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基于“双核·五创”的STEAM与中职创新创业融合发展的实践探索以“一种智能化称量及开关面板取送装置”为例
摘要:本文基于“双核·五创”的STEAM课程与中职创新创业融合发展的实践探索,分析了当前中职创新创业教育的现状和问题,提出了基于“双核·五创”的STEAM与中职创新创业融合发展的理念和实践路径。通过案例分析和实证研究,验证了该实践路径的有效性和可行性。旨在为中职创新创业教育提供新的思路和方法,促进中职教育的创新创业发展。
关键词:双核·五创;STEAM课程;中职创新创业;融合发展
一、研究缘起
中职教育作为培养技术技能人才的重要基地,创新创业教育已经成为其不可或缺的重要组成部分。然而,当前中职创新创业教育存在一些问题,如缺乏系统性和针对性、与专业教育脱节等。因此,如何将创新创业教育与专业教育深度融合,提高学生的创新创业能力,是当前中职创新创业教育面临的重要问题。
STEAM作为一种跨学科、情境化的综合教学模式,由科学(Science)技术(Technology)工程(Engineering)艺术(Art)数学(Mathematics)等学科共同构成。(许彦伟,2023)如图1所示,根据STEAM教育模式,学生通过跨专业课程知识与技能模块的学习,在实践性小组合作中内化核心知识和技能,设计问题解决方案,研发产品,自主创业。由此构建一个以培养岗位职业能力为根本,以培养学生职业综合素养为目标的创新性模块化教学模式。
二、双核·五创的STEAM-创新教学的理论框架
(一)“双核”素质培养
“双核”在本研究中指的是,以STEAM跨学科融合素养核心和创新素养为核心。在中职教育中,应该注重培养学生的双核能力,尤其是与专业相关的核心知识和能力。
(二)五创教学模式
在本文中,STEAM教育活动设计了包括跨学科融合素养和创新教育素养两个维度的五创教学模式。STEAM融入创新创业课程的实施路径如图2所示。
三、基于“双核·五创”的STEAM与中职创新创业融合发展的实践路径
在本文中“一种智能化称量及开关面板取送装置”项目的开发和实施在一所职业高中进行。
(一)创设情境
学生在企业实习过程中发现,在当地开关面板的的生产企业中,所有工作流程都依靠人工操作为主,原材料暴露在空气中,工人用天平秤称量原材料。
跨学科融合素养核心:科学素养:深入情境、思考问题
创新素养核心:创新意识:发现问题
(二)创新设计
引发思考:你觉得该情境反映了什么问题,你能够找到解决方案么?
寻找问题:(1)工厂里粉尘漂浮在空气中,工作环境恶劣;(2)称量存在较大偏差,废品率高,造成资源浪费;(3)生产效率相对较低;(4)工人在取送料过程中容易发生安全事故。
设计方案:小组头脑风暴相处尽可能多的解决方案,方案提出者向其他组员阐述自己的观点,小组代表在全班范围内进行选举,形成最终方案。
方案确定:(1)原料从料仓-取料-称量采取一体化设计(2)称量改用重量传感器,精度控制在0.002g范围内;(3)通过PLC控制,45s内完成一次出料称量,满足生产需求。(4)送料、取产品等过程通过机械臂完成,可避免人工取送料安全事故的发生。
跨学科融合素养核心:科学素养:提出问题、解决方案工程素养:机械工程、电子工程人文素养:表达、描述
创新素养核心:创新意识:分析问题、解决问题创新思维:发散思维、归纳分析创新能力:小组合作、讨论
3.创建模型
提供材料:重量感应器、负压感应器、步进电机螺杆传送装置、PLC模块、三维建模软件(inventor)、齿轮齿条等其他辅助材料,学生根据现有材料,选择所需要的,通过三维软件,初步搭建模型。
原理探究:
在初步模型设计过程中,尝试理解、自主探究模型背后的原理。之后,教师辅助学生进行原理分析:
(1)称量装置:螺杆传送原料优点,连续稳定精准。(2)机械臂装置:通过调试,确定机械臂初始位置,接料位置、送料位置等信号,记录在PLC中,后期运行过程中,通过PLC控制电机精准到达相应位置。
(3)开关面板抓取:新铸开关面板表面高温,易划伤,采用负压吸盘,硅胶吸盘可避免产品表面的划伤。
跨学科融合素养核心:科学素养:机械、电子专业学科知识,工程素养:PLC编程、机械制图、电路设计,技术素养:电路连接、机械加工、机械装配、三维建模
艺术素养:外观设计
创新素养核心:创新能力:小组合作、自主建模、动手实践,创新思维:探究、设计
4.创客优化
学生根据其背后的原理,结合其他同学的评价反馈,进一步改进模型,测试,优化模型,该过程迭代进行。
优化设计:(1)增加螺杆电机减速设置,设置参数,当质量达到设计值的50%、80%、95%时减速,既保证生产效率,同时控制精度。
(2)增加负压传感器,实时监控抓取情况,当出现气压异常,及时反馈数据,发出报警信息,进行人工处理。
跨学科融合素养核心:科学素养:反思、质疑,工程素养:产品模型验证、优化设计,人文素养:表达、描述、辩证
创新素养核心:创新思维:质疑、迭代优化创新能力:小组讨论、动手实践
5.创客实践
将产品投入一定的试运行,跟踪设备运行情况,采集数据,再根据实际运行情况对设备参数进行适当修正。
跨学科融合素养核心:科学素养:反思、总结
创新素养核心:创新思维:迭代优化
四、教学效果调查和分析
(一)激发了学生的创新意识和思维:在本项目中,学生还需要思考如何提高称量的准确性和效率,如何实现智能化控制等问题。通过不断的思考和实践,学生的创新思维得到培养和提升。
(二)提升了学生的创业精神。学生通过了解市场需求和竞争情况,制定商业计划和营销策略,产品研发成功后,已经销售了6台设备,并获得了企业的好评。学生的创业能力和精神有了显著的进步。
(三)呈现了创新课程的教育维度。STEAM项目需要运用到多维度的技能,项目组成员根据成员的个人特长、安排相应的工作任务,展示创客技能。本项目在浙江省中等职业学校创新创业大赛中获一等奖。
在“双核·五创”STEAM融合教育模式下成长的中职创新创业学生,通过不断地加速孵化,从发芽到成长,逐渐壮实。未来,我们将继续探索更多具有实际应用价值的项目,为中职教育改革和创新人才培养做出更大的贡献。
参考文献:
1.唐凌,构建具有中职特色四位一体的双创教育模式——以厦门工商旅游学校为例。2019.04
2.许彦伟,基于STEAM视角的高校创新创业教育实施路径研究——以宁波职业技术学院为例.2023