基于STEAM理念的5E教學(xué)實(shí)踐與研究

【摘" 要】 STEAM教育因其強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的整合性教學(xué)，并以實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，正日益受到廣泛的關(guān)注和重視。針對當(dāng)前中職“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程中存在的教學(xué)效果不佳、教學(xué)理念陳舊以及學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低迷等問題，文章依據(jù)STEAM教學(xué)理念，構(gòu)建了5E教學(xué)模式并應(yīng)用于該課程。以“平面銑削”為例，詳細(xì)設(shè)計(jì)了教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)條件及教學(xué)過程。實(shí)踐表明，將基于STEAM理念的5E教學(xué)模式應(yīng)用于中職“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程，不僅能顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能有效增強(qiáng)課堂教學(xué)效果，為中職學(xué)校數(shù)控加工相關(guān)課程的教學(xué)提供了有益的參考。

【關(guān)鍵詞】 STEAM理念；5E教學(xué)模式；中職學(xué)校；機(jī)械零件數(shù)控銑削加工

STEAM教育，即融合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineer）、藝術(shù)（Art）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的綜合教育模式，正逐漸成為教育改革的重要方向。

“5E學(xué)習(xí)環(huán)”教學(xué)法，包括引入（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、拓展（Elaboration）和評價(jià)（Evaluation）五個(gè)階段，為教學(xué)實(shí)踐提供了有力的框架。將STEAM理念與5E教學(xué)法相結(jié)合，不僅有助于提升學(xué)生的知識(shí)水平與實(shí)踐能力，更能培養(yǎng)他們的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

中職“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程，在數(shù)控技術(shù)專業(yè)課程體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。這門課程不僅要求學(xué)生掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，還對學(xué)生的實(shí)踐技能提出了較高的要求。然而，傳統(tǒng)教學(xué)模式往往過于側(cè)重理論知識(shí)的傳授，而忽視了實(shí)踐技能的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生難以將所學(xué)知識(shí)整合應(yīng)用，且只關(guān)注本學(xué)科內(nèi)容，忽視了與其他學(xué)科的聯(lián)系。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的缺失也進(jìn)一步影響了其實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對上述問題，文章以“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程為切入點(diǎn)，以STEAM理念為指導(dǎo)思想，嘗試在教學(xué)環(huán)節(jié)中融入5E教學(xué)法。通過構(gòu)建相應(yīng)的教學(xué)模式，體現(xiàn)在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)條件、教學(xué)過程等多個(gè)方面，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升他們的實(shí)際操作技能和綜合素質(zhì)，從而培養(yǎng)出既具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)，又擁有高超實(shí)踐技能的高素質(zhì)、高技能型人才。

一、STEAM教育、5E教學(xué)法與“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程概述

（一）STEAM理念

STEAM教育，起初為STEM教育，由科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個(gè)英文單詞的首字母拼接而成。在2008年，格雷特·亞克門（Georgette Yakman）提出將Art（藝術(shù)）融入其中，構(gòu)建了獨(dú)特的STEAM教育框架。STEAM教育著重于跨學(xué)科的整合性教學(xué)，以實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，通過解決任務(wù)的過程來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性、解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力，同時(shí)契合了“做中學(xué)”的教育理論。隨著社會(huì)對綜合素質(zhì)人才需求的日益增長，STEAM教育理念正受到越來越多的關(guān)注與重視，并逐漸成為現(xiàn)代教育的重要發(fā)展方向。

（二）5E教學(xué)模式

5E教學(xué)模式包含引入、探究、解釋、遷移和評價(jià)五個(gè)階段。在引入階段，教師通常會(huì)創(chuàng)設(shè)一個(gè)與現(xiàn)實(shí)生活緊密相關(guān)的問題情境，這個(gè)情境不僅與課程內(nèi)容、目標(biāo)緊密相連，還最好能夠與學(xué)生已有的知識(shí)或生活認(rèn)知產(chǎn)生沖突，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使他們積極主動(dòng)地探究并最終獲取知識(shí)。進(jìn)入探究階段，教師基于上一環(huán)節(jié)的沖突情境進(jìn)行延伸，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入當(dāng)天的探究學(xué)習(xí)。在這一階段，學(xué)生應(yīng)成為活動(dòng)的主體，而教師則在一旁提供必要的提示與幫助。探究結(jié)束后，學(xué)生需要用自己的語言對上一環(huán)節(jié)進(jìn)行解釋，展示他們對概念的理解、知識(shí)的定義以及技能的運(yùn)用。同時(shí)，教師也可以在這一環(huán)節(jié)進(jìn)行準(zhǔn)確的概念、知識(shí)和技能表達(dá)，以幫助學(xué)生達(dá)到更好的理解效果，并及時(shí)糾正學(xué)生暴露的錯(cuò)誤觀念。遷移階段要求學(xué)生將學(xué)到的新概念、知識(shí)和技能應(yīng)用于解決新的情境和問題，通過這一階段來加深學(xué)習(xí)印象，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通。在評價(jià)階段，教師采用正式或非正式的方式對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)，并為學(xué)生提供自我評價(jià)的機(jī)會(huì)。評價(jià)的目的在于確保學(xué)生活動(dòng)的方向正確，為教師提供一個(gè)評估自己教學(xué)過程和效果的重要途徑。

（三）“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程

“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”是機(jī)械類及其相關(guān)專業(yè)的一門重要課程。它不僅是中職學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)控銑床、了解數(shù)控技術(shù)的入門課程，還是一門旨在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力的理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程。教師在教學(xué)過程中需要根據(jù)學(xué)生的知識(shí)水平、技能水平來合理開發(fā)課程資源，以綜合培養(yǎng)學(xué)生的各方面能力。

二、STEAM教育理念融入“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程的必要性

（一）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

STEAM教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與能力，提升學(xué)生的整體素養(yǎng)，并增強(qiáng)他們解決實(shí)際問題的能力。如今，STEAM教育正逐漸成為一種超越傳統(tǒng)的新型教育范式。相較于傳統(tǒng)教學(xué)方式中教師主導(dǎo)課堂、知識(shí)與實(shí)際脫節(jié)的情況，STEAM教育更注重將學(xué)生置于課堂的中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容與生活實(shí)際的緊密聯(lián)系，這完全符合STEAM理念中的“做中學(xué)”理論。此外，傳統(tǒng)教學(xué)工作中常存在學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足、教學(xué)內(nèi)容難以吸引學(xué)生興趣、課堂效率偏低等問題。而STEAM理念中的Art（藝術(shù)）元素，能夠有效吸引學(xué)生的注意力，提升他們的學(xué)習(xí)興趣。例如，在“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程中，通過播放數(shù)控銑床加工精美零件、數(shù)控機(jī)床切削刻章等視頻場景，可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)控銑削的過程中融入藝術(shù)思維，從而更加投入地學(xué)習(xí)。

（二）培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力

中職數(shù)控專業(yè)的學(xué)生往往基礎(chǔ)水平相對薄弱，在學(xué)習(xí)認(rèn)知方面，他們的學(xué)習(xí)能力稍弱，自我約束力不足，學(xué)習(xí)理論知識(shí)較為困難，學(xué)習(xí)成績也因此受到影響。部分學(xué)生由于缺乏明確的學(xué)習(xí)方向和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，容易產(chǎn)生厭學(xué)、退學(xué)的情緒。在學(xué)習(xí)行為方面，部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，對枯燥無味的理論學(xué)習(xí)不感興趣，導(dǎo)致在課堂上注意力不集中，無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。然而，盡管學(xué)生在學(xué)習(xí)方面存在不足，但他們思維敏捷，對新鮮事物充滿好奇。因此，教師應(yīng)摒棄傳統(tǒng)單一的教學(xué)方法，采用新的教學(xué)法來吸引學(xué)生的注意力。例如，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)或5E教學(xué)法，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式促使學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)，并在任務(wù)實(shí)踐的過程中培養(yǎng)他們的動(dòng)手能力。STEAM教育理念的特點(diǎn)在于其教育方式的多元化，橫跨多個(gè)學(xué)科。教師可以利用多媒體豐富課程內(nèi)容，使教學(xué)更加生動(dòng)有趣。在實(shí)操課上，教師也可以結(jié)合“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程與其他學(xué)科如數(shù)學(xué)等知識(shí)進(jìn)行講解，幫助學(xué)生更容易地理解并掌握基礎(chǔ)理論與實(shí)踐技能的相關(guān)知識(shí)，從而有效促進(jìn)學(xué)生綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

三、基于STEAM理念的5E中職“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程教學(xué)模式構(gòu)建

（一）教學(xué)目標(biāo)

本研究確定以“平面銑削”操作為內(nèi)容，包含數(shù)控加工、數(shù)控編程、零件裝夾等多學(xué)科知識(shí)，與科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等目標(biāo)，確立如圖1的平面銑削教學(xué)目標(biāo)圖。

（二）教學(xué)條件

STEAM教育需要大量的學(xué)習(xí)教具、實(shí)驗(yàn)器材以及環(huán)境等教學(xué)條件，學(xué)校要盡可能提供充足的教學(xué)資源支持。進(jìn)行STEAM教學(xué)活動(dòng)需要一定的教學(xué)條件做準(zhǔn)備與支持，教學(xué)條件包括教室設(shè)施、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)資源等方面。其中，教室設(shè)施為教室和實(shí)訓(xùn)場地，教學(xué)設(shè)備為電腦、投影屏、仿真軟件、數(shù)控機(jī)床/加工中心，教學(xué)資源則為各種加工材料、工具。

（三）教學(xué)過程設(shè)計(jì)

1. 引入

教師活動(dòng)：教師引入鐵塊生銹案例：學(xué)校有一批毛坯因長期放置，表面現(xiàn)已生銹，現(xiàn)請同學(xué)們將毛坯上生銹的部分去除掉，要求表面要平整。問題1：我們該怎么做呢？指出學(xué)生回答的手動(dòng)切削和砂紙磨不足之處，引入今日的平面銑削課程。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生觀看生銹毛坯，思考如何去除生銹部分，回答問題。回答1：使用銑床手動(dòng)切削毛坯。回答2：利用砂紙將生銹部分磨去。

設(shè)計(jì)意圖：藝術(shù)，引入本節(jié)課主題，吸引學(xué)生注意力。

2. 探究

教師活動(dòng)：設(shè)計(jì)探究問題。問題1：如何將工件放在數(shù)控銑床不發(fā)生移動(dòng)？問題2：如何在數(shù)控銑床確定需要銑削生銹毛坯的面？問題3：如何編寫程序讓機(jī)床能自動(dòng)銑削平面？教師在旁輔助學(xué)生探究問題，提出指導(dǎo)意見，并觀察注意學(xué)生是否出現(xiàn)危險(xiǎn)行為。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生分組，完成探究學(xué)習(xí)得出問題的答案。

設(shè)計(jì)意圖：（1）技術(shù)：掌握平口鉗的安裝與校正方法；掌握零件的安裝與校正方法；（2）科學(xué)：了解數(shù)控加工的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握數(shù)控編程規(guī)則；（3）數(shù)學(xué)：作為編制數(shù)控加工程序的計(jì)算支撐。

3. 解釋

教師活動(dòng)：教師邀請各組同學(xué)回答探究結(jié)果，對正確的結(jié)果給予肯定與表揚(yáng)，針對錯(cuò)誤的結(jié)果進(jìn)行引導(dǎo)和糾正，使學(xué)生能及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己回答的錯(cuò)誤和不足之處，得出正確結(jié)果。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生回答教師提出的探究問題，得到教師的肯定或在教師的指導(dǎo)下得出正確的答案。

設(shè)計(jì)意圖：在問答的過程中進(jìn)一步鞏固本節(jié)課的學(xué)習(xí)成果，對錯(cuò)誤的概念、結(jié)果等進(jìn)行及時(shí)糾正。

4. 遷移

教師活動(dòng)：教師設(shè)立一個(gè)新情境“如何使用平面銑削，完成下圖零件的加工”，如圖2所示（用φ10mm面銑刀）。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生利用本節(jié)課學(xué)習(xí)的知識(shí)，解決教師設(shè)立的新情境。將成品打磨使其美觀、具有藝術(shù)性。

設(shè)計(jì)意圖：提高學(xué)生動(dòng)手能力工程，能以工藝的角度思考如何對平面進(jìn)行銑削，設(shè)計(jì)相應(yīng)的加工路線和加工程序。

四、結(jié)語

文章以中職“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程教學(xué)為例，基于STEAM教育理念并結(jié)合5E教學(xué)模式創(chuàng)新了數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)。教學(xué)設(shè)計(jì)過程中引入了創(chuàng)新型的數(shù)控編程方法，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，教學(xué)過程層層遞進(jìn)，不斷挖掘?qū)W生的思維力與創(chuàng)造力。以學(xué)生能力為中心構(gòu)建創(chuàng)新型教學(xué)模式，并開展基于STEAM理念的5E教學(xué)模式的深入探索，使學(xué)生的綜合能力真正實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐、從觀察到自己動(dòng)手、從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變與升華，真正實(shí)現(xiàn)在玩中學(xué)、學(xué)中做、做中思。將基于STEAM理念的5E教學(xué)模式應(yīng)用于中職“機(jī)械零件數(shù)控銑削加工”課程能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)樂趣與課堂教學(xué)效果，能為中職學(xué)校數(shù)控加工相關(guān)課程教學(xué)提供有價(jià)值的參考。

■ 參考文獻(xiàn)：■

［1］ 陳杰，劉道敬. 智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建［J］. 廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，20（03）：79-83+92.

［2］ 張端，和繼軍，李小娟. 美國STEM教育的嬗變［J］. 自然辯證法通訊，2020，42（11）：94-100.

［3］ 吳成軍，張敏. 美國生物學(xué)“5E”教學(xué)模式的內(nèi)涵、實(shí)例及其本質(zhì)特征［J］. 課程·教材·教法，2010，30（06）：108-112.

*廣東技術(shù)師范大學(xué)2023年度校級(jí)“實(shí)驗(yàn)室管理研究”項(xiàng)目“服務(wù)‘技術(shù)師范’教育的機(jī)器人特色實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2011605）。