基于STEM教育的高職電力工程專業(yè)教學(xué)研究
——以“供配電網(wǎng)技術(shù)”課程為例

楊軼婷

(安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051)

0 緒論

我國強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢頭帶動著我國電力行業(yè)市場的逐年擴(kuò)大，同時(shí)伴隨著我國政府對電力工程產(chǎn)業(yè)的資源傾斜，我國電力行業(yè)整體技術(shù)水平也在逐步提高，這其中既有科技研發(fā)人員的研究成果，也歸功于無數(shù)電力工程領(lǐng)域技術(shù)人才的前仆后繼。作為為電力工程領(lǐng)域輸送技術(shù)人才的主力，相關(guān)職業(yè)高校的教學(xué)成果對于填充電力行業(yè)市場、提高電力行業(yè)水平有著不可忽視的重要作用，所以針對高校相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)模式進(jìn)行改革必須受到人們的重視。本文以高職“供配電網(wǎng)技術(shù)”課程為例，對如何將STEM技術(shù)應(yīng)用到高職電力工程類專業(yè)的教學(xué)做出探究，為國內(nèi)相關(guān)教育教學(xué)改革的推廣和發(fā)展起到一定的示范作用。

STEM是國外教育界提出的一種新型的教學(xué)理念，最早在1986年由美國教育界提出，當(dāng)時(shí)教育機(jī)構(gòu)發(fā)布了一篇名為《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》的學(xué)術(shù)報(bào)告，提出了一種融合了各領(lǐng)域交叉學(xué)科的綜合教學(xué)模式[1]。它主要以理工科專業(yè)作為相關(guān)框架，以課程內(nèi)容作為教學(xué)主體，以相關(guān)項(xiàng)目作為導(dǎo)入主題，讓學(xué)生在實(shí)踐中完成對教學(xué)目標(biāo)的學(xué)習(xí)，并且能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用到相應(yīng)的領(lǐng)域，真正做到學(xué)以致用。所謂STEM，是由科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)單詞組合而成，STEM專業(yè)指的是數(shù)學(xué)、工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)和自然科學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)的專業(yè)[2]。STEM教育則是一種偏向理工科學(xué)的多學(xué)科融合教育模式，但并不是將各個(gè)學(xué)科簡單地疊加，而是通過將其整合為同一項(xiàng)目的形式，幫助學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)知識的吸收和鞏固。

1 高職電力工程專業(yè)課程融入STEM教育的適用性分析

1.1 “供配電網(wǎng)技術(shù)”課程分析

“供配電網(wǎng)技術(shù)”是高職電力工程專業(yè)的主要課程之一，能夠幫助學(xué)生打下相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)，對于學(xué)生之后能否從事電力行業(yè)有著非常重要的影響。從教材內(nèi)容上來看，“供配電網(wǎng)技術(shù)”主要包括一次設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)、供配電系統(tǒng)的認(rèn)知、二次系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行維護(hù)、供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案等章節(jié)?！肮┡潆娋W(wǎng)技術(shù)”最大的特點(diǎn)是供配電系統(tǒng)的強(qiáng)電性，所以實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)難度和要求都很高，教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)在整個(gè)課程中的比例失調(diào)。所以針對實(shí)踐內(nèi)容過少的情況，運(yùn)用STEM教學(xué)模式進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)，能夠有效地彌補(bǔ)實(shí)踐課程不足，導(dǎo)致學(xué)生無法將知識運(yùn)用到實(shí)際操作中的情況。

1.2 STEM教學(xué)模式分析

STEM教育是由一系列STEM相關(guān)教學(xué)課程所組成，在每一節(jié)STEM課上，教師都會針對課程內(nèi)容提出一個(gè)主題或者問題，再由學(xué)生通過小組合作的方式進(jìn)行探究，在對主題或問題進(jìn)行探究的同時(shí)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和分析，同時(shí)設(shè)計(jì)出解決方案來對問題進(jìn)行解決，最終由學(xué)生和教師共同對STEM教學(xué)的成果進(jìn)行評價(jià)。所以標(biāo)準(zhǔn)的STEM教育應(yīng)該在教學(xué)上具有趣味性、情境性、協(xié)作性、藝術(shù)性、設(shè)計(jì)性、實(shí)證性和跨學(xué)科等特點(diǎn)[3]，正是通過這些特點(diǎn)，STEM教育才能調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生們主動去參加項(xiàng)目學(xué)習(xí)。同時(shí)學(xué)習(xí)的過程充滿了科學(xué)探索和自我認(rèn)知的理性，教給學(xué)生科學(xué)的思維方法和科學(xué)的探究方法，學(xué)會利用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)與方法，最終能夠自行梳理出各個(gè)知識點(diǎn)間的相互關(guān)系，構(gòu)建自己的知識體系，從而在真實(shí)情境中能夠解決復(fù)雜問題。相較于我國實(shí)施己久的傳統(tǒng)教育，STEM教育更加注重對學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2 基于STEM教育的“供配電網(wǎng)技術(shù)”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 STEM教育理念下的“供配電網(wǎng)技術(shù)”課程設(shè)計(jì)

對“供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)”項(xiàng)目的設(shè)計(jì)必須是基于學(xué)生已經(jīng)掌握之前的學(xué)習(xí)內(nèi)容(一次設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)、電氣主接線的運(yùn)行分析、二次系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行維護(hù)和電氣主接線的倒閘操作)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。讓學(xué)生能夠把之前學(xué)習(xí)的內(nèi)容融會貫通，同時(shí)掌握供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的具體操作步驟，鍛煉學(xué)生的動手實(shí)踐能力，并且為了增強(qiáng)學(xué)生的安全意識，在選取項(xiàng)目上必須兼有安全性和挑戰(zhàn)性。筆者選取了曾經(jīng)發(fā)生的“9·17海南萬寧供電局觸電事故”作為項(xiàng)目的主體，“9·17海南萬寧供電局觸電事故”的發(fā)生原因就是因?yàn)楣┡潆娤到y(tǒng)設(shè)計(jì)得有缺陷，再加上運(yùn)行人員的操作不當(dāng)，最終造成了事故的發(fā)生。筆者計(jì)劃以“9·17海南萬寧供電局觸電事故”為引，在學(xué)生的理解范圍內(nèi)詳細(xì)地把電氣主接線方案設(shè)計(jì)、電力負(fù)荷的計(jì)算、短路故障和短路電流的計(jì)算、配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)以及電氣安全設(shè)計(jì)等知識點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，綜合系統(tǒng)地講解供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)。

2.1.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)原則

STEM項(xiàng)目應(yīng)該表現(xiàn)出綜合性、實(shí)踐性、豐富性等特點(diǎn)[3]。基于STEM教育的特點(diǎn)，結(jié)合“供配電網(wǎng)技術(shù)”課程的現(xiàn)狀，初步確定“供配電網(wǎng)技術(shù)”項(xiàng)目選擇可以參考以下幾個(gè)原則。

2.1.1.1 綜合性原則

STEM教育具有綜合性的特點(diǎn)，為此融入STEM教育的“供配電網(wǎng)技術(shù)”課程的教學(xué)項(xiàng)目也要體現(xiàn)綜合性的特點(diǎn)，系統(tǒng)地整合相關(guān)領(lǐng)域的知識和技術(shù)，使學(xué)生能在探究項(xiàng)目時(shí)不僅能獲得對電力工程類專業(yè)的理解，也能從對電力工程類專業(yè)的深理解延伸到對STEM的理解，進(jìn)而提高學(xué)生的STEM素養(yǎng)。

2.1.1.2 實(shí)用性原則

課程內(nèi)容的實(shí)用性，一方面指學(xué)生學(xué)到的知識和技能，一定要對接生產(chǎn)一線，讓學(xué)生“所學(xué)即所用”；另一方面符合職業(yè)崗位對從業(yè)人員的要求。相較于培養(yǎng)基于理論建構(gòu)與設(shè)計(jì)的研究人員的傳統(tǒng)教育，職業(yè)教育所要培養(yǎng)的人才則是能將科學(xué)家的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詾槲覀兯玫摹⒄嬲媲星械膶?shí)物的技術(shù)人員。技術(shù)是對科學(xué)的具體顯現(xiàn)，然而各種新理念、新技術(shù)、新工藝、新流程和新方法層出不窮[4]，要想為社會和企業(yè)培養(yǎng)出適用、頂用的優(yōu)秀人才，就需要對新技術(shù)進(jìn)行吸收和對接?；赟TEM教育實(shí)踐性的特點(diǎn)，“供配電網(wǎng)技術(shù)”教學(xué)項(xiàng)目也應(yīng)該具有很強(qiáng)的實(shí)用性，更多地體現(xiàn)在以電力工程技能培養(yǎng)為主線方面。

2.1.1.3 發(fā)展性原則

高等職業(yè)教育在課程體系的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮如何設(shè)計(jì)才能培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力，促進(jìn)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展?！肮┡潆娋W(wǎng)技術(shù)”項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要考慮到趣味性的原則，項(xiàng)目要立足于生活實(shí)際，從高職學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣出發(fā)，設(shè)計(jì)有趣味性的項(xiàng)目。同時(shí)STEM教育有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，為此教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要注重學(xué)生思維的創(chuàng)造性開發(fā)，不是教條式的課本知識的灌輸，需要學(xué)生參與到課堂中來，通過發(fā)現(xiàn)生活中的問題[5]，提出解決問題的創(chuàng)造性想法，再運(yùn)用“供配電網(wǎng)技術(shù)”知識和技術(shù)去解決實(shí)際工作中所遇到的種種問題。

2.1.1.4 靈活性原則

課程組織的靈活性需以課程的模塊化來體現(xiàn)，即將課程按照功能或類別集合在一起，分別組織構(gòu)成縱向和橫向具有差異的課程模塊，不同的模塊可以根據(jù)目標(biāo)需要而自由組合。課程組織靈活性能夠基于不同職業(yè)、不同專業(yè)、不同學(xué)制和不同年級的學(xué)習(xí)者的需求靈活開發(fā)課程，使學(xué)習(xí)者以自己的興趣和生涯規(guī)劃進(jìn)行自由的選擇和學(xué)習(xí)[2]。這樣不僅做到了以學(xué)習(xí)者為中心，同時(shí)也提高了課程組織安排的效率。

2.1.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的目標(biāo)

“供配電網(wǎng)技術(shù)”課程的總目標(biāo)是提高學(xué)生關(guān)于供配電系統(tǒng)的認(rèn)識、一次設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)、電氣主接線的運(yùn)行、二次系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)、電氣主接線的倒閘操作和供配電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)知識，進(jìn)而培養(yǎng)和提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在自身閱歷的基礎(chǔ)上，通過觀察、思考、設(shè)計(jì)、制作、試驗(yàn)等活動獲得豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題，在實(shí)踐中解決問題，在活動中獲得知識[6]。根據(jù)三維目標(biāo)的劃分，將“供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)”課程目標(biāo)細(xì)分如下。

知識與技能：初步了解供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)分為幾個(gè)步驟，理解供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和相關(guān)知識點(diǎn)；對主接線方案、電力負(fù)荷計(jì)算、短路故障和短路電流計(jì)算、電氣設(shè)備和電氣安全等知識點(diǎn)進(jìn)行深入的研究；完成簡單的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)；在掌握有關(guān)供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)的不足進(jìn)行研究，在過程中培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高實(shí)踐能力。

過程與方法：在教師指導(dǎo)下，通過學(xué)習(xí)與實(shí)踐，能夠?qū)┡潆娤到y(tǒng)設(shè)計(jì)各個(gè)步驟進(jìn)行闡明，明白各個(gè)步驟進(jìn)行的實(shí)際意義。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：感受供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)技術(shù)的重要性以及電力行業(yè)的實(shí)用性，培養(yǎng)對電力工程類課程學(xué)習(xí)的興趣以及動手解決生產(chǎn)工作問題的興趣，提高問題意識以及STEM素養(yǎng)，促進(jìn)技術(shù)人員的全面化發(fā)展。

2.1.3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果

“供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)”采用項(xiàng)目的形式開展教學(xué)活動，共有五個(gè)步驟，每個(gè)步驟包括三個(gè)內(nèi)容，每個(gè)步驟都有對應(yīng)的課時(shí)。在每一課時(shí)中設(shè)置了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)任務(wù)和拓展優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù)，其中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)任務(wù)是面向全班所有學(xué)生的，而拓展優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù)是針對能力較高的或?qū)?xiàng)目和學(xué)習(xí)內(nèi)容感興趣的學(xué)生的。

2.2 STEM教育理念下的“供配電網(wǎng)技術(shù)”課程實(shí)施

2.2.1 教學(xué)準(zhǔn)備

小組學(xué)習(xí)是實(shí)踐類課程的主要應(yīng)用模式，學(xué)生能夠在合作中探究、競爭與成長?？梢詫W(xué)生每五個(gè)人分為一個(gè)小組，并且給每個(gè)小組配備一個(gè)組長和一個(gè)記錄人員，在進(jìn)行教學(xué)的時(shí)候由教師對每個(gè)步驟進(jìn)行明確的要求，為學(xué)生點(diǎn)明項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方向，同時(shí)也負(fù)責(zé)調(diào)動起學(xué)生項(xiàng)目學(xué)習(xí)的興趣。

2.2.2 課程實(shí)施

課程實(shí)施以項(xiàng)目供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)為例，見表1。

表1 供配電系統(tǒng)的方案與設(shè)計(jì)課程實(shí)施方案

成果展示和評價(jià)評價(jià)反思:評價(jià)反思步驟需要學(xué)生親自參與,尤其是在“供配電網(wǎng)技術(shù)”課程中,學(xué)生的主動參與能夠幫助學(xué)生鞏固供配電相關(guān)知識,所設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)也能夠幫助學(xué)生改進(jìn)自身的學(xué)習(xí)方法。學(xué)生制定方案:學(xué)生應(yīng)該針對本次學(xué)習(xí)的具體情況對評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定。從供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)角度出發(fā),各個(gè)小組對打分的細(xì)則進(jìn)行討論,避免出現(xiàn)不合邏輯的打分情況,鼓勵(lì)各個(gè)小組的良性競爭氛圍,能夠如實(shí)地反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度。本階段是對于學(xué)生學(xué)習(xí)成果的總結(jié)和評價(jià),所以需要每個(gè)學(xué)生都能夠參與,并從中發(fā)現(xiàn)自己的不足,進(jìn)行及時(shí)的改正。

3 結(jié)論與展望

通過較為嚴(yán)格的教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)施以及實(shí)踐探索，筆者對本次教學(xué)研究的結(jié)果進(jìn)行了歸納：(1)STEM理念下的“供配電網(wǎng)技術(shù)”項(xiàng)目教學(xué)具有一定的可行性；(2)通過STEM理念下的“供配電網(wǎng)技術(shù)”教學(xué)之后，能夠提高學(xué)生對“供配電網(wǎng)技術(shù)”的學(xué)習(xí)興趣；(3)通過STEM理念下的“供配電網(wǎng)技術(shù)”教學(xué)之后，能夠提高學(xué)生的聯(lián)想思維能力；(4)通過STEM理念下的“供配電網(wǎng)技術(shù)”教學(xué)之后，能夠提高學(xué)生對學(xué)習(xí)高職電力工程類其他學(xué)科的學(xué)習(xí)積極性；(5)學(xué)生對“供配電網(wǎng)技術(shù)”的知識和技術(shù)的掌握水平有所提高。

總而言之，基于STEM理念設(shè)計(jì)的“供配電網(wǎng)技術(shù)”教學(xué)項(xiàng)目，一方面能夠激發(fā)學(xué)生對于電力知識的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的成績，另一方面還能夠激發(fā)學(xué)生對其他學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。為此，希望開展STEM理念下的“供配電網(wǎng)技術(shù)”項(xiàng)目教學(xué)成為電力工程類專業(yè)教學(xué)的一種借鑒。