高职STEAM教育的内涵、模式及实施路径

    黄建锋

    【摘 要】21世纪培养运用steam跨学科知识进行科学探究与真实问题解决能力的复合型、创新型人才是高职院校教学改革的重点。研究从STEAM教育的兴起、内涵及理论依据入手，剖析了高职STEAM教育的应用模式，提出了高职STEAM教育的实施路径。

    【关键词】高职院校;STEAM教育;内涵;模式;实施路径

    【中图分类号】G712

    【文献标识码】A

    【文章编号】1001-8794（2019）06-0075-04

    STEAM教育将分散、独立的学科通过主题活动或项目设计联系在一起，注重学生跨学科知识融合、真实问题解决能力与深度创新能力的养成教育，因而成为各国提升劳动者创新能力和国家竞争力的国家教育战略，是目前课程改革的热点话题。

    一、STEAM教育概述

    1.STEAM教育的兴起

    STEAM教育肇始于美国，最初称为STEM教育。20世纪80年代，美国政府为应对科技人才严重短缺的危机，提出了STEM集成教育战略，拉开了STEM教育的序幕。[1]2006年，美国政府把STEM各学科知识素养作为集成性人才素养的重要组成部分写入《美国竞争力计划》，[2]并在2006—2015年的10年间相继出台了一系列具有法律效应的报告，从政策、师资、资金等方面给予STEM教育大力扶持。[3—4]2015年，奥巴马政府正式签署《STEM 教育法（2015 年）》，以法律的形式确立了STEM教育的地位。[5]为进一步拓展和延伸STEM教育内涵，美国学者Yakman在STEM教育中融入了Arts（人文和艺术）素养，并强调STEAM教育应以理工科学科素养培养为主，注重文理兼通，這使STEM教育学科素养更加宽泛、视野更加开阔。[6]我国STEAM教育虽然起步较晚，但已引起政府高度重视。2015年教育部在《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中提出“探索STEAM 教育”、“创客教育”等新教育模式。[7]2016年在《教育信息化“十三五”规划》中又提出将“众创空间”、“跨学科学习（STEAM教育）”、“创客教育”等作为未来人才培养的新模式。[8]2017年中央教科院在《中国STEM教育白皮书》中提出将STEM教育纳入国家创新人才培养战略，同时提出了中国STEM教育2029年创新行动计划。[9]这些都标志着我国STEAM教育已正式启动。

    2.STEAM教育的内涵

    关于STEAM教育，目前学术界尚无明确的概念界定，一般认为：STEAM是统整科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Math）等21世纪人才所需的各学科核心素养与能力的教育。当然，STEAM教育不是将这几门学科知识做简单的加法，而是使它们互相融合、渗透而形成的多元交叉性学科知识，是一种倡导“学中做、做中学、边做边学”，并兼顾能力与智慧培养，偏重跨学科视野下理科思维素养养成的一种新的教育范式。[10]STEAM各学科素养可理解为：发现、解释自然规律并运用这些规律改造自然，合理利用自然的科学素养，主要解决宇宙万物来源;理解技术、评估技术、使用技术、管理技术的技术素养，主要指工具及创新设备及运用这些工具、设备进行创新的素养，即改造、利用自然的经验、技巧等方法;解决真实问题（如工程设计、工业制造等）的工程素养，主要指有目的的分析、创新与创造素养;STEM与人文学科互相渗透的艺术素养，主要指人文、社会、伦理与思想等;运用数学原理、数学思维进行逻辑判断、推理的数学素养。STEAM教育强调知识的跨学科、跨领域，强调通过多维度、多元化的方式解决真实问题，强调学生创造、创新能力的培养，是技术驱动下的多元学科知识与技能的融合创新。

    3.STEAM教育的理论依据

    STEAM教育理念来源于综合课程，是一种以突破学科界限，通过融合多学科知识以全科思维方式解决真实问题的一种课程模式。STEAM教育的经典理论是美国教育专家亚克门（Georgette Yakman）教授提出的STEAM教育模型。[11]该模型共分五层：底层是具体课程，包括科学、技术、工程、艺术、数学等单学科课程，该层注重体现学科之间的差异性;第二层是学科分类，主要探讨了科学、技术、工程、艺术、数学等学科能力和水平;第三层是艺术渗透（STEM+A），强调艺术在STEM各学科之中的渗透，促进STEM向STEAM转变;第四层是学科综合，体现STEAM多学科综合能力和水平，注重培养学生融合STEAM各学科知识发现问题、分析问题、解决问题的能力;最顶层是教育目标，是教育者的终极目标，即学习者终身核心素养的培养，注重把灵活应用STEAM跨学科知识解决真实问题的能力作为学生的终身技能与素养来培养。该模型层与层之间互相联系，下层是基础，上层是提升。它既重视STEAM各学科知识的完整性，又强调彼此之间的关联性，还彰显了STEAM教育的终极目标。

    二、高职STEAM教育的应用模式

    STEAM教育是一种典型的基于建构主义和认知科学理论的教学方式。STEAM教育过程实际上是学习者在特定情境（文化背景）下，通过完成项目或解决问题的教学策略将STEAM各学科知识贯穿在一起，以跨学科知识综合运用为核心将各学科知识统整到项目完成或真实问题解决过程中，以新兴技术为支撑实现STEAM教育各环节的无缝链接，增强技术应用意识，以合作形式组成STEAM教育共同体，体现团队意识。STEAM教育模式不应程式化、固定化，应根据不同问题或不同项目实施不同教学模式。高职教育改革应以推进STEAM教育为突破口，以技能素养、应用素养、创新素养为抓手，采用基于真实情境、真实问题、真实项目等教学策略，注重培养应用型、技能型人才。可采用“STEAM-0：验证模式→STEAM-1：探究模式→STEAM-2：制造模式→STEAM-3：创造模式”逐步推进的人才培养模式。

    1.STEAM-0：验证模式

    验证模式主要培养高职学生运用STEAM知识验证一个已知结果的能力，注重STEAM知识应用过程与方法培养。一般有六个步骤：一是明确问题，确定需要验证的内容，验证的内容可以是某一规律或某一现象，规律和现象可以是相应定律或自然现象。二是设计方案，明确验证的具体步骤、方法、进度、所需STEAM知识、人员分工、注意事项及记录的具体项目等。三是评估方案，评估方案的可行性，包括方案的充分性、严密性、安全性、成本等内容。四是实施方案，根据设计方案及评估方案按步骤实施验证，认真观察验证过程并记录相关数据。五是分析数据，结合STEAM学科知识对验证过程中出现的现象及记录的数据进行分析，分析现象及数据与需要验证的规律或現象的一致性。六是交流分享，反思验证过程的成效性、STEAM知识运用的过程和方法等。师生交流、评价、分享心得。

    2.STEAM-1：探究模式

    探究模式主要培养高职学生运用STEAM知识发现未知现象的能力，强调STEAM知识的综合运用，注重培养学生的科学探究精神。一般有五个步骤：一是发现问题，教师根据高职院校课程计划、课程内容、职业价值取向等有指向性地引领学生去发现真实情境、真实项目中存在的问题，并将这些问题总结提炼成学生可以进行探究的具体项目。二是收集数据，利用收集的数据进行探究是高职探究型STEAM教育的重要环节。数据收集可通过直接观察、实验记录等方式进行，该过程也有方案设计、方案评估、方案实施三个阶段。三是分析数据，通过数据分析建立数据模型并得出结论。四是解释结论，运用STEAM知识对得出的结论演绎探究过程，证明探究过程的规范性、准确性及结论的正确性。五是反思交流，探究过程是一个艰难的过程，涉及到高职学生STEAM知识掌握的程度、知识的运用能力及迁移能力。将探究过程记录下来进行交流分享，一方面可以反思探究过程存在的不足;另一方面可以分享探究过程中的成功经验。

    3.STEAM-2：制造模式

    制造模式是高职STEAM教育的基本运用阶段，要求高职学生运用所学的STEAM知识模仿制造或改良一个产品。一般有六个步骤：一是情景创设，通过介绍产品的应用场合与应用价值及可能用到的STEAM知识来激发学生的参与热情。二是相关培训，主要是相关STEAM知识、设施设备使用及注意事项、安全意识等方面的培训。三是模仿制造，模仿制造是高职STEAM教育的重要环节。通过模仿制造让高职学生掌握工业制造的一般流程。四是知识讲解，对模仿制造过程中所用STEAM知识、原理、理念、要领进行系统性讲解可以加深对工业制造的认识，促进知识原理向实践应用转变。五是产品改良，通过教师引领、小组合作对原有产品进行改进、改良，让产品更具应用价值，激发学生的创新意识。六是反思交流，记录设计、制造、改良过程，一方面可以反思制造过程中存在的不足及需要改进的地方;另一方面可以分享制造乐趣，提高参与热情。

    4.STEAM-3：创造模式

    创造模式是高职STEAM教育的高阶运用阶段，要求学生综合运用STEAM知识去设计、创造新的产品。一般也有五个步骤：一是情景创设，根据高职STEAM课程计划、学生未来职业取向、软硬件条件，教师与学生共同思考行业内需要创新、当前条件下可创新的项目，以及项目创新之后可能带来的社会效应与经济价值，激发学生创新意识和创新热情。二是创新引导，一方面要对创新项目的可行性进行分析、论证;另一方面要对创新思路进行规划，明确创新方法。三是项目设计，根据创新项目、STEAM知识、软硬件条件进行系统设计，形成可操作的具体方案。四是创造过程，根据创新项目目标、操作方案进行具体创造。在此过程中，要对创新的产品进行验证，对项目设计方案加以反复修改。五是总结提升，对整个创造过程进行分析总结为后续的创新制造提供相关经验，并对创新产品进行包装，与他人分享创造成果。

    三、高职STEAM教育的实施路径

    1.加强顶层设计，形成多方合力

    美国STEAM教育的成功经验表明，政府与高职院校高度重视，社会团体、工矿企业、科研院所积极参与是STEAM教育取得成功的重要保障。首先，政府要从政策层面对高职STEAM教育出台相关的指导性文件，明确政府、教育主管部门、高职院校、社会、工矿企业等机构所承担的职责，并从发展规划、师资力量、经费投入、软硬件基础等方面给高职STEAM教育以政策倾斜。其次，教育主管部门应牵头相关高职院校共同制定高职STEAM教育标准，规范高职STEAM教育的目标、课程、师资、资源配置等。再次，作为高职STEAM教育的第一责任人，高职院校必须要发挥主体作用。加强课程标准、课程设置、校本教材、师资配备、项目资源、实训基地等方面的研究。打破学科壁垒，有效促进工学、理学、人文社会科学之间的融合创新。最后，综合性高校、科研院所、社会团体及工矿企业的参与是提高高职STEAM教育质量不可或缺的重要因素。高职院校要主动与这些机构建立STEAM教育战略合作伙伴关系，相关机构也应积极为高职院校STEAM教育提供有针对性的项目设计与专家指导，主动为高职院校STEAM教育建言献策，确保高职STEAM教育不偏离方向。

    2.优化课程资源，创新课程设计

    优质STEAM课程资源是提高高职STEAM教育质量的前提条件。STEAM课程资源包括STEAM教材、STEAM项目及开展STEAM教育的软硬件环境。STEAM教材是STEAM教育的核心资源，STEAM教材内容应该面向真实生活，而且是具体的、系统的、可操作的，能体现社会价值取向与学生未来职业需求，体现多学科技术及多学科知识的跨界融合，其编著者应该是工学、理学、信息技术等领域的学科专家，教材内容也应随时代的发展、科技的进步而不断更新。STEAM项目是实施STEAM教育的重要途径，其方法可以是基于真实问题的解决或基于真实项目的完成，项目设计要注重趣味性、多维性、协作性、跨学科性，注重对学生进行从“学会”到“会学”的培养。项目与项目之间要体现逻辑性、连贯性、实用性，要能真正彰显高职STEAM教育的实质与价值。

    硬件资源是完成STEAM教育的根本保障。高职STEAM教育强调真实问题的解决、项目的完成，强调“做中学，学中做”。要构建“3D打印室”、“人工智能中心”、“大数据分析中心”、“创客教育中心”、“创想实验室”、“计算机模拟室”等STEAM项目实训平台，要通过融合虚拟现实（VR）、增强现实（AR）及混合现实（MR）等技术为学生提供多元化软硬件资源。课程设计应体现创新精神，一方面要借鉴美国等西方国家课程设计的成功经验，为学生提供优秀课程案例，加大在线课程支持力度;另一方面要注重民族创新，注重符合我国国情、学校特色的STEAM课程的开发，特别是有利于从“中国制造”到“中国智造”、“中國创造”跨越的高职STEAM课程的开发。

    3.拓宽师资渠道，提高师资质量

    目前，我国高职院校中具有适应国家创新形势、多学科知识与技术、跨学科知识融合能力、教育创新理念、实践能力及丰富教学经验的专业STEAM教师非常匮乏，因此必须要拓宽师资渠道，在提高师资数量与质量上下功夫，努力形成一支数量充足、素质过硬的STEAM教育师资队伍。其途径主要有三个：一是依托综合性高校定单式培养STEAM教育师资。综合性高校应根据我国高职STEAM教育需要，定向为高职院校培养STEAM教育师资，设置高职院校STEAM教育师资培养专业，从师资配备、课程设置、硬件资源及培养经费等方面给予倾斜。[12]建立STEAM实训室或模拟实训平台，定期开展实训训练，建立健全毕业资格认证机制，严把高职STEAM教育师资源头质量关。[13]二是构建高职院校在职教师转型机制。目前，高职院校STEAM教师十分紧缺，通过对在职教师进行转型培训是补充高职STEAM教师数量短缺最有效的方法。高职院校应为转型教师制定STEAM课程计划，加强STEAM跨学科知识教学，构建STEAM项目实训平台，提升转型教师STEAM教育综合实践能力，出台优惠措施（如优先考虑工资、绩效、职称等）吸引广大教师特别是理工科教师投入到STEAM教育师资队伍中来。三是构建校企同盟，拓宽师资培训渠道。美国、加拿大等西方国家STEAM教育经验表明，通过“走出去、请进来”的方式构建校企STEAM师资培训联盟是提升师资质量的重要途径。[14]企业硬件资源丰富，人才济济，可为高职院校STEAM教育师资培训提供真实的而非模拟的实践平台，高职院校STEAM教师可与企业一线专家沟通与交流。这种机制还可有效弥补高职院校STEAM教育师资、设备、资金、实践经验不足的缺陷，有利于校企联盟双方形成互利互惠、合作共赢的长效机制。

    四、结束语

    STEAM教育强调跨学科知识的交汇融合，注重真实问题的解决，体现了工业制造时代的创造创新理念。在我国，由于高职STEAM教育刚刚起步，还没有成熟的高职STEAM教育模式可借鉴，还要不断进行尝试与探索。

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