之中，學生結合企業經驗制作場景模型，將模型導入軟件中進行模型制作，同時企業和學校為學生提供很好的實踐機會，綜合提升學生多方面的能力。

在完成基于STEAM教育理念的3D打印課程設計實施后，對學生進行座談，學生對課程的興趣有了提升，從課程名稱就能感覺到與傳統課堂發生了變化，其中小組合作、任務設置，讓學生對自己的專業學習更加自信。學生對3D打印課程的技能掌握更加扎實，學生對3D打印機的參數設置和打印原理更加的清晰，明白為什么三維打印機需要這樣來操作。學生們對課程的教學模式進行整體評價，認為這樣的教學模式，讓小組之間形成團隊，不僅加深同學們友誼，還對未來就業企業團隊合作打下基礎。學生們通過游戲的形式，在課堂上可以和組員面對面交流，有助于在實際工作中與同事和領導交流相處。學生提升了自身對軟件的使用，可以用書面表達和主動查閱英文文獻資料，堅定學習信念，在以后學科知識學習中，提高了自主學習的能力。教學模式也存在不足，學生由于知識儲備不足，在知識交叉結合過程中，過渡生硬，學生們希望老師可以在教學中更多地融入知識的引導講解。通過對課程前后的數據收集，對資料進行整理分析，并在課后對學生訪談，基于STEAM教育理念的學習，可以很好地激發學生興趣、團隊協作能力、問題解決能力和技能掌握能力。

6 結語

STEAM教育理念是一個跨學科的教學方法，基于STEAM教育理念的中職“3D打印”課程教學實施，不僅激發了中職學生對3D打印課程學習興趣，還培養團隊的協作能力，提高學生的整合學科的問題解決能力，對中職學生掌握3D打印課程的技能與知識具有提升價值。