“为创新而教”:美国促进科学教育的新途径

祝怀新,吴伊琳

(浙江大学教育学院,浙江杭州310028)

二战以来,特别是“卫星冲击”以来,美国一直十分重视科学教育,并不断进行改革,推动新的教育改革运动,但至今其国际数理排名仍然显示美国学生在科技与工程领域较为薄弱。2009年巴拉克·奥巴马(Barack Obama)总统上台后不久,在2009年11月即启动了“为创新而教”(Educate to Innovate)运动,此运动呼吁社会各界全力支持,研发和实施各类项目,促进美国中小学学生对科学、技术、工程及数学(Science,Technology,Engineering and Mathematics,简称STEM,下文用此缩写)领域的兴趣,提升科学教育的质量,从而确保美国在科技领域的世界地位,最终增强美国的国际竞争力。

一、“为创新而教”的产生动因

(一)美国提升竞争力的需要

进入21世纪以来,美国中小学科学教育质量十分不理想,特别是在STEM领域,国际和国内的相关评估都显示美国学生学业水平的下滑,受到政界、教育界、企业界以及各民间组织等的高度关注。根据2006年度世界经济合作与发展组织国际学生评估项目(PISA)的排名,美国15岁学生的科学成绩排名第21,数学成绩排名第25[1]。另据2009年国家数学教育进步评估(NationalAssessmentof Educational Progress-Math)报告,美国四年级学生的数学水平已多年徘徊不前,八年级学生的数学水平则只有微乎其微的进步,整体进步不显著[2]。

在今日全球科学技术迅速发展的环境下,科学教育的落后就意味着国力的衰退,不努力提升科技和数学等科目的教学水平就等于放弃了国家未来的国际竞争力。奥巴马就任总统后,把美国学生与亚洲学生作了比较,并发出严厉警告:“我们的未来处于危险中。今日在教育领域胜过美国的国家就是明日超越美国的国家。如果继续放任我们在教育领域的低下地位就是放弃我们整个国家在世界上的地位。”[3]基于对美国未来的焦虑担忧,奥巴马总统上台后便着手推进和加强STEM教育。

(二)社会经济发展的需求

当今社会经济发展离不开科技的发展。为了使美国社会跟上国际发展步伐,加强中小学生的科学教育、提升STEM教学水平是必由之路。

进入新世纪以来,经济发展越来越受信息技术、生物技术及纳米技术的驱动,企业的技能需求也随之改变。而企业界一直对新入门员工的技能水平很不满意,认为企业工作需求与学生在校所学技能之间始终有很大的差距,造成企业不断增长的技能需求与毕业生技能短缺之间的矛盾十分突出。另外,研究表明,扎实的科学和数学能力与其他任何技能相比,比如工作习惯、组织能力、合作能力以及各种实际操作技能等,都能更有效地保障个人未来的成功[4]。

此外,美国中学毕业生的科学与数学方面的综合素质不仅影响到各企业的发展,而且整体来说,也对美国社会发展有巨大的影响。目前许多前沿科学问题已与公共和个人生活及社会事务直接相关。除了知识的传授外,科学教育还培养学生批判性思维及以科学的态度解决问题,树立正确的科学价值观与态度,形成崇高的科学精神等,都将有利于学生未来能以良好的精神面貌全面参与社会。

正是在这一背景下,许多美国企业十分愿意支持和参与“为创新而教”运动。

(三)学生兴趣持续下滑的现实

美国学生对于理工类课程的兴趣下降越来越明显。2002年参与大学入学考试的110万高中生中,有志于学习工程领域的学生不足6%,比20世纪90年代减少三分之一[5]。从1985年到现在,在美国获得工程学位的学生下降了20%。另外,今日在美国获得工程博士学位的学生中,有50%是留学生[6]。

此外,家长在STEM领域的知识匮乏也是造成学生学习STEM积极性不足的一个重要原因。据最近的企业调查,家长中有一半以上承认他们在帮助孩子做数学及科学功课时有困难,约四分之一的家长承认自己数学和科学知识的匮乏成为激发孩子学习的主要障碍之一。家长一般能意识到数学和科学的重要性,但缺乏帮助孩子的能力和鼓励孩子的意识[7]。奥巴马总统在倡导开展“为创新而教”运动时,特别强调了赢得家长支持的重要性,并且跟亚洲国家的家长在教育方面提供的支持做了比较[8]。因此奥巴马政府不仅倡导社会各领域开展各类项目来激发学生对STEM的兴趣,也鼓励家长及当地社区积极参与。

二、“为创新而教”的目标、结构及实施战略

(一)“为创新而教”的目标

“为创新而教”的核心目标在于改善美国科学教育的现状,通过引导美国中小学生积极参与各类课外活动,激发美国中小学生对STEM的兴趣,从而使他们在实践中巩固并获得相关知识,唤起他们对这些科目的热爱,最终形成较高的科学素养。2009年4月,奥巴马总统上台不久就提出,要鼓励美国民众都投入到发掘出创新的方法之中,以吸引青少年对STEM学科的兴趣。“为创新而教”运动便是奥巴马政府期望实现这一目标而发起的教育运动。

根据科学教育的整体目标,美国联邦政府提出“为创新而教”的三个具体目标:

(1)促进中小学生STEM科目的学习,使所有学生能更好地拥有科学、技术、工程与数学方面的丰厚知识,并能基于这些知识进行深刻的批判性思考。

(2)改善数学及科学教学质量。在未来十年,要使美国学生在数理方面的学业成就超越其他国家的学生,从中等水平跃至最高水平。

(3)重视女性及少数民族的STEM科目的教学。在美国,女性和少数民族在接受优质教育方面相对弱势,因而相应地,他们在STEM领域的学业水平更不理想,从而使这一群体难以在社会发展中发挥出应有的作用,导致他们一直被视为美国经济的“闲置资源”。

(二)“为创新而教”的结构

实际上,“为创新而教”没有固定的模式,而是联邦政府推动的一项由各界主导的基层运动。它涉及面广,参与者众多。奥巴马总统启动“为创新而教”时强调:“我们寻求的成功不能单单靠政府的力量,而是取决于学生、家长、普通百姓、各类组织及企业的合作努力,取决于所有公民的努力。”[8]虽然此运动由联邦政府倡导和推动,但日常活动仍然依靠相关政府部门、私营企业、基金会、教育界、非营利机构及科学和工程社团等组织和机构的参与以及支持。

“为创新而教”的基金来源是分散的。一般经费来自私营企业、社团组织、非营利机构以及一些基金会等,这些组织自行安排时间、志愿者等来实施项目。奥巴马政府执政后,各民间组织和私立机构初次承诺的总额超过2.6亿美元,预计提供的经费额度还将继续增长。

“为创新而教”的开展关键在于经费,虽然许多企业以及基金会对STEM表现出深厚的兴趣,但要使他们对此进行投入,则离不开中间组织在资源与需求之间架起桥梁。“为创新而教”由民间联盟负责项目的审定和经费的筹措。民间联盟的代表由以下在美国科技领域的杰出成功人士组成:美国第一位女性太空人莎莉·莱得(Sally Ride)、因特尔公司前任CEO克雷格·贝瑞特(Craig Barret)、施乐公司CEO厄休拉·伯恩斯(Ursula Burns)、时代华纳有线电视公司(Time Warner Cable)董事长兼CEO葛兰·布里特(Glenn Britt)、柯达公司CEO安东尼奥·佩雷兹(Antonio Perez)。他们的主要任务是负责审核项目的可行性,并为了保障项目的实施而向企业及基金会宣传STEM教育,以获得经费上的支持。

(三)“为创新而教”的主要策略

“为创新而教”的项目主要实施形式为课外活动。在奥巴马总统正式启动“为创新而教”运动前,联邦政府已通过各种途径来促进此项运动的顺利开展,主要有以下四方面。

第一,发挥媒体的教育作用。美国青少年接触媒体的时间较多,因此,通过媒体来吸引学生学习并掌握更多的STEM知识是“为创新而教”运动的重要策略之一。政府跟时代华纳有线电视公司探索频道(Discovery Channel)、“芝麻街”(Sesame Street,美国著名的儿童教育电视节目)建立了合作伙伴。时代华纳有线电视公司承诺,将提供播放时段以及广告来推广他们建立的专门可搜索当地科学活动的网站,称“联系百万头脑”(Connect a Million Minds)。探索频道已承诺,将利用周一至周六下午两小时无广告播放中学科学类的节目。探索频道在播放时间段的安排上特别考虑到与中学生放学时间相对应。“芝麻街”在2009年时已确定将从2010年开始播放环境教育这一新主题。奥巴马总统提出“为创新而教”后,“芝麻街”为了配合联邦政府的倡议,在主题不变的情况下调整了具体内容,使之与STEM教育相适应。

第二,促进当地社区参与。民间活动的成功依赖各社区成员的支持和参与。社区活动能促进学生、家长及教师的科学意识,增长科学知识。“为创新而教”的著名项目之一“全国实验室网络”(National Lab Ne twork)建立了一支志愿者团队,包括中小学生、大学生、教育家、科学家、工程师,以及社区成员等,组织他们相互合作,汇集成一个支持科学教育的群体。该项目在当地各方面的支持下顺利开展,学生通过项目的实践活动获得了更为丰富科学经验。

第三,通过互动式游戏激发兴趣。美国青少年对互动式游戏十分感兴趣。联邦政府计划利用学生已有的兴趣来促进学生对STEM领域的兴趣。麦克阿瑟基金会(MacArthur Foundation)与科技行业合作开展了一项STEM教育的视频游戏竞赛。这一竞赛要求学生创造“小大行星”(Little Big Planet)视频游戏的新级别,其中包含了数学和科学的内涵。此外,竞赛还要求参与者开发专门的数学和科学视频游戏。麦克阿瑟基金会提供了30万美元的经费,用于派发优秀视频游戏,供学生免费使用。麦克阿瑟基金会的教育主管康尼·优韦尔(Connie Yowell)说:“我们发现游戏具有强烈的吸引力。如果能够将这种吸引力结合到科学课程中去,就会获得十分强大的效果。”[9]

第四,提倡从做中学(hands-on learning)。从做中学,即在亲手实践过程中探索和学习,是美国科学教学方法的核心理念之一,白宫希望国家能更关注及鼓励当地通过科技竞赛来发挥从做中学的积极作用,并计划将来每年举办一次科学展览,邀请全国科技竞赛中的获胜者来白宫展出他们的科研项目。此外,美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,简称NASA)计划在2010年暑假举办“创新的夏天”(Summer of Innovation)项目,利用该局的高科技资源为学生,特别是少数民族以及低收入家庭的学生提供学习机会,从而提高他们对理工学的学习兴趣。

三、案例分析:“全国实验室网络”

“为创新而教”的所有项目中,“全国实验室网络”(National Lab Network)是目前最受关注的一个项目。该项目的目的是在全国建立一个支持教师的社区,给中小学教师提供和STEM学科专家的合作机会,一起改善数学和科学的教学计划。“全国实验网络”提供一个专门平台,教师可以寻求专家在某一个具体行动的帮助,专家可以选择适合他们的专业和兴趣的行动来参与,这样把两方面配合起来。该项目在2010年5月启动时叫做“全国实验室日”,所有行动集中在一天,当时的参与者已超越650万人。因为非常成功,联邦政府把规模扩大,改为一个不间断的项目。

“全国实验室网络”项目的主要策略有以下三个方面。

第一,互动式及从做中学。“全国实验室网络”的主要目标之一是提倡在实验室或其他现实环境中通过实践来学习。和其他学生以及专家在实验室环境中相互交流、学习,即所谓的互动式学习。美国联邦教育部长阿尼·邓肯(Arne Duncan)指出:“我们学生常常把数学和科学看作读书而学的科目,但‘全国实验室日’使他们跟新领域有直接的接触,也使学生发现学习能带来乐趣,互动过程中形成吸引力。”[10]在北卡罗来纳洲,一位教师正在为中学生组织生物技术的课外活动项目。虽然北卡罗来纳洲具有美国领先的生物技术企业,但此学区的失业率较高。因此,该教师希望学生能通过实际实验室环境中的学习产生对该领域的兴趣,并在实践中获得经验,提高学生的创造力。

第二,社区合作。“全国实验室网络”项目的开展完全依靠社区的力量。首先,中小学教师在网站提出学生完成科学项目的需求,例如实验工具、科学家的指导、技术支持及志愿者帮助等;其次,“全国实验室网络”把学校需求跟志愿者提供的资源相联系。此项目招收从科学家到普通百姓的各类志愿者。

第三,媒体支持。2010年,“全国实验室网络”项目与媒体合作,建立了“数字媒体与学习竞赛”(DigitalMedia and Learning Competition)。“数字媒体与学习竞赛”鼓励社会探索数字技术如何影响学习以及在日常生活的参与方法,并创造新媒体形式。竞赛向设计师、创业者、发明家以及研究者提出挑战,要求参与建设21世纪的学习实验室,目的是帮助青少年互相影响,分享和探索STEM的学习。

四、对“为创新而教”的若干评述

(一)“为创新而教”与学校科学教育的一致性

“为创新而教”的优势之一是它跟学校科学教育保持高度的一致性。通过“为创新而教”和学校科学教育两方面的目的、目标、基本要素以及基本原则相比较,可以发现两者的主要特征完全一致,这说明,“为创新而教”运动虽然是由社会各界支持进行的课外活动,属非正规教育,但它与学校教育的课程目标相匹配,是对学校教育的有效补充和支持。“为创新而教”与科学教育的共同点集中于三方面。

首先,理解力的培养。要树立学生对理工学科的兴趣与信心,就必须从基本知识以及概念理解开始。“为创新而教”的目标之一就是提高学生对STEM基本知识的理解力。只是学校科学教育关注的是学校常规的STEM知识传授,而“为创新而教”的重心则是关注通过媒体(例如“芝麻街”以及探索频道)、社区及学校的课外活动等途径来增强学生对STEM科目的兴趣及理解力。

其次,探究能力的培养。科学教育强调借助一定的科学方法来培养学生的探究能力,同时,也在这个过程中形成学生的批判性思维能力。“为创新而教”的核心方法之一是以从做中学为特征的发现学习法。“全国实验室网络”和国家航空航天局举办的“创新的夏天”,以及“为创新而教”的许多其他项目的重点之一就是为学生提供更多探究科学并共同探讨的机会。

最后,价值观、态度及精神的培养。因为科学教育“不仅离不开科学学科本身的教与学,也同样离不开整个教育过程对学生综合素质的培养”[11],“为创新而教”的主要目标之一是培养学生对科学探索的兴趣,试图通过从学生的实际兴趣来发展深刻的科学意识,并自发地形成综合的科学精神和态度。

(二)“为创新而教”的其他意义

除了此运动对正规教育的支持外,“为创新而教”还有其他一些意义。

首先,“为创新而教”运动使全美各界形成重视科学教育的共识。该运动的参与者们的积极性使此运动发展迅速,参与的范围十分广泛,并产生了许多具体的项目。奥巴马总统倡导的“为创新而教”运动显示,它的重心不仅仅是提高学生STE M的学业成绩,它更关注民间组织、企业、家长以及普通百姓的共同参与,通过各种活动有效地改善了学生对待STE M的态度,从而使政府、国民意识到提高教育质量不仅是政府的责任,各领域也都应该负有责任感,因为教育对美国的未来经济和社会有巨大的影响。

其次,“为创新而教”运动使学生在知识的实际应用方面水平有所提高。该运动强调从做中学,使学生能将科学技术知识与现实生活联系起来。因为“为创新而教”运动的核心是课外活动,参与者非常广泛,因而此运动比较偏向实践性,让学生有更多机会通过现实生活中的应用来感悟科学技术知识。

此外,该运动支持教师的创新教学方法。“为创新而教”不只是培养学生的创新性,而且也支持创新的教育方式。另外,“全国实验室日”的网站也公布所有教师的创新行动,使其他教师都可以从中得到启示。

(三)“为创新而教”的不足

美国学生理工方面学业成就不理想的问题不是靠开展大量的课外活动就能解决的,“为创新而教”的现行策略只能局部地缓解一下目前面临的教育问题。一些教育家认为,问题的症结在于课程与教师质量两方面。美国学者马克·施奈德博士(Dr.Mark Schneider)说:“我个人觉得许多方面确实很好,但是只满足了社会对学业要求的一半,且跟日常教学关联度不强。”[9]虽然“全国实验室日”之类的活动能直接为教师提供课堂教学的补充和支持,但这依靠着教师本人高度的主动性和积极性。总之,“为创新而教”虽然内容十分丰富,也确能促进学生STEM的学习,但无法代替学校的STEM教育,也不能包含科学教育的所有方面,它只是一种有益的课外补充。

“为创新而教”未来的发展前景是乐观的,主要因为该运动有足够的经费以及各界的支持。“为创新而教”的主要经费由企业和基金会提供,而不是由政府承担。因此,各界对美国的科学教育将会越来越关注并担负起相应责任。像“为创新而教”这一依赖民间领域的运动尽管不能代替学校的科学教育,但各界对提升学生STEM能力的强烈支持无疑对学校教育有直接而积极的影响。

[1]OECD.Science Competencies for Tomorrow’sWorld:Results from PISA 2006[R].Paris:OECD,2007:56.

[2]National Center for Education Statistics.The Nation’s Report Card:Mathematics 2009[R].Washington D C:Institute of Education Sciences,U SDepartment of Education,2009.

[3]Obama B.Remarks by the President on the“Educate to Innovate”Campaign and Science Teaching and Mentoring A-wards.Speech given at theWhite House[EB/OL].(2010-01-06).http://www.whitehouse.gov/the-press-office/remarks-president-educate-innovate-campaign-and-science-teaching-and-mentoring-awar.

[4]Jerald C.Defining a 21st Century Education[R].Washington D C:Center for Public Education.2009:32.

[5]Noeth R,Cruce T,Har mston M.Maintaining a Strong Engineering Workforce:ACT Policy Report[R].Iowa City:ACT Inc.2003.[6]Business Roundtable.Tapping America’s Potential:The Education for Innovation Initiative[R].Business Roundtable.2005:6.

[7]Intel Corporation.Parents More Comfortable Talking Drugs than Science[R/OL].(2009-10-21).http://pixel01.cps.intel.com/pressroom/archive/releases/20091021edu.htm?iid=pr1_releasepri_20091021e.

[8]Obama B.Remarks on the‘Educate to Innovate’Campaign[EB/OL].(2009-11-23).http://www.whitehouse.gov/the-press-office/remarks-president-education-innovate-campaign.

[9]Chang K.White House Pushes Science and Math Education[N].The New York Times,2009-11-22(13).

[10]PR News wire.National Lab Day Partners With the White House for National Launch[EB/OL].(2010-06-12).http://www.prnews wire.com/news-releases/national-lab-day-teams-with-the-white-house-for-national-launch-93587599.html.

[11]祝怀新.科学教育导论[M].北京:中国环境科学出版社,2005:97.