程 晨，周 祎，戴 西，孟 超

（金陵科技學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)與通信工程學(xué)院，江蘇 南京 211169）

隨著新一輪信息技術(shù)革命的蓬勃發(fā)展，無論是行業(yè)大勢還是職業(yè)前景都呼吁復(fù)合型人才的養(yǎng)成，這也對當(dāng)前的高校教育模式提出了挑戰(zhàn)。應(yīng)用型本科高校一直致力于對新型的本科教育和新層次的高職教育相結(jié)合的教育模式的探索，重視培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的深度融合，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，建設(shè)以學(xué)生為中心的人才培養(yǎng)模式，對學(xué)生持續(xù)性的習(xí)得能力提出了更高的要求。在這種時代背景下，STEM教育模式契合了知識經(jīng)濟(jì)時代的教育培養(yǎng)目標(biāo)。它推崇多學(xué)科交叉融合的聚合教育形態(tài)，促進(jìn)教育由單一的發(fā)展模式向跨學(xué)科轉(zhuǎn)變，不僅給未來的高等教育帶來了深層次的變革，更對未來的終身教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

一、STEM教育的內(nèi)涵和基本特征

1.STEM教育的內(nèi)涵

STEM教育(STEM Education)源于美國，在1986年首次被提出，折射出發(fā)達(dá)國家對于自身教育體制和模式的深刻反思。湯莫斯·弗瑞德曼在《世界是平的》一書中寫到，2003年世界上共授予280萬個科學(xué)和工程的學(xué)士學(xué)位，其中120萬個學(xué)位被授予在亞洲大學(xué)里的亞洲學(xué)生，83萬個學(xué)位授予給歐洲的學(xué)生，40萬個學(xué)位授予美國的學(xué)生。在中國60%的學(xué)士學(xué)位是授予科學(xué)和工程專業(yè)的學(xué)生，而美國只有31%。為了應(yīng)對知識密集型經(jīng)濟(jì)時代的到來，美國應(yīng)更加注重加大在教育、技術(shù)和研發(fā)方面的投資，力求在知識創(chuàng)新方面爭奪世界強(qiáng)者的話語權(quán)和制高點(diǎn)。

近年來，國內(nèi)也逐漸關(guān)注STEM教育模式，并開始在實(shí)踐方面試水。2016年，教育部出臺的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確指出，有效利用信息技術(shù)推進(jìn)“眾創(chuàng)空間”建設(shè)，探索STEM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式，使學(xué)生具有較強(qiáng)的信息意識與創(chuàng)新意識，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)習(xí)慣，具備重視信息安全、遵守信息社會倫理道德與法律法規(guī)的素養(yǎng)。應(yīng)用型本科目前也關(guān)注這種教育模式，力求以技術(shù)實(shí)踐為中心，佐以數(shù)學(xué)思想、科學(xué)理念、工程能力來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和未來職業(yè)能力。

2.教育模式的基本特征

STEM教育模式是不同學(xué)科之間打破割裂狀態(tài)的一種協(xié)作性教學(xué)業(yè)態(tài)，它重新定義了教與學(xué)的內(nèi)涵，有助于幫助學(xué)生建立關(guān)聯(lián)型的多學(xué)科思維技能，更好地把握不同學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律。讓師生在整個教育周期中，能夠主動地進(jìn)行互動教學(xué)，提升本學(xué)科的興趣，讓不同學(xué)科的背景知識相得益彰。

STEM教育模式主要具有聚合課程、合作教學(xué)、學(xué)科融合等特點(diǎn)。

（1）聚合課程是核心

課程是提高學(xué)生學(xué)業(yè)水平的關(guān)鍵性要素[1]，如何利用學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)度和內(nèi)在規(guī)律，將課程用特定的組織形式固定下來，充分利用分叉學(xué)科之間的特點(diǎn)和復(fù)合度，有效解決當(dāng)前教學(xué)活動中單學(xué)科離散單一的知識體系問題。既能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)的課業(yè)知識，也能滿足多元化的跨學(xué)科需求。共享社會就是資源的共享、知識的共享。吸收各學(xué)科之間的集成優(yōu)勢，才是在共享社會提升自身的特有路徑。應(yīng)用型本科高校，尤其是工科類學(xué)院，學(xué)生的聚合課程不單單是理論課之間的碰撞。在人才培養(yǎng)模式方面，實(shí)踐課程之間的聚合、校企模式之間的銜接，都為聚合課程提供了豐富的實(shí)踐土壤。

（2）合作教學(xué)是途徑

STEM教育模式下的聚合課程集聚不同學(xué)科甚至同一學(xué)科下不同方向的教師。這里不僅涉及教學(xué)資源的跨越，更存在教師學(xué)術(shù)背景的跨界。學(xué)科方向不同的教師通過智慧的碰撞，組成課程群共同體。確定一到兩名骨干教師為主講教師，其他教師可作為實(shí)踐競賽帶隊教師和助教教師。教師之間通過發(fā)揮整個教學(xué)團(tuán)體的力量，彌補(bǔ)單科教師學(xué)術(shù)背景方面的不足和缺口。通過多方參與這個課程群的教學(xué)設(shè)計全過程，根據(jù)學(xué)生在過程中的習(xí)得反饋，相互協(xié)調(diào)和配合，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)模式的養(yǎng)成。

（3）學(xué)科融合是特色

STEM教學(xué)模式從真實(shí)的學(xué)習(xí)任務(wù)出發(fā)，在解決任務(wù)的過程中靈活地應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個方面的技能。為整個學(xué)習(xí)過程提供了多維度的視野和思維方式。在就業(yè)形勢日趨嚴(yán)峻的時代，單一學(xué)科的內(nèi)涵已經(jīng)無法滿足學(xué)生的就業(yè)和再教育需求。如何對現(xiàn)有跨學(xué)科進(jìn)行整合分析，這對教學(xué)和學(xué)習(xí)能力都是一項(xiàng)綜合挑戰(zhàn)。STEM教學(xué)模式克服了單一學(xué)科知識貧瘠的缺陷，通過對學(xué)科相關(guān)內(nèi)容的分解、提煉和綜合，打造開放性的課程體系和教學(xué)范式。

現(xiàn)在社會已經(jīng)進(jìn)入到大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、云計算交叉爆炸的時代，創(chuàng)造出來的產(chǎn)品和成果呈現(xiàn)指數(shù)型增長。這些領(lǐng)域不僅需要計算機(jī)方面的專業(yè)知識，更需要對通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)還有軟件工程等專業(yè)學(xué)科的宏觀視野。通過打破專業(yè)之間的隔閡，實(shí)現(xiàn)工科類知識全要素的流動，做到真正意義上的教學(xué)相長。

二、構(gòu)建應(yīng)用型本科高校聚合課程體系的路徑

STEM 教育被稱為 “元學(xué)科”（Meta-discipline），STEM教育并不是這四門學(xué)科的簡單疊加，而是要將四門學(xué)科內(nèi)容重新整合要素再塑成一個有機(jī)整體，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。

1.S（Sicence科學(xué)）——基礎(chǔ)素質(zhì)的養(yǎng)成

當(dāng)今社會見證了信息化和工業(yè)化的深度融合，新一輪的信息技術(shù)革命引領(lǐng)戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的新動向。通信類的人才培養(yǎng)需要在人才培養(yǎng)的初級階段塑造學(xué)生良好的數(shù)學(xué)思維和專業(yè)敏感度。學(xué)生應(yīng)扎實(shí)地掌握理工科公共基礎(chǔ)知識、自然科學(xué)和社會科學(xué)基礎(chǔ)理論知識，掌握一定的項(xiàng)目管理、技術(shù)創(chuàng)新方法等方面的知識。

聚合課程體系中基礎(chǔ)素質(zhì)課程群模塊中需涵蓋數(shù)理基礎(chǔ)知識等問題的求解能力，如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)與空間解析幾何、復(fù)變函數(shù)與積分變換、概率論與數(shù)理統(tǒng)計以及物理學(xué)中光學(xué)、電磁學(xué)、近現(xiàn)代物理等方面課程。只有打造扎實(shí)的理學(xué)基礎(chǔ)，通過傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容，能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)及其它通識類課程中的基本原理來分析通信系統(tǒng)設(shè)計及制造時遇到的問題，覆蓋整個知識體系并鼓勵學(xué)生自行建構(gòu)主動學(xué)習(xí)的能力。

2.T（Technology技術(shù)）——專業(yè)技能的精進(jìn)

實(shí)踐教學(xué)在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中起到至關(guān)重要的作用。教育的最終目的是實(shí)踐，再通過后期的實(shí)踐環(huán)節(jié)補(bǔ)充并完善整個教學(xué)周期的頂層設(shè)計。如何能在動手能力方面體現(xiàn)通信類實(shí)踐的新理念，如模擬電路和數(shù)字電路的分析設(shè)計能力、通信電路的分析設(shè)計能力、信號分析與處理的能力、通信系統(tǒng)信號分析與綜合的能力、通信軟件與移動應(yīng)用軟件模塊的設(shè)計能力，具備通信網(wǎng)絡(luò)測試（方案制定與實(shí)施）的能力等，需要在專業(yè)技能的聚合課程模塊中按照高等學(xué)校通信工程專業(yè)規(guī)范要求設(shè)置，保證理論課教學(xué)的系統(tǒng)性和邏輯性，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的專業(yè)知識體系。同時，專業(yè)課程設(shè)置參考嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳鐣?、產(chǎn)業(yè)、畢業(yè)生調(diào)查結(jié)果，重視培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，并采用校企合作的模式，制定將理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)踐集于一體的實(shí)踐課程計劃。

3.E（Engineering工程）——系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的塑造

工程模塊對于工科類專業(yè)而言是在具備通信職業(yè)基礎(chǔ)上，能夠熟悉運(yùn)用該專業(yè)知識相關(guān)的通信工具進(jìn)行通信系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計，并能夠理解通信工具的相關(guān)局限性。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的聚合課程模塊中應(yīng)融合理論、工程、管理、團(tuán)隊等知識進(jìn)行跨領(lǐng)域的融合教學(xué)。學(xué)生應(yīng)掌握創(chuàng)新理論與方法和項(xiàng)目管理知識，如進(jìn)度管理、有效團(tuán)隊合作等。

除此之外，課程群教學(xué)應(yīng)能夠指導(dǎo)學(xué)生參與工程解決方案或產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)，考慮成本、質(zhì)量、環(huán)保性、安全性、可靠性、外形、適應(yīng)性以及對環(huán)境的影響，找出、評估和選擇完成工程任務(wù)所需的技術(shù)、工藝和方法，確定解決方案等能力。工程類的聚合課程應(yīng)基于項(xiàng)目出發(fā)進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，通過既定的教學(xué)任務(wù)和安排，完成系統(tǒng)項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生全周期學(xué)習(xí)的深度探究。

4.M（Mathematics數(shù)學(xué)）——計算思維的更迭

計算思維和互聯(lián)網(wǎng)思維的訓(xùn)練助力通信類人才的硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)、知識系統(tǒng)能力的更新，聚合課程中計算思維模塊涵蓋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件工程的相關(guān)知識；移動操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言編程、測試等的基礎(chǔ)知識，打造計算思維知識能力體系及標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)矩陣。目前新工科背景下的應(yīng)用型本科高校重視與其它專業(yè)的融合，在教育領(lǐng)域上真實(shí)地實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+學(xué)科”的模式。

通信類學(xué)院應(yīng)主動吸納具有不同學(xué)科背景的優(yōu)秀教師，比如具備扎實(shí)的計算機(jī)相關(guān)理論知識，較全面的計算機(jī)應(yīng)用技能，全面的網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃與建設(shè)能力以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理、維護(hù)和綜合應(yīng)用的能力。打造計算思維的聚合課程，在人才培養(yǎng)的大一和大二階段，通過嵌入部分計算思維的跨學(xué)科內(nèi)容，從不同的視角促進(jìn)通信類人才培養(yǎng)整體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在教學(xué)工作中，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性反饋和課程期望度，及時地在微觀的教學(xué)活動中調(diào)整教學(xué)板塊的內(nèi)容和教學(xué)方法。

三、聚合課程實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)和前景

相比于MOOCs、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等，STEM教育在我國起步較晚，屬于新事物，還存在許多挑戰(zhàn)。[2]STEM教育模式的核心在于跨學(xué)科之間的內(nèi)容深度整合，這對于專注于某一領(lǐng)域的中青年教師來說，無疑是一種全新的挑戰(zhàn)。許多應(yīng)用型本科高校成立比較晚，起點(diǎn)不高，如何培養(yǎng)出一大批能夠勝任這種教學(xué)模式的教師，并讓教師在微觀的教學(xué)環(huán)節(jié)中綜合體現(xiàn)學(xué)科間的整合度，還有很長的路要走。

聚合課程并不是單純依靠學(xué)科之間的堆疊，應(yīng)更加注重內(nèi)涵式的發(fā)展。圍繞通信類發(fā)展的趨勢和人才培養(yǎng)遇到的新瓶頸和新問題，教師在把握課程之間關(guān)聯(lián)度的基礎(chǔ)之上，形成宏觀的跨學(xué)科視野，克服狹義的“精”與“?！?，實(shí)現(xiàn)教學(xué)能力的提升。除此以外，應(yīng)用型本科高校應(yīng)該打造優(yōu)秀的教學(xué)團(tuán)隊，把學(xué)生的學(xué)習(xí)期望值、自主學(xué)習(xí)和教師整體的教學(xué)設(shè)計融合在一起，科學(xué)合理地設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)和任務(wù)。打破分科教育的藩籬，堅持以學(xué)生的產(chǎn)出為導(dǎo)向，組建教學(xué)共同體，集思廣益地開發(fā)現(xiàn)有的線上和線下教學(xué)資源，從而有效地促進(jìn)整體教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

科學(xué)、工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用是相互融合的，現(xiàn)實(shí)問題不會以單一學(xué)科的面貌出現(xiàn)，分科式教育的弊病在現(xiàn)代社會表現(xiàn)得會越來越明顯，[3]這就是為什么高等教育亟需改變現(xiàn)有的單一學(xué)科授課模式。以問題和學(xué)生的產(chǎn)出為最終導(dǎo)向，盤活整體的教學(xué)資源，合理地分布和交匯融合，培養(yǎng)出具有全面科學(xué)素養(yǎng)的復(fù)合型人才指日可待。