STEM理念下以工作过程为导向的项目式教学活动设计探究

梁丽冰

一、引言

互联网+人工智能时代的到来，加速了中职教育尤其是理工学科计算机专业的课程改革、人才培养方案的更新，而以培养学生的问题解决能力、提高创新创造能力、综合实践能力，锻炼理工科思维能力，提高STEM素养为主要目标的STEM教育理念正是计算机课程改革的切入口，让计算机专业课程与其他学科跨学科融合，以企业、社会实践项目为核心，开展以工作过程为导向的项目式教学，为我们提供了一个改革实践的新方向。它完善并弥补了原来分学科学习上学生的综合能力较弱，难以灵活运用各学科知识解决工作中实际问题的不足。

本文基于目前中职教育工作过程为导向的项目式教学，对STEM教育与职业教育行动导向教育理念进行整合，进行该理念指导下的项目式教学模式、教学活动方面的探究。

二、可行性分析

（一）STEM教育

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四个英文单词首大写字母的缩写组合，它代表的是科学、技术、工程、数学这四类理工学科的跨学科整合（饶铭辉，2020），强调用理工思维、方法及技术解决问题。对STEM的定义，还没达成统一的共识，但是众多的观点都离不开STEM的核心思想：通过跨学科整合，达到运用单一学科知识无法实现的创造性地解决复杂问题的效果，即跨学科整合性、综合性、创造性、实践性是其核心特点。笔者更倾向，STEM教育的广义涵义，即STEM指一种具有包容性的，以STEM理工科的科学、工程思维及技术为基础，融合其他学科共同解决复杂问题，促使学习者在解决问题的实践中主动构建跨学科知识及能力，培养综合素养，提高问题解决能力、创造力等综合能力。

（二）项目式教学

关于项目式教学法或基于项目的学习（pbl）说法不一。较为普遍的是黎加厚学者定义的项目学习：学生通过围绕一个项目，以学习课程的概念为中心研究解决问题的方法，从中构建知识体系，并迁移运用到实践中的过程。这是个学生提出问题、自己选题设计并参与探究解决的学习过程。

经过多年摸索和实践，笔者认为，项目式教学都离不开的四个要素：内容、活动、情境和结果。项目式教学就是以某一或跨科的原理为依据，根据生活的问题情境，围绕一个项目为主题，以学生为中心、教师为指导的形式，开展学生自主或协作学习的系列探究活动，最后达到解决复杂的生活问题，完成项目作品的目的。而中职项目式教学，融入职业元素，是一种“工学结合、深度融合”的教学方法。它是以职业生涯发展为导向，以学生为主体，以教师为主导，以典型项目为依托，以职业素质为目标，以职业技能鉴定为评价标准的教学策略和方法，打破了传统以教师为中心的教学，强调以学生为中心，培养学生能力为核心的教学模式。实现以“教”为中心向以“学”为中心的转化（余琳娜、何霞，2017），培养了学生综合能力，实现了学与用的统一。

（三） STEM教育理念与以工作过程为导向的项目式教学的联系

项目式活动是落实STEM 理念的重要途径，在中职计算机课堂上开展STEM 理念指导下以工作过程为导向的项目式活动，一方面可以实现跨越学科界限的目标，能够获得科学、技术、工程、数学等方面知识，提高学生的综合实践能力、创造创新能力，符合中职计算机教育的人才培养；另一方面开展STEM 理念的项目式教学活动，适合中职学生认知水平和动手能力，提倡团体分工合作、共同完成项目目标，提高学生适应工作岗位内容的能力。笔者整理文献结合实践分析得出STEM教育理念与以工作过程为导向的项目式教学、职业教育学生特点之间关系如图1所示。

三、构建STEM理念下以工作过程为导向的项目式教学活动设计框架

根据基于项目学习的STEM教育结合工作过程为导向的课程观的理念指导下，结合STEM教育理念与基于工作过程的行动理念、项目式教学法之间的联系，笔者通过文献分析总结出“STEM教育+工作过程为导向的职业教育理念”的教学整合方式：在遵循职业教育“以服务为宗旨，以就业为导向”教育思想的基础上，STEM理念在职业教育的融合应用，可通过“STEM理念”与“基于工作过程”核心思想结合作为职业教育的指导思想，以项目式教学法为载体展开教育教学。因此，本文提出构建“以学生为中心，以就业为导向”的“STEM+工作过程为导向的职业教育理念”整合方式。具体整合思路是：以教学活动过程的视角，围绕建构主义的项目式教学设计，融入STEM思想与工作过程导向的职业教育理念，用STEM重构学科教学目标，用STEM理念指导设计项目开发，用STEM落实项目实施，用STEM完善教学评价，如图2所示。

四、构建STEM理念下以工作过程为导向的项目式教学实践

（一）以计算机平面设计专业“增城荔枝文化节活动荔枝建模与3D打印”项目为例

为了落实“STEM理念下工学结合的项目式教学活动设计模型”的实践策略及验证实施效果，笔者在教学中引入了具有本地特色的校企合作项目 “增城荔枝旅游文化节活动宣传产品设计”并在课堂中开展教学。

荔枝是岭南特色佳果，增城以盛产挂绿、桂味荔枝而闻名。我校本地学生居多，在教学中引入增城生活圈广告公司承接此校企合作项目，丰富了学习内容及形式的多样性。在学习内容上增强内容的实用性及趣味性，在学习方式上增加学习的实践性及生动性，弥补学生学习内容与社会企业实践脱节的不足，提高学生的学习兴趣，激发学习动力，增强学生的动手实践能力及社会适应能力。

在项目实施过程中，增加了作品3D打印实物环节，突出注重了STEM理念的指导性作用，使教学效果（作品）可视化与实物具体化、反馈及时化。整个环节更贴近实际岗位的工作过程，也更能体现以工作过程为导向的项目式教学，学生能提前感知与学习在作品实物化过程中会遇到的因材质、温度、色彩、机器等不同而会影响的作品效果，及时进行修改调整，从而锻炼学生的社会实践能力与适应力。

1.创设情境，引入项目（20分钟）

教师引入项目背景，介绍企业与客户提出的需求，设计荔枝打印作品作为纪念品。接着对此项目与客户需求进行分析，对3D建模与打印的内容进行介绍，让学生对3D建模与打印有初步了解，吸引学生学习兴趣同时明确学习目标。

2.前置学习，基础探究（115分钟）

此课堂环节主要是学习3D打印技术的理论知识和3D建模的软件操作技能。按学习内容划分，分为3D打印机科学原理和3D MAX软件的基础操作技能学习两大环节。首先在3D打印机的原理与基础知识学习探究上，教师提出问题，发布任务。学生围绕问题开展网络学习、小组讨论，并从网络学习中理解内容，概括总结知识点，并进行交流、分享学习心得。在此理论探究学习的环节中，学生在教师的组织引导下，按照“融入情境，明确任务——理论探究——概念定义——迁移内化——学习分享”的理论学习过程逐步开展学习，完成3D打印技术的基础理论探究活动。从课堂记录与学生课堂回答看，整个探究过程顺利，学生学习效果良好。（25分钟）

接着引导学生学习3D MAX软件的建模操作。第1课时，教师在课室讲解，提出任务，展示案例效果与软件的操作介绍，学生融入情境明确学习任务。第2课时，学生在多媒体课室使用电脑，开展实践案例模仿学习。在教师的组织引导下，学生按照“融入情境，明确任务——设计分析——模仿探究——完成作品，迁移内化——学习分享”过程逐步开展学习案例模仿的技能实践探究，完成3D MAX软件学习与基本的操作技能探究活动。（90分钟）

3.初稿设计，3D建模（90分钟）

此环节是学生对基础知识与技能的运用与迁移，项目综合创新设计与运用的体现。主要学习内容是荔枝的建模与贴图。在明确任务后，学生展开小组协作探究学习。首先是寻找生活中荔枝的图片，根据不同品种的荔枝图片分析在荔枝建模上需要进行哪些操作。大部分学生选择做单个的糯米糍荔枝，简单容易实现。学生通过前期的学习已掌握了一定的操作技能，根据教师提供的学习支架材料在荔枝建模上普遍不存在困难，综合运用探究、讨论、创新的方法，设计出荔枝模型。在贴图上，由于是新知识点，学生运用教师提供的学习支架含视频学习材料，结合教师的讲授引导开展探究学习，综合运用模仿、学习实践、探究、迁移的学习策略最终完成作品。

4.作品制作，3D打印探究（90分钟）

为了让学生体会设计的3D作品如何变成实物的整个过程，提高动手制造能力和综合实践能力。在本项目活动中引入建模作品的3D打印环节。教师首先向学生介绍3D打印机的各个按钮与功能，学生通过现场接触与操作实践对3D打印技术与操作原理有了更深的认识。在对3D荔枝模型进行切片后，学生动手实践开启对模型的3D打印，最后完成实践检查产品后置处理。在这实践性较强的作品制作课堂环节中，学生表现出浓厚的学习兴趣。从学生课堂现场与教学评价反馈看，课堂获得了较好的学习效果。

5.项目测试，作品分享（90分钟）

完成3D荔枝建模与打印后，组织学生对打印出来的作品进行测试与展示分享。在小组展示时，组织学生、小组长、教师与企业设计师从学生完成作品的效果、分享展示的表现，从作品的创新性、技术性、难度性、艺术性、完整性、价值型、汇报表现、小组合作、整体效果10个项目指标，评价学生完成及汇总展示作品的效果两个维度对作品进行综合评价。

（二）实践效果分析

教学完成后，对学生知识与技能的习得、能力与素养的提升方面进行问卷调查，并结合学生个别访谈的方式对上述目标变化进行深入分析，以进一步了解学生对此项目式教学的满意度及最终的教学实施效果。

1.知识与技能习得方面

在知识与方法技能方面，95.83%的学生认为在此次学习中学到了3D建模、打印的专业知识原理与方法技能，提高了对3DMAX软件技术的运用技巧；同时拓展了自己的知识面，学到了跨学科的不同知识，接触到工程设计、数学计算、软件与工程技术等学科内容。其中，在学习建模与打印操作的技能上，所有学生均体会到3D打印的操作方法；97.92%的学生学会建模与打印的步骤及技巧，提高了3Dmax建模软件的运用技术。

在学习跨学科知识、数学计算、工程设计、科学技术原理上，95.83%的学生认为此次项目学习拓展自己的知识面，学到不同的学科知识。95.83%的学生学会运用数学计算、逻辑思维的知识，和学到3D打印技术的科学原理，97.92%的学生学会像工程师一样思考设计作品。

2.能力与素养提升方面

在能力与素养上，结合职业技术学生的特点与本模式的教学目标，问卷主要从两个维度设计题目，分别是STEM能力与素养方面和职业岗位能力与素养方面，调查学生的变化情况。

在STEM能力与素养方面，95.83%的学生认为“提高了我的工程设计思维及能力”和“提高了动手实操，解决问题的能力 ”，97.92%的学生认为“培养了科学探究的精神 ”。在职业岗位能力与素养方面，89.58%的学生认为本次项目学习“提高了创新设计能力”。

综上所述，“STEM理念下以工作过程为导向的项目式教学”模式在培养学生学习兴趣，发展学生创新思维能力、促进学生跨学科知识学习等方面具有较显著的效果。

责任编辑  何丽华