STEM理念下以工作過程為導向的項目式教學活動設計探究

梁麗冰

一、引言

互聯網+人工智能時代的到來，加速了中職教育尤其是理工學科計算機專業的課程改革、人才培養方案的更新，而以培養學生的問題解決能力、提高創新創造能力、綜合實踐能力，鍛煉理工科思維能力，提高STEM素養為主要目標的STEM教育理念正是計算機課程改革的切入口，讓計算機專業課程與其他學科跨學科融合，以企業、社會實踐項目為核心，開展以工作過程為導向的項目式教學，為我們提供了一個改革實踐的新方向。它完善并彌補了原來分學科學習上學生的綜合能力較弱，難以靈活運用各學科知識解決工作中實際問題的不足。

本文基于目前中職教育工作過程為導向的項目式教學，對STEM教育與職業教育行動導向教育理念進行整合，進行該理念指導下的項目式教學模式、教學活動方面的探究。

二、可行性分析

（一）STEM教育

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四個英文單詞首大寫字母的縮寫組合，它代表的是科學、技術、工程、數學這四類理工學科的跨學科整合（饒銘輝，2020），強調用理工思維、方法及技術解決問題。對STEM的定義，還沒達成統一的共識，但是眾多的觀點都離不開STEM的核心思想：通過跨學科整合，達到運用單一學科知識無法實現的創造性地解決復雜問題的效果，即跨學科整合性、綜合性、創造性、實踐性是其核心特點。筆者更傾向，STEM教育的廣義涵義，即STEM指一種具有包容性的，以STEM理工科的科學、工程思維及技術為基礎，融合其他學科共同解決復雜問題，促使學習者在解決問題的實踐中主動構建跨學科知識及能力，培養綜合素養，提高問題解決能力、創造力等綜合能力。

（二）項目式教學

關于項目式教學法或基于項目的學習（pbl）說法不一。較為普遍的是黎加厚學者定義的項目學習：學生通過圍繞一個項目，以學習課程的概念為中心研究解決問題的方法，從中構建知識體系，并遷移運用到實踐中的過程。這是個學生提出問題、自己選題設計并參與探究解決的學習過程。

經過多年摸索和實踐，筆者認為，項目式教學都離不開的四個要素：內容、活動、情境和結果。項目式教學就是以某一或跨科的原理為依據，根據生活的問題情境，圍繞一個項目為主題，以學生為中心、教師為指導的形式，開展學生自主或協作學習的系列探究活動，最后達到解決復雜的生活問題，完成項目作品的目的。而中職項目式教學，融入職業元素，是一種“工學結合、深度融合”的教學方法。它是以職業生涯發展為導向，以學生為主體，以教師為主導，以典型項目為依托，以職業素質為目標，以職業技能鑒定為評價標準的教學策略和方法，打破了傳統以教師為中心的教學，強調以學生為中心，培養學生能力為核心的教學模式。實現以“教”為中心向以“學”為中心的轉化（余琳娜、何霞，2017），培養了學生綜合能力，實現了學與用的統一。

（三） STEM教育理念與以工作過程為導向的項目式教學的聯系

項目式活動是落實STEM 理念的重要途徑，在中職計算機課堂上開展STEM 理念指導下以工作過程為導向的項目式活動，一方面可以實現跨越學科界限的目標，能夠獲得科學、技術、工程、數學等方面知識，提高學生的綜合實踐能力、創造創新能力，符合中職計算機教育的人才培養；另一方面開展STEM 理念的項目式教學活動，適合中職學生認知水平和動手能力，提倡團體分工合作、共同完成項目目標，提高學生適應工作崗位內容的能力。筆者整理文獻結合實踐分析得出STEM教育理念與以工作過程為導向的項目式教學、職業教育學生特點之間關系如圖1所示。

三、構建STEM理念下以工作過程為導向的項目式教學活動設計框架

根據基于項目學習的STEM教育結合工作過程為導向的課程觀的理念指導下，結合STEM教育理念與基于工作過程的行動理念、項目式教學法之間的聯系，筆者通過文獻分析總結出“STEM教育+工作過程為導向的職業教育理念”的教學整合方式：在遵循職業教育“以服務為宗旨，以就業為導向”教育思想的基礎上，STEM理念在職業教育的融合應用，可通過“STEM理念”與“基于工作過程”核心思想結合作為職業教育的指導思想，以項目式教學法為載體展開教育教學。因此，本文提出構建“以學生為中心，以就業為導向”的“STEM+工作過程為導向的職業教育理念”整合方式。具體整合思路是：以教學活動過程的視角，圍繞建構主義的項目式教學設計，融入STEM思想與工作過程導向的職業教育理念，用STEM重構學科教學目標，用STEM理念指導設計項目開發，用STEM落實項目實施，用STEM完善教學評價，如圖2所示。

四、構建STEM理念下以工作過程為導向的項目式教學實踐

（一）以計算機平面設計專業“增城荔枝文化節活動荔枝建模與3D打印”項目為例

為了落實“STEM理念下工學結合的項目式教學活動設計模型”的實踐策略及驗證實施效果，筆者在教學中引入了具有本地特色的校企合作項目 “增城荔枝旅游文化節活動宣傳產品設計”并在課堂中開展教學。

荔枝是嶺南特色佳果，增城以盛產掛綠、桂味荔枝而聞名。我校本地學生居多，在教學中引入增城生活圈廣告公司承接此校企合作項目，豐富了學習內容及形式的多樣性。在學習內容上增強內容的實用性及趣味性，在學習方式上增加學習的實踐性及生動性，彌補學生學習內容與社會企業實踐脫節的不足，提高學生的學習興趣，激發學習動力，增強學生的動手實踐能力及社會適應能力。

在項目實施過程中，增加了作品3D打印實物環節，突出注重了STEM理念的指導性作用，使教學效果（作品）可視化與實物具體化、反饋及時化。整個環節更貼近實際崗位的工作過程，也更能體現以工作過程為導向的項目式教學，學生能提前感知與學習在作品實物化過程中會遇到的因材質、溫度、色彩、機器等不同而會影響的作品效果，及時進行修改調整，從而鍛煉學生的社會實踐能力與適應力。

1.創設情境，引入項目（20分鐘）

教師引入項目背景，介紹企業與客戶提出的需求，設計荔枝打印作品作為紀念品。接著對此項目與客戶需求進行分析，對3D建模與打印的內容進行介紹，讓學生對3D建模與打印有初步了解，吸引學生學習興趣同時明確學習目標。

2.前置學習，基礎探究（115分鐘）

此課堂環節主要是學習3D打印技術的理論知識和3D建模的軟件操作技能。按學習內容劃分，分為3D打印機科學原理和3D MAX軟件的基礎操作技能學習兩大環節。首先在3D打印機的原理與基礎知識學習探究上，教師提出問題，發布任務。學生圍繞問題開展網絡學習、小組討論，并從網絡學習中理解內容，概括總結知識點，并進行交流、分享學習心得。在此理論探究學習的環節中，學生在教師的組織引導下，按照“融入情境，明確任務——理論探究——概念定義——遷移內化——學習分享”的理論學習過程逐步開展學習，完成3D打印技術的基礎理論探究活動。從課堂記錄與學生課堂回答看，整個探究過程順利，學生學習效果良好。（25分鐘）

接著引導學生學習3D MAX軟件的建模操作。第1課時，教師在課室講解，提出任務，展示案例效果與軟件的操作介紹，學生融入情境明確學習任務。第2課時，學生在多媒體課室使用電腦，開展實踐案例模仿學習。在教師的組織引導下，學生按照“融入情境，明確任務——設計分析——模仿探究——完成作品，遷移內化——學習分享”過程逐步開展學習案例模仿的技能實踐探究，完成3D MAX軟件學習與基本的操作技能探究活動。（90分鐘）

3.初稿設計，3D建模（90分鐘）

此環節是學生對基礎知識與技能的運用與遷移，項目綜合創新設計與運用的體現。主要學習內容是荔枝的建模與貼圖。在明確任務后，學生展開小組協作探究學習。首先是尋找生活中荔枝的圖片，根據不同品種的荔枝圖片分析在荔枝建模上需要進行哪些操作。大部分學生選擇做單個的糯米糍荔枝，簡單容易實現。學生通過前期的學習已掌握了一定的操作技能，根據教師提供的學習支架材料在荔枝建模上普遍不存在困難，綜合運用探究、討論、創新的方法，設計出荔枝模型。在貼圖上，由于是新知識點，學生運用教師提供的學習支架含視頻學習材料，結合教師的講授引導開展探究學習，綜合運用模仿、學習實踐、探究、遷移的學習策略最終完成作品。

4.作品制作，3D打印探究（90分鐘）

為了讓學生體會設計的3D作品如何變成實物的整個過程，提高動手制造能力和綜合實踐能力。在本項目活動中引入建模作品的3D打印環節。教師首先向學生介紹3D打印機的各個按鈕與功能，學生通過現場接觸與操作實踐對3D打印技術與操作原理有了更深的認識。在對3D荔枝模型進行切片后，學生動手實踐開啟對模型的3D打印，最后完成實踐檢查產品后置處理。在這實踐性較強的作品制作課堂環節中，學生表現出濃厚的學習興趣。從學生課堂現場與教學評價反饋看，課堂獲得了較好的學習效果。

5.項目測試，作品分享（90分鐘）

完成3D荔枝建模與打印后，組織學生對打印出來的作品進行測試與展示分享。在小組展示時，組織學生、小組長、教師與企業設計師從學生完成作品的效果、分享展示的表現，從作品的創新性、技術性、難度性、藝術性、完整性、價值型、匯報表現、小組合作、整體效果10個項目指標，評價學生完成及匯總展示作品的效果兩個維度對作品進行綜合評價。

（二）實踐效果分析

教學完成后，對學生知識與技能的習得、能力與素養的提升方面進行問卷調查，并結合學生個別訪談的方式對上述目標變化進行深入分析，以進一步了解學生對此項目式教學的滿意度及最終的教學實施效果。

1.知識與技能習得方面

在知識與方法技能方面，95.83%的學生認為在此次學習中學到了3D建模、打印的專業知識原理與方法技能，提高了對3DMAX軟件技術的運用技巧；同時拓展了自己的知識面，學到了跨學科的不同知識，接觸到工程設計、數學計算、軟件與工程技術等學科內容。其中，在學習建模與打印操作的技能上，所有學生均體會到3D打印的操作方法；97.92%的學生學會建模與打印的步驟及技巧，提高了3Dmax建模軟件的運用技術。

在學習跨學科知識、數學計算、工程設計、科學技術原理上，95.83%的學生認為此次項目學習拓展自己的知識面，學到不同的學科知識。95.83%的學生學會運用數學計算、邏輯思維的知識，和學到3D打印技術的科學原理，97.92%的學生學會像工程師一樣思考設計作品。

2.能力與素養提升方面

在能力與素養上，結合職業技術學生的特點與本模式的教學目標，問卷主要從兩個維度設計題目，分別是STEM能力與素養方面和職業崗位能力與素養方面，調查學生的變化情況。

在STEM能力與素養方面，95.83%的學生認為“提高了我的工程設計思維及能力”和“提高了動手實操，解決問題的能力 ”，97.92%的學生認為“培養了科學探究的精神 ”。在職業崗位能力與素養方面，89.58%的學生認為本次項目學習“提高了創新設計能力”。

綜上所述，“STEM理念下以工作過程為導向的項目式教學”模式在培養學生學習興趣，發展學生創新思維能力、促進學生跨學科知識學習等方面具有較顯著的效果。

責任編輯? 何麗華