基于STEM教育理念的軍校電路基礎課程的教學改革

【摘要】本研究旨在探討基于STEM（科學、技術、工程、數學）教育理念的軍隊院校職業技術教育電路基礎課程教學改革。通過融入STEM教育理念，致力于提高學員對電路基礎課程內容的深度理解和實際應用能力。在改革中注重培養學員解決實際問題的能力，以滿足軍隊現代化建設的要求。基于STEM教育理念展開課堂教學，學員可以在掌握理論內容的基礎上，具備較強的動手實踐能力，提高綜合能力。

【關鍵詞】STEM|電路基礎課程|軍隊院校|職業技術教育

在黨的二十大報告中提出“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐”，并指出要努力培養造就更多高技能人才[1]。明確了高技能人才對于國家的重要性。如何培養學員解決實際問題的能力、創新精神和合作精神也就成了重要的課題。

STEM教育理念涵蓋了科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四個領域的教學與學習，最早由美國國家科學基金會于20世紀90年代提出[2]。其中科學在于認識世界、解釋自然界的客觀規律；技術和工程則是在尊重自然規律的基礎上改造世界、實現對自然界的控制和利用、解決社會發展過程中遇到的難題；數學則作為技術與工程學科的基礎工具。該理念強調多學科融合，培養學員的創新思維、團隊合作能力以及將理論知識應用于實踐的能力[3]。

電路基礎課程是運用數學知識和工程方法，解決理論和實際電路問題的一門課程。這也就為STEM理念融入課堂教學提供了很好的機會。

一、當前教學實踐中存在的問題

當前電路基礎課程教學中存在以下問題：

1.缺乏實踐與應用：課程過于理論化，學員缺乏動手能力。

2.難以跨學科連接：未能充分結合數學、物理等學科的內容，限制了學員綜合運用各學科知識技能解決問題的能力。

3.缺乏與實際生活的聯系：沒有強調電路技術的實際應用，缺少與實際應用的聯系。

4.缺乏互動與團隊合作：課程更多的是單向傳授知識，缺乏學員之間的互動和團隊合作。

二、電路基礎課程STEM教學模式探究

運用STEM教學理念有助于解決當前教學實踐中存在的問題。基于電路基礎學科特點，對當前課程體系和現有資源下進行STEM教學模式的探究[4]。

（一）豐富課堂內容

STEM教學理念鼓勵不同學科的整合，將電路基礎課程與數學、物理等相關學科整合，同時可以融入更多實際應用和思政元素，能夠幫助學員更好地理解電路原理，有助于學員綜合素質的提升。

（二）促進理論課和實踐課的協同

STEM強調通過實踐和實驗來幫助學員將理論知識轉化為實際技能，在實驗的過程中要求學員合作解決問題，增強團隊協作能力。我校先后建立了網絡型電工實驗室、創新型電子技術實驗室等平臺，為電路實驗課程的學習以及學員電子設計提供了條件。積極組織學員參加數學建模競賽并取得良好的成績。

（三）創新課堂手段

在課堂教學中，可以運用更多樣化的教學手段從而進一步提升教學效果。例如采用翻轉課堂等新穎的教學手段，增強學員的課堂參與，實現以學員為中心的教育理念。利用雨課堂等數字化教學手段，及時獲得學員的學習情況反饋。

三、基于STEM理念的“基爾霍夫定律”理論課和實驗課教學設計與實施

基爾霍夫定律是整個電路理論的基石，是求解復雜電路的電學基本定律，也是電路基礎課程中的重點內容。要求學員在深刻理解基爾霍夫定律的基礎上，熟練運用該定律解決電路問題。

（一）“基爾霍夫定律”理論課課堂實施

單個軍人齊步走和隊列會操都要遵循《中國人民解放軍隊列條令（試行）》[5]。而對于電路中的物理量來說也要遵循一定的規則，這就是元件約束和拓撲約束，即歐姆定律和基爾霍夫定律。從而引出本次課的內容“基爾霍夫定律”。

科學（Science）——從生活實例出發，引出基爾霍夫電流定律，揭示定律本質

通過宿舍洗漱間水管流入的總水流量等于流出各水龍頭的水流量，類比基爾霍夫電流定律——任一時刻，流入某一節點的電流之和等于流出該節點的電流之和。這體現了基爾霍夫電流定律的本質是電荷守恒定律。結合生活實例和物理學知識，既激發了學員的學習熱情，也增強了對定律的理解。

技術（Technology）——運用科學方法推導出新的結論

在講解基爾霍夫定律的推廣應用時，要求學員先根據所學的知識對A、B、C三個節點列出基爾霍夫定律方程，進而推導出基爾霍夫定律的推廣應用。既能加深對本次課前面學習的基爾霍夫電流定律的理解，還能鍛煉學員運用數學方法解決問題的能力。

數學（Mathematics）——運用數學方法解決實際問題

基爾霍夫定律理論內容講解完畢后，講授求解電路的基本方法——2b法。要求學員預習實驗“基爾霍夫定律驗證”，并運用2b法求解電流的理論值。通過預習加深對定律的理解，同時鍛煉學員運用數學方法求解問題的能力。

（二）“基爾霍夫定律驗證”實驗課課堂實施

回顧“基爾霍夫定律”理論課學習的內容，引導學員思考如何驗證基爾霍夫定律？引出本次課的內容。

工程（Engineering）——連接電路驗證定律

實驗課中講解萬用表測量直流電流和直流電壓的方法和注意事項。實驗過程中，對學員進行巡回指導。以小組的方式開展實驗，在鍛煉學員動手能力的同時，也有利于培養學員溝通能力和合作能力。實驗結束后，進行總結講評，指出實驗過程中存在的問題。并讓學員課后計算驗證基爾霍夫定律。通過實驗進一步強化理論理解的同時，鍛煉學員的動手能力，培養團結合作的精神。

（三）課堂教學評價

理論課主要通過課后作業、補差答疑和單元測試的方式展開。實驗課主要通過實驗預習、實驗操作、實驗數據處理三個方面進行綜合打分。

（四）課后小結和反思

通過課后的反饋發現，基于STEM理念開展的“基爾霍夫定律”理論課和“基爾霍夫定律驗證”實驗課教學整體上取得了良好的效果。在課前、課中和課后三個環節，深度融入了STEM教學理念，讓學員在理解基爾霍夫定律的基礎上，掌握運用基爾霍夫定律分析計算電路的方法，鍛煉了運用數學工具解決問題的能力。通過實驗鍛煉了學員解決實際工程問題的能力。

四、結語

隨著軍隊信息化和智能化步伐的加快，對于復合型技術人才的需求也愈發迫切。海警技能人才只有從“單一專業各自為戰”向“復合專業集智攻關”轉變，才能跟上軍隊現代化建設的步伐。這也就對軍隊院校職業技術教育提出更高的要求。

運用STEM教育理念，有助于解決當前軍隊院校職業技術教育教學當中缺乏實踐與應用、缺乏互動與團隊合作等問題。雖然基于STEM教育理念開展課堂教學取得了良好的效果，但仍然存在一定的局限性。例如，所學理論課程和實際應用結合仍然不夠緊密，學員的創新思維和動手實踐能力有所欠缺。因此，在接下來將利用好現有條件和資源，組織學員開展電子設計大賽，以賽促學、以賽代練，進一步促進學員綜合技術水平的提升，為軍隊的現代化建設培養優秀的技能人才。中國軍轉民

參考文獻

[1]習近平.高舉中國特色社會主義偉大旗幟 為全面建設社會主義現代化國家而團結奮斗——在中國共產黨第二十次全國代表大會上的報告[EB/OL].（2022-10-26）[2023-12-24].https：//www.zytzb.gov.cn/zytzb/2022-10/31/ article_2022103120100913300.shtml.

[2]孫剛成，楊晨美子.美國STEM教育發展經驗及其對中國的啟示[J].教育與教學研究，2020，34（12）：32-43.

[3]趙中建，龍玫.美國STEM學習生態系統的構建[J].教育發展研究，2015，35（05）：61-66.

[4]羅熊，冀燕麗，尚新生.STEM教育視域下高校本科人才培養模式的構建[J].北京科技大學學報（社會科學版），2023，39（02）：149-155.

[5]中國人民解放軍隊列條令（試行）[N].解放軍報，2018-04-19（001）.

（作者簡介：劉彧祺，中國人民武裝警察部隊海警學院，碩士研究生，助教，研究方向為電工電子教學、數據挖掘；郭珊，中國人民武裝警察部隊海警學院，碩士研究生，助教，研究方向為電工電子教學、語音信號處理；李彩芬，中國人民武裝警察部隊海警學院，碩士研究生，助教，研究方向為傳感，大學物理教學）