应用型高校实验室STEM实践教学模式研究

马 宁，王金萍

(哈尔滨职业技术学院，哈尔滨 150000)

在当前高校教学改革中，实践教学是提高学生就业能力、综合素质和职业能力的重要部分，而高校实验室课程是实践教学的载体。高校实验室为实践教学提供了平台，大学生以学科专业为基础，在实验室中通过观察、实验、操作，理解与掌握学科基础知识、实践技能和创新思维训练等，成为富有实践能力的高素质人才。在高校实践教学中，学生一般先通过对理论知识的学习和掌握，带着问题和好奇心到实验室进行操作实验，特别是一些实践性很强的专业，必须将理论和实践相结合，才能使学生更好地完成训练任务。STEM实践教学模式与传统的教育方式有很大区别，更推崇超学科理念，注重培养学生的综合能力，学生在实验时会自主设计实验方案，鼓励和培养了学生多种能力的发展，从而实现了STEM的教学目标。

1 STEM实践教学概述

STEM是Science(科学)、Technology(技术)、Engineering(工程)、Math(数学学科教育)的缩写，STEM的教育理念是将实践与四门学科知识有机结合，将理论与实践相统一。STEM教育并非将学科知识简单结合，而是注重在实践中挖掘各个学科的潜在内涵，是教育模式的创新。STEM教育在培养学生学科素质、技术素质、工程素质和数学素质的同时，也培养了学生的实践能力，开拓了创新思维。

2 STEM实践教学与课程有机结合的方式

STEM实践教学注重让学生在实践中掌握知识，在实践中主动解决问题，拓展了学生的创新思维能力和复合思维能力。实践教学并非到实验室内简单操作仪器，观察数据，做出实验报告，完成学科任务，STEM教育中的内容设计关注学生的兴趣，增加教学内容的趣味性，让学生在实验过程中将学科中的多个知识点联系在一起，从多学科和多视角分析解决问题。STEM实践教学目标更加注重培养学生的创造性思维，在教学目标的设计中，应综合考虑课堂实际情况，合理确定学科知识的理解深度，建立有深度、有梯度的目标体系。STEM实践教学同时融入多元、多维的教学评价，在学生整个学习过程中融合了传统教学评价和项目教学评价，这些教学评价正确引导了学生的学习方向，调整教与学的过程，为学生及时提供动态反馈，达到了最佳的学习效果。

3 STEM实践教学模式构建

在STEM教育理论的指导下，学生在实验过程中需要掌握教学知识中各知识点和各学科内容的内在联系。高校实验课程多数是验证性实验，STEM实践教学要求学生通过实验过程，拥有发现问题、提出问题和解决问题的能力，而不是在实验室中简单操作仪器、记录数据、完成学科任务，学生只有在实验中提高思考的兴趣，利用发散性思维提出不同的解决方案，才能在探索中拥有解决问题的综合能力，在这个实践与理论相结合的过程中，STEM教学模式得到充分发挥。STEM实践教育在不同学科中的应用也有所不同，实验室中可根据不同专业特点和不同实验项目灵活设置。STEM实践教学注重对问题情境的设计，如教师在授课中提出以下要求：学生应该取得什么样的学习成果？怎样取得？学生在思考问题时，利用自己的发散思维和创造思维设计不同方案，不受固有答案的限制，完成教学任务后，教师带着问题总结成果，不仅能够了解学生对专业知识的掌握情况，也能验证学生理论与实践结合的能力。教学成果注重的是学生就业能力、职业能力和综合素质的培养，STEM实践教学将学生整个大学阶段的实践成果串联起来，能够培养社会需要的高素质人才。

4 STEM实践教学模式设计

第一，实践教学中应以学生为主体，教师可以帮助学生梳理学科相关知识，引导学生对知识点进行深入理解。教师在设计STEM实践教学时，要考虑各学科知识间的关联，将课程知识点融入其中，在实践中充分掌握理论知识。第二，学生具有个体差异性，教师应根据学生自身特点培养其核心素养。实践课程是学生与教师共同参与的，在实验过程中教师可以与学生全程互动探讨，学生可以通过小组讨论，积极提出各自的问题，在沟通探讨中互相学习，并从多角度研究解决问题的方法，作出设计方案，提升思维能力和创新能力，完成自我挑战，实现高质量教学效果。第三，利用信息技术辅助STEM实践教学。STEM教育环境是根据学生需求和实践特点建立的，在STEM教育中教师能够充分了解到学生能做什么，而不仅仅是对理论知识的了解。在工程应用中，将新媒体、人工智能技术融入到软件和硬件环境建设，打造科技型教学环境，整合各学科知识，明确学习目标，增加相互合作。

5 STEM实践教学案例研究

5.1 STEM实践教学流程

首先，创建STEM教育环境，以证据导向驱动。创建不同类型匹配的STEM教育环境，掌握各专业特点，了解各学科的教育大纲要求，根据实验室配备的硬件、软件设施，学生在学习中收集的线索，打造STEM教育环境。STEM实践教学中引入新媒体，利用大数据分析收集全过程教学效果数据，为教学评估提供可靠的技术保障。其次，明确实践教学中要达成的教学效果。实验室中的软硬件设施，能够对学生的学习效果进行全面评价，确定学生完成实验的有效程度。再次，STEM教育环境能够提供可视化多媒体教学，与传统理论课不同，由互联网技术和职能终端组成的线上教学，能够促进学生的高效学习。最后，评估STEM实践教学效果，包括学生和教师的互动程度，学生实验的正确率及实验设计方案结果等。

5.2 基于大数据的STEM测评系统教学案例

在基于大数据的STEM测评系统下，以土木工程力学实践教学案例——“梁的内力——剪刀和弯矩”为例。课堂上，学生需要知道截面法计算制定截面内力的步骤，能运用剪刀和弯矩的计算规律计算指定界面的内力，感悟平行力系的平衡问题在梁的内力计算中的相同和不同点。实践教学中，要求学生参考学校建筑物及建筑模型，画出梁的计算简图。探究当作用的梁上力是倾斜的时候，梁的内力除了有剪刀和弯矩，还有什么内力？感悟梁的内力的大小与梁的破坏有什么关系，当某一梁的内力过大，使构建产生破坏时，可采取什么措施。具体实验方法：第一，自主学习。学生自主学习教材，完成导学提纲，记录疑点或无法解决的问题，为实验交流作准备。第二，组内交流。组内展开交流与探讨，共同解决存在的问题，并整理交流结果，教师积极鼓励，并适度助学。第三，小组展示。各组依次对交流结果进行展示，并对本组的展示作出补充或评价，教师对重点内容进行精讲。第四，自我检测。独立完成，也可在同学帮助下完成。第五，反思提高。对课堂练习进行点评，利用内力规律求解，通过探究与感悟，激发求知欲望，提高学习兴趣。

6 结语

随着我国教育机制的改革，STEM实践教学被应用到我国各大高校实验室中。深入研究STEM教学理论，不仅能发现其中蕴含的独特教学理念，还为优化课堂组织方法、提高教学质量提供了有效保证。从教学实践中发现，应用型高校实验室为学生提供了实践教学，有效培养了学生的思维能力和创造能力，提高了学生的综合素养，为培养技能型人才提供了保障。