欧盟STEM横向技能评估研究进展及其启示

袁磊 张淑鑫 张瑾

[摘   要] STEM教育在世界各国开展，促进全球经济繁荣，但STEM劳动力市场仍存在短缺。为创建高质量的STEM学习和评估任务，欧洲一些国家尝试组织进行规模化的STEM教育评估政策实验，欧盟STEM横向技能评估项目在这样的背景下应运而生。在这个项目中，以STEM核心能力、STEM学习设计原则、形成性评价的任务特点、数字工具的主要特点四个维度搭建了STEM横向技能概念框架。文章在与我国现有的STEM教育现状的对比分析中得到如下启示：STEM能力与核心素养耦合协调，科学指导教育评估;以学生为中心，发展多样化的评估方式;适应教育现代化发展，促进STEM教育评估转型。

[关键词] 欧盟; STEM; 横向技能; 教育评估

[中图分类号] G434            [文献标志码] A

[作者简介] 袁磊（1978—），男，湖北鄂州人。教授，博士，主要从事信息技术教育应用的研究。E-mail：9761541@qq.com。

一、欧盟STEM横向技能评估

研究背景与意义

（一）STEM横向技能评估研究背景

近年来，STEM教育已经成为世界各国政府和教育政策制定者关注的重点，学习STEM被认为是未来全球经济繁荣的核心[1]。在劳动力市场中，越来越多的人认识到各级STEM工人即将出现短缺。欧盟委员会报告中提到，从2015年到2025年，对STEM专业和辅助专业的需求可能会增长8%，远远高于所有职业3%的平均增长预期[2]。大多数国家现在都意识到这一问题，并正在积极采取措施。然而，研究人员指出教育系统仍面临一些系统性的问题，主要是指现行的教育系统无法帮助学生理解如何利用STEM学科的知识去解决现实世界中的问题[2]。

有学者提出STEM教育的政策制定者可以通过采用一个连贯的概念框架来缓解这些系统性问题，该框架应概述四个学科之间的关系和实际整合[3]。这样的框架将对教师如何理解学习领域、感知目标、组织学习活动产生重大影响。它还应考虑评估的作用，并为有效的形成性和总结性评估制定指导方针[4]。教育工作者可以通过这个框架，来进行有效的STEM教育评估，同时也有助于他们了解学习进度和课堂实践。在美国，这一领域正在进行一些早期的工作，但在欧洲，仍需要进行类似的研究。STEM横向技能评估（Assessment of Transversal Skills in STEM），正是在上述背景下进行的创新政策实验项目，简称ATS STEM。目前在8个欧盟国家开展，涉及12个教育机构和政府组织的合作网络。该项目计划在7个国家（比利时、塞浦路斯、芬兰、爱尔兰、斯洛文尼亚、西班牙、瑞典）的120所试点学校进行，目标人群是10～15岁的STEM学生。STEM横向技能评估包括三个阶段：实验前阶段，成员与伙伴机构对项目的研究开发作出详细规划;实验阶段项目组成员在各个试点学校进行现场试验和评价; 实验后阶段进行了详细的数据分析，并给出了相关报告[5]。

（二）STEM横向技能评估研究的意义

STEM横向技能评估中，横向技能对于STEM教育至关重要，它们是指学生所应具备的STEM核心能力。包括批判性思维、沟通、解决问题的能力，协作、领导力以及数字工具的使用[6]。评估即是对事物进行价值判断的过程[7]。STEM横向技能评估是指对学生STEM核心能力的评估。STEM横向技能评估项目旨在加强对学生在STEM（科學、技术、工程和数学）领域横向技能的数字化评估，为教师提供有效和必要的数字评估方法，以发展学生在STEM教育中的横向技能[8]。该项目通过定制教师的学习设计来支持教学，以更好地满足学生的需求，并创造了如何利用新的模式来培养学生的STEM技能和能力的实际例子。根据教学、学习和评估方法的发展，项目具有广泛性，是最佳实例。

STEM横向技能评估对于学生，可以帮助他们参与跨学科学习过程以解决现实世界中的问题，通过形成性评估不断提高和发展他们的学习，体验现实世界中的问题是如何被解决的，为改善生活条件以实现可持续发展做出贡献。对于教师，可以使教师获得专业发展培训和教学资源库，开发和分享综合STEM课程的最佳实践，使用数字技术支持创新评估，培训如何有效使用形成性评估来支持学生学习STEM。对于政策制定者，有助于STEM数字化评估的有效综合模型创新，学习环境下的STEM综合课程开发，国家和欧盟层面的影响评估以及后续政策建议。

二、欧盟STEM横向技能评估研究内容

STEM横向技能评估项目在研究过程中先后共发表了5份相关报告。得出以下报告内容：1号报告和2号报告分别分析讨论了学校中的STEM教育相关研究以及欧洲各国关于STEM的国家政策。3号报告确定了形成性评估理论的关键思想和原则，并介绍了STEM数字化形成性评估概念和如何利用STEM数字化形成性评估来支持STEM横向技能学习的现状。4号报告调查了用于支持学习评估的各种技术增强工具和架构的潜力。5号报告基于上述四份报告以及已有的10个STEM教育框架提出了STEM领域横向技能评估的综合概念框架，如图1所示。ATS STEM概念框架提供了一个概念工具，帮助欧洲教育工作者对什么是综合STEM教育以及如何在学校使用一系列数字工具进行评估达成共识。其目的是利用这个框架来设计学习体验，对学生进行数字评估，并最终使他们能够发展横向技能。欧盟STEM横向技能评估研究内容也主要从该框架展开，详细论述了教师如何在教学中进行STEM教育评价，具体包括STEM核心能力、STEM学习设计原则、形成性评价的任务特点、数字工具的主要特点四个关键维度。

图1   欧盟STEM横向技能评估框架

（BUTLER D， MCLOUGHLIN E， OLEARY M， KAYA S， BROWN M， COSTELLLO E. Towards the ATS STEM Conceptual Framework. ATS STEM Report #5. [R/OL].（2020-05-01）[2021-02-10].http：//dx.doi.org/10.5281/zenodo.3673559.pdf.）

（一） STEM核心能力

1. STEM核心能力的确立

能力是指我们希望在学生身上培养的知识、技能和态度[9]。在设计STEM学习任务时，核心的STEM能力非常重要。1号报告通过对文献的分析确定了243种特定的STEM技能和能力，并从中提取了八种关键的核心能力，它们统称为ATS STEM概念框架中的STEM核心能力：问题解决、创新和创造力、沟通能力、批判性思维、元认知能力、协作能力、自我调节能力和学科能力。报告指出学生需要发展这八种核心的STEM能力，以解决复杂困难的日常挑战或问题。在设计的STEM学习任务中应该体现出来有针对性的核心STEM能力。当教师决定STEM学习任务中目标的核心STEM能力时，依照STEM横向技能评估框架中的STEM核心能力，思考学生在活动结束时可以培养什么样的能力。

2. STEM核心能力的评估要素

八种STEM核心能力具体包括：问题解决、创新和创造力、沟通能力、批判性思维、元认知能力以及写作能力。第一，问题解决可以定义为找到解决问题方法的过程。STEM课程应该为学生提供包括解决问题的活动在内的体验，从而提高学生对STEM的熟练程度。解决问题的能力包括以下要素： 提问、提出假设、寻找证据、询问和收集信息、处理信息、做出决定、找到解决方案。第二，创新和创造力是指通过运用想象力帮助自己想出一个新的想法。当学生使用这种能力时，要么创造一些东西有所发现或发明，要么在当前的问题下作出改进。第三，沟通不仅是社会关系中不可避免的一部分，而且也是成果的重要组成部分[10]。复杂的沟通和社交技能包括处理和解释来自他人的语言和非语言信息，以便作出适当的回应[11]。第四，批判性思维帮助学生系统地详细分析一个问题，把学生在学习过程中的发现结合在一起全面地理解它，并客观地评价它，从而对正在研究的问题作出判断。第五，元认知能力是意识到自己的思考过程，即自我认知的过程。元认知是认知的一个细分。认知是一种心理过程，包括记忆、注意力、语言的产生和理解、推理、学习、解决问题和作决定[12]。元认知能力包括以下要素：自我感知、注意自我想法、理解选择背后的原因、能够调整形势，自我适应性、系统地思考问题、准备好改变以适应不同的环境，即灵活性。第六，协作能力可以帮助学生与他人一起产生想法或找到问题的解决方案。当学生在完成任务并试图实现共同的目标时，可能需要与他人合作。协作在形成性评价中非常重要，协作能力可以与其他技能和能力联系起来，或者对其产生影响。第七，自我调节帮助学生在学习过程中成为一个在认知、动机和行为上积极的参与者。自我调节可能包括以下要素：工作自主、自我管理和自我发展、自我控制、不放弃一个很难完成的任务（即持久性）、毅力、可靠性、诚信和责任、激励自己、对工作和学习表现出积极的态度、诚实正直地做事[13]。第八，学科能力是指STEM学科所要求的知识、技能和态度。例如，在技术学科中可能需要编程语言，但在科学学科中却不需要。学科能力可能涉及以下要素： 对与STEM相关的理论知识和技能进行解释和论证、使用日常知识和技能进行实践、工程设计、算术能力和计算思维、解决数学问题、进行科学实验、有效地使用电脑、程序设计和编码[14]。

（二）STEM学习设计原则

1. 定义和概念化STEM教育

由于缺乏统一的语言规范，许多文献并没有对STEM教育给出明確的定义。1号报告从检索文献中得出一组核心定义，ATS STEM研究人员在2011—2019年期间采用和调整了这些定义，并总结了STEM教育的七个特征：STEM的核心能力;解决问题的方法;学科和跨学科知识;工程设计和实践;适当地使用和应用技术;现实环境的实践;适当的教学实践。这些特征结合在一起就是ATS STEM框架的STEM学习设计原则。如1号报告中所述，这些被进一步提炼为综合STEM教育的七个核心特征，第一个特征，即STEM的核心能力是ATS STEM概念框架的四个组成部分之一。因此报告将其他六个特征结合在一起作为ATS STEM概念框架的学习设计原则[6]。

2. STEM学习设计的六个原则

为了更好地促进STEM教育评估，欧盟STEM横向技能提出六大学习设计的原则。包括解决问题的设计和方法、学科和跨学科知识、工程设计与实践、适当的适应和应用技术、使用真实环境以及适当的教学实践。第一，解决问题的设计和方法。这是STEM学习设计原则其中一个，用于开发解决方案和促进探究[15]。第二，在综合STEM教育中，跨学科知识与学科知识同等重要。在STEM学习设计原则中，需要有目的地整合来自不同STEM学科的知识。第三，工程设计和实践探索是用于识别和解决问题的过程。工程设计和实践的过程可能包括以下要素： 识别问题、探索、设计、创建、尝试、改进、得出结论。第四，技术既可以被视为促进教学的工具，也可以被视为作为课堂实践的一部分而产生的产品或服务[16]。第五，将主题与现实生活联系起来，使学习对学生更有意义。在开发STEM任务时，所有其他原则都可以参考现实环境，因为在综合STEM任务中，使用真实环境是一个基本原则。第六，适当的教学方法可以是指导性的教学方法。如基于设计的学习、内容的实际应用以及合作学习等等。这一原则涉及以设计为基础的学习，即让学生参与技术或工程设计，同时参与形成性评价[17]。

（三）STEM横向技能评估中的形成性评价

当评价信息被用来改善教与学时，评价是形成性的[18]。形成性评价内在地需要理解教学目标、学生目前在实现这些目标方面的进步以及学生为了缩小目前的成就与最终目标之间的差距必须做些什么。形成性评价的特点主要有反映STEM学习设计原则、促进反馈、引出学习证据、整合STEM内容。

首先，当教师设计一个综合的STEM任务时需要：反映STEM学习设计原则、采用建构主义的学习观、整合STEM内容、阐明并分享学生在完成一项任务时期望能够做什么、知道什么。在形成性评价中，分享学习成果和阐明成功标准是提高学生学习质量的关键之一。

其次，设计一个完整的STEM任务应该要具备提问和讨论的环节。使用提问和课堂讨论策略可以包括用问题鼓励学生跳出固有的思维模式、用问题和任务来引出学生的学习兴趣、让所有学生参与课堂讨论、给予每个人平等的机会。提问和课堂讨论是形成性评价的重要一环。

再次，同伴评价和自我评价通过激活学生作为自己学习的主人或者互相提供教学资源来提高学习[19]。当采用同伴评价和自我评价时，重要的是： 有明确的成功标准，同时采用匿名提供反馈，鼓励学生相互提供建设性的反馈。

最后，给予和使用反馈通过及时提供针对学习结果目标的有效反馈来推动学生的学习。反馈是形成性评价中非常重要的一部分。学生必须对反馈做出回应，这样才会被认为是形成性的。反馈可以分为四类： 关于特定任务的反馈、对流程的反馈、与自我调节相关的反馈、针对个人自我的反馈[20]。与过程和自我调节相关的反馈对促进学生学习最有帮助。针对个人自我的反馈是没有帮助的，因为它关注的是作为一个人的学生，而不是针对教学目标。

（四）STEM横向技能评估中的数字化应用

数字化应用以更及时的方式提供反馈，对以前难以测量的结构和过程进行评价，提供更细致的学习信息，反馈过程更加自动化，为学生合作提供更多的机会。在评估过程中，包括数字化形成性评价、发送和显示、处理和分析、交互式的环境，数字工具应该是功能性的。也就是说，数字工具应该有效地服务于它的目的。功能支持发送和显示，处理和分析在一个交互环境。因此，在STEM横向技能评估框架中指出数字评估工具应该具备的三大特点。首先，数字工具应该是灵活的。数字工具应该能够适应教学情况，并且易于修改。灵活支持对不同学习类型的评估。其次，数字工具应该是实用的。数字工具应该提供将理论付诸实践的机会，而且要简单有效。实用性同时也需要教师的专业判断。再次，数字工具应该是有用的。数字工具应该能够用于实际目的，或者能够以多种方式使用。有用性通过促进对学习结果和目标的及时反馈来帮助提高学习。

在欧盟STEM横向技能评估中，提出了一个全面的数字化学习模式，如图2所示。在这种学习模式下，由学习活动网络主导学习结果，同时进行评估、扩展和重新设计技术。使用电子档案袋三级开发过程（存储库、工作区和展示）收集学习的证据，嵌入“我的学习”不断反思循环。由学习模式可以看出，通过数字化应用来更加全面地进行形成性评价。

可以说数字化形成性评价是形成性评价的技术增强版。当建立一个互动的环境时，教师使用科技让学生自我评价和同伴评价。学生与教师互动，共同修改学习成果。学生和教师在线上讨论并构建目标。数字化形成性评价任务把评价看成教学过程的组成部分，用以评估学生的思维能力、学习能力和教学内容的掌握情况。

图2   数字化学习模式

（SZENDEY O， OLeary M， SCULLY C， BROWN M， COSTELLO E. Virtual Learning Environments and Digital Tools for Implementing Formative Assessment of Transversal Skills in STEM. ATS STEM Report #4. [R/OL].（2020-09-18）[2021-03-02].http：//dx.doi.org/10.5281/zenodo.3674786.）

三、欧盟STEM横向技能评估研究的启示

通过对欧盟STEM横向技能评估内容的分析，我们可以发现世界范围内的STEM教育评估体系开始趋向全面化、系统化。根据对欧盟STEM横向技能评估内容的思考，产生以下几点综合性建议与启示，希望可以供国内STEM教学中的评估设计参考。

（一）核心素养耦合协调，科学指导STEM评估

欧盟STEM横向技能框架对学生的STEM核心能力进行了详细的分类，明确了教师应考察学生什么能力，以及能力水平评估中应具备的要素。通过对学生展示出来的表现行为的操作化定义，使教师可以了解学生在学习阶段中对知识、能力等方面的掌握正处于什么阶段。由此可见，合理的教育评估内容可以指明我们对学生的期望，并帮助教育者创造更好的学习环境以支持这些目标的实现。当下，我國的STEM 教育评估还处在探索阶段，如何结合国内实际教育现状和需求明确适合国内学生的STEM核心能力成为问题的关键。

教育部2016年印发的《中国学生发展核心素养》，将核心素养分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养[21]。针对我国教育国情而提出的核心素养教育理念与欧盟STEM横向技能评估框架中所提到的STEM核心能力有着共通之处。

在目标上，核心素养是对教育终极目标的追求，体现在课程开发和教学实践之中。STEM教育就成了联系核心素养培养和教育目标实现的重要桥梁[21]。STEM核心能力是指学生需要发展八种核心的STEM技能和能力，面对未来，可以解决复杂和困难的日常挑战或问题。可见，核心素养与STEM核心能力在本质上都旨在提升学生解决问题的意识与能力，二者都希望培养学生面向未来的能力。

（二）以学生为中心，发展多样化评估

欧盟STEM横向技能评估中，使用形成性评估和总结性评估相结合的方式，并提出分享学习成果和阐明成功标准、提问和课堂讨论、同伴评估和自我评估、给予和使用反馈四个策略。注重设计跨学科的STEM学习任务，让学生有机会发展一系列STEM能力，支持以学生为中心的教学方法，确保评估与学习结果相适应，同时设计STEM形成性评估策略，以更好地满足学生的需求，组织和发展灵活的STEM学习方法。STEM教育是整合的，需要其对应的评估也是系统的、整合的。在实际教学中，学生的表现不可能用哪一种方式判断好与坏[22]。

STEM课程打破传统课堂中“教师生动讲，学生被动听”的尴尬局面，教师将不再是知识来源的唯一通道，知识也不仅仅是课本上已有的结构化的内容[23]。因此，在STEM教育评估中，应以学生为中心，教师不再维持自己作为“专家”的角色。需要以学生为中心，将评估方式多元化。多元化的评估方法帮助教师多维度地了解学生并进行更高效的教学，同时对学生来说，可以更好地理解STEM学科内的重要思想和实践。

21世纪的学生必备的STEM核心能力要求其必须能够调整自己的思维并且自主思考。学生是学习过程的主导者，应该具备自己决定学习目标、选择学习方法、设定评价标准的能力。以学生为中心的评估方式多样化，将诊断性评估、总结性评估和形成性评估结合观察。在诊断性评估中，对学生的学习中存在的问题进行有针对性的解决，及时反馈。良好的诊断评估有助于教师把学生适当地分置在教学顺序中，正确找出妨碍学生学习的原因，从而保证教与学的成功。形成性评估过程中以反馈调控和改进完善为主要目的。通过诊断性评估中对教学方案、计划、过程的分析，及时反馈，及时改进、调控，以达到提高教学质量的目的。总结性评估对教育活动作出总结性的结论，甄别优劣，鉴定分等，为各级决策人员提供参考依据。通过三种不同的评估方式相结合的方法，可以清楚地定位学生水平以及教学结果，了解学生学习过程，客观地看到学生多方面能力的发展。

（三）适应教育现代化，促进评估数字化转型

教育现代化是独立探索的、漫长的实践过程，在这个过程中，以新教育学理论为指导，探索建立全新的师资队伍、运作方式、标准和规范[24]。在STEM教育评估中，数字化的学习环境不同于传统的学习环境，它增强了教师的评价能力，同时也为学生参与到评价过程提供了技术支持，甚至学生可以自己主导评价。学习环境作为基础性建设，对青少年综合素质的形成和培养至关重要[25]。在这种数字化学习环境中，学生在技术工具的支持下对评价拥有了更多的知情权，甚至能够参与到评价的过程。数字化的应用使学生能够面对适当的挑战，并捕捉学生学习过程中对知识的掌握程度。正如当下热门的AR技术依托于虚拟现实技术发展起来，应用于STEM教育评估时能够营造出虚拟元素和真实场景相融合的教学环境，生动形象地表现多种教学内容，使学生充分体验并掌握知识，提高技能[26]。可见，在教育现代化中，促进STEM教育评估中数字化轉型尤为重要。

首先，完善数字化教学设备和资源。在STEM教育中，越来越多地将数字化工具与学习结合起来，加强学生对数字化工具的使用，从而简化数据收集。在这些数字化应用中可以使学生实现真实的“动手”学习。关注数字化工具开发，将更多的数字化应用于STEM教育评估是非常有必要的。

其次，重视培养教师数字化素养。数字素养被看作在新技术环境下使用数字资源、有效参与社会进程的能力。将数字化工具融合到STEM教育评估开发中，需要一个设计过程，在这个过程中，教师要掌握关键的知识、技能和能力。教师在实际教学过程中需要具备较强的数据采集与分析意识，注重通过智能技术与常规问卷等数据采集渠道，收集学生学习过程中产生的多样态数据，同时借助多元化的平台工具积极开展多元化的数据分析探索[27]。要做到这一点，就需要考虑教师所需要的数字化知识、技能和能力，以及他们必须利用这些资源来展示他们所知道和能够做的事情的情况。因此，教师需要掌握使用数字资源的能力，培养数字化素养是促进评估数字化转型的关键一环。

四、结   语

传统以知识为核心的人才素质结构越来越难满足未来社会的发展需要，沟通能力、创造能力、协作能力、思辨和解决问题的能力成了21世纪人才应具备的基本技能。STEM教育正是在这样的背景下产生的，以关注科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）及数学（Mathematics）四门学科及其之间的相互整合的教育运动。随着STEM教育运动的不断推进，相应的STEM教育评估也被越来越多的学者提及。如何建立有效的STEM教育评估系统成了各国政府、STEM教育研究者、政策制定者所关注的研究。欧盟STEM横向技能评估项目也应运而生。通过对欧盟STEM横向技能评估研究进展中产生的成果内容进行分析，发现我国在STEM教育评估中有许多可以借鉴的地方。

在评估内容上，明确STEM核心能力、定义和概念化STEM教育评估，细化评估要素分类，使教师在评估中有可以依据的量表。同时，结合我国本土特色，将核心素养与STEM教育评估要素耦合，以文化基础、自主发展、社会参与三大层面作为支柱，从学会学习、健康生活、责任担当、实践创新、人文底蕴、科学精神六个细分作为评估要素，科学地指导STEM教育评估。评估方式上，以学生为中心，注重发展多样化的评估方式。将诊断性评估、形成性评估和总结性评估相结合。在评估工具上，适应教育的现代化，促进数字化转型。随着科技进步，数字资源越来越丰富，促进教育评估的有效工具越来越多，在此基础上也应关注按教师专业发展，这是一个系统性和长期性并存的过程，要用全局性眼光去看待，可以依托相关项目或平台稳步推进和开展[28]。总之，STEM教育评估体系规范化、全面化的建立，将会对我国STEM教育产生积极的影响。

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