技术增强STEM教育的未来应用图景——基于《创新聚焦:技术有力支持STEM学习的九种方式》解读与启示

孙立会，王晓倩

(1.中央民族大学 教育学院，北京 100081；2.天津大学 教育学院，天津300350)

STEM教育作为全球化知识经济驱动的产物，强调科学(Science)、技术(Technology)、数学(Mathematics)以及工程(Engineering)几门学科集成教学的重要性，技术成为STEM教育不可或缺的一环。随着各种形式的计算设备和软件应用、传感器、数字沉浸式环境、移动应用以及协作技术等数字技术的飞速发展[1]，教育者和研究者越来越重视利用教育技术提高STEM学习效果的潜在优势[2]。STEM教育被认为是跨越了传统学科之间隔阂的元学科，侧重于使用并创新当前工具和技术，以设计复杂问题解决方案的应用过程[3]。下一代科学标准及国家数学通用核心标准提倡通过提供STEM领域之间更深层的连接来有目的地整合STEM。技术作为连接不同学科间的“纽带”与推进教学实践的“催化剂”，为STEM教育提供了整合的内在凝聚力及推动的外界创生力。技术之于STEM教育具有指向STEM教育内涵本质以及实施过程的双重含义，回答了STEM教育要“做什么”以及“怎样做”的目标指向及实践过程问题。技术既作为单一学科以生产的产品角色成为STEM教育的重要组成部分，亦作为推动与促进STEM教育的一种要素以各种形态融入STEM教育过程的各环节。技术之于STEM的双重含义决定了STEM领域技术的内在与外在视角。目前,技术如何以工具角色的外在视角助力STEM教育备受关注。

正因技术承担STEM教育中内涵与外延的双重角色，探究适合我国STEM教育的技术方式迫在眉睫。美国联邦教育部与“数字前景”(Digital Promise)公司联合发布的《创新聚焦：技术有力支持STEM学习的九种方式》报告(下文简称《报告》)，阐述了技术促进STEM课堂相关文献，结合各地学校开展STEM教学的典型案例，梳理归纳出技术促进STEM教学的九种方式。解读这份报告，对其内涵本质的本土化汲取，能够为我国教师利用数字技术开展STEM教育提供有力指导。

一、时代背景：技术支持STEM教育的现实驱动力

(一)STEM教育大环境烘托

20世纪90年代，美国国家科学基金会(NSF)提出STEM以满足科学、数学、工程及技术的教育需求，美国作为STEM教育的领头军一直将推进STEM教育作为发展理工科教育的有力举措，从2006年布什(Bush)公布的《美国竞争力计划》到2011年奥巴马(Obama)推出的《美国创新战略》，美国动员全国力量支持所有学生发展STEM知识与技能。美国五大湖公平中心于2013年发布的《STEM教育需要所有儿童：公平问题的批判性审视》以及美国研究所与教育部联合于2016年发布的《STEM2026：STEM教育创新愿景》均指向STEM教育的公平问题。2018年，美国白宫发布新的五年战略计划——“北极星计划”，以培养STEM教育孕育的创新人才为目标。同时，现实的社会需求以及迅速发展的社会背景也为教育者提出了培养未来人才明确的目标指向，对STEM教育长期的探讨及实践为今后的STEM教育开展提供了完善坚实的经验，STEM教育处于蓬勃发展进步中。教育者从以往对STEM教育的培养愿景、培养内容等进行顶层设计逐渐发展到对STEM教育教学实践开展的建议及干预。起初，STEM教育被视为一种“科技创新教育”，随着实践的验证与推进，人们逐渐意识到，STEM并不是针对一个个单一的学科，而是将科学、技术、数学和工程四个学科领域整合为一个内容领域，在这一过程中，技术的理念与工具发挥着不可磨灭的作用。

(二)技术发展的必然趋势

长期以来，工程技术观和人文技术观主导着人们对技术的认识。工程技术观将技术的作用外化，技术等同于制造并使用人工制品等实体物体。人文技术观则将技术负载价值涵义，是对为实现人类目的而做出努力的一种回应[4]。随着技术工具更新换代的频率增加及技术产生的效用日益凸显，人们已经无法忽视技术在当今社会的地位。米查姆(Mitcham)主张技术是由特定和独特的知识组成的一门学科[5]，包含设计、开发、技术使用活动的过程，由人的意志驱动从而嵌入到人类价值驱动的文化之中。技术已融入社会系统的各方面，教育系统作为社会系统的一个要素，不可避免地受到技术的影响。2000年，国际技术教育协会起草《技术素养标准：技术学习内容》，明确提出将K-12学生培养成为生活在21世纪的技术素养公民的内容及方法。技术在时代的发展中被赋予更为多元的角色。STEM中的“T”将技术成果作为实现标准，通常人们仅将技术视为对象或机器组件，而要发展贯穿集成与整合方法的STEM教育，必须要将这种有限的技术观加以延伸，这意味着STEM教育者应该为学习者提供更多的机会，技术将作为一种改变的工具对社会、政治、文化等产生影响[6]。而技术之于STEM而言的另一角色，更多以一种方法的形式出现在设计开展STEM教学活动的全过程中，指导STEM教学的整个流程并增强STEM实践。

(三)STEM教学方式的实践诉求

STEM教育的实践落地方式一直是研究者探讨的热点问题，但STEM教育的实施效果并不乐观。有学者对STEM方法提出质疑，如贝尔斯(Bers)等人认为STEM在实践过程中可能导致科学和技术的简单融合，或者“T”和“E”往往被轻描淡写地倾向于“S”和“M”[7]。发展中国家开展STEM教育实践活动多以教师讲授的教学方式为主，降低了学生理解STEM的效果。西方发达国家采用以学生为中心的建构主义方式开展STEM教学，虽强调实践过程的相关性及学生的参与性，但实践证明，学生对从事STEM相关职业的兴趣停滞不前甚至有所下降[8]。人们普遍认为，学生对包括数学在内的赋能科学失去兴趣，这一点可归因于教学质量[9]。教学质量的决定因素反映在教学方式上，起因于教学方式的不合理性，而STEM需要更多具有高级资质和高水平技能的毕业生，以促进创新和生产力增长，保持持续繁荣，并在全球展开竞争[10]。STEM教育本身面向培养技术时代所需人才，自然浸润在技术的滋养之中，在STEM教育的发展过程中，随其而生的技术手段与方式又会“反哺”于STEM教育，共同推进STEM教育的进步。

二、需求指向：技术支持STEM教育的具体方式呈现

技术作为支持工具与环境因素贯穿于STEM教育教学活动的始终，我们可将其视为技术与STEM教育的相互融合，从而构成T-STEM教育形态，而支持STEM学习的技术也有其特色。随着技术的进步与发展，结合STEM教育的历史底色，总结助力STEM教育的技术具备的特征，归整《报告》中对支持STEM教学的九种技术方式的解读，以此呈现技术作为外部工具对STEM教育的具体指导与实践。

(一)有力支持STEM教育的技术特征

1.双重性：历史沉淀与现代魅力的结合

虽然跨学科学习及其在教育政策中的作用呈现并不是新现象，但STEM领域及其四个学科的当代划分通过层级影响了更广泛的教育政策领域[11]。随着教育领域的不断进步更新与发展，STEM教育作为处在时代风口的一种教育形式，其本身具有时代的前沿性特色，支持STEM课堂的技术自然而然也被赋予了时代色彩，过时的技术无法助力STEM教育的潮流，将逐渐被淘汰，自然也不适合用于STEM教学的课堂。技术的使用需要具有一定的历史积累与底蕴积淀，并不是技术越前沿就越适合于STEM教育，而是技术的使用具有历史的选择性与现代的流行性。

2.可行性：与STEM教育理念完美契合

技术助力STEM教育的核心在于推进STEM课堂的良好开展，而不是给STEM课堂带来“麻烦”。因此，适合于STEM教学的技术能够与STEM课堂的教学需求完美融合，未来的教师与学生已由数字移民过渡到数字原住民[12]，其对技术应用于课堂具有更高的要求及更灵活的适应能力，这就要求技术的使用需要更多地强调课堂的内涵理念与切实需求，STEM教育强调学习的合作性、即时性、个性化，能够为师生提供即时反馈的技术工具无疑是STEM课堂的有力助手。而考虑到STEM本身的跨学科特点，与科学领域及数学领域相关的技术力量同样能够契合STEM教学。能够支持STEM课堂的技术不能“徒有其表”，应具备一定的“新鲜性”，STEM教育领域中的技术使用更不应是一种单纯的“拿来主义”，教育者在应用中应遵循“适合STEM教育发展的技术才是合适的技术”的理念。

3.有效性：旨在培养新时代的多元人才

技术不仅是一种工具，更是一种手段与方法。抛开技术应用于课堂教学从而提高教学效率的外在表现，技术为学习者带来的内生变化更具意义。这对应用于STEM教学课堂中的技术提出了除推动课堂良好开展之外的更深层次的要求。STEM教育被视为可以促进跨学科教学，以促进经济增长和与其他国家的竞争力[13]。因此，技术不仅要适合STEM课堂的特点，更要符合新时代人才培养的需要，培养学习者计算思维、创造力、批判性思维等高阶思维技能也是STEM教育的目标之一。只有与STEM的培养方向一致、面向人才的培养与训练的技术才能被认为真正适用于STEM课堂的技术，也才能完成其助力STEM教育的使命。

(二)技术支持STEM教育的具体方式

《报告》详细呈现了美国优秀学校在STEM实际教学过程中提炼出的具有代表性与可行性的技术成就，分别为动态表示(Dynamic Representations)、协同推理(Collaborative Reasoning)、即时和个性化的反馈(Immediate and Individualized Feedback)、科学论证技能(Science Argumentation Skills)、工程设计过程(Engineering Design Processes)、计算思维(Computational Thinking)、基于项目的跨学科学习(Project-based Interdisciplinary Learning)、嵌入式评估(Embedded Assessments)以及基于证据的模型(Evidence-based Models)九种技术方式，不同的技术方式具有不同的特征，为STEM教育的开展提供多种参考。

STEM教学过程中，基于项目的跨学科学习为STEM教育提供了目前较为合理且优化的学习方式。基于项目的跨学科活动能够增进社会经济、人才效益，从而使其成为优化STEM教育性能的可能方式。技术作为推动学科间交叉融合的工具，为基于项目的跨学科学习提供有利条件。在项目的解决与完成过程中，动态表示工具为探究提供有效推手，动态表示汇聚科学研究领域用以发明创造、解决问题的数字模型、仿真交互、虚拟环境等有效工具，从而简化知识抽象及还原的复杂程序并帮助学生更为直观地认知与感受；动态表示将复杂世界中的自然或工程现象的过程简单化，提供学习者一个小型的虚拟实验室，动态化表现科学、数学、工程的问题逻辑及发展走向，学习者与模型之间的互动也带来虚拟环境中事件的改变，为学习者创设提供与真实世界相同体验的学习环境。

学习者在学习过程中体现工程设计过程，并培养科学论证技能。工程设计被认为提供了STEM学科整合的机会与方法[14]，工程及技术为学生提供了能够测试自身科学知识及认知水平，并将科学知识用于解决实际问题的环境及条件。重视工程设计及技术也成为后现代STEM性能化特点之一[15]。科学论证技能强调采用规范的科学研究流程及方法来探究现象及规律，与实践教学间的部分相似性为一些研究者带来误解[16]，实验活动或实践任务并不等同于科学论证探究过程，两者既基于实际原理与现象，又以解决实际问题为落脚点。有效的STEM教育不仅应注重科学内容，还应培养学习者“好奇心、循证推理的认知技能以及对科学调查过程的认识”[17]。基于证据的模型帮助学习者获取真实可靠的实验数据，如《Intel-project-bridge未来教室》中所展示的，学生们通过代数与物理知识分析桥梁的设计原理，利用机械生产工具制作小零件加以拼接并搭建桥梁模型，根据不断加重的砝码来测试桥梁的承重能力并进行改进。这其中运用了基于证据的模型，将现实世界的问题得以真实的还原并解释。

同时，协同推理无疑是推动STEM学习过程的有效手段，协同推理延伸了学习活动的时间维度及空间维度，以原始问题为研究起点拓展相关问题，技术支持下的协同推理打破了教室的物理边界，拓宽了团队知识的广度与深度，也增加了团队技能的丰富性，网络技术能够为STEM教育中的协同推理打造问题解决的虚拟环境。在反馈与评估方面，即时反馈与个性化反馈要求反馈结果能够以更快的速度和更有针对性的指向传递到每一位学习者手中，学习者在进行过程性较强的实验或推理活动时，即时的反馈材料有利于学习者的自我批判与反思以及未来学习活动的有效开展；而当学习者进行自我建构或长期活动时，时间上相对延迟的反馈材料更利于学习者的思考。STEM教学过程中明确反馈材料提供的时间、频率、对象、材料内容及其有效性至关重要。而嵌入式评估为STEM教育的开展提供丰富的指导与帮助。除了对学习成果的评价之外，评价结果会帮助学习者调整学习方法、明确进一步的学习方案，同时能够为STEM课堂提供教学目标、教学进度等方面的指导，便于调整教学活动以实现更为合适的教学。计算思维作为STEM教育的目标之一，被学者阐述为制定问题及其解决方案所涉及的思维过程[18]，其不仅是自动化算法思维，更是孕育着批判思维、创造性技能等高阶思维能力，计算思维的培养与STEM教育活动密不可分，技术支持下的图形化编程、有形编程、机器人技术等活动为计算思维的培养提供多种途径[19]。

由此可见，STEM课堂教学与学习的过程中，技术从教学方式选择、教学反馈形式、思维培养指向等方面给予全方位、多途径的支持。正是技术作为外部力量给予教学者与学习者足够的支撑与帮助，STEM教育教学活动才得以顺利开展，并在技术使用方面取得突破，从而提升STEM教育中蕴含的技术内涵。

三、挖掘聚焦：技术支持STEM教育的国际化共性与本土化设计

(一)交互的重要性凸显，强调自我、他人及机器的三方交互

技术的加入拓宽了教学的边界，强调多元化交互，学习者、同伴、教师以及机器之间的交互关系如图1所示。在自我、他人及技术机器的交互之中，学生能够学习相关知识经验、获得相关评价结果以改进自我。多元交互为学习者提供更多途径的知识来源与更为频繁的互动交流，紧密连接全球各地的学习者，构成教育共同体。正是这种相互的学习与交流打开了原本封闭的教学系统，这种大范围的交流与合作更具有稳定性与有效性。交互活动能够在教育伊始将学习者引入合作化解决问题的氛围中，提高学习者的沟通技能与协作意识，格拉瑟(Graesser)认为，协作问题解决需要一整套不同于传统学习者独立解决问题的认知能力与社交技能[20]。STEM教育的实施以解决问题为导向，鼓励学习者思维的发散及多种问题解决方案的形成。因此，STEM教育教学过程中的反馈材料具有多样性。机器作为统筹教师及学习者的教学及学习行为的平台，扮演着数据信息的提供者与获取者的双重角色。一方面能够通过学生中期及终期学习结果的测评，提供教师与学生在学习过程中及最终的数据信息；另一方面是学习者上传材料、分享经验与交融思维的平台，这种多方的交互浸润在技术支持的大环境中，技术为教学者、学习者及机器之间的联结提供了数据结果分析以及交互通道构建的多种可能。

图1 技术支持的人机交互

(二)证据的使用丰富化，强调证据选取的真实性及应用的合理性

STEM教育强调设计模型以形成解决真实问题的方案，对模型设计证据的有效性提出了一定要求。STEM教育实施的有效性在于保证学科完整的情况下实现STEM学科之间的互动与联结，而基于证据的模型能够为这种互动提供真实的情境。有证据的论证是科学实践的关键要素，它为解释一种自然现象提供了一系列的理由。实施任何基于模型的真实教育活动都必须以有意义的和基于证据的教学实践框架和建议为基础[21]。科学论证探究可以帮助学习者创设新的角色，使学习者能够像真正的科学家一样参与科学探究中提出假设、有目的地调查、准确地观察与测量、得出结论等整个过程。学习者能够以科学理论为指导，真正在实际中用科学的标准开展实验或调查。科学家致力于以现有理论证据为基础，构建新的科学理论，从而为解决某种问题提供合理的依据。在这个过程中，数学技能及思维养成得以发展，允许学习者在科学论证过程中设置变量并表示其关系，团队合作助力科学论证活动的开展。科学研究使用科学的论证方法寻找解决问题的框架，相较于科学研究，工程设计则是将这些方法结合。工程设计具有一定的系统性及迭代化，需要学生在一个虚拟或现实的环境中不断设计问题解决方案并加以改进。这种情景化与还原性将学生从“教室人”还原为“现实人”，正如人工智能教育先驱派珀特(Papert)所言，当一个儿童创建了属于自己的模拟环境，成为自己智力的“建造者”，其所发挥的效用也更加强大[22]。技术提供给学习者探究世界的工具、方法与视角，真实丰富的证据支撑起整个探究实验活动流程，技术提供了支持STEM教学新的设计思路与实现理念，也推动着更适用于当下STEM教育的教学准备、教学设计以及教学实践的更新及发展。

(三)加强程序化设计，强调思维的逻辑化及批判性

STEM教育强调问题的解决并非单一知识点的学习。基于整体架构的问题解决过程蕴含了思维的逻辑性与程序化，这在STEM教育实践的多方面均可以体现。工程设计过程及计算思维水平体现了程序化的作用及需求。圣詹姆斯小学(Saint James School)的学生从幼儿园开始学习“计划(Plan)、设计(Design)、检查(Check)、分享(Share)”的工程设计过程；加州设计技术高中的学生们使用不同的数字工具和工程设计过程，采用提出(Propose)、计划(Plan)、确定范围(Scope)和预算(Budget)的流程开展一学期的工程项目；环环相扣的工程设计活动以解决问题为导向实现流程式、程序化的教学实践，在潜移默化中培养学生的逻辑化思维及问题解决能力。STEM教育与编程活动的融合则直接要求学习者在解决设计问题时进行计算和程序性思考，不断地尝试和改进错误以构建完备的推理过程，编程活动与数学和工程设计过程相联系并注重学习者思维能力的培养与提升。计算拥有改变特定领域规则的潜力，正如阿拉伯数字完全改变了以往“算术”的行为,代数将物理学的研究从哲学假设与探究转变为严谨、清晰的经验追求[23]。STEM教育中的“T”着实改变了原本常规教学的思路规划，将技术作为教学的手段之一，而编码活动为技术的使用带来规则化与条理化服务，对组织开展STEM教育及培养学生的思维技能具有双重意义。嵌入式评估结果则要求学习者在学习过程中不断反思与进步，修正问题解决方案中的不足，调整合适的发展方向以不断测试迭代、优化解决方案，这体现了批判性思维的效用。

(四)落地实践型项目，强调实际问题的发现及解决

任何一种教育运动的产生都离不开社会的发展与时代的需求。STEM是对跨学科、工程设计以及技术应用等潜在优势的转化，反映了环境背景中的经济与政治的发展趋势。培养时代所需人才是STEM教育培养目标，也指向学生的实践能力与综合性技能。STEM教育中的科学、技术、数学及工程四大领域，从认知角度来看，构成了不同的学科结构与知识体系。技术支持使学生从受教育的开始即立足于现实环境学习知识并培养能力。国际STEM课程多采用基于情境、工程设计、项目的教学模式，从而实现跨学科融合。这种实践型项目不仅代表基于真实的问题解决，也代表多组织或多国家协作完成的重要项目。STEM学校与企业的长期合作为学生参与研究项目建立了“快车道”。来源实际、基于实际、指向实际的实践型项目与实际需求及专业化知识接轨，技术应用于STEM教育中提供了一条学习者与实际活动相连接的道路，促进STEM教育中开展与完成项目的活动进行。STEM教育的本质是一种基于多学科的教学活动的整合与创新实践，STEM整合的目的不仅限于“看世界”，更在于“做东西”，而且是通过“做东西”去解决某种问题[24]。项目则相当于实现整合的单元，将STEM教育传递的知识、技能与思维、理念统整在基于实际问题的项目之中，使得学习者在完成项目的过程中提高自身的能力。技术无疑是为实现项目实践活动提供了保障与方法。

(五)凸显本土化特色，技术助力STEM教育开展需结合实际

在我国，技术有效助力STEM教育发展需紧密结合我国STEM教育开展与研究成果的现状，适合我国STEM教育理念、契合我国学习者的学习特点、符合我国当今技术研发基础需要的教学方式才是有效且长久的。我国从2015年起提出一系列STEM教育政策建议，《教育信息化“十三五”规划》指出，要在有条件的地区积极探索STEM教育，《中国STEM教育白皮书》启动了中国STEM教育2029创新行动计划，这对STEM教育顶层设计、评价机制、师资平台、创新生态等多方面提出要求。因此，在未来的STEM教育中，评价平台将由线下评价转变为线上与线下相结合的评价，评价主体将与学习者学习活动所涉及的相关学科的评价者均囊括其中，评价方式要突破只针对结果的单一评估局限，关注学生的个性化特点，给出合适中肯的建议。教师通过机器获取学习者在学习过程中的实时进程及学习测评结果、学习时长、学习有效率等数据，从而对学习者进行及时干预与个性化教学辅导。同时，学生基于小组的协作性问题解决和话语呈现出一套不同于学生个人工作的认知和社交技能。STEM教育确实有利于学生群体在特定社会文化环境中的协作活动。技术的支持也为STEM教育培养学生能力提供了更多的可能性，不局限于以往知识的传递与经验的习得，逐渐指向学生思维能力的锻炼及发展。培养学生的知识技能与思维能力以打造符合新时代需求的新型人才，是STEM教育的最终价值取向。

四、STEM教育开展的未来路向

(一)里应外合，构建T-STEM教育共同体

我们使用T-STEM表示技术支持的STEM教育，外部的“T”与STEM中的“T”有所不同。STEM教育强调多学科的交叉融合，技术作为其中被整合的学科之一指向STEM教育的培养目标，强调培养与提升学习者的技术素养，即使用、管理、理解和评价技术的能力。STEM中内在的“T”针对的是学习者，目的是提升学习者在技术学科方面实现的知识获取过程及能力水平培养。其之外在的“T”，以STEM教育实践活动为研究对象，旨在通过技术促进STEM教育的开展与进步，实现有效的STEM教育活动，为STEM教育提供完备的技术环境支持。T-STEM教育中的双“T”虽有着不同的含义与定位，但也存在潜在的联系，前者将技术作为外部工具有效地推进STEM教育实施开展的同时，必然会促进STEM教育内在技术学科培养目标的实现。学习者在技术支持的STEM教育实践活动中感受技术的魅力，使用技术工具获取学习过程所需要的数据与平台支撑，利于学习者形成合理使用技术的观念，享受技术带来的学习过程便利性与学习形式多样化，提高自身的技术素养，技术学科的学习指向也对STEM教育中技术的使用产生一定的诉求，这无疑是一种双向的促进与实现过程。新技术的出现为STEM教育的开展提供新的方式方法，STEM教育培养学习者能力的新取向促进技术作为外部支持平台的新发展。积极做好技术工具与技术目标的内外联动、技术支持与技术实现的里应外合，打造彼此促进、相辅相成的T-STEM教育共同体。

(二)刚柔并济，技术与教学决策协调共生

比技术本身更具研究价值的是技术在特定教育环境中的使用方式。一直以来，我们积极探究适用于STEM教育的教学模式，卡洛斯(Carlos)等人在《用运动来制造混乱：发展STEM》一文中提出教授六年级学生的可变模型，建议通过跨学科的、基于探究且结合真实生活的方法来教授STEM[25]。多恩(Don)在《教师教育的再概念化STE(A)M(S)教育》一书中提出拓宽STEM教育视角的设想，将艺术与人文、可持续性教育和知识整合纳入其中，扩展了缩略词首字母。综合课程、跨学科教育学和批判性探究成为教师培训的重要内容[26]。艾伦(Alan)主张通过跨学科的方法将教育与教学指导建立在STEM教育的基础之上，结合项目问题的解决帮助学生建立知识框架与现实世界的联系，从而为培养STEM人才做好准备[27]。技术支持作为外部环境烘托STEM教育，将技术提供的设备支持与功能服务完美契合在STEM教育教学活动中，其中离不开合理的教学决策与恰当的教学设计。《报告》指出，仅仅将技术引入课堂并不能确保更好的结果，丰富的学习经验还需要教师根据学生学习能力的提高做出有效的教学决策，因此，要帮助教师实施新的、基于研究的方法，从而利用技术改进STEM学习。和所有研究领域一样，仅仅依靠技术还不足以改进STEM教育。为了进行有效的学习，真正实现技术应用于STEM教育的广泛功能，需要教师具备一定能力根据某一特定方法结合合理的证据做出科学的教学决策。

(三)相辅相成，开发适应教学的技术工具

技术的丰富多样化帮助技术为教学过程提供全面的功能服务。在现阶段的STEM教学课堂中，互联网信息检索工具、网络交流平台、音视频展示等技术处于主流地位，师生通过搜索引擎检索所需要的网络资源信息并将学习成果在相应平台上进行展示，这是目前技术应用于STEM课堂中的常态。技术支持STEM课堂以STEM教育本身需求为目标导向，教育实践者应将重点放在STEM课堂实践中需要怎样的技术，而不能仅依据现有的技术设计课堂教学从而限制STEM课堂有效发挥。检索资源、交流共享等普适技术因其具有极广的普遍性和极强的适应度，能够较好地应用于任何STEM教学的实践过程之中。实践者不仅需注重技术支持STEM教育的广度，也要注重其应用深度。技术的开发设计也应专业化、专门化，将技术与STEM课堂整合在个体的真实需求中，为特定的教学目标或教学情境设计使用。学习者可通过建模软件提供的虚拟材料在线创建模型、进行修改与优化并验证其实际可行性及有效性，从而为模型的创建提供证据支持。除了构建数字模型、产生仿真交互、营造虚拟环境等方式，采取适当的辅助措施能够更好地实现教学中的动态表示数据、实验、现象等发展过程，如采用合适的教学支架或借助恰当的交互式软件等，在一定程度上促进学习者对知识的接纳与吸收，改善STEM教学效果[28]。这种与专门的教学内容与需求相契合的技术工具的研发是STEM教学所面临的重要课题，只有将技术深入于实践教学的各个环节之中，才能更有效地支持教学实践。

(四)技术是沟通桥梁而非思维牢笼

当新技术、新工艺和新服务代表着广泛的跨学科整合时，它们总是对市场和社会产生重大影响[29]。人们往往沉浸在新技术带来的不同于以往教育形式新变化的喜悦之中，这在一定程度上遮蔽了技术背后存在的隐患问题。21世纪需要具备多种技能的数字公民，也需要具有多种能力复合型人才的综合化团队，未来的数字公民绝不是以独立的个体相互隔阂地存在，而是构成一张错综环绕的协作网络，未来世界的复杂问题需要将具有不同特殊个性的人才集合起来，从而实现全球经济的有效推动和创新发展。技术为学习者、教师及其他学习者间的交互提供极高的交互效率，拓宽了交互的主体受众面，这种网络交流环境为STEM教育活动中师生的协同推理提供帮助。然而，这将不可避免地引发现实环境中师生及生生交互的弱化。技术不应成为禁锢学习者的思维牢笼，应是能够帮助学习者向别人展示自己想法的桥梁。例如，在《报告》提供的教学实例中，菲利普·H.斯库中学(Philip H. Schoo Middle School)的学生在探究声音如何传播的科学知识时，利用在线交流与协作平台和驱动问题板分享他们的问题。学生能够理解学习同伴的想法，分组回答问题并产生新的思路。教师把每个学生的数字模型投射到课堂上，共同探讨不同的表达方式与科学模型的关系。技术将人与人之间的关系拉近而不是阻断或分离，师生间的交流协作应更为密切。

STEM教育作为时代发展进程中回应社会未来人才培养需求在教育领域焕发时代色彩的新兴教育形式，来自于时代的发展长河也跟随社会发展的步伐前进，不断涌现的智能机器人、仿真交互工具等新技术是当下智能时代的“宠儿”，如何合理利用技术使其有力助推STEM教育，成为当下亟需解决的问题。我们并不是为了技术本身而倡导技术，而是为了说明有意义的、基于研究的STEM学习经验，这些活动经验可以在全国的课堂上得到数字工具的支持，以期促进STEM教育的落地实践。将技术作为促进STEM教育的重要工具之一，无疑是为STEM教育的整合及发展赋予了时代特色与智能权利。