STEM理念下以工作過程為導向的項目式教學活動設(shè)計探究

一、引言互聯(lián)網(wǎng)+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(yè)的課程改革、人才培養(yǎng)方案的更新，而以培養(yǎng)學生的問題解決能力、提高創(chuàng)新創(chuàng)造能力、綜合實踐能力，鍛煉理工科思維能力，提高STEM素養(yǎng)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(yè)課程與其他學科跨學科融合，以企業(yè)、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(yè)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(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)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(shù)、工程、數(shù)學這四類理工學科的跨學科整合（饒銘輝，2020），強調(diào)用理工思維、方法及技術(shù)解決問題。對STEM的定義，還沒達成統(tǒng)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(xiàn)的創(chuàng)造性地解決復雜問題的效果，即跨學科整合性、綜合性、創(chuàng)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(shù)為基礎(chǔ)，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(gòu)建跨學科知識及能力，培養(yǎng)綜合素養(yǎng)，提高問題解決能力、創(chuàng)造力等綜合能力。（二）項目式教學關(guān)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(gòu)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(shè)計并參與探究解決的學習過程。經(jīng)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(nèi)容、活動、情境和結(jié)果。項目式教學就是以某一或跨科的原理為依據(jù)，根據(jù)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(xié)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(yè)元素，是一種“工學結(jié)合、深度融合”的教學方法。它是以職業(yè)生涯發(fā)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(yè)素質(zhì)為目標，以職業(yè)技能鑒定為評價標準的教學策略和方法，打破了傳統(tǒng)以教師為中心的教學，強調(diào)以學生為中心，培養(yǎng)學生能力為核心的教學模式。實現(xiàn)以“教”為中心向以“學”為中心的轉(zhuǎn)化（余琳娜、何霞，2017），培養(yǎng)了學生綜合能力，實現(xiàn)了學與用的統(tǒng)一。（三）STEM教育理念與以工作過程為導向的項目式教學的聯(lián)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(xiàn)跨越學科界限的目標，能夠獲得科學、技術(shù)、工程、數(shù)學等方面知識，提高學生的綜合實踐能力、創(chuàng)造創(chuàng)新能力，符合中職計算機教育的人才培養(yǎng)；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(yīng)工作崗位內(nèi)容的能力。筆者整理文獻結(jié)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(yè)教育學生特點之間關(guān)系如圖1所示。三、構(gòu)建STEM理念下以工作過程為導向的項目式教學活動設(shè)計框架根據(jù)基于項目學習的STEM教育結(jié)合工作過程為導向的課程觀的理念指導下，結(jié)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(lián)系，筆者通過文獻分析總結(jié)出“STEM教育+工作過程為導向的職業(yè)教育理念”的教學整合方式：在遵循職業(yè)教育“以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導向”教育思想的基礎(chǔ)上，STEM理念在職業(yè)教育的融合應(yīng)用，可通過“STEM理念”與“基于工作過程”核心思想結(jié)合作為職業(yè)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(gòu)建“以學生為中心，以就業(yè)為導向”的“STEM+工作過程為導向的職業(yè)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(gòu)主義的項目式教學設(shè)計，融入STEM思想與工作過程導向的職業(yè)教育理念，用STEM重構(gòu)學科教學目標，用STEM理念指導設(shè)計項目開發(fā)，用STEM落實項目實施，用STEM完善教學評價，如圖2所示。四、構(gòu)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(shè)計專業(yè)“增城荔枝文化節(jié)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(jié)合的項目式教學活動設(shè)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(jié)活動宣傳產(chǎn)品設(shè)計”并在課堂中開展教學。荔枝是嶺南特色佳果，增城以盛產(chǎn)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(nèi)容及形式的多樣性。在學習內(nèi)容上增強內(nèi)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(nèi)容與社會企業(yè)實踐脫節(jié)的不足，提高學生的學習興趣，激發(fā)學習動力，增強學生的動手實踐能力及社會適應(yīng)能力。在項目實施過程中，增加了作品3D打印實物環(huán)節(jié)，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(huán)節(jié)更貼近實際崗位的工作過程，也更能體現(xiàn)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(zhì)、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(diào)整，從而鍛煉學生的社會實踐能力與適應(yīng)力。1.創(chuàng)設(shè)情境，引入項目（20分鐘）教師引入項目背景，介紹企業(yè)與客戶提出的需求，設(shè)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(nèi)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(chǔ)探究（115分鐘）此課堂環(huán)節(jié)主要是學習3D打印技術(shù)的理論知識和3D建模的軟件操作技能。按學習內(nèi)容劃分，分為3D打印機科學原理和3DMAX軟件的基礎(chǔ)操作技能學習兩大環(huán)節(jié)。首先在3D打印機的原理與基礎(chǔ)知識學習探究上，教師提出問題，發(fā)布任務(wù)。學生圍繞問題開展網(wǎng)絡(luò)學習、小組討論，并從網(wǎng)絡(luò)學習中理解內(nèi)容，概括總結(jié)知識點，并進行交流、分享學習心得。在此理論探究學習的環(huán)節(jié)中，學生在教師的組織引導下，按照“融入情境，明確任務(wù)——理論探究——概念定義——遷移內(nèi)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(shù)的基礎(chǔ)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3DMAX軟件的建模操作。第1課時，教師在課室講解，提出任務(wù)，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(wù)。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(wù)——設(shè)計分析——模仿探究——完成作品，遷移內(nèi)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3DMAX軟件學習與基本的操作技能探究活動。（90分鐘）3.初稿設(shè)計，3D建模（90分鐘）此環(huán)節(jié)是學生對基礎(chǔ)知識與技能的運用與遷移，項目綜合創(chuàng)新設(shè)計與運用的體現(xiàn)。主要學習內(nèi)容是荔枝的建模與貼圖。在明確任務(wù)后，學生展開小組協(xié)作探究學習。首先是尋找生活中荔枝的圖片，根據(jù)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(xiàn)。學生通過前期的學習已掌握了一定的操作技能，根據(jù)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(chuàng)新的方法，設(shè)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(jié)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(shè)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(huán)節(jié)。教師首先向?qū)W生介紹3D打印機的各個按鈕與功能，學生通過現(xiàn)場接觸與操作實踐對3D打印技術(shù)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(chǎn)品后置處理。在這實踐性較強的作品制作課堂環(huán)節(jié)中，學生表現(xiàn)出濃厚的學習興趣。從學生課堂現(xiàn)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(yè)設(shè)計師從學生完成作品的效果、分享展示的表現(xiàn)，從作品的創(chuàng)新性、技術(shù)性、難度性、藝術(shù)性、完整性、價值型、匯報表現(xiàn)、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(yǎng)的提升方面進行問卷調(diào)查，并結(jié)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(yè)知識原理與方法技能，提高了對3DMAX軟件技術(shù)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(shè)計、數(shù)學計算、軟件與工程技術(shù)等學科內(nèi)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(shù)。在學習跨學科知識、數(shù)學計算、工程設(shè)計、科學技術(shù)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(shù)學計算、邏輯思維的知識，和學到3D打印技術(shù)的科學原理，97.92%的學生學會像工程師一樣思考設(shè)計作品。2.能力與素養(yǎng)提升方面在能力與素養(yǎng)上，結(jié)合職業(yè)技術(shù)學生的特點與本模式的教學目標，問卷主要從兩個維度設(shè)計題目，分別是STEM能力與素養(yǎng)方面和