時文靜 徐 力

STEM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)4門學(xué)科英文首字母的縮寫。STEM教育在美國發(fā)展至今已經(jīng)30多年，近年來世界各國也逐漸關(guān)注STEM教育、開展STEM教育，但總體而言，美國的STEM教育發(fā)展較為成熟，STEM學(xué)校建設(shè)較好。因此，分析美國STEM學(xué)校的對我國的STEM教育的發(fā)展具有借鑒意義。

一、STEM教育的發(fā)展

1.美國STEM教育

STEM教育源自美國，STEM教育的提出除了源于軍事和經(jīng)濟(jì)安全的國家目標(biāo)之外，還要保持國家的競爭地位，幾乎所有創(chuàng)新和職業(yè)領(lǐng)域都與STEM知識和技能密不可分，美國聯(lián)邦、州和地方政府需要更多的STEM專家推動創(chuàng)新，以維持該國在全球經(jīng)濟(jì)中的競爭地位。此外，美國中小學(xué)生的數(shù)學(xué)和科學(xué)水平較低，在國際數(shù)學(xué)與科學(xué)評測趨勢(TIMSS，4年一次)中，美國中小學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面的表現(xiàn)處于國際低水平，美國的排名落后于很多國家。自此之后美國推出了近20項政府報告和政策發(fā)展STEM教育，加強STEM教育。2006年發(fā)布“美國競爭力計劃”，提出培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的人才是全球競爭力的關(guān)鍵。2010年頒布“變革方程”教育計劃，利用商界的力量促進(jìn)STEM公益教育事業(yè)、激勵青少年學(xué)習(xí)STEM以及鼓勵教育改革[1]。2013年頒布《STEM教育五年戰(zhàn)略計劃》，2017年簽署的總統(tǒng)備忘錄中也指出每年至少投資2億美元用于STEM教育項目，提供高質(zhì)量的STEM和計算機科學(xué)及編程課程，培養(yǎng)兒童的STEM知識和技能，以此促進(jìn)STEM教育的發(fā)展。

2.中國STEM教育

我國開展STEM教育時間較晚，國內(nèi)關(guān)于STEM教育的研究最早可以追溯到2008年陳超等發(fā)表的《美國的世界一流大學(xué)戰(zhàn)略與啟示》，在該文中簡要提及“美國競爭力計劃”，強調(diào)通過實施STEM教育戰(zhàn)略提高美國的競爭力，但沒有具體剖析STEM教育概念及內(nèi)涵[2]。之后從2008—2012年，我國STEM教育研究一直處于起步階段，論文發(fā)表量總數(shù)不超過10篇，且大多是對國外STEM教育政策和發(fā)展脈絡(luò)的梳理與解讀。2013—2018年，論文發(fā)表量逐年攀升，尤其是近三年，STEM教育研究已然成為國內(nèi)教育研究的熱點[3]。

常詠梅等學(xué)者以2011—2016年來源于CSSCI期刊的57篇STEM文獻(xiàn)(碩博論文12篇，期刊論文45篇)分析出我國當(dāng)前的STEM研究現(xiàn)狀：(1)我國STEM教育的研究熱點是關(guān)于STEM教育的教育政策、學(xué)科整合、美國STEM教育、與創(chuàng)客教育的聯(lián)系的研究；(2)STEM教師、人才培養(yǎng)、項目學(xué)習(xí)、教學(xué)實踐等領(lǐng)域有待進(jìn)一步研究與探討[4]。因此，為了更好地發(fā)展我國的STEM教育，筆者以美國一所較為成功實施STEM教育的學(xué)?！笨_來納州數(shù)學(xué)和科學(xué)學(xué)校(North Carolina School of Science and Mathematics, 簡稱 NCSSM)為例，通過研究它的課程設(shè)置探究STEM教育的本質(zhì)并從中獲得成功的經(jīng)驗，期望能為我國STEM教育的發(fā)展提供啟示與借鑒。

二、NCSSM的STEM教育

美國的STEM教育學(xué)校大致分為4種類型：分別是STEM精英學(xué)校、STEM全納學(xué)校、STEM職業(yè)技術(shù)學(xué)校、STEM綜合學(xué)校。美國STEM精英學(xué)校大概有4種類型，分別是：寄宿制學(xué)校、獨立學(xué)校、校中校、半日制課程學(xué)習(xí)中心。STEM精英學(xué)校是圍繞一個或者多個STEM學(xué)科開展教學(xué)活動的學(xué)校，學(xué)校致力于為學(xué)生提供能獲得STEM文憑的、高質(zhì)量的STEM職業(yè)教育，為此，整合多方面的資源支持學(xué)生的學(xué)習(xí)，其中包括優(yōu)秀的師資、完善的課程體系、專業(yè)的實驗設(shè)備、科學(xué)家的指導(dǎo)和一些有助于專業(yè)發(fā)展的輔助項目。NCSSM是一所寄宿制STEM精英學(xué)校，它的核心課程觀是培養(yǎng)學(xué)生探索性的世界觀和創(chuàng)新能力。

NCSSM的STEM學(xué)科課程設(shè)置涵蓋了工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)和科學(xué)，覆蓋全面，甚至還有豐富的人文類課程。此外學(xué)校還提供免費的互動視頻會議課程(IVC)、AP項目、夏季加速課程(summer accelerator)、各種選修課供學(xué)生選擇，課程種類豐富，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和實際情況選擇課程。通過對NCSSM學(xué)校的課程設(shè)置分析出以下4點STEM教育的本質(zhì)特征。

1.跨學(xué)科性

與傳統(tǒng)分科教學(xué)不同，STEM教育強調(diào)將原本分散的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)這4門學(xué)科內(nèi)容自然組合形成整體，具有跨學(xué)科性?？鐚W(xué)科意味著教育工作者在STEM教育中，不再將重點放在某個特定學(xué)科或者過于關(guān)注學(xué)科界限，而是將重心放在特定問題上，強調(diào)利用科學(xué)、技術(shù)、工程或數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識解決問題，實現(xiàn)跨越學(xué)科界限、從多學(xué)科知識綜合應(yīng)用的角度提高學(xué)生解決實際問題的能力的教育目標(biāo)[5]。

NCSSM有許多研究性課程，這些課程涉及生物學(xué)、化學(xué)、物理、工程學(xué)和人文學(xué)科(如圖1所示)。課程時長跨越1～3個月。例如，NCSSM的暑期研究計劃中的“生態(tài)學(xué)：杜克濕地中心”“使用天然染料提取物制造太陽能電池”“野生食物的營養(yǎng)”等研究課題需要學(xué)生綜合運用各個學(xué)科的知識，單一的學(xué)科知識無法支撐學(xué)生完成整個研究計劃。

圖1 2018—2019年NCSSM在線課程圖[6]

2.情境性

STEM教育具有情境性特征，它強調(diào)將知識應(yīng)用于生活，解決生活中真實存在的問題，培養(yǎng)解決問題的能力。NCSSM認(rèn)為通過核心課程為學(xué)生營造一個真實的學(xué)習(xí)情景十分重要，因此在設(shè)置學(xué)習(xí)情境時會考慮選擇學(xué)生生活所遇到的問題，具有鮮明的生活性特征，而從現(xiàn)實生活中尋找素材，也就意味著學(xué)習(xí)情境具有真實性[7]。現(xiàn)實世界中的諸多問題，例如生態(tài)失衡、環(huán)境污染、資源短缺等，這些都是最自然的STEM學(xué)科的組合，均可以成為STEM教育的素材。這種學(xué)習(xí)環(huán)境有利于吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的興趣，并提高學(xué)生對社會問題的關(guān)注度。NCSSM開設(shè)了種類豐富的選修課，例如Honors Energy and Sustainability，該課程向?qū)W生介紹全球可持續(xù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，要求學(xué)生對科學(xué)、工程、經(jīng)濟(jì)學(xué)中可持續(xù)性的、相關(guān)聯(lián)的主題進(jìn)行多學(xué)科研究，探討人類社會面對的全球變化、生態(tài)系統(tǒng)退化和全球資源限制等一系列問題。

3.實踐性

STEM教育強調(diào)做中學(xué)，在實踐中應(yīng)用所學(xué)的知識解決實際存在的問題。NCSSM提供了許多實踐性課程，參與夏季研究與創(chuàng)新計劃的學(xué)生將與校園內(nèi)的NCSSM教員或校外志愿導(dǎo)師一起工作，在夏季的2～5周內(nèi)全天工作，學(xué)生可以參與獨立或正在進(jìn)行的項目。這些項目可以培養(yǎng)個人和專業(yè)技能，學(xué)生以演講的形式匯報計劃的結(jié)果，這種方式不僅可以展示學(xué)生項目中的發(fā)現(xiàn)，還可以促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展和成長。此外，通過學(xué)生服務(wù)部門，學(xué)生必須在高年級之前為北卡羅來納州的非營利組織提供60小時的服務(wù)學(xué)習(xí)。每個學(xué)生還需要每周進(jìn)行3個小時的校園服務(wù)，暑期服務(wù)計劃允許學(xué)生以各種方式回饋家庭社區(qū)，這些方式可以滿足個人激情、愛好、興趣和可能的職業(yè)。無論這是首次志愿者體驗還是以前志愿服務(wù)的延續(xù)，學(xué)生都有機會進(jìn)行個人成長，并在志愿服務(wù)中培養(yǎng)持久的興趣和承諾。

4.協(xié)作性

NCSSM的許多課程以項目的形式開展，學(xué)生需要以小組為單位，開展研究課題，在這過程中相互幫助、啟發(fā)、交流討論，也要做到合理分工，因此協(xié)作性是非常重要的。NCSSM會為學(xué)生提供專業(yè)指導(dǎo)教師，在項目進(jìn)行過程中給予學(xué)生一定的幫助。此外通過雙向視頻會議，學(xué)生可以與項目團(tuán)隊合作，與全州其他學(xué)校的學(xué)生進(jìn)行全班討論。NCSSM教師實時監(jiān)控課程，評估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，確保學(xué)生參與課程材料并相互學(xué)習(xí)。

三、對中國STEM教育的啟示

NCSSM作為美國一所比較成功的STEM教育學(xué)校，成功并非偶然，它的課程定位、校園環(huán)境、專業(yè)的教師、豐富的實踐活動為每一位學(xué)生提供獨特的學(xué)習(xí)體驗，我國在開展STEM教育過程中，可以學(xué)習(xí)以下幾點。

1.發(fā)揮學(xué)生主導(dǎo)作用

縱觀NCSSM學(xué)校的STEM課程，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體并主導(dǎo)整個項目的研究和實施。NCSSM給學(xué)生提供了廣闊的發(fā)展空間和選擇空間，例如比賽、實踐活動、志愿活動、在線課程等，學(xué)生可以自主選擇感興趣的活動或者研究性課題，教師在這過程中扮演一個輔助者的角色，給予學(xué)生指導(dǎo)、建議和可供選擇的幫助，而不是給出指令，學(xué)生根據(jù)教師的指示完成項目，因此無論是選擇項目還是選擇合作伙伴，學(xué)生都有主導(dǎo)權(quán)和選擇權(quán)。這種豐富多彩的校園活動也給學(xué)生帶來更多體驗的機會，學(xué)校提供的幫助也讓學(xué)生能夠更加深入地探索感興趣的領(lǐng)域，很多學(xué)生對于未來的職業(yè)選擇都和學(xué)生時代參與的活動有密切的聯(lián)系。

2.聯(lián)合各方資源

NCSSM充分利用了家長和社會等各種資源，并進(jìn)行合理的運用。近40年來，NCSSM基金會一直支持NCSSM有才華的學(xué)生參加在線和遠(yuǎn)程教育課程的學(xué)術(shù)學(xué)習(xí)；NCSSM校友會重點在志愿服務(wù)，并捐贈資金；家長委員會協(xié)會通過為家長組織志愿服務(wù)的機會支持學(xué)?；顒樱粚W(xué)生政府會與管理人員合作，為學(xué)生建立更具支持性的學(xué)術(shù)環(huán)境，更強大的社會社區(qū)和更健康的心理生活。除了活動主辦和俱樂部資助外，還有專門用于影響學(xué)生團(tuán)體的特殊舉措和項目的預(yù)算，這些社會資源極大地幫助了NCSSM的學(xué)生，為其提供了優(yōu)質(zhì)的教育資源和廣闊的發(fā)揮空間，讓學(xué)生全方面發(fā)展。

3.專業(yè)師資

NCSSM的教師是各自領(lǐng)域的技能嫻熟的教師和領(lǐng)導(dǎo)者，擁有多年的數(shù)學(xué)，科學(xué)和人文學(xué)科經(jīng)驗。教師致力于設(shè)計每個學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，并將他們的專業(yè)經(jīng)驗帶到課堂，為每個學(xué)生拓寬經(jīng)驗。NCSSM的成功與優(yōu)質(zhì)的師資條件密不可分，教學(xué)經(jīng)驗和技能嫻熟的教師在教學(xué)過程中對于學(xué)生的影響是巨大的，而NCSSM的教師為NCSSM培養(yǎng)的許多優(yōu)秀的學(xué)生，未來就是STEM領(lǐng)域中的優(yōu)秀人才。

四、結(jié)語

我國目前的STEM教育處于起步階段，缺乏系統(tǒng)的課程設(shè)計，也沒有相關(guān)專業(yè)的教育人員。NCSSM的成功之處我們可以借鑒學(xué)習(xí)，但是在學(xué)習(xí)的過程中不可生搬硬套，要將它本土化、中國化，例如將項目與中國的傳統(tǒng)文化相結(jié)合，學(xué)生既能通過項目學(xué)習(xí)、發(fā)揚我國的傳統(tǒng)文化，又能通過項目鍛煉自己的能力。筆者希望通過對美國NCSSM的案例分析為我國開展STEM教育提供一些啟示，促進(jìn)STEM教育的健康發(fā)展。