数字时代STEAM教师专业发展策略研究

张一鸣 白 欣 夏焕春 向金

（1.首都师范大学 a.教育学院；b.初等教育学院，北京 100037； 2.北京一零一中学，北京 100091； 3 西安交通大学附属小学，陕西 西安 710048）

STEAM教育是集科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）和数学（Mathematics）于一体的跨学科教育，旨在培养学生基于项目设计解决真实问题的能力。近年来，STEAM教育在我国备受关注，得到迅速普及和发展，教育界对于STEAM教育的研究和应用日渐深入。STEAM教育的高质量发展和成熟也就使得专门从事STEAM教育的教师专业发展问题受到越来越多的关注。在如今的数字时代，作为“数字原住民”的青少年儿童，在数字化相关的知识储备、个人能力与生活经验等方面比成年人更具优势。在这样的时代背景下，教师的权威性面临新的挑战。教师会收到学生来自课本之外的各种问题，也需要能够从学生的角度观察和理解世界。数字时代教师只有不断提升自己的能力和素质以适应和促进学生的发展，才能更好地培养学生的核心素养，落实立德树人根本任务。

一、数字时代STEAM教师专业发展的必要性

（一）数字时代为数字反哺提供必要条件

随着互联网和新媒体技术的快速发展，作为“数字移民”的中老年人和“数字原住民”的青少年之间逐渐出现一道“数字鸿沟”，代表着两个群体在数字设备接入、使用技能、知识素养等方面存在差距。在这一背景下，“数字反哺”的概念应运而生。“反哺”一词出自晋代成公绥《初学记·鸟赋》中的“雏既壮而能飞兮，乃衔食而反哺”一句，意为雏鸟长大后，衔食喂母鸟。数字反哺也即年轻一代在数字技术和新媒体使用上对年长一代的反哺[1]。现如今，教育领域的知识体系在不断扩大，需要具有快速适应能力的新兴力量来接纳这些迅猛的变化。数字技术为青少年儿童的学习提供了强有力的技术支撑，他们往往能够快速地接受新兴科技，在许多知识和技能方面都会比家长和教师学得更快、更多。数字时代，教师已然不再是知识的唯一来源，学生开始“反哺”教师，晚辈开始“反哺”长辈。这种时代的趋势给教师的传统权威带来巨大挑战，教师的职业角色亟待变革与重塑。

数字化的学习背景为新生代开辟了广阔的学习空间和学习资源。以大数据、人工智能、物联网等信息技术为专业基础，依托着各类智能设备和网络平台，正在产生丰富且多样化地帮助学生学习、承载更多知识的信息化学习平台，如数字教材、空中课堂、网络学习云平台等，能够满足学生随时随地学习个性化知识的需求。学生的学习环境和学习方式是多种多样的，如多领域的信息资源、多媒体的知识呈现方式、简单易学的操作等都为学生的自主学习提供了便利。此外，海量的数字化学习资源每天都在不断更新，各个领域的专业人士都可以通过互联网分享各类优质内容，各种软件提供的社交平台能够为学生匹配虚拟教师与合作对象，学生能够组建线上的学习小组，使学习更显开放性和互动性。学生可以通过自主选择的方式查找自己感兴趣的学习资源，并对相关内容进行深入研究。

（二）数字时代变革与重塑教师角色

置身于以技术为支撑的数字时代，教师作为知识传递者、课程执行者、学习监管者的传统角色正在受到空前挑战[2]。教师如今面对的学生，是大数据迅速发展背景下具有丰富学习渠道、多样知识储备的新生代，在数字化驱动的大背景和无形的压力下，教师角色必然发生转变。对于学校而言，信息化与网络平台的全方位普及使得校内与校外的界限日益模糊，不再仅仅局限于单纯的师生关系与生生关系，校内外师生、教师与家长、教师与社会的联系可以跨越时间与空间，彼此之间的联系更加紧密。随着师生关系的多元化发展，教师在面对知识储备更加丰富的学生时，师生关系变得更像相互促进和共同对话的伙伴关系，而非传统的主动教授与被动接受的权威型师生关系。

近年来，学习科学的研究为科学学习提出一些原则：包括教师要从学生已有概念开始教学活动，关注前科学概念（日常概念）；学生的理解既需要事实知识又需要概念框架，应围绕核心概念组织教学；学生需要知道“科学”意味着什么，需要参与探究实践活动；元认知方法使学生能够自我监控[3]。对全球科学教育而言，这些原则是实现以科学素养为目标的理科教学实践的重要指导。可以看出，这些原则的核心都在于以学生的学习为中心。

教师角色逐渐由单纯的课堂知识传递者转变为课程研发者与学生自主学习的引领者，也是学生构建知识与框架的辅助者和促进者，课堂不再是“一言堂”，而是需要教师创设一个师生互动的教学环境。因此，数字时代教师需要主动重塑自身作为教育者的角色，当教师角色得以改变时，学生的角色也会相应发生转变，学生才能成为课堂中知识与信息加工的主体，真正实现新课改所要求的从“教育者为中心”转向“学习者为中心”，践行“主导—主体相结合”的教学。教师和学生、新教师和老教师、不同学科的教师之间才能形成一种共生发展的学习共同体。

二、数字时代STEAM教师专业发展的典型案例

国内外关于STEM教师、STEAM教师、创客教师的专业发展问题近年来有许多研究（STEAM教师与STEM教师、创客教师等不同称谓所指代的教师群体在现实中具有重合性，本文不作区分），主要围绕STEAM教师所需要的能力和素养、STEAM教师培训的现状和问题以及比较分析主要发达国家和地区在STEAM教师培训方面的探索和实践[4]。世界各国都存在STEAM教师短缺的问题，我国的STEAM教师短缺问题较为严重。对我国7省抽样调查结果显示，农村小学STEAM教师的缺口比例为37.3%，城市小学的比例为14.5%，80.5%的STEAM教师没有理科背景，大多数STEAM教师从事科学、综合实践活动、艺术等学科的教学工作不足5年，表明STEAM教师存在流动性大、稳定性缺乏等问题[5]。《中国STEM教育白皮书》指出，缺乏国家级教师培训项目的示范引领是我国STEM教育面临的重要问题[6]。2018年，中国教育科学研究院STEM教育研究中心发布《STEM教师能力等级标准（试行）》，从5个维度构建出STEM教师能力指标体系，为STEM教师培训工作的开展提供了重要依据[7]。

在此背景下，许多区域和中小学校积极引入先进理念，创新STEAM教师培训形式，有效提升了教师STEAM教育能力。例如，北京市海淀区教师进修学校探索跨学科的教研机制，尝试研发基于项目的STEM教学案例，提升教师跨学科整合教学的能力，开展了STEM教育教师能力提升的专项研修，吸纳、整合或改进学校教师已有的STEM课程教学案例，通过体验式研修促进教师专业发展[8]。本课题组对众多优质中小学校走访调研发现，S小学和B中学在教师培训方面的实践案例最具典型性和代表性，培训项目能够深度融合理论与实践，巧妙运用数字反哺促进STEAM教师专业发展，这些理念和经验对于其他区域和学校开展STEAM教师培训项目非常具有借鉴价值。

（一）S小学案例

在S小学的机器人课堂中，教课的不是教师，而是一群小学生。现在，学生给教师讲课在S小学的课堂上已经成为常规。课堂的设计者起初是由于读到物理学家费曼的文章，对费曼学习法产生了兴趣，所以在课堂上发起了“把自己学到的讲给他人听”的行动。这样的课堂产生了意想不到的效果，学生在思维的广度和深度上明显优于没有实施该行动的班级。

数字反哺的优势不仅在于知识的传递更加新鲜、更加贴紧时代，而且还有利于教师自身的专业化成长。为了凸显数字反哺的独特性和对教师的激励性，S小学在STEAM师资培训中大胆采用了这种“学生教老师”的模式，特别是第二届中国创客教育论坛暨STEAM教育应用提升培训会议期间，全国各地的STEAM教师参加了多达10余场的STEAM工作坊，均是由学生主讲、教师担任助教，这种模式下教师感觉既新奇又不敢怠慢，生怕自己在学生面前露丑。

经过问卷及走访发现：83%的教师认为这种翻转课堂模式可以激发自己学习的动力，参与活动的主动性和积极性要高于普通教师的授课模式。究其原因，受访者都认为学生授课模式有利于教师出于职业操守的原因而保持精力集中，即便起初自己可能对该问题或者内容并不感兴趣；对于同样内容的培训，如果换作普通教师进行授课，91%的教师选择会根据其授课水平和内容是否有兴趣进行学习，不会强制自己的精神高度集中。从这一点上来说，数字反哺对STEAM教师的培训产生了深远影响。

除在师资培训中关注数字反哺外，S小学也经常将数字反哺引入到公开课教学中，在STEAM全校教学研讨会上，每个小组的同学都会邀请一位教师参与到自己的小组合作中来，甚至扮演非常重要的角色，比如参与到方案的设计、作品的制作、成果的汇报等环节。在整个活动中，往往不是教师指导学生，更多的是学生指导教师，因为这些学生都有了较为扎实的STEAM项目式学习的技术积累和实战经验。观摩课上的材料不仅有为学生准备的，而且还有为听课教师准备的。学生不但要完成自己的项目，还要请听课的教师和自己共同完成，这种设计有利于听课教师更深入地体验STEAM项目的全过程和体会设计者的思路，而且也有利于学生将自己所学转化为一种能力，即教会他人，从而对所学的知识和技能获得更深入的理解。

这种数字反哺在课堂中的应用效果良好：第一，激发了学生的学习热情，因为学生可以自主设计课程内容，并将所学内容教给教师；第二，也检验了学生的学习效果，这种检验不是在教师讲完课之后进行的，而是伴随着课堂同步进行；第三，还促进了STEAM教师的师资培养，对于教师而言，观摩一节课不仅仅是听课，更多的是同步学习，并且接受学生们的指导。

数字反哺在S小学机器人社团的训练中同样被广泛应用。项目的先驱者往往都很大方地把经验传给教师和后来的学弟、学妹，并且还经常向教师发起挑战赛。在这样的学习环境下，S小学诞生了20多位机器人竞赛世界冠军，并且有相当多的学生后来进入了国际、国内知名大学学习相关专业，许多学生已从事相关行业，这些走出去的优秀学生也会定期地反哺学校，他们为学校进行技术培训已经成了常态，这也成了S小学机器人社团的一个优良传统。

（二）B中学案例

B中学针对学校教师队伍及学校的总体基本情况进行统筹规划，开创了全新的“链式培养”方案。方案针对教师队伍总体呈现出的高水平与高标准的特点，不仅可以满足不同发展阶段教师实现自主性和差异化的发展需求，更满足了B中学因学校规模的扩大所导致的教师整体专业发展问题。所谓“链式培养”是将不同发展阶段的教师结成一条相互关联、实时互动的链索，其核心在于形成前辈哺育后辈、同辈互哺、后辈反哺前辈的校本研修氛围，保证处于不同年龄、学科、学历、职称的教师都能够在自己的经验起点上匹配到适合的学习与研究内容，发挥自身专长，实现自身的个性化发展。

基于这一机制，B中学内部组建了由处于各个发展阶段的、不同类型的教师组成的专业发展共同体，保证每个教师都能在组内找到适合自己进行学习的方向与内容，并且也能通过发挥自身的专业长处去推动其他教师进行专业发展活动。另外，学校教师发展中心还专门成立了学习科学研究所，组织所有相关教师进行研究学习，将学校办成既能培养拔尖创新人才，又能促进教师发展的“双基地”，让教与学贯穿始终，师生相互学习、相互滋养。与此同时，针对新入职的青年教师，B中学会启动“青蓝工程”，也就是“链式培养”方案的一环，以师徒结对的形式对青年教师进行个性化培养与指导。学校、教学师父和徒弟签署协议，郑重约定旁听课程方面的事宜。这样的拜师结对促使优秀老教师和高学历新教师相互交流和获取资源信息，使学历和经验在碰撞中产生新的变化。

众多教师从中获益良多，例如教物理的W老师，从高校读完博士毕业，没有任何教学经验；同时，作为非师范专业毕业生，在教育教学方面也缺乏教育理论知识。于是，学校安排了两位教学师父带她，她通过跟着师父大量听课，很快有了明显进步。在参加新入职教师交流培训、听专家讲座、集体备课等活动后，她逐步地适应了中学教师的角色，成功提升了教学基本功。经过几年的历练，W老师已经适应了学校的教育教学工作，不仅负责学校多项兴趣小组的工作，更是作为学校STEAM项目的带头人，组织引领学校内的各位教师一起进行交流探讨，带领学生陆续斩获了多个奖项，以实际行动为学校争得了荣誉。

“链式培养”方案的实施将教师的课堂教学与教研活动有机结合，并且打破各种界限，将多种主题纳入探讨范围，通过纵横贯通的配置促进了教师间的深度交流，实现了处于各层次、各专业教师的交流互通。高学历的新手教师可以将先进理念带入学校中，对青年骨干教师和专家级教师产生启发，而同辈教师之间相互交流与切磋，形成了彼此间的互补互助、共同发展，最终实现全体教师的整体性进步和发展。

三、数字时代STEAM教师专业发展策略

（一）翻转课堂促进STEAM教师专业发展

翻转课堂是对传统课堂进行翻转，学生提前在家中或者在学校上课前完成相应的任务，并进行自主学习的过程。在这种新型的教学模式下，教师往往会给学生布置学习内容或阅读任务单、听相关的微课或者填写配套的课后练习作业等，这就要求教师具备制作微课的能力，学习并应用视频与音频网络软件，制作出图文并茂、吸引学生的微课课件。同时，在“双减”政策背景下，教师还需要具备设计以学生核心素养发展为导向的作业的能力，提升作业设计能力水平，实现作业育人。翻转课堂教学模式下，课堂成为学生自己的赛场和舞台，他们通过小组合作的方式，针对在课前自主学习中遇到和发现的问题进行讨论，并在教师的指导下进一步探究并解决问题。在这种同学之间、师生之间的思维碰撞与交流中，提高学生的课堂参与感和主观能动性，并在交流过程中产生新的认识与想法，帮助学生构建全新的知识体系[9]。

在学校之外的非正式学习场所同样可以实施类似的翻转课堂。博物馆、科技馆、动植物园等经常会开设面向青少年儿童或教育工作者的项目，以培养青少年儿童的社交技能，提高他们在STEAM方面的能力。研究发现，在非正式学习场所，青少年讲解员对参观者的体验、学习和信息的记忆保留有积极影响。观众与青少年讲解员互动时，表现出更高的参与度和兴趣。影响最大的是9～11岁的儿童，在他们与青少年讲解员互动时，信息保留水平明显增高[10]。由此可以看出，教师可以创造教育环境为数字反哺提供条件基础，进而让学生作为教育者向教师进行教育反哺，以保障教师的学习效率。

翻转课堂不仅能够促进学生能力的提升，同时也能够促进教师的专业发展。尤其是对于STEAM教师，在教学内容和教学的新技术方面都面临着很大的挑战。数字时代知识更新十分迅速，STEAM教师在进行备课时就需要能够查阅最新的知识资料，开阔自身的教育专业视野，将科技知识联系现实生活，设计完备的翻转课堂方案。学校也可以通过组织学生与教师开展科技比赛、学生给教师讲课等方式激发教师在STEAM教育方面的热情和动力。实践证明，翻转课堂能够促进STEAM教师不断提高专业素养，提升课堂组织与管理能力，实现自身的专业发展。

（二）学习共同体促进STEAM教师专业发展

学习共同体是基于社会文化理论及社会建构主义视角，由享有共同愿景和学习目标的学习者、助学者所构建的学习团体。许多学校已经形成了以学习共同体为基础，通过分享和协作将有意愿的教师联系在一起，以实现共同任务为目标，进行相互之间的有效交流和共同提高的良好氛围[11]。教师专业发展需要重视年龄、学段、学科等方面的差异，学校或区域要创造有利的环境，建立环境与个体之间的有效联结，通过开展适应和引领实践内容的理论培训、多种形式的技术学习、多种模式的案例研讨等方式支持教师专业发展[12]。同时，学习共同体也促进了跨界学习的开展。教师跨越自身的年龄、部门、学科等边界，向他人学习并寻求跨学科交叉融合，以实现提升问题解决能力、改善教育教学的目标。在这个过程中每位教师不再是被动地接受、理解知识，而是在已有学科知识的基础上，优化学科内部以及学科之间的知识整合，将多学科内容集于一体，并将各个学科隐含的教育资源进行主动挖掘和内化，从而在问题解决中学习[13]，这有利于提升教师的综合素质和开展创新人才培养。

对于STEAM教师，需要主动寻求与科学家、工程师等社会力量以及不同学科教师之间的交流合作，通过积极参与更广泛的科学共同体来不断探寻自身角色，努力成为所在学校和区域进行高质量STEAM教育的积极领导者。学习共同体是具有发展特征属性的面向全体教师的立体化培养体系，在促进教师专业发展、提升教师领导力方面具有显著作用，能够有效提升教师的专业归属感、认同感和职业幸福感[14]。学习共同体能够促进新、老教师进行交流合作，如在完成课题或研究任务的过程中，新、老教师有了更多的机会进行思维的碰撞，这也有助于他们之间相互熟悉，方便进行更多的日常交流，从而使老教师逐渐熟悉新时代的思维与新时代青年的认知，进而促使老教师更容易去接受新鲜的知识与思维，实现新教师对老教师的数字反哺。

在STEAM教师职前培养的过程中，也需要联合其他专业，甚至其他院校的优势学科构建学习共同体，共同参与STEAM教师的培养，确保职前教师在学科知识和技能方面获得坚实的基础。培养单位还要加强与校外科学教育场馆、科研院所的联系，让职前教师有机会多感官接触科学、面对面接触科学家和工程师，增强对科学与工程实践的理解。在STEAM教师职后培训中，需要更多地关注教师自身专业领域以外的学科以及如何整合不同学科的教学目标[15]。

（三）师徒制促进STEAM教师专业发展

师徒制在中国历史悠久，现如今，师徒制的应用更为广泛，在各种领域都有涉及，师徒制的内涵和外延也得到了广泛的延伸。在STEAM教师的专业发展项目中也普遍应用着师徒制这种模式，早期从事STEAM教育的老师已经成为专家型教师，后期进入这一行业的年青一代就需要像前辈学习，建立起师徒关系。

上文提到的教师专业发展的两种策略——翻转课堂和学习共同体，它们当中都包含师徒制的成分。翻转课堂中学生作为教师的徒弟能够成为课堂的主导者，为其他学生甚至教师传授一些实用性的知识与技能。与此同时，教师在聆听学生讲授的时候可以判断学生的知识掌握程度，并及时进行补充，在这个过程中师徒制不仅促进了数字反哺，而且对教育教学有着实际的助益。在学习共同体中主要涉及的是新入职的教师对教龄较长教师的数字反哺，新教师与老教师形成的师徒关系有助于彼此之间的互补。这种互补体现在不仅老教师可以传授给新教师经验，为新教师提出教学与管理方面的建议，而且也体现在新教师利用信息化手段对老教师的经验加以提炼和更新，并进一步促进年长教师进行数字化教学方面能力的提升。因此，基于师徒制的新、老教师之间的相互学习、共同成长能够促进彼此的专业发展。

数字时代，人们学习的方式发生重要变化，年青一代善用技术快速掌握信息知识，很多资深人士都要向学生、孩子、年轻同事学习科技小窍门和最新术语。各个领域都体现着数字反哺的足迹，基础教育领域也需要发挥数字反哺的优势，为教育教学注入新鲜活力、创造全新路径。