STEAM理念融入中職“電子CAD”課程資源建設探研

黃亞萍 吳萍

摘要：文章以新工科提出的多學科交叉融合的工程人才培養需求為背景，對中職“電子CAD”課程資源建設情況進行調查分析，為課程資源開發找出依據和方向，并根據調查研究的結論和建議分別從編寫活頁教材、開發教學活動、創新應用教學模式和完善課程資源結構四個角度闡述STEAM理念融入中職“電子CAD”課程資源建設的實踐路徑。經實踐驗證，學生線上積極參與、教學目標有效達成，創新意識與職業綜合素養得到有效提升。

關鍵詞：STEAM理念；中職；電子CAD；新工科；課程資源建設

中圖分類號：G712文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2023）07-0065-04

基金項目：本文系江蘇省無錫市職業教育創新發展專項重點課題“新工科背景下，STEAM理念融入中職校《電子CAD》課程資源建設實踐研究”（課題編號：9202016）的階段性研究成果

新工科的興起，解決了現代職教體系辦學模式（3+3、3+4）的人才輸出問題，成為中職校實施素質教育的強有力支撐。新工科所提出的將多個不同學科交叉融合進行工程人才的培養模式與STEAM教育以項目為實踐載體、從培養工程思維出發、多學科融合的教育理念殊途同歸。因此，將STEAM理念融入中職“電子CAD”課程，有利于培養中職學生的科學素養和創新能力，達到中職院校培養創新型人才的目標。本文基于中職“電子CAD”課程資源建設情況調查，對STEAM理念融入中職“電子CAD”課程資源建設的實踐路徑進行探討。

一、核心概念

1.STEAM教育

STEAM教育緊密融合了科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Maths）五門學科。作為綜合性的探究教育，與傳統的分科知識教育不同點在于它主張通過項目或主題活動等形式將原本獨立、分散的學科聯系起來，在實踐中激發學生的創新意識，促進學生職業綜合素養的提升。STEAM分別對應的五大知識板塊為：與“科學”密切相關的是物理、生物、化學等領域；“技術”包括互聯網、電子、設計、信息技術、職業學習等；“工程”由化學工程、電氣工程、土木工程、軟件、電子與技術教育等構成；“藝術”包括較廣泛的人文科目、社會研究、語言、美學、音樂和表演等；“數學”與STEAM教育的其他組件都密切相關，包括微積分、代數、數學邏輯與思維、幾何、數學概念和方法等。其核心可以概括為：跨學科整合的教育、創新意識的教育、基于項目與問題的教育、做中學的教育、基于真實情境的探究教育、依托工具和資源的教育以及多元主體共同參與的教育。

2.新工科

“工科”泛指工程類學科，而“新”指的是新興、新型與新生。“新興”一般指全新的、從未出現的新學科，主要指為面向未來新技術和新產業發展，由其他非工科的基礎學科拓展和延伸而來的學科。“新型”指對傳統或已有學科進行專業轉型或更新迭代，如對人才培養模式的改革與創新、培養目標的轉變、內涵的提升等而衍生的新學科。“新生”則指對已有不同的工程學科進行交叉復合、其他學科與工程學科之間的交叉融合等利用學科交叉而衍生出來的新學科。“新工科”掙脫了傳統工科的束縛，強調新技術與傳統工業技術的深層融合，所培養的具有較強的創新能力和實踐應用能力的高素質復合型人才更加符合未來新興產業和新經濟的需要。

3.電子CAD

“電子CAD”以計算機為基本工具，以Protel DXP為軟件平臺，將應用電子技術、數字化信息處理技術、工程技術等前沿成果緊密融合，是中等職業學校電子電工類專業的一門主干課程，是電子類專業學生形成從業能力的關鍵課程，是能夠將技術、專業、實踐更好地鏈接起來的學科。

二、中職“電子CAD”課程資源建設情況調查

1.調查內容

針對江陰市華姿中等專業學校“電子CAD”教學現狀及課程資源建設情況進行了問卷調查，旨在掌握“電子CAD”課程的教學現狀并從課程資源角度找出影響課程教學效果的影響因素，為“電子CAD”課程資源開發及無錫市創新發展專項課題研究提供理論和實踐依據。教師問卷分為四個維度：基本信息、課程資源、教學現狀、跨學科理念應用。學生問卷分為四個維度：基本信息、課程興趣度及原因、學習效果、課程資源接觸度。

2.調查結果

調查結果表明，學生對“電子CAD”課程的興趣度跟教師的跨學科整合能力及課程資源的使用成正相關。其中，在最后一題的開放性問答中，有24名學生（占比21%）希望自己設計的板子能夠加工出來，制作成電路，驗證其功能，有18人（占比16%）希望將來能夠做跟“電子CAD”相關的設計工作。接觸過實訓和社團課的學生對“電子CAD”課程興趣度更高，單獨通過理論課接觸“電子CAD”課程的學生，興趣度相對較低，說明這門課更適合理實一體的教學模式。

當前的課程內容與素材側重于學科系統知識資源的開發，忽略了對應行業與崗位的新進展和與之相關的多學科知識的相互融合與滲透，脫離了學生的實際生活經驗。“電子CAD”教材大都只講解軟件的操作方法，所選項目也缺乏實用性，并且與崗位實際聯系不大。

調查發現，教師和學生的自我效能感不同，教師儲備了多學科的知識功底，認為學生能理解并掌握的內容，其實學生并不能，應當將跨學科交叉內容在課堂教學內容上有所銜接。

3.“電子CAD”課程資源開發建議

基于以上調查結論，要著手“電子CAD”課程資源開發，改變課程教學現狀，應該從跨學科知識整合、創新意識的教育、做中學的教育、基于項目與問題的教育這四個角度進行課程資源建設和開發。第一，將STEAM理念融入課程資源開發，實現跨學科整合和創新意識的教育。圍繞STEAM教育理念中的五大要素及關鍵核心素養，將STEAM理念融入“電子CAD”課程資源建設，能有效培養學生的創新意識和用跨學科手段解決實際問題的能力。第二，采用理實一體化的課堂教學形式，實現做中學。“電子CAD”是一門實踐性特別強的課程，很多知識要通過實踐，在不斷發現問題、解決問題的過程中才能獲得，學生只有經歷完整的實踐操作過程，才會更深刻地領悟“電子CAD”課程的知識。因此，在“電子CAD”教學中，教師應將學生實操與自身講授相結合，在學生操作過程中及時給予指導，解決學生在學習和操作過程中出現的各種問題，形成良性互動。第三，采用基于教學產品的“電子CAD”課程項目，實現基于項目與問題的教育。“電子CAD”是一門兼具很強的實踐性與實用性的專業課程，教學過程除了強調知識的實用性，還要求與崗位需求密切相關。可以采用以教學產品為課程項目的自編教材，將書本與生活實踐銜接起來。

三、STEAM理念融入中職“電子CAD”課程資源建設的實踐路徑

雖然“電子CAD”課程都通過實踐操作完成，但由于部分教師欠缺實踐應用能力，教材內容陳舊、很難與課程標準匹配，教學項目脫離崗位與生活、不真實，實施過程與工作過程相差甚遠等，難以激發學生對這門課的學習興趣，往往課程完成后，學生只記住了軟件操作，不具備理解和掌握具有實際功能的電路板PCB設計與制作工藝的能力，與企業實際崗位能力要求有很大差距，缺乏科學素養和創新意識。將STEAM教育理論引入“電子CAD”課程資源建設，恰好可以解決這些問題。

1.編寫活頁式校本教材，教材結構與教學內容推陳出新

第一，采用學科知識體系與工作過程導向承前啟后的教材內容結構。學校應在STEAM教育理念的引領下，編寫《基于Protel DXP的電路設計項目化教程》理實一體化活頁式教材，教材結構采用學科知識體系與工作過程導向承上啟下的復合式結構。基礎篇（緒論、模型庫的建立、原理圖的設計、PCB印制板的設計）仍然采用傳統的基于學科知識體系的結構呈現，便于學生更好地掌握學科基礎知識。綜合篇和應用篇采用STEAM項目的形式呈現，基于崗位工作過程呈現項目內容，更好地塑造學生的職業素養，促進學生由學習者向工作者的身份轉換。

第二，引入實訓教學產品的教學項目實現學生作品的落地應用。教材采用模塊化的結構，分三個篇章———基礎篇、綜合篇、應用篇。綜合篇采用“電子產品裝調綜合實訓”“電子創客社團”的課題作為設計項目，應用篇引入校企合作開發的“物聯網農業大棚溫照度監控系統的設計與實施”項目。實訓教學產品的引入能使學生的設計變成現實，跨課程的內容融合有設計、有裝調，有理論、有實踐，能更好地激發學生的學習興趣和熱情，實現學生作品的落地應用。

第三，拓展相關學科知識促進學生學習過程中的知識遷移。任何知識或技能的獲得都要依靠與其關聯的多學科知識的支撐，PCB設計屬于復雜技能范疇，因此在教材中加入知識鏈接和拓展，能使學生最大化理解和吸收對應知識點，促進學生知識遷移能力的提升。例如，在編寫紅外發射對管的PCB布局內容時，可加入與紅外發射對管相關的原理介紹、直射型和反射型的安裝方式和應用場合等。電子學和機械學內容的加入，不僅能使學生結合不同的工作情境選擇合適的布局方式完成紅外發射對管PCB的布局，還能使學生明白為什么這么布局。

2.豐富課程教學活動，構建兼具專業社團的雙重課堂

第一，引入跨學科學習活動，充分體現課堂“以學為本”。基于STEAM理念的“電子CAD”課程教學，采用以課堂學習活動為主、知識講授為輔的方式進行。課前線上學習跨學科知識，課中通過工程設計與技術制作、知識拓展與創意設計等跨學科學習活動來組織技能訓練，課后通過成果分享和經驗交流等鞏固所學知識。跨學科學習活動的引入，有利于增強學習的互動性，在理論和專業技能之間建立跨越學科的聯系，塑造學生的跨學科思維，使學生能夠更好地適應未來職業崗位。

第二，依托專業社團活動，精心打造第二課堂。社團活動是激發學生學習興趣、提高學生學習積極性的重要活動。調查研究發現，將“電子CAD”實訓內容與電子產品制作關聯起來形成完整的教學項目，讓學生能夠親手制作自己設計的PCB產品，調試并驗證功能，實現PCB設計由虛到實的轉換，是提高學生學習興趣度的是最直接有效的方式。

3.創新應用教學模式，深化項目化教學模式下課程資源的內涵應用

第一，崗課賽證融通，創新“雙驅雙跨雙元”項目化教學模式。基于“以生為本”“以能力為本位”的設計思想，以STEAM教育理念為引領，與電子技術應用相關行業崗位要求、人才培養目標與課標、技能大賽標準、1+X傳感網中級證書相融通，深入挖掘STEAM教育理念中“創新驅動”“跨學科”“源于生活的趣味項目”三個核心要素，與中職項目化實訓教學的“任務驅動”“跨時空（線上線下結合）”“立足崗位與企業真實項目”三個需求相融合，形成“任務驅動”與“創新驅動”并駕雙驅，“跨學科”與“跨時空”融合雙跨，學校和企業協同育人的基于STEAM教育理念的“雙驅雙跨雙元”的項目化教學模式。

第二，內涵應用為主，應用“雙驅、雙跨、雙元”項目化教學模式。有別于中小學的STEAM課程開發，本研究以更適合于職業教育類型特色的STEAM教育理念的內涵創新應用為主，讓學生從建設工程設計環境到元件庫的管理、原理圖的繪制、PCB印制板的設計，到文件輸出的整個過程中，以實訓教學產品為項目載體，以工作過程為導向，進行任務劃分，加入企業新技術、新標準、新規范等的同時，融入科學實驗的探究、工程的思考、PCB硬件電路的美學設計、經驗的交流與分享以及用數據歸納分析問題、解決問題的能力等跨學科知識與方法。

4.完善課程資源結構，創建線上線下虛實融合的泛在化學習環境

第一，豐富課程資源形式，線上線下虛實融合。利用超星泛雅網絡教學平臺，將教學資源，如Word教案、PPT課件、視頻等其他教學資料存儲云端，方便使用，促進師生、生生溝通，并在線監測、檢測任務完成情況，實時統計分析作業情況、出勤情況、在線活躍度等。

第二，打造“一體化”多功能實驗室，為課程的實施營造良好的硬件環境。結合專業課程和專業特點，在學校實訓科的牽頭下組建了2個集電子技能學測、電子CAD實訓、電子綜合實訓于一體的一體化多功能實訓室。實訓室除配備常用的電子通用設備和電腦外，還引入虛擬儀器、常用的電類傳感模塊等新型設備，既滿足了各門課的日常實訓需求，又方便實驗室協調，也為拓展課程的內容提供了必要的硬件條件支持。

第三，加強專業師資培訓，為課程資源的有效利用保駕護航。教師的職業能力和綜合素養直接關系教學資源的使用效果，影響課程的教學效果，同時課程資源的質量也影響教師教學水平的提升。教師在學習現代職教辦學體系、人才培養方案、專業技能教學標準等文件的同時，重點學習和研究新工科的發展背景、“電子CAD”課程標準、STEAM教育理念、項目化教學模式的應用等。

四、實施成效

1.教學目標有效達成，學生綜合應用能力和崗位職業能力顯著增強

模塊化項目式校本教材的開發、跨學科學習活動的引入、教學模式的創新等，對學生的知識和技能提高具有顯著正向影響。學生具備了原理圖設計、封裝模型繪制和PCB設計的基本能力，教學目標有效達成。同時，綜合篇和應用篇依托企業的崗位需求，將教學過程對接工作過程，并將設計的產品用于后續的電子實訓和校農業實訓基地實際應用，解決了學生的知識銜接問題，有效提高了學生的創新能力和綜合職業能力。

2.學科素養有效提升，學生創新意識和跨學科思維得到有效培養

本課程創新設計并實踐了基于STEAM理念的“雙驅、雙跨、雙元”項目化教學模式，實現了從以知識和技能為基礎的價值取向轉變為以人的發展為基礎的價值取向，尤其注重學生的個性發展和學科素養的培養，為師生的共同成長提供了開放性與生成性共存的環境，有效培養了學生的創新意識和跨學科思維。

3.教學資源利用率高，學生在線學習響應度高、學習效果好

教師在教學的全過程都能利用平臺在線發布相關的任務，收集平臺反饋的數據，教學資源利用率高，學生的在線響應度高。經統計，在各屆電子技能等級考試中，平均通過率達96%，在近年的江蘇省電子專業技能大賽中多次獲一、二等獎。

五、結語

在新工科背景下，開發和利用課程資源是中職校專業教師永不落伍的研究課題。本文從活頁教材的開發、教學活動的創新、教學模式的創新應用、課程資源的結構完善等方面進行了STEAM理念融入“電子CAD”課程資源建設的實踐研究。實踐發現，STEAM理念融入“電子CAD”課程資源建設對教學目標的達成、學生創新意識和綜合職業能力的培養等都有促進作用。

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Exploration of the Integration of STEAM Concept into the Construction of "Electronic CAD" Curriculum Resources in Secondary Vocational Schools

———Based on the Background of New Engineering

Huang Yaping1， Wu Ping2

（1. Jiangyin Huazi Secondary Vocational School， Jiangsu Province， Jiangyin 214400， China； 2. Jiangsu Jingjiang Secondary Specialized School， Jingjiang 214500， China）

Abstract： With the background of the demand for interdisciplinary and integrated engineering talent training put forward by the new engineering department， the article investigates and analyzes the construction of "electronic CAD" curriculum resources in secondary vocational schools， finds out the basis and direction for the development of curriculum resources， and according to the conclusions and suggestions of the investigation and research， respectively from the preparation of loose-leaf textbooks， the development of teaching activities This paper expounds the practical path of integrating STEAM concept into the construction of"electronic CAD" curriculum resources in secondary vocational schools from four perspectives of innovative application of teaching mode and improvement of curriculum resource structure. The practice has proved that students actively participate online， teaching objectives are effectively achieved， and innovation awareness and comprehensive professional quality are effectively improved.

Key words： STEAM concept；secondarypost；electronic CAD；new engineering； courseresourceconstruction