优化科学中心对STEM教育的贡献

马克·哈克林

任 杰②编译

优化科学中心对STEM教育的贡献

马克·哈克林①

任 杰②编译

STEM教育能够发展学科知识和智力技能，这对于推动创新从而应对全球经济、社会和环境挑战是十分重要的。在全球化和数字技术颠覆传统科学教育的情况下，STEM教育的能力也是年轻人掌控就业主动权的关键。科学中心在直接实施STEM教育以及间接提升社区对STEM重要性认识的方面发挥着重要作用。本文主要阐述三个问题:亚太地区国家实行STEM教育的现状如何?新的就业环境如何影响年轻人对STEM教育能力方面的预期和他们的要求是什么?科学中心如何优化其对STEM的贡献?

STEM教育；科学中心；全球化

我们国家正面临着经济、社会和环境的重大挑战，只有通过良好的科学、技术、工程和数学教育才能克服这些挑战。由于这些现实问题是典型的结构差异，我们要求从事这一工作的人员借鉴来自多个学科的知识和技能，并逐渐将重点放在 STEM教育上。STEM指的是科学、技术、工程和数学，目前已独立成为一个专门的教育学科，使学生能够从中独立学习其中的每一学科。人们不仅越来越多地关注学生在科学、数学和技术教育中的成绩标准和参与度，还关注学生如何将其学到的知识进行跨学科应用来解决实际问题。由于我们的农业和采矿业经济从低技术制造转型为高科技制造，服务和产品以专业知识为基础，青少年又可以改变工作性质，许多就业形式已经被自动化、计算机化和数字化类型所替代，并且出现了支持和推动新技术发展的新型工作形式。人们广泛认为这种新工作形式需要通过SETM教育来发展个人能力。

科学中心如何应对不断变化的经济环境?如何在提高整个社会对STEM教育的认识和参与的广泛议程中发挥作用?回应这一呼吁的首要表现即是将科学中心的使命与愿景从科技层面扩展到 STEM教育中。比如说，Scitech①译者注:Scitech是由西澳大利亚州政府所支持的从事STEM教育的非盈利机构。的使命修改后成为了“提高所有西澳人对科学、技术、工程和数学的认识、兴趣、能力和参与度”(www.scitech.org.au)。但是，科学中心如何将这一意向落实到STEM进程中?就像正规教育一样，非正规教育正面临着侧重于STEM教育的挑战。本文将探讨三个主题:STEM教育的学科成绩和参与度，青少年进入劳动力市场必需的新能力，以及科学中心如何提高对STEM的认知和参与。

一、STEM教育的学科成绩和参与度

由于科学和数学素养对于个人的人生际遇以及国家的繁荣和幸福度至关重要，科学和数学的成绩标准将定期通过国际评估计划进行评估，比如数学及科学趋势研究(TIMSS)②译者注:TIMSS是由国际教育成就评价协会(the International Association for the Evaluation of Educational Achievement，简称IEA)发起和组织的国际教育评价研究和评测活动。以及国际学生评估计划(PISA)③译者注:PISA是Program for International Student Assessment(国际学生评估项目)的缩写，该项目是一项由经济合作与发展组织统筹的学生能力国际评估计划。主要对接近完成基础教育的15岁学生进行评估，测试学生们能否掌握参与社会所需要的知识与技能。。这些国际计划可以使国家将其作为基准互相监督，并监控这些结果随着时间而产生的变化。对这些数据(例如Martin等，2012；OECD，2014)[1，2]和 教 育 领 域 的(OECD，2015)[3]大学毕业生汇总结果为科学和数学教育提供了宝贵的参考信息。

(一)较低的教育标准

一些国家的STEM教育标准远低于其他国家的水平，从而限制了这些国家的经济和社会发展。比如说，新加坡和新西兰15岁学生的数学成绩在2012 PISA评估中的差异相当于两年的学校教育。

(二)太早失去国际竞争力

2011年的4年级TIMSS评估数据表明亚太地区各个国家的平均分数差距很大，即便是早入学的4年级学生也是如此。例如，韩国平均分为587(第1名)，比泰国平均分472(第36名)高出了115分。

(三)个别国家学生在STEM教育方面的素质较差

在一些国家中，很少有学生获得高标准成绩，还有太多学生甚至未能达到最低成绩标准。在2011年的TIMSS评估中，新加坡是4年级学生成绩最高的国家，其中43%的学生达到了最高标准，只有6%的学生低于国际标准。成绩较差的国家中，低分数学生较多而高分数学生较少，因此，这些国家的人们在STEM教育方面的素质较差，而只有少数高成就人群可以推动创新发展。

(四)STEM教育存在性别差异

男生和女生在小学和中学的科学和数学成绩存在差异，以及STEM大学毕业生中的女性代表人数不足。为什么在2012 PISA评估中英国的女生在科学成绩上平均超过英国男生13%，但是在数学成绩方面日本的男生又平均超过日本女生18%呢?这些男生和女生的天赋和人力资本是否得到了充分开发?不可避免地，我们看到了STEM大学教育层面反映出的不同表现。2012年，日本的自然科学和工程类毕业生只有14%为女生。男生和女生在STEM学校教育和科学中心的学习中有不同的机遇吗?

(五)弱势群体缺乏天分开发

这在2012 PISA数据分析中可以得到证明。在数学方面，澳大利亚的原住民和非原住民学生的平均分数差异约等于2.75年的学校教育；而在科学方面，社会经济地位最低和最高的学生之间的平均分数差异约等于2.5年的学校教育。在澳大利亚等国家，为了增加职业培训和高等教育中的STEM毕业生数量，需要在社会群体的弱势地区提供大量的教育机会。

(六)对数学的享受和兴趣缺失越来越受限于参与性和成绩

数学是一门入门学科，因为数学能力是在职业培训和高等教育等领域获得成功的先决条件。尽管各个国家的学生认识到了数学在深造学习和职业规划中的重要性，还是只有一些成绩较低国家的15岁学生对此感兴趣(2012 PISA评估中美国有37%的学生)并享受(50%的美国学生)数学学习(内在动机)。如何让数学变得更加有趣和令人享受呢?如何提高这些学生，尤其是女生对数学的参与度呢?

科学和数学成绩数据提出了重要问题，比如男生和女生以及成功接受STEM教育的弱势群体在这方面的机会，以及科学中心如何应对这些挑战。TIMSS和PISA是科学和数学学科在成绩和素养方面相对传统的方式；但是，我们必须提出“对学科知识的把握是否是青少年在亚太地区新兴经济体中寻求稳定未来最重要的学习成果”这一问题。

二、经济转型和“新基准”

澳大利亚最近的三项报告显示职场的快速转型已经影响到了我们当前教育体制下的学生(CEDA，2015；Deloitte AccessEconomics，2015；PriceWaterhouseCooper，2015)。[4，5，6]在这些学生毕业后可能从事的大部分工作中，职业教育和高等教育已经不复存在。这些报告的结果非常引人注目，要求我们深刻反思如果这些学生能够成功驾驭不断变化的就业环境和越来越依赖于科学和技术的社会环境，他们需要的是什么样的能力。

新数字技术可以让自动化、电脑化设备和机器人来执行各种常规和重复性工作。对颠覆性数字化职场的建模显示澳大利亚“几乎有500万种工作很有可能在接下来的10年或20年间被替代，进一步研究显示，其中大约18.4%的职业有可能不再发挥其作用”。[4]Price Waterhouse Cooper的分析显示:目前澳大利亚有44%的工作很可能在接下来的20年内受到数字技术的影响。[6]而能够在接下来的几十年存活的工作大都是要求有高水平的社交能力、技术能力和创造性智慧的工作。

Price Waterhouse Cooper认为，增长最快的职业中有75%要求具备STEM能力，澳大利亚雇主在选择具备STEM能力的员工时最有可能选中那些最具创新性的人员。广义的STEM能力包括:“批判性思维和解决问题、分析能力，好奇心和想象力”，这些都是未来进入职场所需的关键性“生存技能”。[6]

这一系列更普遍的能力通常就是我们在教育或21世纪技能中所指的“新基准”，这一技能还包括高阶思维能力。Brookhart认为高阶思维能力还有一般形式，也是我们所谓的21世纪技能的核心:

1.转移技能:掌握所学内容并将其应用在新形势中的能力；

2.批判性思维技能:判断信息和参数的可信度并对其做出正确决断或决策的能力；

3.问题解决技能:借鉴已有知识和高阶思维能力找出解决问题的方法的能力。

其它具有重要意义的数字化能力不仅仅是评估和传播信息，还包括控制系统的能力，这就要求有计算逻辑和编码能力，澳大利亚现在超过90%的工作都要求有传播和查询信息的数字化能力，至少50%的工作需要配置和构建系统的高级技能。Owens还强调了企业技能的重要性:自2012年以来，OECD的报告①译者注:OECD是Organization for Economic Co-operation and Development(经济合作与发展组织，简称经合组织)的缩写。OECD是由35个市场经济国家组成的政府间国际经济组织，旨在共同应对全球化带来的经济、社会和政府治理等方面的挑战，并把握全球化带来的机遇。OECD成立于1961年，目前成员国总数35个，总部设在巴黎。就显示出企业技能的发展比特定学科技术型知识在长期的工作成就和表现方面的预测能力更为强大。除了这些智力技能外，有效的沟通和协作对工作团队的表现来说也是至关重要的。[7]

三、科学中心如何应对这些挑战?

我们已经了解到:随着经济转型和工作性质的变化，相应的职场能力也发生了变化。“新基准”包括:推动创新思维的一般高阶思维能力和推理能力，高级数字化能力、企业沟通和协作能力，以及具体的学科素养和STEM学科的理解能力。也出现了对正规教育改革的建议，比如澳大利亚首席科学家Ian Chubb教授就认为我们应该优先考虑以好奇心驱动和问题解决为基础的STEM学习——基于实践的 STEM 教育[8]。Hackling提出STEM教育的改革要注意三个问题:

能够使我们的学生驾驭新的就业环境中最有价值的STEM能力是什么?

学生们在培养这些能力的过程中需要怎样的STEM实践?

以及老师在确保学生在有意义和真实情景下参与STEM学科实践过程中应该完成怎样的任务和采取什么样的教学方法?[9]

以解决问题为基础的学习[10]为那些需要在真实情境下解决实际问题的青少年提供了创造机遇的方法，这些问题要求青少年以跨学科方式将知识和技能应用到团队协作中，尤其是现代化工作场所。科学中心的问题则是如何将这些已经提出的问题传达给非正规教育部门。

根据分析，科学中心应该得到以下启示:

(一)继续重点关注有吸引力的、可激发STEM兴趣的交互式体验，增强学生对STEM研究和职业规划的参与度，这是比只关注科学而言更广泛的关注。

(二)确保展品设置在真实情境下，并向到访观众提出STEM学科进展中的现实问题，提高其高阶思维和推理能力，以产生新职场所需的结果。您的展品:

1.是否展示了一个亟待解决的问题?

2.是否会引起对科学、数学以及技术学科相关的优先思考?

3.是否要求到访观众以新方式应用这一优先思考来更好地理解展品?

4.是否要求到访观众想出解决展品问题的方案以便更好地理解科学、数学或工程学科?

5.是否能让到访观众想出如何将这些新的理解应用到他们的日常生活体验中?

(三)把学生和STEM专业人士整合到一起，以便男生和女生都能在STEM领域内找到适当的模型和机会，以便我们可以开发所有人的天分和能力。

(四)传统的数学课程缺少内在动机，所以科学中心有机会将重点更多地放在有兴趣的学生和有吸引力的数学学科上，以增加高层次数学科目的参与度，打开STEM学习和职业规划的大门。

(五)注重学校的推广以及教师专业能力的提升活动，提高弱势群体和少数民族的入学率；弱势群体可以增加 STEM的毕业生人数。

(六)意在提高STEM参与度的干预措施需要从幼童时期抓起；若早期缺失国际竞争力，后期的干预措施缺少成本效益。

四、结语

高层次的STEM认知能力解放了青少年，使他们可以更加自主地控制人生，并为他们提供了进入全球化和数字经济颠覆性社会的新就业机会。优化科学中心对STEM教育的贡献对巩固教育基础有着显著而广泛的影响，提高了创新能力和生产力；减少了青少年就业和对技术移民的依赖性；同时培养了应对气候变化和人口增长等全球性挑战的能力。

[1]Martin M.O.Mullis，I.V.S.Foy，P.＆Stanco G.M.(2012).TIMSS 2011 international results in science.Amsterdam，The Netherlands:IEA.

[2]OECD(2014).PISA 2012 results in focus:What 15-year olds know and what they can do with what they know.Retrieved from:https://www.oecd. org/pisa/keyfindings/pisa-2012-resultsoverview.pdf.

[3]OECD(2015).OECD science，technology and industry scorecard 2015.Retrieved from:http:// www.oecd-ilibrary.org/science-and-technology/ oecd-science-technology-and-industry-scoreboard-2015/tertiary-education-graduates-in-naturalsciences-and-engineering-2012.

[4]CEDA(2015)Australia's future workforce. Retrieved from http://www.ceda.com.au/ research-and-policy/policy-priorities/workforce

[5]Deloitte Access Economics(2015).Australia's digital pulse.A report prepared for the Australian Computer Society.Retrieved from http://www.acs.org.au/_data/assets/pdf_file/ 0006/69720/02062015-Australias-Digital-Pulse-FINAL.PDF.

[6]PriceWaterhouseCooper(April 2015)A smart move.Future-proofing Australia'sworkforce by growing skills in science，technology，engineering and maths(STEM).Available at:www.pwc. docalytics.com/v/a-smart-move-pwc-stem-reportapril-2015.

[7]Owens，J.(2015).Media release:Young people hardest hit in the new work order.Retrieved from http://www.fya.org.au/2015/08/23/mediarelease-young-people-hardest-hit-by-new-workorder/.

[8]Office of the Chief Scientist(2014).Science，technology，engineering and mathematics:Australia's future.Canberra:Australian Government.Retrieved from:http://www.chiefscientist.gov.au/wp-content/ uploads/FINAL_STEMAUSTRALIASFUTURE_ WEB.pdf.

[9]Hackling，M.W.(2015)Preparing today's children for the workplace of tomorrow:The critical role of STEM education.International Journal of Innovations in Science and Mathematics Education，23(3)，59－62.

[10]Savery，J.R.(2006).Overview of problem-based learning:Defnitions and distinctions.Interdisciplinary JournalofProblem-BasedLearning，1(1)，9－20.Available at:http://dx.doi.org/10.7771/ 1541-5015.1002.

Optimising Science Centres'Contribution to STEM Education

Mark W Hackling
Translated by Ren Jie

Science，Technology，Engineering and Mathematics(STEM)education develops the disciplinary knowledge and intellectual skills that are critical for driving the innovation required to address global economic，social and environmental challenges.STEM capability is also the key for young people to navigate the employment landscape changed by globalization and digital disruption.Science centres play a key role directly in STEM education and indirectly through raising community awareness of the importance of STEM.The paper will address three questions:How well are Asia-Pacific countries performing in STEM education?How is the new employment landscape impacting on young people's prospects and requirements for STEM capabilities?How can science centers optimize their contribution to STEM education?

STEM education，science center，globalization

① 马克·哈克林:西澳大利亚州埃迪斯科文教育研究院名誉教授，澳大利亚主要的科学教育家之一，曾与他人合著过三篇国家科学教育现状评论，并领导了多个课程、评价、专业学习和评估项目。

② 任 杰:中国科学技术馆科研管理部助理研究员；研究方向:科技馆与大众媒体、科技馆的社会语境、国际科技馆组织；通讯地址:北京市朝阳区北辰东路5号；邮编:100012；Email:rj2010fzj＠hotmail.com。