紀 霞 熊秋峨

（南通大學信息科學技術(shù)學院，江蘇 南通 226007）

1 引言

工程教育專業(yè)認證下的新工科人才培養(yǎng)要求強化學生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)具有人文素養(yǎng)、職業(yè)道德、社會責任、有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新實踐能力的交叉復合型專業(yè)人才[1]。隨著新工科建設(shè)的不斷深入，課程教學改革成為地方高校發(fā)展的重要問題，而課程體系是否科學合理直接影響專業(yè)培養(yǎng)目標及畢業(yè)要求達成。跨學科融合順應(yīng)新宏觀環(huán)境的客觀需要，是推進新工科建設(shè)與發(fā)展的最有效途徑，而STEAM教育以跨學科為基本特征、以創(chuàng)意培養(yǎng)為教育初衷，提倡社會責任感、人性化培養(yǎng)，基于STEAM理念的新工科建設(shè)，圍繞地方高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求，對人才培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、教學內(nèi)容等進行整合，是形成科學合理的新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)課程體系的最有效途徑[2]。隨著STEAM教育在國內(nèi)的廣泛發(fā)展，我國高校課堂教學改革對STEAM教育也有了應(yīng)用，但因研究的時間較短，所以涉及的內(nèi)容很淺顯，教學內(nèi)容停留在設(shè)計層面，依然處于探索、思考、改革的進程中。本課題結(jié)合STEAM教育的跨學科、項目式、創(chuàng)新意識培養(yǎng)、基于項目的問題驅(qū)動學習等理念，探索地方性高校新工科課程體系的建設(shè)路徑。

2 新工科人才培養(yǎng)目標及畢業(yè)要求

以我校計算機科學與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案為例，根據(jù)工程認證標準，我校重新修訂了計算機科學與技術(shù)專業(yè)2021版培養(yǎng)方案，培養(yǎng)目標為本專業(yè)培養(yǎng)堅持中國特色社會主義道路，擁護中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導，德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人，培養(yǎng)具有良好的社會責任感、職業(yè)道德、科學人文素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，掌握扎實的自然科學和計算機專業(yè)知識，具備計算思維和工程實踐能力，能主動適應(yīng)社會發(fā)展和技術(shù)進步需要，成為從事復雜計算機應(yīng)用系統(tǒng)研究、設(shè)計、開發(fā)和管理等工作的高級工程技術(shù)人才，并主動服務(wù)于長三角經(jīng)濟一體化建設(shè)。畢業(yè)生要在品德、知識、能力和素質(zhì)等方面應(yīng)達到畢業(yè)要求12個指標點。

2.1 傳統(tǒng)授課模式的主要問題

課堂教學以教師授課為主，學生普遍參與度較低，以操作系統(tǒng)課程為例，課程講述的內(nèi)容主要是理論和方法，知識點抽象繁雜，學生缺少工程設(shè)計思想，以教師講授為主課堂教學模式，學生學習主動性不強，學習熱情不高，學習效果不理想，在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)表現(xiàn)尤為突出，學生對基本理論概念理解不夠，掌握不清晰，缺乏理論知識與具體應(yīng)用的結(jié)合，缺少工程設(shè)計能力，工程素養(yǎng)較差。

2.2 問題驅(qū)動式的項目式教學模式

通過項目式教學模式的探索和改革，引導學生自主分析問題，獲得解決問題的方法，通過設(shè)計教學分析案例，利用視頻及各種影像資料，模擬設(shè)計過程，可以激發(fā)和調(diào)動學生的好奇心和學習興趣，將學生的主動參與和教師的引導相結(jié)合，使學生獲得工程設(shè)計思維、分析解決問題能力。

3 STEAM教育理念的本質(zhì)與內(nèi)涵

STEAM教育發(fā)源于美國，是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）的簡稱，后來又增加了藝術(shù)（Arts），是STEM教育的發(fā)展與完善。STEAM教育理念旨在以數(shù)學、技術(shù)、工程、藝術(shù)為基礎(chǔ)，使學生掌握科學與技術(shù)知識。STEAM教育是以真實情境為基礎(chǔ)，以跨學科整合培養(yǎng)創(chuàng)新人才的一種教育模式，是一種偏工科思維的學習系統(tǒng)，它以實際問題為導向，培養(yǎng)學生STEAM素養(yǎng)。與傳統(tǒng)的教學模式相比較，STEAM教育有明顯的實用性，而新工科提出的多學科交叉融合的創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)模式，也與STEAM教育理念以培養(yǎng)工程思維為出發(fā)點，以項目為基礎(chǔ)、多學科融合的教育模式不謀而合。STEAM創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式教學實踐是面向未來的發(fā)展趨勢。

3.1 STEAM課程整合的特征

STEAM教育與傳統(tǒng)的分科教學不同，它的基本特征就是進行跨學科整合，它將相關(guān)的課程進行有機交叉融合，相互協(xié)調(diào)作用，通過在眾多的不同學科之間建立新的橋梁，將孤立的、分散的跨學科知識通過項目式學習形式進行交叉融合，形成完整的知識體系，并將其應(yīng)用于實際的問題解決之中，使學生能夠從完整、系統(tǒng)的視角去認識世界，認識社會。

3.2 以問題為導向的項目式學習

以問題為導向的項目式學習是一種新的教學方法，使用創(chuàng)新的方法和方案，通過學生的自主調(diào)研、探究，解決復雜問題。項目式學習是STEAM教學中連接各個學科的紐帶，基于項目的STEAM課程旨在以動手操作的方式讓學生發(fā)現(xiàn)、分析、設(shè)計、合作、創(chuàng)造并解決問題，培養(yǎng)其批判思維和問題解決能力[3]。

課程要建立基于項目的以問題為導向的學習方式。一般的工程問題都包含其他技術(shù)、科學和數(shù)學方面的問題，可以分為單一主題課程整合與創(chuàng)新、單元組合主題課程整合與創(chuàng)新、多學科課程整合與創(chuàng)新、完全跨學科課程的整合與創(chuàng)新。所使用的項目應(yīng)該滿足兩點要求：一是要有實景，項目來源可以是教師自己的科研項目，也可以是企業(yè)前沿的項目或案例，也可以增設(shè)多課程實驗，每一個項目都是真實的實景，都需要跨學科知識才能解決；另一個是大型。大型項目并不是某個小項目比例的放大，而是在解決大型項目時會衍生出無數(shù)新的問題，只有知識的融合貫通才能解決問題。因此，符合實景與大型兩個特點的項目或問題一般都會涉及到工程的問題。以工程為核心的綜合實踐，正是新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標實現(xiàn)所需要的，如大數(shù)據(jù)下的私人訂制旅游規(guī)劃、人工智能、人臉識別考勤系統(tǒng)、智能醫(yī)療家庭管理等項目。在算法與程序設(shè)計部分典型的教學案例如微信運動步數(shù)排行，通過實例仿真實驗、任務(wù)描述，將算法學習整個過程貫穿其中，建立模型，使用基本排序算法、快速排序及歸并排序三種方法，進行不同數(shù)據(jù)規(guī)模下算法效率的比較分析。

4 基于STEAM理念的地方高校課程體系的整合

STEAM理念課程整合涉及教學理念、教學方式、學習評價等多個維度，是一種全新的教學觀念及思考方式，可以在課程設(shè)計、實驗實踐課程、選修課、畢業(yè)設(shè)計中進行整合。也要加強校企合作，深度產(chǎn)教融合，通過走訪企業(yè)開展校企合作，獲取企業(yè)一線前沿的實際項目或案例，選取內(nèi)容通過STEAM理念開展項目式學習。

我校修訂后的計算機科學與技術(shù)專業(yè)課程體系考慮了計算機技術(shù)的發(fā)展，安排了相關(guān)計算機前沿的選修課程，同時設(shè)置了三個可供學生自由選擇的特色課程選修模塊，提供了2個綜合實踐類課程設(shè)計，增設(shè)了3門專業(yè)、學科交叉的課程，提供了多門研究型、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程和線上線下混合課程。

4.1 課程整合的要素

（1）在課程目標方面，要強調(diào)以工程教育為核心，支撐畢業(yè)要求為目標，加強學生學科知識間的聯(lián)系，提高學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力；（2）在課程內(nèi)容方面，以解決復雜工程問題為基礎(chǔ)，整合具有內(nèi)在邏輯的多學科內(nèi)容，各學科之間相互配合，圍繞某一中心課題的方式組織教學，實現(xiàn)從以教師講授為主的填鴨式教學模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為主，不再是教師講、學生聽，而是學生真實地參與到問題的解決中去，通過教師參與指導的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式；（3）在課程價值方面，理解工程設(shè)計需要考慮多種方案，通過問題引導，學生組成方案小組，收集材料、制定方案，相互討論，團隊協(xié)作，不斷嘗試，最后展示成果，引發(fā)了學生的學習興趣和參與意識，學會用工程與設(shè)計的思維和方法解決復雜工程問題，培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)、實踐能力，提升學生的團隊協(xié)作能力、動手能力、創(chuàng)新能力。

4.2 對教師的要求

（1）需要教師具備較強的組織能力、協(xié)調(diào)能力、責任心，通過項目式教學方式，教師指導學生在教學過程中提升自身的綜合能力；（2）項目式教學方法除要求教師具有學科基礎(chǔ)理論知識要求外，教師還要具有一定的工程實踐能力，授課教師應(yīng)具備較高的工程素養(yǎng)和綜合能力，能主動結(jié)合自己的科研項目，積極使用微課、慕課，能夠精心設(shè)計并實施項目式學習任務(wù)，能為大學生申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目提供支持；（3）教師要善于激發(fā)學生的創(chuàng)造能力和團隊協(xié)作精神，經(jīng)常對項目式教學活動進行反思及持續(xù)改進，針對項目式教學活動中出現(xiàn)的問題及時進行改進，創(chuàng)建優(yōu)秀教學內(nèi)容，并能對教學效果進行科學合理的評價，從而為項目式教學模式的改革與探索提供理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗[9]。

4.3 教學流程設(shè)計

所有教學模式都是在一定教學理論指導下實現(xiàn)的，STEAM教育理念在當今“互聯(lián)網(wǎng)+”的大環(huán)境下，立足創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標，新工科的專業(yè)課程要融合經(jīng)濟學、管理學、教育學、計算機科學與技術(shù)、人工智能等多學科，組織不同學院之間的教師進行交流，協(xié)同進行課程建設(shè)，從而提高學科融合的質(zhì)量和效果，達到真正提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。不同學科知識可以融合到一個實驗項目中，既有課程的真實性，又能體現(xiàn)趣味性使學生獲得樂趣。在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，可以從橫向和縱向兩個維度考慮，進行相關(guān)課程融合和廣域課程融合。精心營造情景化的教學環(huán)境，良好的課堂氛圍能夠有效提高學生學習的主動性和積極性，設(shè)計多元化的教學情境，教師要打破傳固定化、流程化的思維模式，從如何組織教學、引導學生興趣入手，營造情景化的教學環(huán)境，依據(jù)教學內(nèi)容，設(shè)計教學環(huán)節(jié)，好的情景可以很好地展現(xiàn)知識所處的背景，為學生提供一個想象空間。教師從學生已有的知識經(jīng)驗出發(fā)，結(jié)合實際工程問題，設(shè)計項目式教學方案。在整個學習過程中，以學生為主導、教師指導為輔的方式，將學生分成幾個研究小組，學生在小組中相互交流、討論、探討，使用各種檢索工具進行材料收集，制定問題解決方案，進行設(shè)計，寫成總結(jié)報告，進行成果展示。詳細教學流程設(shè)計如下：

首先，教師積極制作微課、慕課等數(shù)字化資源，指導學生應(yīng)用數(shù)字化資源進行課前預習，教師精心營造情景化的教學環(huán)境，提供創(chuàng)新設(shè)計情境資源，結(jié)合自己的科研課題或企業(yè)前沿工程項目給出需要完成的項目，在這個環(huán)節(jié)，學生進行材料收集，教師提出知識的重點難點，指導學生如何掌握項目，學生進行知識點銜接，培養(yǎng)學生的探索實踐能力；接著，課堂內(nèi)，教師進行案例分析，講解知識點，由教師提供“支架”，通過項目式驅(qū)動引導學生在課堂教學過程中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，學生從不同視角探尋思路，教師針對學生提出的問題進行答疑解惑，提供同步引導，學生借助教師的幫助自主探索，此環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生思考問題與解決問題的能力；然后，教師指導學生小組成員之間開展專題討論，分工協(xié)作，完善各小組的設(shè)計任務(wù)書及可行性分析，并確定設(shè)計方案，通過小組協(xié)作的方式解決問題，教師同步引導答疑解惑，合作學習促進學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展，激發(fā)學生參與熱情，在問題解決過程中產(chǎn)生創(chuàng)意，并培養(yǎng)學生溝通與協(xié)作能力；最后，學生在教師的引導下對設(shè)計方案提煉升華，通過教學反思，優(yōu)化教學方案，課程結(jié)束后，學生分享自己的成果，進行成果展示，報告要語言精練、邏輯清晰、設(shè)計計算分析過程要嚴謹準確，并相互交流心得和經(jīng)驗，總結(jié)不足，經(jīng)過全過程的項目驅(qū)動式的學習，學生的創(chuàng)新能力將會得到很大的提高。

5 結(jié)語

綜上所述，STEAM教育是在真實問題的情境中，以學科整合的方式培養(yǎng)學生多方面綜合素養(yǎng)的一種教育模式，STEAM教育拓寬了學生獲取知識的渠道，它更加重視學習的過程，是一種重實踐的超學科教學理念，意在培養(yǎng)學生具備各學科的基礎(chǔ)知識能力和綜合運用能力，以支撐未來科技的長遠發(fā)展，并為解決傳統(tǒng)工科專業(yè)課堂教學存在的教學效果不佳、教學模式僵化以及解決復雜工程問題能力不足等問題起到非常重要的作用。深入學習STEAM教學理念，不斷改革教學方法，將理論與實踐相結(jié)合，并以創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享為發(fā)展理念，加快新工科建設(shè)步伐。