基于STEM教育的高职电力工程专业教学研究——以“供配电网技术”课程为例

杨轶婷

(安徽电气工程职业技术学院，安徽 合肥 230051)

0 绪论

我国强劲的经济发展势头带动着我国电力行业市场的逐年扩大，同时伴随着我国政府对电力工程产业的资源倾斜，我国电力行业整体技术水平也在逐步提高，这其中既有科技研发人员的研究成果，也归功于无数电力工程领域技术人才的前仆后继。作为为电力工程领域输送技术人才的主力，相关职业高校的教学成果对于填充电力行业市场、提高电力行业水平有着不可忽视的重要作用，所以针对高校相关领域的教学模式进行改革必须受到人们的重视。本文以高职“供配电网技术”课程为例，对如何将STEM技术应用到高职电力工程类专业的教学做出探究，为国内相关教育教学改革的推广和发展起到一定的示范作用。

STEM是国外教育界提出的一种新型的教学理念，最早在1986年由美国教育界提出，当时教育机构发布了一篇名为《本科的科学、数学和工程教育》的学术报告，提出了一种融合了各领域交叉学科的综合教学模式[1]。它主要以理工科专业作为相关框架，以课程内容作为教学主体，以相关项目作为导入主题，让学生在实践中完成对教学目标的学习，并且能够将所学知识应用到相应的领域，真正做到学以致用。所谓STEM，是由科学、技术、工程和数学四个单词组合而成，STEM专业指的是数学、工程、计算机科学和自然科学等领域相关的专业[2]。STEM教育则是一种偏向理工科学的多学科融合教育模式，但并不是将各个学科简单地叠加，而是通过将其整合为同一项目的形式，帮助学生更好地实现知识的吸收和巩固。

1 高职电力工程专业课程融入STEM教育的适用性分析

1.1 “供配电网技术”课程分析

“供配电网技术”是高职电力工程专业的主要课程之一，能够帮助学生打下相关的技术基础，对于学生之后能否从事电力行业有着非常重要的影响。从教材内容上来看，“供配电网技术”主要包括一次设备的运行与维护、供配电系统的认知、二次系统的调试与运行维护、供配电系统的设计方案等章节。“供配电网技术”最大的特点是供配电系统的强电性，所以实训基地的建设难度和要求都很高，教学实践环节在整个课程中的比例失调。所以针对实践内容过少的情况，运用STEM教学模式进行项目教学，能够有效地弥补实践课程不足，导致学生无法将知识运用到实际操作中的情况。

1.2 STEM教学模式分析

STEM教育是由一系列STEM相关教学课程所组成，在每一节STEM课上，教师都会针对课程内容提出一个主题或者问题，再由学生通过小组合作的方式进行探究，在对主题或问题进行探究的同时对相关数据进行收集、整理和分析，同时设计出解决方案来对问题进行解决，最终由学生和教师共同对STEM教学的成果进行评价。所以标准的STEM教育应该在教学上具有趣味性、情境性、协作性、艺术性、设计性、实证性和跨学科等特点[3]，正是通过这些特点，STEM教育才能调动学生的主观能动性，让学生们主动去参加项目学习。同时学习的过程充满了科学探索和自我认知的理性，教给学生科学的思维方法和科学的探究方法，学会利用适当的技术与方法，最终能够自行梳理出各个知识点间的相互关系，构建自己的知识体系，从而在真实情境中能够解决复杂问题。相较于我国实施己久的传统教育，STEM教育更加注重对学生综合素养的培养。

2 基于STEM教育的“供配电网技术”教学设计与实施

2.1 STEM教育理念下的“供配电网技术”课程设计

对“供配电系统的方案与设计”项目的设计必须是基于学生已经掌握之前的学习内容(一次设备的运行与维护、电气主接线的运行分析、二次系统的调试与运行维护和电气主接线的倒闸操作)的基础上进行。让学生能够把之前学习的内容融会贯通，同时掌握供配电系统设计过程中各个环节的具体操作步骤，锻炼学生的动手实践能力，并且为了增强学生的安全意识，在选取项目上必须兼有安全性和挑战性。笔者选取了曾经发生的“9·17海南万宁供电局触电事故”作为项目的主体，“9·17海南万宁供电局触电事故”的发生原因就是因为供配电系统设计得有缺陷，再加上运行人员的操作不当，最终造成了事故的发生。笔者计划以“9·17海南万宁供电局触电事故”为引，在学生的理解范围内详细地把电气主接线方案设计、电力负荷的计算、短路故障和短路电流的计算、配电系统电气设备的选择和校验以及电气安全设计等知识点进行串联，综合系统地讲解供配电系统的方案与设计。

2.1.1 项目设计原则

STEM项目应该表现出综合性、实践性、丰富性等特点[3]。基于STEM教育的特点，结合“供配电网技术”课程的现状，初步确定“供配电网技术”项目选择可以参考以下几个原则。

2.1.1.1 综合性原则

STEM教育具有综合性的特点，为此融入STEM教育的“供配电网技术”课程的教学项目也要体现综合性的特点，系统地整合相关领域的知识和技术，使学生能在探究项目时不仅能获得对电力工程类专业的理解，也能从对电力工程类专业的深理解延伸到对STEM的理解，进而提高学生的STEM素养。

2.1.1.2 实用性原则

课程内容的实用性，一方面指学生学到的知识和技能，一定要对接生产一线，让学生“所学即所用”；另一方面符合职业岗位对从业人员的要求。相较于培养基于理论建构与设计的研究人员的传统教育，职业教育所要培养的人才则是能将科学家的设计转变为可以为我们所用的、真真切切的实物的技术人员。技术是对科学的具体显现，然而各种新理念、新技术、新工艺、新流程和新方法层出不穷[4]，要想为社会和企业培养出适用、顶用的优秀人才，就需要对新技术进行吸收和对接。基于STEM教育实践性的特点，“供配电网技术”教学项目也应该具有很强的实用性，更多地体现在以电力工程技能培养为主线方面。

2.1.1.3 发展性原则

高等职业教育在课程体系的设计时，应该考虑如何设计才能培养学生终身学习的能力，促进学生的可持续发展。“供配电网技术”项目的设计要考虑到趣味性的原则，项目要立足于生活实际，从高职学生学习的兴趣出发，设计有趣味性的项目。同时STEM教育有助于提高学生的创新能力，为此教学项目的设计要注重学生思维的创造性开发，不是教条式的课本知识的灌输，需要学生参与到课堂中来，通过发现生活中的问题[5]，提出解决问题的创造性想法，再运用“供配电网技术”知识和技术去解决实际工作中所遇到的种种问题。

2.1.1.4 灵活性原则

课程组织的灵活性需以课程的模块化来体现，即将课程按照功能或类别集合在一起，分别组织构成纵向和横向具有差异的课程模块，不同的模块可以根据目标需要而自由组合。课程组织灵活性能够基于不同职业、不同专业、不同学制和不同年级的学习者的需求灵活开发课程，使学习者以自己的兴趣和生涯规划进行自由的选择和学习[2]。这样不仅做到了以学习者为中心，同时也提高了课程组织安排的效率。

2.1.2 项目设计的目标

“供配电网技术”课程的总目标是提高学生关于供配电系统的认识、一次设备的运行维护、电气主接线的运行、二次系统的调试和运行维护、电气主接线的倒闸操作和供配电系统方案设计等基础知识，进而培养和提升学生的STEM素养，强调学生在自身阅历的基础上，通过观察、思考、设计、制作、试验等活动获得丰富的学习体验，在学习中发现问题，在实践中解决问题，在活动中获得知识[6]。根据三维目标的划分，将“供配电系统的方案与设计”课程目标细分如下。

知识与技能：初步了解供配电系统的方案与设计分为几个步骤，理解供配电系统设计的原则和相关知识点；对主接线方案、电力负荷计算、短路故障和短路电流计算、电气设备和电气安全等知识点进行深入的研究；完成简单的供配电系统设计；在掌握有关供配电系统的方案与设计的基础上，对供配电系统的方案与设计的不足进行研究，在过程中培养创新精神，提高实践能力。

过程与方法：在教师指导下，通过学习与实践，能够对供配电系统设计各个步骤进行阐明，明白各个步骤进行的实际意义。

情感态度与价值观：感受供配电系统的方案与设计技术的重要性以及电力行业的实用性，培养对电力工程类课程学习的兴趣以及动手解决生产工作问题的兴趣，提高问题意识以及STEM素养，促进技术人员的全面化发展。

2.1.3 项目设计成果

“供配电系统的方案与设计”采用项目的形式开展教学活动，共有五个步骤，每个步骤包括三个内容，每个步骤都有对应的课时。在每一课时中设置了基础设计任务和拓展优化设计任务，其中基础设计任务是面向全班所有学生的，而拓展优化设计任务是针对能力较高的或对项目和学习内容感兴趣的学生的。

2.2 STEM教育理念下的“供配电网技术”课程实施

2.2.1 教学准备

小组学习是实践类课程的主要应用模式，学生能够在合作中探究、竞争与成长。可以将学生每五个人分为一个小组，并且给每个小组配备一个组长和一个记录人员，在进行教学的时候由教师对每个步骤进行明确的要求，为学生点明项目学习的方向，同时也负责调动起学生项目学习的兴趣。

2.2.2 课程实施

课程实施以项目供配电系统的方案与设计为例，见表1。

表1 供配电系统的方案与设计课程实施方案

成果展示和评价评价反思:评价反思步骤需要学生亲自参与,尤其是在“供配电网技术”课程中,学生的主动参与能够帮助学生巩固供配电相关知识,所设计的标准也能够帮助学生改进自身的学习方法。学生制定方案:学生应该针对本次学习的具体情况对评价标准进行制定。从供配电系统的设计角度出发,各个小组对打分的细则进行讨论,避免出现不合逻辑的打分情况,鼓励各个小组的良性竞争氛围,能够如实地反映出学生的学习进度。本阶段是对于学生学习成果的总结和评价,所以需要每个学生都能够参与,并从中发现自己的不足,进行及时的改正。

3 结论与展望

通过较为严格的教学设计、实施以及实践探索，笔者对本次教学研究的结果进行了归纳：(1)STEM理念下的“供配电网技术”项目教学具有一定的可行性；(2)通过STEM理念下的“供配电网技术”教学之后，能够提高学生对“供配电网技术”的学习兴趣；(3)通过STEM理念下的“供配电网技术”教学之后，能够提高学生的联想思维能力；(4)通过STEM理念下的“供配电网技术”教学之后，能够提高学生对学习高职电力工程类其他学科的学习积极性；(5)学生对“供配电网技术”的知识和技术的掌握水平有所提高。

总而言之，基于STEM理念设计的“供配电网技术”教学项目，一方面能够激发学生对于电力知识的学习兴趣，提高学生的成绩，另一方面还能够激发学生对其他学科的学习兴趣。为此，希望开展STEM理念下的“供配电网技术”项目教学成为电力工程类专业教学的一种借鉴。