STEAM理念融入中职“电子CAD”课程资源建设探研

黄亚萍 吴萍

摘要：文章以新工科提出的多学科交叉融合的工程人才培养需求为背景，对中职“电子CAD”课程资源建设情况进行调查分析，为课程资源开发找出依据和方向，并根据调查研究的结论和建议分别从编写活页教材、开发教学活动、创新应用教学模式和完善课程资源结构四个角度阐述STEAM理念融入中职“电子CAD”课程资源建设的实践路径。经实践验证，学生线上积极参与、教学目标有效达成，创新意识与职业综合素养得到有效提升。

关键词：STEAM理念；中职；电子CAD；新工科；课程资源建设

中图分类号：G712文献标志码：A文章编号：1008-3561（2023）07-0065-04

基金项目：本文系江苏省无锡市职业教育创新发展专项重点课题“新工科背景下，STEAM理念融入中职校《电子CAD》课程资源建设实践研究”（课题编号：9202016）的阶段性研究成果

新工科的兴起，解决了现代职教体系办学模式（3+3、3+4）的人才输出问题，成为中职校实施素质教育的强有力支撑。新工科所提出的将多个不同学科交叉融合进行工程人才的培养模式与STEAM教育以项目为实践载体、从培养工程思维出发、多学科融合的教育理念殊途同归。因此，将STEAM理念融入中职“电子CAD”课程，有利于培养中职学生的科学素养和创新能力，达到中职院校培养创新型人才的目标。本文基于中职“电子CAD”课程资源建设情况调查，对STEAM理念融入中职“电子CAD”课程资源建设的实践路径进行探讨。

一、核心概念

1.STEAM教育

STEAM教育紧密融合了科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Maths）五门学科。作为综合性的探究教育，与传统的分科知识教育不同点在于它主张通过项目或主题活动等形式将原本独立、分散的学科联系起来，在实践中激发学生的创新意识，促进学生职业综合素养的提升。STEAM分别对应的五大知识板块为：与“科学”密切相关的是物理、生物、化学等领域；“技术”包括互联网、电子、设计、信息技术、职业学习等；“工程”由化学工程、电气工程、土木工程、软件、电子与技术教育等构成；“艺术”包括较广泛的人文科目、社会研究、语言、美学、音乐和表演等；“数学”与STEAM教育的其他组件都密切相关，包括微积分、代数、数学逻辑与思维、几何、数学概念和方法等。其核心可以概括为：跨学科整合的教育、创新意识的教育、基于项目与问题的教育、做中学的教育、基于真实情境的探究教育、依托工具和资源的教育以及多元主体共同参与的教育。

2.新工科

“工科”泛指工程类学科，而“新”指的是新兴、新型与新生。“新兴”一般指全新的、从未出现的新学科，主要指为面向未来新技术和新产业发展，由其他非工科的基础学科拓展和延伸而来的学科。“新型”指对传统或已有学科进行专业转型或更新迭代，如对人才培养模式的改革与创新、培养目标的转变、内涵的提升等而衍生的新学科。“新生”则指对已有不同的工程学科进行交叉复合、其他学科与工程学科之间的交叉融合等利用学科交叉而衍生出来的新学科。“新工科”挣脱了传统工科的束缚，强调新技术与传统工业技术的深层融合，所培养的具有较强的创新能力和实践应用能力的高素质复合型人才更加符合未来新兴产业和新经济的需要。

3.电子CAD

“电子CAD”以计算机为基本工具，以Protel DXP为软件平台，将应用电子技术、数字化信息处理技术、工程技术等前沿成果紧密融合，是中等职业学校电子电工类专业的一门主干课程，是电子类专业学生形成从业能力的关键课程，是能够将技术、专业、实践更好地链接起来的学科。

二、中职“电子CAD”课程资源建设情况调查

1.调查内容

针对江阴市华姿中等专业学校“电子CAD”教学现状及课程资源建设情况进行了问卷调查，旨在掌握“电子CAD”课程的教学现状并从课程资源角度找出影响课程教学效果的影响因素，为“电子CAD”课程资源开发及无锡市创新发展专项课题研究提供理论和实践依据。教师问卷分为四个维度：基本信息、课程资源、教学现状、跨学科理念應用。学生问卷分为四个维度：基本信息、课程兴趣度及原因、学习效果、课程资源接触度。

2.调查结果

调查结果表明，学生对“电子CAD”课程的兴趣度跟教师的跨学科整合能力及课程资源的使用成正相关。其中，在最后一题的开放性问答中，有24名学生（占比21%）希望自己设计的板子能够加工出来，制作成电路，验证其功能，有18人（占比16%）希望将来能够做跟“电子CAD”相关的设计工作。接触过实训和社团课的学生对“电子CAD”课程兴趣度更高，单独通过理论课接触“电子CAD”课程的学生，兴趣度相对较低，说明这门课更适合理实一体的教学模式。

当前的课程内容与素材侧重于学科系统知识资源的开发，忽略了对应行业与岗位的新进展和与之相关的多学科知识的相互融合与渗透，脱离了学生的实际生活经验。“电子CAD”教材大都只讲解软件的操作方法，所选项目也缺乏实用性，并且与岗位实际联系不大。

调查发现，教师和学生的自我效能感不同，教师储备了多学科的知识功底，认为学生能理解并掌握的内容，其实学生并不能，应当将跨学科交叉内容在课堂教学内容上有所衔接。

3.“电子CAD”课程资源开发建议

基于以上调查结论，要着手“电子CAD”课程资源开发，改变课程教学现状，应该从跨学科知识整合、创新意识的教育、做中学的教育、基于项目与问题的教育这四个角度进行课程资源建设和开发。第一，将STEAM理念融入课程资源开发，实现跨学科整合和创新意识的教育。围绕STEAM教育理念中的五大要素及关键核心素养，将STEAM理念融入“电子CAD”课程资源建设，能有效培养学生的创新意识和用跨学科手段解决实际问题的能力。第二，采用理实一体化的课堂教学形式，实现做中学。“电子CAD”是一门实践性特别强的课程，很多知识要通过实践，在不断发现问题、解决问题的过程中才能获得，学生只有经历完整的实践操作过程，才会更深刻地领悟“电子CAD”课程的知识。因此，在“电子CAD”教学中，教师应将学生实操与自身讲授相结合，在学生操作过程中及时给予指导，解决学生在学习和操作过程中出现的各种问题，形成良性互动。第三，采用基于教学产品的“电子CAD”课程项目，实现基于项目与问题的教育。“电子CAD”是一门兼具很强的实践性与实用性的专业课程，教学过程除了强调知识的实用性，还要求与岗位需求密切相关。可以采用以教学产品为课程项目的自编教材，将书本与生活实践衔接起来。

三、STEAM理念融入中职“电子CAD”课程资源建设的实践路径

虽然“电子CAD”课程都通过实践操作完成，但由于部分教师欠缺实践应用能力，教材内容陈旧、很难与课程标准匹配，教学项目脱离岗位与生活、不真实，实施过程与工作过程相差甚远等，难以激发学生对这门课的学习兴趣，往往课程完成后，学生只记住了软件操作，不具备理解和掌握具有实际功能的电路板PCB设计与制作工艺的能力，与企业实际岗位能力要求有很大差距，缺乏科学素养和创新意识。将STEAM教育理论引入“电子CAD”课程资源建设，恰好可以解决这些问题。

1.编写活页式校本教材，教材结构与教学内容推陈出新

第一，采用学科知识体系与工作过程导向承前启后的教材内容结构。学校应在STEAM教育理念的引领下，编写《基于Protel DXP的电路设计项目化教程》理实一体化活页式教材，教材结构采用学科知识体系与工作过程导向承上启下的复合式结构。基础篇（绪论、模型库的建立、原理图的设计、PCB印制板的设计）仍然采用传统的基于学科知识体系的结构呈现，便于学生更好地掌握学科基础知识。综合篇和应用篇采用STEAM项目的形式呈现，基于岗位工作过程呈现项目内容，更好地塑造学生的职业素养，促进学生由学习者向工作者的身份转换。

第二，引入实训教学产品的教学项目实现学生作品的落地应用。教材采用模块化的结构，分三个篇章———基础篇、综合篇、应用篇。综合篇采用“电子产品装调综合实训”“电子创客社团”的课题作为设计项目，应用篇引入校企合作开发的“物联网农业大棚温照度监控系统的设计与实施”项目。实训教学产品的引入能使学生的设计变成现实，跨课程的内容融合有设计、有装调，有理论、有实践，能更好地激发学生的学习兴趣和热情，实现学生作品的落地应用。

第三，拓展相关学科知识促进学生学习过程中的知识迁移。任何知识或技能的获得都要依靠与其关联的多学科知识的支撑，PCB设计属于复杂技能范畴，因此在教材中加入知识链接和拓展，能使学生最大化理解和吸收对应知识点，促进学生知识迁移能力的提升。例如，在编写红外发射对管的PCB布局内容时，可加入与红外发射对管相关的原理介绍、直射型和反射型的安装方式和应用场合等。电子学和机械学内容的加入，不仅能使学生结合不同的工作情境选择合适的布局方式完成红外发射对管PCB的布局，还能使学生明白为什么这么布局。

2.丰富课程教学活动，构建兼具专业社团的双重课堂

第一，引入跨学科学习活动，充分体现课堂“以学为本”。基于STEAM理念的“电子CAD”课程教学，采用以课堂学习活动为主、知识讲授为辅的方式进行。课前线上学习跨学科知识，课中通过工程设计与技术制作、知识拓展与创意设计等跨学科学习活动来组织技能训练，课后通过成果分享和经验交流等巩固所学知识。跨学科学习活动的引入，有利于增强学习的互动性，在理论和专业技能之间建立跨越学科的联系，塑造学生的跨学科思维，使学生能够更好地适应未来职业岗位。

第二，依托专业社团活动，精心打造第二课堂。社团活动是激发学生学习兴趣、提高学生学习积极性的重要活动。调查研究发现，将“电子CAD”实训内容与电子产品制作关联起来形成完整的教学项目，让学生能够亲手制作自己设计的PCB产品，调试并验证功能，实现PCB设计由虚到实的转换，是提高学生学习兴趣度的是最直接有效的方式。

3.创新应用教学模式，深化项目化教学模式下课程资源的内涵应用

第一，岗课赛证融通，创新“双驱双跨双元”项目化教学模式。基于“以生为本”“以能力为本位”的设计思想，以STEAM教育理念为引领，与电子技术应用相关行业岗位要求、人才培养目标与课标、技能大赛标准、1+X传感网中级证书相融通，深入挖掘STEAM教育理念中“创新驱动”“跨学科”“源于生活的趣味项目”三个核心要素，与中职项目化实训教学的“任务驱动”“跨时空（线上线下结合）”“立足岗位与企业真实项目”三个需求相融合，形成“任务驱动”与“创新驱动”并驾双驱，“跨学科”与“跨时空”融合双跨，学校和企业协同育人的基于STEAM教育理念的“双驱双跨双元”的项目化教学模式。

第二，内涵应用为主，应用“双驱、双跨、双元”项目化教学模式。有别于中小学的STEAM课程开发，本研究以更适合于职业教育类型特色的STEAM教育理念的内涵创新应用为主，让学生从建设工程设计环境到元件库的管理、原理图的绘制、PCB印制板的设计，到文件输出的整个过程中，以实训教学产品为项目载体，以工作过程为导向，进行任务划分，加入企业新技术、新标准、新规范等的同时，融入科学实验的探究、工程的思考、PCB硬件电路的美学设计、经验的交流与分享以及用数据归纳分析问题、解决问题的能力等跨学科知识与方法。

4.完善课程资源结构，创建线上线下虚实融合的泛在化学习环境

第一，丰富课程资源形式，线上线下虚实融合。利用超星泛雅网络教学平台，将教学资源，如Word教案、PPT课件、視频等其他教学资料存储云端，方便使用，促进师生、生生沟通，并在线监测、检测任务完成情况，实时统计分析作业情况、出勤情况、在线活跃度等。

第二，打造“一体化”多功能实验室，为课程的实施营造良好的硬件环境。结合专业课程和专业特点，在学校实训科的牵头下组建了2个集电子技能学测、电子CAD实训、电子综合实训于一体的一体化多功能实训室。实训室除配备常用的电子通用设备和电脑外，还引入虚拟仪器、常用的电类传感模块等新型设备，既满足了各门课的日常实训需求，又方便实验室协调，也为拓展课程的内容提供了必要的硬件条件支持。

第三，加强专业师资培训，为课程资源的有效利用保驾护航。教师的职业能力和综合素养直接关系教学资源的使用效果，影响课程的教学效果，同时课程资源的质量也影响教师教学水平的提升。教师在学习现代职教办学体系、人才培养方案、专业技能教学标准等文件的同时，重点学习和研究新工科的发展背景、“电子CAD”课程标准、STEAM教育理念、项目化教学模式的应用等。

四、實施成效

1.教学目标有效达成，学生综合应用能力和岗位职业能力显著增强

模块化项目式校本教材的开发、跨学科学习活动的引入、教学模式的创新等，对学生的知识和技能提高具有显著正向影响。学生具备了原理图设计、封装模型绘制和PCB设计的基本能力，教学目标有效达成。同时，综合篇和应用篇依托企业的岗位需求，将教学过程对接工作过程，并将设计的产品用于后续的电子实训和校农业实训基地实际应用，解决了学生的知识衔接问题，有效提高了学生的创新能力和综合职业能力。

2.学科素养有效提升，学生创新意识和跨学科思维得到有效培养

本课程创新设计并实践了基于STEAM理念的“双驱、双跨、双元”项目化教学模式，实现了从以知识和技能为基础的价值取向转变为以人的发展为基础的价值取向，尤其注重学生的个性发展和学科素养的培养，为师生的共同成长提供了开放性与生成性共存的环境，有效培养了学生的创新意识和跨学科思维。

3.教学资源利用率高，学生在线学习响应度高、学习效果好

教师在教学的全过程都能利用平台在线发布相关的任务，收集平台反馈的数据，教学资源利用率高，学生的在线响应度高。经统计，在各届电子技能等级考试中，平均通过率达96%，在近年的江苏省电子专业技能大赛中多次获一、二等奖。

五、结语

在新工科背景下，开发和利用课程资源是中职校专业教师永不落伍的研究课题。本文从活页教材的开发、教学活动的创新、教学模式的创新应用、课程资源的结构完善等方面进行了STEAM理念融入“电子CAD”课程资源建设的实践研究。实践发现，STEAM理念融入“电子CAD”课程资源建设对教学目标的达成、学生创新意识和综合职业能力的培养等都有促进作用。

参考文献：

[1]胡天助.STEAM及其对新工科建设的启示[J].高等工程教育研究， 2018（01）.

[2]赵慧臣，周昱希，李彦奇，刘亚同，文洁.跨学科视野下“工匠型”创新人才的培养策略———基于美国STEAM教育活动设计的启示[J].远程教育杂志，2017（01）.

[3]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017（02）.

[4]底利娟.STEAM理念在中职计算机专业教学中的实践探究[J].职业教育，2020（27）.

Exploration of the Integration of STEAM Concept into the Construction of "Electronic CAD" Curriculum Resources in Secondary Vocational Schools

———Based on the Background of New Engineering

Huang Yaping1， Wu Ping2

（1. Jiangyin Huazi Secondary Vocational School， Jiangsu Province， Jiangyin 214400， China； 2. Jiangsu Jingjiang Secondary Specialized School， Jingjiang 214500， China）

Abstract： With the background of the demand for interdisciplinary and integrated engineering talent training put forward by the new engineering department， the article investigates and analyzes the construction of "electronic CAD" curriculum resources in secondary vocational schools， finds out the basis and direction for the development of curriculum resources， and according to the conclusions and suggestions of the investigation and research， respectively from the preparation of loose-leaf textbooks， the development of teaching activities This paper expounds the practical path of integrating STEAM concept into the construction of"electronic CAD" curriculum resources in secondary vocational schools from four perspectives of innovative application of teaching mode and improvement of curriculum resource structure. The practice has proved that students actively participate online， teaching objectives are effectively achieved， and innovation awareness and comprehensive professional quality are effectively improved.

Key words： STEAM concept；secondarypost；electronic CAD；new engineering； courseresourceconstruction