论STEM教育的特点∗

黄 晓 李扬

摘要：STEM教育是综合了科学、技术、工程与数学的特点，将知识的获取、方法与工具的利用以及创新生产的过程有机统一，促进学生科学、技术、工程与教学综合素养形成的教育。它重视学校技术教育与工程教育。STEM教育具有综合性、动态性、回归性、实践性与丰富性等特点。

关键词：STEM教育；特点；实践

中图分类号：G71 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-C-（2014）05-0005-03

一、STEM教育的内涵

美国国家科学委员会20世纪80年代提出STEM教育的概念。STEM是科学、技术、工程与数学首字母的缩写。科学是建立在实践基础上经过实践检验和严密逻辑论证的关于客观世界各种事物的本质及运动规律的知识体系。技术是人类为实现社会需要而创造和发展起来的手段、方法和技能的总和。数学侧重研究现实世界空间形式和数量关系，是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具。工程是应用科学和数学产出成品的过程。STEM综合了科学、技术、工程与数学的特点，将知识的获取、方法与工具的利用以及创新生产的过程进行了有机统一，以系统的、联系的思维面对全球化、多元化文化发展。

STEM教育是STEM理念在教育中的反映，是付诸教育实践的一种思考。STEM教育在美国受到极大关注离不开对其国际竞争力下降的反思，对美国学生在国际数学、科学中表现欠佳的审视，它是对科学、技术、工程、数学间关联性的强调，是对学校技术教育、工程教育的重视，旨在促进学生形成科学、技术、工程与数学的综合素养。

二、STEM教育的特点

STEM教育的提出、内涵丰富离不开系统论的审视，其在教育中的实践呈现了与后现代课程观的密切联系，具体表现于综合性、开放与动态性、回归性、实践性、多样性。

（一）综合性

“2061计划”不仅视基础的自然科学与社会科学为科学，还把基础与实用的数学、工程与技术等相互交叉的学科作为科学，即提出了系统化、整体化的科学观。STEM教育正是基于这种整体化、系统化科学观在教育事业中的延伸与发展而得以提出，它将科学教育与技术教育、工程教育、数学教育联系起来，以整体、联系的思维解决各种现实问题的挑战，因而呈现了综合性。STEM教育的综合性首先表现于教育目标上，尽管至今还没有形成统一的目标，但总体上希望学生能够通过STEM教育，学习综合利用科学、技术、工程和数学四方面知识与技能的能力，具有逻辑思维和技术能力，能够创新设计并独立进行调查研究，有效解决问题，并架起学校与STEM工作场所之间的桥梁[1]。这种综合性的目标关注了学科、学生、社会间的相互联系，强调了学生发展、社会责任的整合等。STEM教育的综合性反映到具体实践中，不仅表现于课程内容的综合，如工程课程内容中综合了数学、科学、技术知识的应用，而且表现于课程教学方式的多元，即可以是基于问题解决的模式，也可以是基于项目的模式。STEM课程的评价也朝着综合性、系统性的方向发展。由于美国是个地方分权制的国家，各地区的课程有着不同的标准与版本。STEM教育及课程的评价也试图以共享标准为基础设计清晰的、高质量的评价系统反映学生是否达到了标准。评价内容的改革要求既要衡量学生理解、应用核心概念和原则的能力，还要考核学生进入大学和从事未来职业所需的高水平的推理能力、解决问题的能力以及科技创新能力。评价种类上，除了直接指向通用标准的州评估，还提倡增加参与如NAEP、TIMSS、PISA这种发达国家及国际评估的次数。STEM教育在课程资源方面也呈现了综合性，它是一个有机的、良好运行的整体模式，其资金资助来自许多不同的联邦机构，支持STEM教育发展的力量还包括非政府组织及科学家等STEM专业社群。这种多元合作形成的综合系统增加了STEM教育的实践性和可行性，并有助于增进家长、学校校长、州和地区长官、公共领导对STEM学科的了解和掌握，推动STEM教育的实施和发展。

（二）动态性

STEM教育在课程内容、课程实施及评价中表现的综合性，凸显了其开放性与动态性。区别于机械认识论视知识为客观存在，STEM教育认为知识是不断更新的，是动态与发展的。不仅表现于其科学、技术、工程与数学领域内的知识，而且显现于科学的社会应用、技术与工程中的科学及数学原理等维度，即STEM教育从开放的知识观角度反思了传统教育的弊端，弱化了对知识的记忆，重视了概念理解及应用，认为对概念的深层理解有助于学生灵活应用已有知识，并在与现实生活世界的接触中随时拓展和完善自己的知识体系。STEM教育在课程内容、实施方面表现的动态性，离不开STEM教育系统的开放性及各要素间的动态关系。在以STEM教育为重点的学校里，不仅课程内容的选择关注了STEM各领域的最新研究成果，而且其教学场所不再局限于课堂和学校，这种转变与尝试使学生有了更多接触STEM职业场所的机会，并获得将科学探究转化为实践以及进行科学创新的机会，从而彰显了STEM课程实施方式的开放与动态性——在课程实施方式上转变了教师讲解、学生接受的传统课程实施模式，建立了学习者、教育者与所处情境对话、交流的平台，促进学生内在知识体系的创新生成。如美国伊利诺伊数理高中（Illinois Mathematics and Science Academy，简称IMSA）为学生提供整个学年与学术界或行业中的STEM专家共同学习的机会，这一课程研究中涉及了纳米颗粒的磁性、婴儿死亡率、密歇根湖的汞污染和预测流感爆发的模型等内容，这一过程中伴随着问题的解决与探究活动的开展，开放的课程实施方式及动态的课程内容，不仅有助于学生认知能力的提升，而且有助于培养学生敏锐的科学思维习惯和高效解决现实生活问题的能力。[2]

（三）回归性

美国总统科学技术顾问委员会（President's Council of Advisors on Science and Technology，简称PCAST）认为，学生在STEM领域成就上表现出的性别差异并非源于天赋问题而是源于学生的兴趣，在国际科学与数学测试中美国学生整体表现欠佳的内在原因是缺乏对STEM领域的兴趣[3]。这一观点实质上体现了课程理念中学生观的转变，从学习兴趣的归因来传达学生是学习主体的观念。后现代课程观的提出者之一多尔认为课程要具有回归性，指出课程要具有可反思的价值和余地，这种课程没有固定的起点和终点，但它能够使每一个人通过与环境、他人、文化的反思性相互作用形成自我感。[4]STEM教育的提出及课程实施实践中逐渐凸显反思的价值，在STEM课程内容的选择上致力于给学生提供感兴趣的个人经验和校内外与STEM有关的内容；在课程实施中，突出学生的学习主体地位，关注学生主动参与学习的过程，激发学生对于STEM领域学科的学习动机。STEM教育对学习主体的关注，还表现于对教育公平问题的强调，表现于2010年美国总统科学与技术顾问委员会报告给联邦政府的两个目标中，强调所有学生（包括女生和少数民族学生）能熟练掌握STEM领域知识。

（四）实践性

STEM教育的实践性首先表现于STEM教育提出本身，尤其是把对技术、工程学科的关注置于科学、数学教育同等重要的地位，这是对过程与实践的凸显，工程学里涉及的工程设计和工程思维习惯将直接影响学生的问题解决能力和创新能力。STEM教育的实践性还体现在具体的课程实施中，一方面，有效的课程组织和精良的硬件设施促进了从知识向实践关注的转变，如一些学校已经开始将微观装配实验室（Fab labs）整合进具体的课程中；另一方面，课程强调以活动为基础、基于问题解决的学习、同时获得实践的课堂体验[5]。如PLTW（Project Lead The Way）机构开发的《技术之门》课程[6]，旨在通过“能源与环境”模块，引导学生设计制作可替代能源的模型，通过“电子魔力”模块的实践活动，探索电与生活的密切关系。此外，STEM教育通过实践性的课程建立起了师生交往的平台，使学生从平等对话的交往经验中自由地获得知识、激发创造的灵感。

（五）丰富性

丰富性包括了课程的深度、意义的层次、多种可能性或多重解释。[7]STEM教育的丰富性首先表现于其教育目标的不同层次，促进不同学生获得不同水平的STEM素养，在要求使所有学生达到熟练掌握STEM学科知识的同时，给在STEM学科表现优秀的学生提供机遇与挑战，促进其在STEM上获得杰出成就。正是对多维目标的追求，使得STEM课程内容呈现了丰富性——如针对在STEM领域表现欠佳的西班牙裔学生，提供其与生活相关的食物、衣物、药品等STEM领域知识；对于在STEM学科表现优秀的学生，开展了如《工程之路》课程的顶层课程，如《医疗干预》课程模块等[8]，旨在通过让学生跟踪虚拟家庭的日常生活来研究如何预防、诊断和治疗疾病，从而学习免疫学、遗传学、药理学等知识，促进其科学思维方式的养成。综合性的STEM教育将科学、技术、工程和数学四门课程联系起来，需要综合考虑原有课程的各自特点，在课程设置上需要从多角度来解释综合化课程的丰富性，使学生通过多样化的课程形式获得自我发展的多种可能。如以STEM为重点的高中针对STEM的四门课程开设了《大学先修》（AP）和《科研实习》等提高型课程，给STEM学科表现优秀的学生提供了超越现有水平的机会。此外，还设置包括竞赛、实验室实验、实地考察等课外活动项目及STEM的服务培训活动，以增加STEM类课程与学生经验的融合性，同时促进了学生学习参与度的提升。

参考文献：

[1]Teaching Institute for Essential Science. TIES STEM Education Monograph Series: Attributes of STEM Education [EB/OL].[2012-06-13].http://www.citizenstogether.com/pdf/stem.pdf.

[2]Illinois Mathematics & Science Academy.ETEM[2013-08-09].[FB/OL].https://www.imsa.edu/sites/default/files/upload/121822%20IMSA%20Hndbk_Bdy.pdf.

[3]PCAST. Prepare and Inspire: K-12 Science, Technology,

Engineering, and Math (STEM) Education for Americas Future [R]. Washington, D.C .2010.

[4][7]多尔.后现代课程观[M].北京：教育科学出版社，2009.

[5]赵中建.致力于STEM教育的“项目引路”机构[J].上海教育,2012(11).

[6]PLTW. Middle School Program [EB/OL] .http://www.

pltwcalifornia.org/view-content/13/Middle-School-Program.html.

[8]PLTW. High School Program [EB/OL].http://www.

pltwcalifornia.org/view-content/14/High-School-Program.html.

（责任编辑：方健华）