欧美国家STEM学校内涵与标准的比较研究

江丰光 杜娟 刘彦秋

[ 摘 要 ] 尽管STEM教育被纳入教学变革与人才培养的重点发展方向，但STEM学校的内涵仍存在许多争论和不确定性。基于欧、美等国家地区现有的STEM学校标准，通过内容分析法分析其共性与差异，提炼出STEM学校建设的内涵与标准框架。该框架内圈为STEM学校的基本指标，包括学校教学、学校人员和学校文化。中圈框架为三大基本指标建设的整合，其中学校教学的建设指标包括多元活动、科创特色等;学校人员的建设指标包括领导力管理团队、跨学科教研团队等;学校文化的建设指标包括尊重、平等、合作等。外圈框架为共同体的资源整合，主要包括产学合作共同体、研学合作共同体、参学合作共同体以及政产学研共同体。旨在通过框架提炼，为我国未来STEM学校的建设提供参考。

[ 關键词 ] STEM教育;STEM学校标准;概念框架

[ 中图分类号 ] G434  [ 文献标识码 ] A  [ 文章编号 ] 1005-4634（2021）06-0041-07

0 引言

美国为了提升科技人才的竞争实力，在全美各地区建设以STEM教育为主的全纳（Inclusive）学校[1-2]，培养具有STEM能力的学生[3]，并将STEM教育作为美国在教育领域的优先项目[4];在欧洲，学生在科学方面存在成绩较低的问题，与此同时，随着对STEM专业人才的需求不断增加，欧洲的一些国家开始重视STEM教育并制定战略，以提升学生的STEM素养[5]。世界各国也看到STEM教育给国家竞争力带来重大影响，因此各个国家在国策层面上都有所行动，例如：英国、德国、日本、澳大利亚、芬兰等国家在近几年也开始大力发展STEM教育[1];STEM教育不仅需要为年轻人提供应对高速发展的技术社会所应该具备的知识与技能，还需要为他们提供如何塑造自己未来的方法与工具[5]，也就是说，培养具有STEM能力的人来面对社会或科学发出的挑战是非常重要的[5]。各个国家对STEM能力培养的实践表明，STEM教育可以促进学生的科学探究能力、创新意识、批判性思维、信息技术能力等未来必备技能的培养，这会对他们以后的人生产生持续性的影响[6-7]。

基于此，STEM能力在21世纪发挥着至关重要的作用，而STEM教育将培养STEM能力作为首当其冲的任务。如何进行更好的STEM教育，就涉及到如何建立一所适用于STEM教育的学校，STEM学校以跨学科融合的方式主要进行科学、技术、工程和数学的学习，还需要进行多元文化的支持来为学生提供平等学习STEM的机会，这才会形成一个基础的STEM学校概念[2]。那么什么样的标准才能确定一所学校是STEM学校，以及学校教学策略、教学人员的安排又是什么呢[8]？基于这个问题，本研究探讨了欧、美等国家地区现有的STEM学校标准，总结其共性和差异性，提炼出STEM学校的基本内涵与标准，并根据我国的现状，为我国未来STEM学校的建设提供有价值的参考与建议。

1 文献回顾

1.1 欧、美 STEM教育现状

由经济合作与发展组织的国际学生评估项目（Program for International Student Assessment，PISA）2015年的调查结果可知，在72个国家和经济体的评估中，只有16.7%的青少年在科学表现中显现较高的水平。但与此同时，STEM专业的人才供不应求，劳动力出现短缺[5]。美国联邦政府的指导方针和措施表明了他们对于STEM学校成功的基本因素的探索[6-7]，在实现自身使命的同时，也在实现扩大STEM人才储备的更广泛的社会目标[9-10]。在奥巴马总统的第一个任期内，美国总统科技顾问委员会（The United States President′s Council of Advisors on Science and Technology，PCAST）在2010年建议在未来10年内创建1 000所新的STEM学校（200所高中和800所中小学）[11];2012年PCAST加了一项建议，在未来10年将STEM大学的毕业生数量增加100万[12];在欧洲国家，由于对STEM专业人士和教师的需求不断增加，欧洲国家通过制定为STEM教师提供职前与在职的培训和为学校领导提供指导和评估工具的战略改善STEM教育和学习以及职业发展[5]，STEM学校的建设也在欧洲不断地进行丰富与改善。

1.2 我国STEM教育现状

在国家大政策的驱使下，我国各地开始积极探索STEM教育的推进方式，如北京、上海、深圳、江苏、成都等地陆续开展STEM教育活动与政策通知等。随之，民间也出现了很多具有影响力的STEM教育机构，如上海STEM云中心、柴火空间等[13]。在这样的形势下，STEM的教育理念在一定程度上得到了推广。虽然目前我国STEM教育已经表现出繁荣的趋势[14]，且STEM教育亦纳入国家战略发展政策，但我国的STEM教育仍存在很多根本性问题，如缺少跨部门单位协调的STEM教育国家战略的顶层设计，社会联动机制不健全，缺少打通学段的整体设计，STEM学校标准与评估机制尚未建立与缺乏国家或地方教育局主导层面的学习共同体STEM项目等[1]。其中，关于STEM学校的标准是一线教学中的重点，从已有成熟STEM学校的国家中可以得知，STEM学校非常注重跨学科学习，以及对于学生的21世纪技能的发展，并支持学生对于STEM的实际应用[15]。STEM学校关注教师的合作，以及有计划地安排时间来支持教师在STEM教学和课程开始实施之前的计划制定，并发挥教师的专业特色[16]。STEM学校是学生进行正规STEM教育的主要环境，因此STEM学校的内涵与标准切实影响着STEM教育的开展与实施，只有建立相关的STEM学校内涵与标准，才能保证STEM教育的健康发展。

2 研究方法

本研究选取欧美国家目前已有的相对成熟的STEM学校标准，由两名研究员运用内容分析法对选取文件与报告进行分析，选取文件包括美国威斯康星洲（Wisconsin）STEM教育项目的元素列表、美国芝加哥（Chicago） STEM高中的8个基本要素、美国亚利桑那州（Arizona）STEM沉浸指南、欧盟（European）STEM学校的关键要素和标准、欧洲荷兰（European Flemish）STEM框架的原则等5个地区STEM学校的相关资料及指导文件。其中美国威斯康星洲（Wisconsin）通过STEM教育项目自我评价大纲对STEM教育项目进行评估，并认为STEM团队成员应该包括教师、管理员、学生、高等教育代表、企业领导人、社区成员和其他[17]。美国国家自然基金会（National Science Foundation，NSF）在2012年资助“STEM学校”项目中提炼了代表美国STEM综合学校所采用的共同目标和策略的8个要素，分别是：学习的个性化;基于问题的学习;严谨教学;职业、技术和生活技能;学校社区和附属;外部社区;员工基础;外部因素[15]。美国亚利桑那州科学基金会（Science Foundation Arizona，SFAz）于2012年推出了亚利桑那州STEM网络并提出了学校与地区整合STEM教育的综合框架，即STEM沉浸指南[18]。STEM沉浸指南包含4种级别的沉浸式，分为探索型、介绍型、部分浸入型和完全浸入型。欧盟在进行STEM学校的内涵与标准的制定时，分析了STEM学校的概念和现有定义、框架和分类[5]，对STEM学校给出了一个有代表性的定义[5]。荷兰将“STEM行动计划2012—2020”的8个行动目标：（1）提供有吸引力的STEM教育;（2）加强对STEM教师的招聘与培训;（3）提升学生对STEM职业的认识与选择;（4）吸引更多女生选择STEM课程和专业;（5）集中培养优秀学生;（6）随时调整所提供的STEM课程;（7）鼓励政府部门、企业、科研机构与STEM学校合作;（8）提升社会对STEM专业的认可度[19]。由于各个国家STEM学校的内涵与标准之间具有差异性，因此本研究将其与我国国情结合讨论我国STEM学校应该具备的内涵与标准。在此基础上研究者制定初步分析维度，主要包括学校人员、学校STEM教学、学校的社会关系以及学校文化4部分，并不断修定，最终归纳整理出STEM学校的标准和内涵，资料的收集来源如表1所示。

3 欧美STEM学校内涵与标准的关键要素

本研究对欧美STEM学校相关资料进行分析，最终提炼出学校人员、学校STEM教学、学校文化、学校社会关系4个关键要素，并分析总结STEM学校的内涵。

3.1 学校人员

STEM教育在学校的合作是相互连接的，并非各个部门独立运行。如表2所示，研究者将学校人员划分为教学人员和非教学人员，其中非教学人员又分为教学支持人员和学校的领导团队。教学支持人员主要包括学校的STEM咨询处、学校的STEM相关工作人员，负责STEM活动进行并提供人员保障。在教学人员方面，STEM专业教师是必不可少的重要教学实施者。所有STEM学校的基本要素都是教学人员，也可以称之为STEM专业教师，这是STEM学校的基础。由于STEM教育的跨学科整合特征，STEM教师需要拥有定期的、结构化的协作时间，来进行高效的分享，包括教学实践、课程整合、教学材料的分享等[20]，注重跨学科的教师之间的交流合作，并定时进行专业反思，确定STEM教育中的重点以及课程评估，从而有效调整课程[19]。同时，STEM专业教师在教学过程中指导学生进行STEM活动，为学生提供参与开放式探究和解决问题的机会，加强STEM内容与真实世界、职业的联系。对于非教学人员中的教学支持人员，其也是STEM教育实施中的重要保障，但领导团队并不一定是所有STEM学校都具备的要素，比如荷兰STEM学校政策和美国威斯康星州STEM学校标准都没有领导团队。教学支持人员应该定期安排STEM教师的专业培训，为STEM课时进行合理安排以达到与学科课程之间的协调，或者为学生的STEM课程提供专业性建议，促进STEM课程的持续性发展等。教学支持人员应明确其角色分配与职责，建立用于衡量评估的计划审查，积极加强与家庭、社区、企业构建合作。对于学校中的领导团队，包括学校的理事会、管理团队等，重点在于对于STEM课程的支持，强调领导以身作则[18]，创设利于STEM教育开展的环境和氛围，建立长期发展的愿景，整合以年为单位的协作教师团队。

3.2 学校STEM教学

STEM学校一般具有独立开发STEM主题和课程的能力，据此特点，本研究在学校课程方面进行归纳，如表3所示，将学校课程划分为课程设计、教学实施、教学评估、教学设施等维度。在课程设计方面，每个STEM学校都会注重自己学校的STEM课程开发能力，并根据自己所处地区的特色来开发STEM主题课程。通常情况下，建议结合动手学习、合作学习、探究学习、问题解决的学习和技术增强的学习来进行教学设计与实践[20]。在教学实施方面，STEM教师应注重使用个性化教学、基于问题的教学、探究式教学、语境化教学等教学方式[5，15，17，19]，整合各个学科的特点，重视学生的小组协作，并在指导学生探索STEM主题活动、项目、职业时使用各种计算机技术。教师着重将课堂上的课程和学生在现实世界的经历连接起来，促进学生解决真实问题能力的提升[5]。在教学评估方面，教师常用的评估方式主要是个性化评估、持续化评估、基于项目的评估和学生的自我评估。其中，评估应与21世纪技能相匹配，并将评估的结果用于课程的优化和改进[15，17，19]。在教学设施方面，主要包括学校内部的设施和技术，是指学校实验室、进行项目学习的工作室;以及一些在学习过程中会接触的虚拟现实的设备技术[21];校外合作的设施和技术主要指与社区等场所进行合作时所涉及到的一些设施和技术，如博物馆场地等。

3.3 学校文化

STEM学校应该拥有包容性的文化教学氛围，包括尊重文化、开放共享文化、合作文化、公平文化、信任文化和学习文化，陶冶学生的情操。如表4，合作文化和公平文化在学校文化中占有主要地位[5，15，17，19]，这也是STEM学校培养STEM人才的基础。尊重文化是指教学人员与非教学人员、学生之间建立起足够的尊重，STEM学校应设计相应的评价系统去评估和提升教学人员、非教学人员之间的相互尊重[17]。开放共享文化是指创建一个开放共享的文化环境，教学人员在这个环境中进行课程共享，从而共同进步;学生之间进行项目共享，从而共同学习。合作文化是指创建良好的合作环境[18]，包括教学人员与非教学人员进行合作，即非教学人员为教学人员提供好的支持和服务;教学人员之间进行合作，即STEM教师通过合作商讨课程改进方案以及未来授课方向;学生与教学人员之间进行合作，即合作完成STEM课程。公平文化是指所有学生都可以在STEM学校基于预备知识，选择个性化的STEM课程;学校关注有特殊需要的学生，为其提供住宿或具体的招聘工作[5];让每个学生都可以进行公平的入学考核，并获得学校的支持。信任文化是人与人之间交往的前提[19]，这里是指教学人员与非教学人员彼此之间建立起足够的信任、良好的学校关系;教学人员与学生之间建立信任，学生能够更加自由地参加学校的课外活动，提升自身的能力。学习文化是指在STEM学校营造良好的学习环境，包括教学人员对学生的文化熏陶、学生之间相互学习，进行良性竞争。

3.4 学校社会关系

STEM学校的社会关系旨在将现实世界的问题与课堂教学连接起来，让所有学生更加深刻地了解STEM的职业发展与应用，如表5所示。美国地区和欧盟地区STEM学校的社会关系较为丰富，唯有荷兰地区的STEM学校和社会关系较为单一，仅与其他学校、教育平台、研究中心之间存在联系。在STEM学校的社会关系中，与企业进行联系时，企业能够为学校提供资金以及相关的设备支持，且企业专业人员能够帮助STEM学校更好地进行STEM个性化课程的设计;与父母、监护人进行联系时，STEM学校可以定期邀请学生的父母、监护人参加学校组织的工作或活动，从而获得其对学生STEM教育的支持;与其他学校、教育平台、研究中心进行联系时，合作伙伴在STEM学校中主要起着支持教学的作用，通过合作将现实世界的一些实际问题与课堂教学相关联;与大学进行合作时，大学可以为其提供开设学术职业规划（Academic Career Planning）的项目以及ACP相關的双学分认证，做法主要是将学生在中小学所培养的技能与大学技能相关联[19]。还有一些以STEM为教育重点的学校与大学或者基金会建立良好的关系，这样能够帮助其获得更多的资金支持或设备支持，为STEM教育的开展创造有利条件[21]。与当地社区合作时，STEM学校能够合理利用社区资源（例如社区的自然区域[5]），充分发挥当地社区的特色来进行本土化STEM课程的创设。

4 我國STEM学校建设的内涵与标准

STEM教育是未来教育的重要组成部分。这种教育模式也在一定程度上显示了未来教育模式的趋势。通过对欧美国家STEM学校内涵的分析，研究者提炼出STEM学校建设的内涵与标准，如图1所示。内圈为STEM学校的基本指标，即学校教学、学校人员、学校文化。中圈框架为我国STEM学校的建设指标的整合，其中学校教学的建设指标包括多元活动、科创特色、区域特色、多元教学、全面评价、职业特色和融合生活等;学校人员的建设指标包括领导力管理团队、跨学科教研团队、研究支持人员、学生成长顾问和民主管理制度等;学校文化的建设指标包括尊重、平等、合作、信任、开放、分享、学习和探究等。外圈框架为共同体的资源整合，主要包含4种类型，即产学合作共同体、研学合作共同体、参学合作共同体以及政产学研共同体。

4.1 内圈框架

（1） 在学校教学方面，STEM学校应具有独立开发STEM课程的能力，结合STEM项目中学科整合的特点，突出科创特色，进行多元化活动，在教学实施的过程中注重多样化教学，如个性化教学、基于问题的教学、探究式教学等。而在评估方面也有革新，如个性化评估、持续化评估、基于项目的评估以及自我评估等，改变传统的单一化评估方式，重视过程性评价。由于STEM课程为学生提供真实世界的学习机会和职业探索，因此各地区STEM学校应结合当地特色开发系列本土化课程，并制定相应的课程标准，与学段内容和目标相连接。同时，STEM课程的培养重点还应与人才需求相匹配，注重课程与学生未来学术生活、职业生活之间的联系，为学生的未来职业发展提供支持，培养符合人才需求的具有批判性思考能力、创造力、良好沟通能力、合作能力的创新型人才。

（2） 在学校人员方面，学校管理团队应该有发展STEM项目的意识，能够在学校层面，根据学校情况进行有效的整体规划，采用民主管理制度，更深入地推进STEM教育，为STEM教育的开展创造良好的条件。学校研究支持人员也应为STEM教师的专业发展提供机会，促进跨学科教师组队，并积极与STEM教育专家进行交流合作，促进优质课程的设计与实施。不仅如此，关于学生的未来职业发展及规划等，学校也应配备学生成长顾问进行STEM专业支持。

（3） 在文化建设中，STEM学校由于其跨学科的特点，应创建包容性的学校文化。在STEM学校中，一个互相尊重、合作分享、开放平等的学校氛围是非常重要的。学生在这样的环境中以信任和尊重的方式对待他人，可以更好地发挥才能，培养学习与探究的文化与精神，获得更高的成就。因此，在创建STEM学校的过程中，需要注重文化建设，加强学生与教学人员之间的联系、教学人员与非教学人员之间的联系，共同促进STEM学校的人才培养。

4.2 外圈框架

外圈框架是STEM学校的共同体的资源整合，该共同体主要包含四种类型，即产学合作共同体、研学合作共同体、参学合作共同体以及政产学研共同体。为了应对教育与社会产业公司等融合发展的形式，精准对接学校与社会要求的人才需求，产学共同体可起到很好的桥梁作用。STEM学校可以与企业等联合建设创新基地与实践基地，消除社会与学校之间人才培养方面的代沟。同时，某一区域的STEM资源合作，可构建STEM教育共同体，大大发挥区域的教育职能，帮助学生更好地进行STEM教育。在STEM学校，父母或者其他监护人对于学生学习过程的参与是非常重要的，因此参学共同体顺势而生。STEM学校与各个国内外大学联合进行学生研学项目，促进学生对于整体学习的认知发展，培养学生的研究能力与探索精神。最重要的是地方政府加大资金投入进行研究，加大政策扶持力度，多个渠道扩充学校资源，比如创建地区的STEM学校地图、场馆资源地图、STEM企业资源地图、社区资源地图等，为跨校合作、校馆合作、校企合作、校社合作提供指南，使教师在进行STEM教育活动规划时，能够有效利用资源[22]。构建政府、行业、企业、学校以及家庭协同发展的政产学研共同体，让STEM学校成为社会和国家人才培养的摇篮。

5 结束语

随着我国本土STEM课程的兴起与对创新型人才培养的关注，STEM学校的兴建需要强有力的支撑，因此本研究提炼出STEM学校建设的内涵与标准框架，该框架内圈为STEM学校的基本指标，它们分别是学校教学、学校人员、学校文化。中圈框架是STEM学校的建设指标的整合，其中学校教学的建设指标有多元活动、科创特色、区域特色、多元教学、全面评价、职业特色和融合生活;学校人员的建设指标有领导力管理团队、跨学科教研团队、研究支持人员、学生成长顾问和民主管理制度;学校文化的建设指标有尊重、平等、合作、信任、开放、分享、学习和探究。外圈框架是共享体的资源整合，主要包含4个共同体，分别为产学合作共同体、研学合作共同体、参学合作共同体以及政产学研共同体。以期该框架可为STEM学校提供具有实践意义的指导。

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Abstract Although STEM education is included in the key development direction of teaching reform and talent training， there are still many controversies and uncertainties in the connotation of STEM schools. This study is based on the existing STEM school standards in Europe， the United States and other countries and regions， and analyzes their commonalities and differences through content analysis， and extracts the connotation and standard framework of STEM school construction. The inner circle of the framework is the basic indicator of STEM schools， including school teaching， school personnel， and school culture. The middle circle framework is the integration of three basic indicators. The construction indicators of school teaching include multiple activities， science and innovation characteristics， etc.; the construction indicators of school personnel include leadership management teams， interdisciplinary teaching and research teams， etc.; the construction indicators of school culture include Respect， equality， cooperation， etc. The outer circle frame is the resource integration of the community， which mainly includes the industry-university cooperation community， the research-academic cooperation community， the school-participating cooperation community， and the government-industry-university research community. This research aims to refine the framework and provide a reference for the construction of STEM schools in China in the future.

Keywords STEM education;STEM school standards;conceptual framework

[责任编辑 孙 菊]