STEM教育创新引领美国教育未来

2017-12-20孟令豹

教育家 2017年43期

文 / 本刊记者孟令豹

STEM教育创新引领美国教育未来

文 / 本刊记者孟令豹

移动互联网、人工智能的发展使得高新技术逐渐渗透到人们生活的方方面面，新技术与不同领域不同产业的结合、产业内部结构的重构、产业效益的大幅提升等无不体现着人类正向数字化、智能化时代迈进。

飞速发展的科学技术重塑了人类社会，改变了人们的认知观念，在全球化日益深入的背景下，知识、科技在各国参与国际竞争、推动经济发展、制定国家发展战略等核心事务中发挥着日益重要的作用。优秀人才是提升国家综合实力和核心竞争力的重要因素，而具有科学、技术、工程、数学多学科融合素养的人才在各国抢占科技革命高地、优化资源配置、发展新兴产业、实现产业智能升级、促进经济良性发展中发挥关键作用。STEM教育采取灵活的教学方式与学习方式，打通学科壁垒，加强科学、技术、工程、数学等学科之间的联系，让学习人员在真实情境下开展深度学习，培养高水平技能人才与创新人才。

新世纪以来，以美、德为代表的发达国家纷纷把发展STEM教育置于国家行动的战略高度，在国家层面制定政策措施，促进STEM人才培养，整合各方面力量，不断加大STEM教育领域的投资，促进STEM教育发展，向“保持卓越，领导世界”的STEM教育的终极宗旨进发。作为最早开始重视STEM教育的国家，美国拥有系统化的STEM教育相关政策、课程、师资培训及资金配套制度，也是中国实施STEM教育的主要研究对象。

美国STEM教育的第一份政策指导文件是美国国家科学委员会于1986年发布的《本科的科学、数学和工程教育》。1996年，美国国家科学基金会发布的《塑造未来：透视科学、数学、工程和技术的本科教育》强调改善本科STEM教育、K-12 阶段（幼儿园阶段到12年级阶段）STEM教师师资的培养。美国STEM教育于2006年2月发布了《美国竞争力计划》，标志着STEM教育进入了快速发展阶段。2007年10月，美国国家科学委员会在国会大厦宣布了“美国科学、技术、工程和数学教育体系重大需求的国家行动计划”，后续四年中先后发表三份报告提出促进STEM 教育的国家行动计划，并制定了《K-12科学教育框架》《新一代科学教育标准》等文件，STEM教育促进项目就此在美国全面展开。2011年，奥巴马推出的新版《美国创新战略》报告强调，政府要关注教育改革，尤其要重视STEM教育。2016年9月14日，美国研究所与美国教育部联合发布的名为《STEM 2026：STEM教育创新愿景》的报告，对未来STEM教育的发展提出了更多的指导。

美国的STEM教育发展的显著特点是：政府大力推动，社会各方面力量齐心协力，学校作为主要实施场所。美国政府一方面把STEM教育放在提升学生素质教育的重要位置，另一方面不断增加STEM教育经费的投入。社会各方面力量为美国STEM教育的课程与评估指标的设置、师资的培养、教育目标的实现等方面做出了重要贡献。

基于学生在STEM学科上的学业水平差距明显与基础普遍较差的现状，奥巴马政府加大了K-12阶段的STEM教育发展力度，关注学生STEM素养的提升；美国精英高中面向特定群体招生（STEM资优生或弱势群体），提供严格的STEM课程、充足的STEM教学时间、丰富的STEM教育资源和优秀的STEM教师等。美国相关学生成绩取得的上升与其重视STEM教育是分不开的。

STEM课程与评估指标美国STEM教育课程通常注重发挥学生创造性，面向生活世界与社会发展的主题不断更新内容，多样化的选择机会满足了学生个性化的需求。中国教育科学研究院STEM教育研究中心发布的《中国STEM教育白皮书》认为，“项目引路”是全美范围内规模最大的技术教育项目之一，其优质的课程、注重实践的教师培训、强有力的保障措施和有效的合作途径在全美范围内产生了广泛的影响。“项目引路”一直致力于初中和高中STEM课程的开发，不过近年也已开发出一套小学的STEM课程。其中，初中课程包括“技术之门”，高中课程包括“工程之路”和“生物医学科学”，小学课程包括“初等工程课”等。

STEM教育流程 STEM教育以学生为中心，其教育活动设计主要包括：准备阶段——学生选择所需的工具与资源，综合运用所学知识，在分析、选择、设计等过程中提升逻辑判断能力、资源选择能力与自主思考能力；实施阶段——学生自主完成活动任务，通过不断的探索、实验提升知识运用能力、探索创新能力；改进阶段——让学生填写改进建议，吸引作者积极参与，借助教师引导来培养学生批判性思维能力、创新能力；反思阶段——巩固与完善学生的认知结构，优化学生的知识结构，拓展其知识新领域。

STEM教师培养计划奥巴马政府十分关注STEM教师的培养，在2009年实施的“为创新而教计划”中提出，五个公共与私营部门在未来五年内要为一万多名未来教师提供培训，且支持现有十万多名STEM教师的专业发展；在2012年的“尊重项目”中，为打造一支全美STEM学科最优秀的教师队伍提供了巨额资金；在2014年的“STEM国家人才培育策略”中，提出了包括实现各州STEM创新网络合作、培训优秀STEM教师、建立STEM专家教师团、资助STEM重点学校和增加STEM科学研究投入等措施在内的具体规划。

教育培训认证美国STEM教育针对教育工作者、社会人员和项目提供三种类型的培训。面向教育工作者与社会人员的培训认证基本一致，培训内容包括个性化的指导、撰写课程计划概要、STEM教育人员认证。面向项目的教育培训认证主要通过项目活动及工作会议来解决教育工作者关注的问题，90%的相关学校的职工必须参加项目认证，包括每个现有项目中至少有一位管理者、一位研究员。

关注弱势学生群体美国STEM教育强调教育公平，倡导关注弱势学生群体（特别是女性和少数族裔的学生），鼓励STEM教师到贫穷地区和少数族裔地区教学，以此来缩小教育差距，满足弱势群体的教育需求，提高弱势学生群体参与STEM学习的兴趣与机会。美国政府首先明确了该领域弱势群体的需求问题，然后发挥信息技术优势，提高弱势群体学生的STEM参与度，最后通过针对性的教学、培训等工作使STEM教育项目延伸到弱势群体。

社会各界齐心协力作为连接政府、社会力量与学校教育的桥梁，以“变革方程”为首的一批民间组织机构在推动STEM教育的过程中扮演了极为重要的角色。美国在推进STEM教育的过程时，从不认为这份职责单一地属于学校，而是力图挖掘社会各方面的力量（特别是企业界的力量），共同推进STEM教育的普及与发展。作为一个致力于中小学STEM教育推广的公益机构，变革方程是在盖茨基金会和纽约卡内基公司的支持下由多位商界精英和社会名流创办的，利用美国商界的投资、资源、影响力推动STEM教育，承诺扩大优秀STEM项目在学校、社区的覆盖范围。

STEM课程源于美国对基础教育在理工科领域的式微而进行的反思。随着STEM课程体系的发展与改善，以及学生全面发展与整合课程的需求，最初的STEM中增加了“A”（Arts，人文艺术学科）成为STEAM；继而又最新增加了“R”（wRiting，写作能力）成为STREAM。这个发展演变也传递出关于未来学校发展的重要信息。

STEM教育到STEAM教育 STEAM教育是在原有STEM教育基础上加入了“艺术”，这里的“艺术”并不是狭隘的艺术，其包含了较广泛的人文艺术科目，涵盖社会研究（social studies）、语言（language）、形体（physical）、音乐（musical）、美学（fine arts）和表演（performing）等。艺术加入科学、技术、工程、数学教育中，是对这四类课程的良好补充，能帮助学生优化不同学科知识的理解与应用。STEAM教育的理念是以数学为基础，通过工程和艺术来解读科学和技术，STEAM教育支持学生以学科整合的方式认识世界，以综合创新的形式改造世界，培养他们解决问题的创新能力。这反映了由具体内容向整体学科、由单学科向多学科、由单领域向跨领域、由独立向整合、由专才向通才的价值转向和态势，即未来学校的学科与课程发展趋势和价值导向。

STEAM教育到STREAM教育 STREAM教育是在STEAM教育基础上加入了“写作”（wRiting）。美国新的STREAM教育理念认为，R代表的写作能力将在未来学校教育中占有举足轻重的地位。写作是科学教育乃至各个领域中非常重要的能力和素养，强调写作能力的目的是使高素质专业人士能够胜任撰写报告、实验材料的工作，以及满足与人顺畅交流的需要。阅读是知识的输入形式，而写作是知识经过思维逻辑的整合和分析处理乃至创新构建以后的输出形式，写作能力反映的是一种高水平的学习与创新能力。团队合作是未来学校最看重的核心素养之一，而写作是团队合作最重要的呈现方式和渠道。美国曾经做过一项调查研究，将本国获得诺贝尔奖的科学家同美国国家科学院、英国皇家学院等声誉卓越的研究机构的科学家以及一般的科学家做对照研究，其差别主要表现不在于不同群体的科学素养水平，而在于其写作能力。

为促进STEM教育的发展，确保各年龄阶段以及各类型的学习者都能享有优质的STEM学习体验，解决STEM教育公平的问题，《STEM 2026：STEM教育创新愿景》提出了六个愿景：网络化且参与度高的实践社区；加入特别设计的游戏和风险的学习活动；包含用跨学科方法解决“大挑战”的教育经验；创新技术支持的灵活且包容的学习空间；创新且具操作性的学习测量；促进多元化且多机遇的社会文化环境。力求在实践社区、活动设计、教育经验、学习空间、学习测量、社会文化环境等方面为美国STEM教育发展助力。

当然，实现STEM教育的新愿景，需要多个利益相关者的参与和协作，考虑到地方背景不同、经济发展不均衡及历史偏见等因素，《STEM 2026：STEM教育创新愿景》总结了美国STEM教育的八大挑战：促进公平的STEM教与学经验和资源；培育参与度高且网络化的STEM实践社区；重新设计课堂活动以提高趣味性和风险性；开展早期STEM教育；打破STEM学科间及与其他非STEM学科间的分界；重新构想学习空间；开发创新且可操作的学习评价方式；赋予STEM新面孔以促进多元化、多机遇的社会环境。

《STEM 2026：STEM教育创新愿景》是美国STEM领域几十位专家学者根据美国国情提出的对STEM教育未来十年的规划与展望，提供具体事例应对存在的调整，具有明确的指向性。可以说，这份报告对我国STEM教育发展规划和研究定位具有重要参考意义。