文 / 本刊記者 孟令豹

STEM教育創(chuàng)新引領(lǐng)美國教育未來

文 / 本刊記者 孟令豹

移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能的發(fā)展使得高新技術(shù)逐漸滲透到人們生活的方方面面，新技術(shù)與不同領(lǐng)域不同產(chǎn)業(yè)的結(jié)合、產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重構(gòu)、產(chǎn)業(yè)效益的大幅提升等無不體現(xiàn)著人類正向數(shù)字化、智能化時(shí)代邁進(jìn)。

飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)重塑了人類社會，改變了人們的認(rèn)知觀念，在全球化日益深入的背景下，知識、科技在各國參與國際競爭、推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展、制定國家發(fā)展戰(zhàn)略等核心事務(wù)中發(fā)揮著日益重要的作用。優(yōu)秀人才是提升國家綜合實(shí)力和核心競爭力的重要因素，而具有科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合素養(yǎng)的人才在各國搶占科技革命高地、優(yōu)化資源配置、發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)智能升級、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。STEM教育采取靈活的教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式，打通學(xué)科壁壘，加強(qiáng)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科之間的聯(lián)系，讓學(xué)習(xí)人員在真實(shí)情境下開展深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)高水平技能人才與創(chuàng)新人才。

新世紀(jì)以來，以美、德為代表的發(fā)達(dá)國家紛紛把發(fā)展STEM教育置于國家行動的戰(zhàn)略高度，在國家層面制定政策措施，促進(jìn)STEM人才培養(yǎng)，整合各方面力量，不斷加大STEM教育領(lǐng)域的投資，促進(jìn)STEM教育發(fā)展，向“保持卓越，領(lǐng)導(dǎo)世界”的STEM教育的終極宗旨進(jìn)發(fā)。作為最早開始重視STEM教育的國家，美國擁有系統(tǒng)化的STEM教育相關(guān)政策、課程、師資培訓(xùn)及資金配套制度，也是中國實(shí)施STEM教育的主要研究對象。

美國STEM教育的第一份政策指導(dǎo)文件是美國國家科學(xué)委員會于1986年發(fā)布的《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》。1996年，美國國家科學(xué)基金會發(fā)布的《塑造未來：透視科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)的本科教育》強(qiáng)調(diào)改善本科STEM教育、K-12 階段（幼兒園階段到12年級階段）STEM教師師資的培養(yǎng)。美國STEM教育于2006年2月發(fā)布了《美國競爭力計(jì)劃》，標(biāo)志著STEM教育進(jìn)入了快速發(fā)展階段。2007年10月，美國國家科學(xué)委員會在國會大廈宣布了“美國科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育體系重大需求的國家行動計(jì)劃”，后續(xù)四年中先后發(fā)表三份報(bào)告提出促進(jìn)STEM 教育的國家行動計(jì)劃，并制定了《K-12科學(xué)教育框架》《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》等文件，STEM教育促進(jìn)項(xiàng)目就此在美國全面展開。2011年，奧巴馬推出的新版《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略》報(bào)告強(qiáng)調(diào)，政府要關(guān)注教育改革，尤其要重視STEM教育。2016年9月14日，美國研究所與美國教育部聯(lián)合發(fā)布的名為《STEM 2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》的報(bào)告，對未來STEM教育的發(fā)展提出了更多的指導(dǎo)。

美國的STEM教育發(fā)展的顯著特點(diǎn)是：政府大力推動，社會各方面力量齊心協(xié)力，學(xué)校作為主要實(shí)施場所。美國政府一方面把STEM教育放在提升學(xué)生素質(zhì)教育的重要位置，另一方面不斷增加STEM教育經(jīng)費(fèi)的投入。社會各方面力量為美國STEM教育的課程與評估指標(biāo)的設(shè)置、師資的培養(yǎng)、教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)等方面做出了重要貢獻(xiàn)。

基于學(xué)生在STEM學(xué)科上的學(xué)業(yè)水平差距明顯與基礎(chǔ)普遍較差的現(xiàn)狀，奧巴馬政府加大了K-12階段的STEM教育發(fā)展力度，關(guān)注學(xué)生STEM素養(yǎng)的提升；美國精英高中面向特定群體招生（STEM資優(yōu)生或弱勢群體），提供嚴(yán)格的STEM課程、充足的STEM教學(xué)時(shí)間、豐富的STEM教育資源和優(yōu)秀的STEM教師等。美國相關(guān)學(xué)生成績?nèi)〉玫纳仙c其重視STEM教育是分不開的。

STEM課程與評估指標(biāo) 美國STEM教育課程通常注重發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造性，面向生活世界與社會發(fā)展的主題不斷更新內(nèi)容，多樣化的選擇機(jī)會滿足了學(xué)生個(gè)性化的需求。中國教育科學(xué)研究院STEM教育研究中心發(fā)布的《中國STEM教育白皮書》認(rèn)為，“項(xiàng)目引路”是全美范圍內(nèi)規(guī)模最大的技術(shù)教育項(xiàng)目之一，其優(yōu)質(zhì)的課程、注重實(shí)踐的教師培訓(xùn)、強(qiáng)有力的保障措施和有效的合作途徑在全美范圍內(nèi)產(chǎn)生了廣泛的影響?！绊?xiàng)目引路”一直致力于初中和高中STEM課程的開發(fā)，不過近年也已開發(fā)出一套小學(xué)的STEM課程。其中，初中課程包括“技術(shù)之門”，高中課程包括“工程之路”和“生物醫(yī)學(xué)科學(xué)”，小學(xué)課程包括“初等工程課”等。

STEM教育流程 STEM教育以學(xué)生為中心，其教育活動設(shè)計(jì)主要包括：準(zhǔn)備階段——學(xué)生選擇所需的工具與資源，綜合運(yùn)用所學(xué)知識，在分析、選擇、設(shè)計(jì)等過程中提升邏輯判斷能力、資源選擇能力與自主思考能力；實(shí)施階段——學(xué)生自主完成活動任務(wù)，通過不斷的探索、實(shí)驗(yàn)提升知識運(yùn)用能力、探索創(chuàng)新能力；改進(jìn)階段——讓學(xué)生填寫改進(jìn)建議，吸引作者積極參與，借助教師引導(dǎo)來培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力、創(chuàng)新能力；反思階段——鞏固與完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，拓展其知識新領(lǐng)域。

STEM教師培養(yǎng)計(jì)劃 奧巴馬政府十分關(guān)注STEM教師的培養(yǎng)，在2009年實(shí)施的“為創(chuàng)新而教計(jì)劃”中提出，五個(gè)公共與私營部門在未來五年內(nèi)要為一萬多名未來教師提供培訓(xùn)，且支持現(xiàn)有十萬多名STEM教師的專業(yè)發(fā)展；在2012年的“尊重項(xiàng)目”中，為打造一支全美STEM學(xué)科最優(yōu)秀的教師隊(duì)伍提供了巨額資金；在2014年的“STEM國家人才培育策略”中，提出了包括實(shí)現(xiàn)各州STEM創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)合作、培訓(xùn)優(yōu)秀STEM教師、建立STEM專家教師團(tuán)、資助STEM重點(diǎn)學(xué)校和增加STEM科學(xué)研究投入等措施在內(nèi)的具體規(guī)劃。

教育培訓(xùn)認(rèn)證 美國STEM教育針對教育工作者、社會人員和項(xiàng)目提供三種類型的培訓(xùn)。面向教育工作者與社會人員的培訓(xùn)認(rèn)證基本一致，培訓(xùn)內(nèi)容包括個(gè)性化的指導(dǎo)、撰寫課程計(jì)劃概要、STEM教育人員認(rèn)證。面向項(xiàng)目的教育培訓(xùn)認(rèn)證主要通過項(xiàng)目活動及工作會議來解決教育工作者關(guān)注的問題，90%的相關(guān)學(xué)校的職工必須參加項(xiàng)目認(rèn)證，包括每個(gè)現(xiàn)有項(xiàng)目中至少有一位管理者、一位研究員。

關(guān)注弱勢學(xué)生群體 美國STEM教育強(qiáng)調(diào)教育公平，倡導(dǎo)關(guān)注弱勢學(xué)生群體（特別是女性和少數(shù)族裔的學(xué)生），鼓勵STEM教師到貧窮地區(qū)和少數(shù)族裔地區(qū)教學(xué)，以此來縮小教育差距，滿足弱勢群體的教育需求，提高弱勢學(xué)生群體參與STEM學(xué)習(xí)的興趣與機(jī)會。美國政府首先明確了該領(lǐng)域弱勢群體的需求問題，然后發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢，提高弱勢群體學(xué)生的STEM參與度，最后通過針對性的教學(xué)、培訓(xùn)等工作使STEM教育項(xiàng)目延伸到弱勢群體。

社會各界齊心協(xié)力 作為連接政府、社會力量與學(xué)校教育的橋梁，以“變革方程”為首的一批民間組織機(jī)構(gòu)在推動STEM教育的過程中扮演了極為重要的角色。美國在推進(jìn)STEM教育的過程時(shí)，從不認(rèn)為這份職責(zé)單一地屬于學(xué)校，而是力圖挖掘社會各方面的力量（特別是企業(yè)界的力量），共同推進(jìn)STEM教育的普及與發(fā)展。作為一個(gè)致力于中小學(xué)STEM教育推廣的公益機(jī)構(gòu)，變革方程是在蓋茨基金會和紐約卡內(nèi)基公司的支持下由多位商界精英和社會名流創(chuàng)辦的，利用美國商界的投資、資源、影響力推動STEM教育，承諾擴(kuò)大優(yōu)秀STEM項(xiàng)目在學(xué)校、社區(qū)的覆蓋范圍。

STEM課程源于美國對基礎(chǔ)教育在理工科領(lǐng)域的式微而進(jìn)行的反思。隨著STEM課程體系的發(fā)展與改善，以及學(xué)生全面發(fā)展與整合課程的需求，最初的STEM中增加了“A”（Arts，人文藝術(shù)學(xué)科）成為STEAM；繼而又最新增加了“R”（wRiting，寫作能力）成為STREAM。這個(gè)發(fā)展演變也傳遞出關(guān)于未來學(xué)校發(fā)展的重要信息。

STEM教育到STEAM教育 STEAM教育是在原有STEM教育基礎(chǔ)上加入了“藝術(shù)”，這里的“藝術(shù)”并不是狹隘的藝術(shù)，其包含了較廣泛的人文藝術(shù)科目，涵蓋社會研究（social studies）、語言（language）、形體（physical）、音樂（musical）、美學(xué)（fine arts）和表演（performing）等。藝術(shù)加入科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)教育中，是對這四類課程的良好補(bǔ)充，能幫助學(xué)生優(yōu)化不同學(xué)科知識的理解與應(yīng)用。STEAM教育的理念是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過工程和藝術(shù)來解讀科學(xué)和技術(shù)，STEAM教育支持學(xué)生以學(xué)科整合的方式認(rèn)識世界，以綜合創(chuàng)新的形式改造世界，培養(yǎng)他們解決問題的創(chuàng)新能力。這反映了由具體內(nèi)容向整體學(xué)科、由單學(xué)科向多學(xué)科、由單領(lǐng)域向跨領(lǐng)域、由獨(dú)立向整合、由專才向通才的價(jià)值轉(zhuǎn)向和態(tài)勢，即未來學(xué)校的學(xué)科與課程發(fā)展趨勢和價(jià)值導(dǎo)向。

STEAM教育到STREAM教育 STREAM教育是在STEAM教育基礎(chǔ)上加入了“寫作”（wRiting）。美國新的STREAM教育理念認(rèn)為，R代表的寫作能力將在未來學(xué)校教育中占有舉足輕重的地位。寫作是科學(xué)教育乃至各個(gè)領(lǐng)域中非常重要的能力和素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)寫作能力的目的是使高素質(zhì)專業(yè)人士能夠勝任撰寫報(bào)告、實(shí)驗(yàn)材料的工作，以及滿足與人順暢交流的需要。閱讀是知識的輸入形式，而寫作是知識經(jīng)過思維邏輯的整合和分析處理乃至創(chuàng)新構(gòu)建以后的輸出形式，寫作能力反映的是一種高水平的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。團(tuán)隊(duì)合作是未來學(xué)校最看重的核心素養(yǎng)之一，而寫作是團(tuán)隊(duì)合作最重要的呈現(xiàn)方式和渠道。美國曾經(jīng)做過一項(xiàng)調(diào)查研究，將本國獲得諾貝爾獎的科學(xué)家同美國國家科學(xué)院、英國皇家學(xué)院等聲譽(yù)卓越的研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家以及一般的科學(xué)家做對照研究，其差別主要表現(xiàn)不在于不同群體的科學(xué)素養(yǎng)水平，而在于其寫作能力。

為促進(jìn)STEM教育的發(fā)展，確保各年齡階段以及各類型的學(xué)習(xí)者都能享有優(yōu)質(zhì)的STEM學(xué)習(xí)體驗(yàn)，解決STEM教育公平的問題，《STEM 2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》提出了六個(gè)愿景：網(wǎng)絡(luò)化且參與度高的實(shí)踐社區(qū)；加入特別設(shè)計(jì)的游戲和風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)習(xí)活動；包含用跨學(xué)科方法解決“大挑戰(zhàn)”的教育經(jīng)驗(yàn)；創(chuàng)新技術(shù)支持的靈活且包容的學(xué)習(xí)空間；創(chuàng)新且具操作性的學(xué)習(xí)測量；促進(jìn)多元化且多機(jī)遇的社會文化環(huán)境。力求在實(shí)踐社區(qū)、活動設(shè)計(jì)、教育經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)空間、學(xué)習(xí)測量、社會文化環(huán)境等方面為美國STEM教育發(fā)展助力。

當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)STEM教育的新愿景，需要多個(gè)利益相關(guān)者的參與和協(xié)作，考慮到地方背景不同、經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡及歷史偏見等因素，《STEM 2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》總結(jié)了美國STEM教育的八大挑戰(zhàn)：促進(jìn)公平的STEM教與學(xué)經(jīng)驗(yàn)和資源；培育參與度高且網(wǎng)絡(luò)化的STEM實(shí)踐社區(qū)；重新設(shè)計(jì)課堂活動以提高趣味性和風(fēng)險(xiǎn)性；開展早期STEM教育；打破STEM學(xué)科間及與其他非STEM學(xué)科間的分界；重新構(gòu)想學(xué)習(xí)空間；開發(fā)創(chuàng)新且可操作的學(xué)習(xí)評價(jià)方式；賦予STEM新面孔以促進(jìn)多元化、多機(jī)遇的社會環(huán)境。

《STEM 2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》是美國STEM領(lǐng)域幾十位專家學(xué)者根據(jù)美國國情提出的對STEM教育未來十年的規(guī)劃與展望，提供具體事例應(yīng)對存在的調(diào)整，具有明確的指向性。可以說，這份報(bào)告對我國STEM教育發(fā)展規(guī)劃和研究定位具有重要參考意義。

我們正在為培養(yǎng)具有問題解決能力、批判性思維、STEM素養(yǎng)的學(xué)生做出努力。挑戰(zhàn)雖然不少，但做出的努力是有價(jià)值的，至少目前已經(jīng)產(chǎn)生了效果?！獖W巴馬