劉玲

變革方程（Change the Equation）是美國一個(gè)致力于在中小學(xué)推廣STEM教育的公益機(jī)構(gòu)。所謂STEM，是指Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）的簡稱，旨在將原本分散的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門課程集合成一個(gè)新的整體。這一集合，不是課程的簡單組合，而是把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎知識(shí)與機(jī)械工程轉(zhuǎn)變成一個(gè)探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在“雜亂無章”的學(xué)習(xí)情境中提升設(shè)計(jì)能力、合作能力、問題解決能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。STEM之所以如此受重視，從奧巴馬的講話中可見一斑：“美國之所以取得今天的成就，完全是依靠其在全球科技創(chuàng)新領(lǐng)域發(fā)揮的巨大作用，我們?nèi)绾谓逃孟乱淮?，尤其是如何提高科學(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)的教育水平，直接關(guān)系到未來企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者、科學(xué)家和教師的人才造就問題?！睘轫憫?yīng)奧巴馬的號召，美國一百多位企業(yè)CEO創(chuàng)建了一個(gè)名叫變革方程的公益機(jī)構(gòu)，致力于推廣中小學(xué)STEM教育。變革方程是在蓋茨基金會(huì)和紐約卡內(nèi)基公司的支持下由多位商界精英和社會(huì)名流創(chuàng)辦起來的，主要?jiǎng)?chuàng)辦人包括前英特爾公司董事長克瑞格·貝特瑞、施樂公司CEO厄休拉·伯恩斯、時(shí)代華納有線CEO格倫·布里特、柯達(dá)公司CEO安東尼奧·佩雷斯和宇航員薩利·萊德。變革方程是一個(gè)非盈利、無黨派的由企業(yè)CEO領(lǐng)導(dǎo)的組織，它動(dòng)員美國的商界，通過利用他們的投資、獨(dú)特的資源和影響力來推動(dòng)STEM教育，并承諾不斷擴(kuò)大優(yōu)秀的STEM教育項(xiàng)目在學(xué)校和社區(qū)中的使用范圍，尤其要通過STEM教育項(xiàng)目增強(qiáng)全體美國人的能力和潛質(zhì)。

為方便STEM教育的推廣和優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)的共享，變革方程創(chuàng)建了一個(gè)優(yōu)秀的STEM教育項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫。這一數(shù)據(jù)庫的好處在于，STEM項(xiàng)目開發(fā)者可以將他們的項(xiàng)目與已有的項(xiàng)目進(jìn)行比較，避免項(xiàng)目的重復(fù)建設(shè)；資助者通過這些項(xiàng)目可以最大化他們的投資效益；教育者可以為學(xué)習(xí)者找到高質(zhì)量的STEM教育項(xiàng)目。項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中的項(xiàng)目會(huì)持續(xù)不斷地更新，這些項(xiàng)目不僅是國家級的優(yōu)秀項(xiàng)目，而且變革方程還會(huì)不斷地改進(jìn)項(xiàng)目內(nèi)容和完善其功能。變革方程的成員還會(huì)為項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中的STEM項(xiàng)目提供資金支持。

1“變革方程”項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫的介紹

1.1項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫的功能

變革方程建立的STEM教育項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，范圍覆蓋了幼兒園到高中整個(gè)學(xué)段，教育用戶可以按項(xiàng)目內(nèi)容領(lǐng)域、項(xiàng)目類型、項(xiàng)目日期、年級階段、設(shè)計(jì)原則、所針對的學(xué)習(xí)群體和地域在網(wǎng)上進(jìn)行查閱，找到適合他們需求的最佳項(xiàng)目。學(xué)習(xí)者找到的每個(gè)項(xiàng)目都有一個(gè)簡要概述，包括項(xiàng)目描述、項(xiàng)目類型、目標(biāo)、營利還是公益項(xiàng)目、年級學(xué)段、項(xiàng)目日期、覆蓋區(qū)域、項(xiàng)目的優(yōu)勢和影響力、以及STEM教育項(xiàng)目評估量規(guī)，同時(shí)還提供了項(xiàng)目的聯(lián)系方式以及項(xiàng)目網(wǎng)址，方便學(xué)習(xí)者交流。根據(jù)需求搜索出的項(xiàng)目可能不止一個(gè)，教育用戶不僅可以單獨(dú)查看搜索到的項(xiàng)目，而且可以從如下幾個(gè)方面對多個(gè)項(xiàng)目做比較：組織名稱、網(wǎng)址、區(qū)域、覆蓋區(qū)域、營利還是公益、項(xiàng)目類型、課程、STEM主要內(nèi)容、年級學(xué)段、項(xiàng)目日期以及設(shè)計(jì)原則。到目前為止，該項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)包含38個(gè)優(yōu)秀的項(xiàng)目，其中有36個(gè)項(xiàng)目是非營利性的。

1.2項(xiàng)目的來源

項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中的項(xiàng)目不是一成不變的，變革方程為對STEM感興趣的項(xiàng)目開發(fā)者提供了一個(gè)門戶網(wǎng)站（http：∥changetheequation.org/stemworks/），以增加STEM項(xiàng)目數(shù)量。變革方程邀請任何有助于改善STEM教育質(zhì)量的項(xiàng)目參與數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目遴選，以2012年的征集計(jì)劃為例：9月15日之前申請的項(xiàng)目如果符合標(biāo)準(zhǔn)，則11月1日會(huì)加入數(shù)據(jù)庫；10月15日之前申請的項(xiàng)目如果符合標(biāo)準(zhǔn)，則12月1日會(huì)加人數(shù)據(jù)庫；12月15日之前申請的項(xiàng)目如果符合標(biāo)準(zhǔn)，2013年1月15日會(huì)加人數(shù)據(jù)庫。被邀請的項(xiàng)目都要求提供一個(gè)文檔介紹項(xiàng)目如何滿足變革方程所倡導(dǎo)的十四個(gè)基本原則。一直以來，以自愿為原則，變革方程會(huì)定期向優(yōu)秀的STEM教育項(xiàng)目發(fā)出公開邀請，并鼓勵(lì)任何對項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫感興趣的項(xiàng)目加入數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過評估以后的STEM項(xiàng)目如果符合標(biāo)準(zhǔn)將錄入項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)在資助和推廣上將會(huì)予以優(yōu)先考慮。

1.3項(xiàng)目遴選標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目！必須經(jīng)過嚴(yán)格的評估以后才能錄入項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中，變革方程的成員不僅公布了前述STEM教育項(xiàng)目的基本原則，同時(shí)也公布了以這些原則為導(dǎo)向的項(xiàng)目評估量規(guī)（如表l所示）。該量規(guī)一共包含十四個(gè)評估維度，并詳細(xì)列出了每個(gè)維度的評估指標(biāo)；為方便評估使用，變革方程還將每個(gè)評估指標(biāo)的達(dá)成等級分為三種水平，分別為完全符合、部分符合以及完全不符合。這些量規(guī)可以指導(dǎo)項(xiàng)目評估者做出正確的判斷，也能夠幫助項(xiàng)目評估者向項(xiàng)目提交者提出針對性的問題，并且給出分析STEM教育項(xiàng)目的框架。STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的目標(biāo)或重點(diǎn)相差很大，STEM教育項(xiàng)目評估量規(guī)的評估維度可能無法評估很多有價(jià)值的項(xiàng)目，但是，項(xiàng)目開發(fā)者以及評估者必須很重視這些量規(guī)，如果項(xiàng)目不能滿足這些量規(guī)，則無法進(jìn)入項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫。

還有一個(gè)值得注意的問題是，盡管變革方程公布了STEM教育的基本原則以及針對這些原則對項(xiàng)目進(jìn)行評估的量規(guī)，但是評估這些申請加入項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫的項(xiàng)目的工作卻是由西部教育公司（WestEd）完成的。西部教育公司是一個(gè)獨(dú)立的接受多方資助的非營利性研究、開發(fā)和服務(wù)組織。西部教育公司作為第三方機(jī)構(gòu)，充當(dāng)獨(dú)立評論員的角色，利用這些基本原則和評估量規(guī)嚴(yán)格開展候選項(xiàng)目的評估工作，只有經(jīng)過嚴(yán)格規(guī)范的評估以后選定的項(xiàng)目才能加入數(shù)據(jù)庫中。在第一階段，西部教育公司利用這些原則和量規(guī)已經(jīng)對40多個(gè)STEM教育項(xiàng)目進(jìn)行評估，最終只有20個(gè)項(xiàng)目符合要求，同時(shí)，對于評估過的項(xiàng)目都會(huì)收到詳細(xì)的反饋信息，包含項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

1.4項(xiàng)目推廣策略

1.4.1推廣方式

在全美范圍內(nèi)，企業(yè)、教育部門以及社區(qū)管理者共同開發(fā)了培養(yǎng)STEM素養(yǎng)的眾多優(yōu)秀的創(chuàng)新項(xiàng)目，如“大學(xué)先修課程培訓(xùn)和激勵(lì)計(jì)劃”、“工程是基礎(chǔ)”、“科學(xué)技術(shù)的認(rèn)識(shí)及激勵(lì)”和“基于網(wǎng)絡(luò)的探究式科學(xué)環(huán)境”等，盡管這些項(xiàng)目能夠?yàn)閹熒鷦?chuàng)造學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)并深化STEM知識(shí)和技能的習(xí)得，尤其關(guān)注了女性和少數(shù)族裔的學(xué)生，但是參與學(xué)習(xí)的人數(shù)并不多。為解決這一問題，變革方程創(chuàng)建了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)STEM熱情的網(wǎng)站（http：∥www.ignitinglearning.org/），向那些開始接受“激發(fā)式學(xué)習(xí)”理念的學(xué)校推廣優(yōu)秀的STEM教育項(xiàng)目，進(jìn)而培養(yǎng)受到良好教育的、充滿好奇心的、積極進(jìn)取的下一代。借助該網(wǎng)站平臺(tái)，變革方程不僅很輕松地將這些項(xiàng)目擴(kuò)大到134個(gè)學(xué)校，還影響了全國將近40000學(xué)生。這只是“激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)STEM的熱情”網(wǎng)站影響學(xué)生學(xué)習(xí)STEM的一小部分，他們還證明了，如果學(xué)生在學(xué)習(xí)STEM的熱情驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生了改善學(xué)習(xí)質(zhì)量的共同愿景時(shí)，商業(yè)界就會(huì)為全美學(xué)生提供無數(shù)令人心動(dòng)的就業(yè)機(jī)會(huì)。

1.4.2資金和人力支持

在美國，不僅政府十分重視STEM教育，而且一些企業(yè)與基金會(huì)也愿意從事有意義的STEM教育推廣活動(dòng)。這些企業(yè)和基金會(huì)通過與州政府、當(dāng)?shù)毓賳T、一線教師以及教育機(jī)構(gòu)的交流，發(fā)現(xiàn)了STEM潛在的價(jià)值，為此，他們把支持STEM教育視為自己分內(nèi)的事，在資金、人力和時(shí)間上給予重點(diǎn)支持和關(guān)注，變革方程成員承諾每年投入超過6億美元的經(jīng)費(fèi)來支持STEM教育，并提供大量的STEM學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，使全國各地學(xué)生都能夠受益。例如，為幫助學(xué)習(xí)者做好就業(yè)或者繼續(xù)深造的準(zhǔn)備，蓋茨基金會(huì)在2010年至2012年間共提供了110萬美元的專項(xiàng)資助，而美國電話電報(bào)公司則提供了總計(jì)約2。5億美元的STEM教育經(jīng)費(fèi)；又如IBM公司為TryScience項(xiàng)目提供了3300志愿者和19300小時(shí)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)等。

2我國STEM項(xiàng)目的現(xiàn)狀

2.1上海STEM云中心簡介

由上海市科協(xié)聯(lián)合社會(huì)力量共同打造的全國首家STEM教育平臺(tái)——上海STEM云中心（http：∥www.stemcloud.cn/）已經(jīng)正式上線，課程包括能源怪獸、可穿戴設(shè)備、3D打印等，覆蓋生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、技術(shù)與設(shè)計(jì)、地球與環(huán)境科學(xué)和社會(huì)及行為科學(xué)等五大領(lǐng)域。在STEM云平臺(tái)上，每個(gè)項(xiàng)目都詳細(xì)列出了實(shí)驗(yàn)所需的零件和器材，科學(xué)愛好者輕點(diǎn)鼠標(biāo)，就能通過網(wǎng)購的方式獲得實(shí)驗(yàn)配件。除了線上云平臺(tái)，上海STEM云中心還提供線下課程培訓(xùn)和室外素質(zhì)拓展。線下體驗(yàn)課程更注重深度探究，配有專業(yè)老師進(jìn)行輔導(dǎo)。

在推廣方面，2014年12月8日，由中國青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會(huì)、上海科學(xué)教育中心主辦，上海科學(xué)種子青少年科技創(chuàng)新服務(wù)中心、上海STEM云中心協(xié)辦，上海市青少年科學(xué)教育協(xié)會(huì)、上海市青少年科普促進(jìn)會(huì)承辦的"2014年全國青少年科學(xué)工作室科技輔導(dǎo)員科學(xué)教育（STEM）培訓(xùn)”在上海松江正式開課。來自全國17個(gè)省市及地區(qū)科學(xué)工作室和上海各區(qū)縣學(xué)校的60多名科技輔導(dǎo)員參加了培訓(xùn)。上海已有幾十所在基礎(chǔ)教育中引入STEM教育理念、系統(tǒng)建立STEM課程的學(xué)校。

2。2現(xiàn)有項(xiàng)目情況

我們一起來看一下目前在上海STEM云中心的網(wǎng)站上推出的精品課程。

我們選取其中的一個(gè)涉及到物理和工程的項(xiàng)目——神奇的力學(xué)墨水，來看看我國STEM項(xiàng)目的情況。

在我們做一些工程項(xiàng)目時(shí)，需要知道材料承受的力的大小，但傳統(tǒng)的受力分析儀器很貴重，我們能否自己做一個(gè)小項(xiàng)目來測出材料的受力情況呢。我們想到，在電學(xué)中，我們知道導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的材料、長度和橫截面積有關(guān)，如果把一種導(dǎo)電的材料，如導(dǎo)電墨水涂在一塊木板上，當(dāng)我們施加一定的力彎曲木板時(shí)，導(dǎo)電墨水也隨著彎曲，電阻會(huì)發(fā)生變化，我們施加不同的力，木板會(huì)彎曲不同的角度。如果我們用量角器記錄下木塊彎曲的角度，用萬用表記錄下對應(yīng)的電阻，再設(shè)法求出彎曲的角度與電阻的關(guān)系，這樣我們只要用萬用表測出導(dǎo)電墨水對應(yīng)的電阻，就知道木塊彎曲的角度，就知道木塊的受力情況了。

如圖1所示，沿著受力方向劃一根粗細(xì)均勻的線，將萬用表的兩個(gè)鱷魚夾分別夾到導(dǎo)電墨水畫出的線的兩端，沿著線的兩端輕輕彎曲木板，觀看電阻變化情況，我們發(fā)現(xiàn)電阻變化明顯，但沒有明顯的規(guī)律（圖2）。

我們發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候?qū)щ娔徊糠直晃?，一部分停留表面，怎么改進(jìn)呢？如果膠帶隔絕導(dǎo)電墨水和木板，是不是就可以了？不過膠帶的拉伸延展性不是很好，沒辦法產(chǎn)生規(guī)律的形變哦?！敖^緣，薄，延展性好薄膜”百度一下，有了，聚酰亞胺膠帶！太棒了！再來仔細(xì)做一次！

為了畫出粗細(xì)均勻的線，我們先在木板上貼上一層膠帶，然后再用兩根膠帶作為輔助膠帶分別貼在這根膠帶左右，留出一條畫筆縫隙，用導(dǎo)電墨水涂勻縫隙，畫出一條粗細(xì)均勻筆直的導(dǎo)電傳感線，帶導(dǎo)電墨水風(fēng)干3分鐘后再解開輔助膠帶。下面我們來測試下高級版本的變化情況吧（圖3）?？梢姼呒壈鎸?dǎo)電墨水的電阻值隨著彎曲變化數(shù)據(jù)十分明顯，且接近線性關(guān)系（圖4）！我們可以使用它來測量我們實(shí)驗(yàn)時(shí)材料受力情況了呀！

傳統(tǒng)的受力分析儀器很貴，而我們這個(gè)小項(xiàng)目卻非常簡單，非常便宜，真是個(gè)很神奇的小發(fā)明呀！

3對我國教育的啟示

STEM教育需要整合相關(guān)學(xué)科內(nèi)容，是后設(shè)性的課程，因而其往往是以主題任務(wù)的形式來串聯(lián)課程內(nèi)容，加之這種教育內(nèi)容往往需要以某種硬件載體為依托開展創(chuàng)新實(shí)踐，故而國內(nèi)外開展STEM教育多以項(xiàng)目形式開展，因而，設(shè)計(jì)和開發(fā)基于項(xiàng)目的STEM教育內(nèi)容是一種可取的方式。以項(xiàng)目的形式于開展，往往需要也容易得到教育主管部門的支持，如以科研項(xiàng)目的形式、以示范基地的形式等等。

STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)和工程等多門學(xué)科的整合，而我國現(xiàn)有各學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)屬分科課程標(biāo)準(zhǔn)，無法為STEM這種整合課程的開發(fā)與有效實(shí)施提供針對性指導(dǎo)。例如，有關(guān)教育主管部門或?qū)W術(shù)組織，應(yīng)該推出類似STEM教育指導(dǎo)綱要的規(guī)范文件。

為方便STEM教育的推廣和優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)的共享，還需要建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，將優(yōu)秀的STEM教育項(xiàng)目錄入數(shù)據(jù)庫中。并且，需要建立優(yōu)秀STEM教育項(xiàng)目的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和遴選機(jī)制，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不僅可以幫助使用者區(qū)分項(xiàng)目課程的優(yōu)劣，更有利于指導(dǎo)項(xiàng)目開發(fā)者開發(fā)出符合要求的課程資源。建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，不僅涉及到資金和人力的支持，需要?jiǎng)訂T政府部門和企業(yè)界的支持，同時(shí)更需要考慮規(guī)范化的運(yùn)作。