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摘? ?要：近年來(lái)，美國(guó)STEM教育越來(lái)越呈現(xiàn)技術(shù)增強(qiáng)型的趨勢(shì)，政府各部門(mén)發(fā)布的一系列政策都體現(xiàn)了對(duì)將技術(shù)融入STEM教育以促進(jìn)學(xué)生STEM學(xué)習(xí)的重視。2018年，美國(guó)公布STEM教育的“北極星計(jì)劃”，尤其強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)和計(jì)算素養(yǎng)的教育發(fā)展路徑，《用技術(shù)支持STEM學(xué)習(xí)的九個(gè)維度》這篇報(bào)告正是具體論述如何轉(zhuǎn)變現(xiàn)有STEM教育模式，從而在方法論上接入該發(fā)展路徑。文章在分析目前美國(guó)STEM教育現(xiàn)狀和教育政策的基礎(chǔ)上，對(duì)《用技術(shù)支持STEM學(xué)習(xí)的九個(gè)維度》報(bào)告進(jìn)行解讀，將這九個(gè)維度劃分為技術(shù)促進(jìn)互動(dòng)、技術(shù)強(qiáng)化問(wèn)題解決能力、技術(shù)培養(yǎng)科研精神三個(gè)方面進(jìn)行具體論述，并基于對(duì)報(bào)告及相關(guān)文獻(xiàn)的解讀給出了對(duì)于中國(guó)STEM教育發(fā)展的建議。

關(guān)鍵詞：STEM教育 教育技術(shù) 數(shù)字化

作為STEM教育的誕生地，美國(guó)一直走在STEM教育發(fā)展的前沿。STEM教育為美國(guó)培養(yǎng)了大量科技創(chuàng)新人才，從而使其在世界范圍內(nèi)奠定了科技競(jìng)爭(zhēng)力的領(lǐng)先地位。為了應(yīng)對(duì)未來(lái)更加激烈的科技競(jìng)爭(zhēng)，其必須不斷變革其STEM教育模式，培養(yǎng)出更多具備數(shù)字素養(yǎng)、信息素養(yǎng)和創(chuàng)新思維的人才。從近十年美國(guó)政府機(jī)構(gòu)發(fā)布的相關(guān)政策和報(bào)告中可以看出，實(shí)施技術(shù)增強(qiáng)型的STEM教學(xué)已成為變革的航向。美國(guó)的STEM教育現(xiàn)狀促使其抓住變革的機(jī)遇，突破瓶頸從而實(shí)現(xiàn)更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

2019年10月，美國(guó)聯(lián)邦教育部教育技術(shù)辦公室（Office of Educational Technology）發(fā)布了一份題為《用技術(shù)支持STEM學(xué)習(xí)的九個(gè)維度》（Nine Dimensions for Supporting Powerful STEM Learning with Technology）的報(bào)告。該報(bào)告響應(yīng)“北極星計(jì)劃”制定的目標(biāo)和路線，明確指出技術(shù)可以成為轉(zhuǎn)換STEM教學(xué)和學(xué)習(xí)方式的強(qiáng)大工具，探討了將創(chuàng)新的數(shù)字技術(shù)整合到教育中的影響，并歸納了有效利用技術(shù)來(lái)深化學(xué)生STEM體驗(yàn)的九大路徑。[1]

一、《用技術(shù)支持STEM學(xué)習(xí)的九個(gè)維度》報(bào)告發(fā)布背景與目的

（一）美國(guó)STEM教育發(fā)展現(xiàn)狀

通過(guò)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation，NSF）發(fā)布的《中小學(xué)數(shù)學(xué)與科學(xué)教育》（Elementary and Secondary Mathematics and Science Education）[2]和《2020年美國(guó)科學(xué)與工程狀況》（The State of U.S. Science & Engineering 2020）兩份報(bào)告，可以了解到近年來(lái)美國(guó)K-12階段STEM教育、STEM高等教育、STEM創(chuàng)新、STEM勞動(dòng)力、美國(guó)公眾對(duì)于科學(xué)技術(shù)的態(tài)度等方面的概況。[3]

1.社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位差距使學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)成績(jī)上的差異越來(lái)越大

研究人員發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面的早期經(jīng)驗(yàn)和成就可能會(huì)影響他們?cè)谝院蟮膶W(xué)業(yè)生涯中對(duì)STEM學(xué)科的態(tài)度和信心[4]。然而，學(xué)生通常無(wú)法在平等的基礎(chǔ)上開(kāi)始STEM學(xué)習(xí)——對(duì)幼兒園學(xué)生進(jìn)行的評(píng)估揭示了學(xué)生因?yàn)榧彝ド鐣?huì)經(jīng)濟(jì)地位、種族或民族等因素在數(shù)學(xué)和科學(xué)成績(jī)上產(chǎn)生的差距，其中一些差距隨著學(xué)生學(xué)業(yè)的繼續(xù)而持續(xù)存在，甚至逐漸擴(kuò)大[5]。歸根結(jié)底，種族因素最終指向的還是社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位，可以認(rèn)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位是導(dǎo)致近些年來(lái)美國(guó)學(xué)生STEM學(xué)習(xí)成效差距的根本因素。

除了上述原因，還有多種因素導(dǎo)致了學(xué)生STEM教育的早期差距，其中包括學(xué)生是否有充足的機(jī)會(huì)參與非正式學(xué)習(xí)和能否得到高質(zhì)量的學(xué)前教育[6]。另外，教育信息化也在某種程度上給學(xué)生帶來(lái)技術(shù)門(mén)檻。

2.在國(guó)際評(píng)估中，美國(guó)學(xué)生的數(shù)學(xué)和科學(xué)成績(jī)表現(xiàn)并沒(méi)有非常突出

根據(jù)國(guó)際數(shù)學(xué)與科學(xué)成就趨勢(shì)調(diào)查（TIMSS）評(píng)估①，相對(duì)于其他參與評(píng)估的發(fā)達(dá)國(guó)家的學(xué)生，美國(guó)八年級(jí)學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)上的表現(xiàn)并不十分突出。在2015年參與TIMSS的19個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，美國(guó)在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面的平均分?jǐn)?shù)均排名第9，新加坡、韓國(guó)、日本等亞洲國(guó)家在分?jǐn)?shù)表現(xiàn)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了美國(guó)[7]。美國(guó)聯(lián)邦教育部逐漸意識(shí)到，應(yīng)當(dāng)想辦法突破現(xiàn)今STEM教育的瓶頸，變革傳統(tǒng)的STEM教育模式，尋求新的發(fā)展路徑，以提高其義務(wù)教育階段學(xué)生的總體STEM素養(yǎng)。

3.各國(guó)STEM高等教育學(xué)位產(chǎn)出競(jìng)爭(zhēng)激烈

在所有國(guó)家中，美國(guó)授予的STEM博士學(xué)位最多，接收的國(guó)際學(xué)生也最多，但是從工程類STEM專業(yè)的博士學(xué)位數(shù)量來(lái)看，美國(guó)面臨著來(lái)自中國(guó)的巨大競(jìng)爭(zhēng)壓力。中國(guó)的STEM博士學(xué)位數(shù)量增長(zhǎng)迅速，美國(guó)高等教育機(jī)構(gòu)希望進(jìn)一步提高STEM領(lǐng)域?qū)W生的入學(xué)率和保有率。

4.美國(guó)企業(yè)積極進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，科技成果轉(zhuǎn)化率較高

美國(guó)企業(yè)積極將新的技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)管理的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。風(fēng)險(xiǎn)投資的數(shù)據(jù)顯示，新興領(lǐng)域的投資者看到了潛在的商業(yè)影響。在美國(guó)，風(fēng)險(xiǎn)投資主要集中在依賴軟件的領(lǐng)域，包括移動(dòng)技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、工業(yè)和金融技術(shù)。在這些領(lǐng)域中，人工智能技術(shù)的投資增長(zhǎng)最快。這些現(xiàn)象非常有力地說(shuō)明，新的研發(fā)成果不能僅停留在知識(shí)和理論的層面，而且要積極應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和商業(yè)實(shí)踐，才能發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值，吸引更多資源投入，反哺學(xué)術(shù)研究，從而促進(jìn)知識(shí)的良性循環(huán)。

5.具備STEM技術(shù)專長(zhǎng)的人才在勞動(dòng)力市場(chǎng)中更具優(yōu)勢(shì)

勞動(dòng)力市場(chǎng)對(duì)STEM人才的需求量很大并保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。美國(guó)的STEM職位主要包括軟件開(kāi)發(fā)人員、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析師、化學(xué)家、數(shù)學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、心理學(xué)家、工程師等，其增長(zhǎng)速度超過(guò)了整體勞動(dòng)力的增加速度，目前占美國(guó)整體勞動(dòng)力的5%（約700萬(wàn)職位）[8]。另外，從事STEM相關(guān)職業(yè)的人員收入也遠(yuǎn)高于其他職業(yè)。

需要注意的是，不僅STEM相關(guān)行業(yè)和機(jī)構(gòu)對(duì)STEM技能專長(zhǎng)有所要求，許多非STEM領(lǐng)域的行業(yè)和機(jī)構(gòu)也同樣對(duì)STEM技能有需求。

（一）促進(jìn)學(xué)生互動(dòng)

技術(shù)將大大提高學(xué)生在STEM教學(xué)中的參與度。通過(guò)數(shù)字技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以與學(xué)習(xí)內(nèi)容、師生積極互動(dòng)，從而構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)社區(qū)，促進(jìn)個(gè)體知識(shí)和群體知識(shí)的深層建構(gòu)。

1.動(dòng)態(tài)表征

讓學(xué)生通過(guò)與數(shù)字模型，仿真以及數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)表征進(jìn)行交互來(lái)學(xué)習(xí)和掌握STEM概念。動(dòng)態(tài)表征（如數(shù)字模型、交互式仿真和虛擬環(huán)境技術(shù)）是科學(xué)家、數(shù)學(xué)家和工程師常常使用的基本工具?；谟?jì)算機(jī)模型的動(dòng)態(tài)表征往往更能引起學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，并幫助他們構(gòu)建更為準(zhǔn)確的自然現(xiàn)象或工程現(xiàn)象的心理模型（mental model）②。例如，學(xué)生可以通過(guò)在線模擬工具對(duì)一個(gè)地區(qū)的溫度、濕度和降雨量進(jìn)行測(cè)量，從而全面了解該地區(qū)的氣候情況。

動(dòng)態(tài)表征以動(dòng)態(tài)可視化的形式向?qū)W生傳遞教學(xué)信息，除了能最大程度地吸引學(xué)生的注意力，還能給予學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，加深對(duì)過(guò)程性和概念性知識(shí)的理解，構(gòu)建自己的認(rèn)知地圖。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容之間產(chǎn)生良性互動(dòng)，不再是傳統(tǒng)的單向輸入。

2.協(xié)作推理

學(xué)生利用相關(guān)技術(shù)工具圍繞STEM概念進(jìn)行協(xié)作推理，過(guò)程中小組成員平等參與、共同進(jìn)步。不斷構(gòu)建和維持對(duì)問(wèn)題的共同理解、協(xié)作推理可以有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生一起思考某個(gè)STEM概念時(shí)，他們會(huì)對(duì)概念的涵義進(jìn)行反復(fù)協(xié)商以達(dá)成共識(shí)。在這個(gè)過(guò)程中，技術(shù)可以通過(guò)提供多樣化的交流方式、對(duì)社區(qū)知識(shí)無(wú)障礙的訪問(wèn)來(lái)增強(qiáng)協(xié)作。研究表明，當(dāng)學(xué)生通過(guò)與他人互動(dòng)來(lái)獲得支持和指導(dǎo)時(shí)，他們將更多地從協(xié)作活動(dòng)中受益。數(shù)字協(xié)作平臺(tái)相比傳統(tǒng)協(xié)作模式具備更為強(qiáng)大的同伴交互功能，并且可以起到均衡參與度的作用（鼓勵(lì)小組的每個(gè)成員都積極參加，讓協(xié)作不被少數(shù)人主導(dǎo)）。

3.直接的個(gè)性化反饋

數(shù)字工具可以為學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)和實(shí)踐提供即時(shí)和個(gè)性化的反饋。反饋被認(rèn)為是影響學(xué)生學(xué)習(xí)的最有力手段之一。當(dāng)學(xué)生面對(duì)具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，反饋會(huì)告知學(xué)習(xí)者所需的績(jī)效水平，以便他們?yōu)樽约涸O(shè)定合理的目標(biāo)，并以此指導(dǎo)后續(xù)的學(xué)習(xí)行動(dòng)。此外，如果學(xué)生能夠根據(jù)反饋調(diào)整自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃，反饋還可以幫助他們縮小當(dāng)前的績(jī)效水平與預(yù)期績(jī)效水平之間的差距。

根據(jù)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，反饋可以采取多種不同的形式，如延時(shí)反饋或即時(shí)反饋、個(gè)人反饋或小組反饋等，在不同的情況下適用的反饋形式有所不同。數(shù)字技術(shù)能夠兼容更多的反饋形式，并且能較為便捷和即時(shí)地為每個(gè)學(xué)生提供個(gè)性化反饋，從而引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)行為。反饋從根本上來(lái)說(shuō)其實(shí)是學(xué)習(xí)者與教師的互動(dòng)。在這個(gè)維度中，技術(shù)可以分擔(dān)教師的部分職能，讓每個(gè)學(xué)生都能及時(shí)得到有針對(duì)性的指導(dǎo)，這在STEM學(xué)習(xí)中是非常有必要的。

（二）強(qiáng)化學(xué)生問(wèn)題解決能力

技術(shù)可以培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決的能力或者成為學(xué)生解決問(wèn)題的工具。強(qiáng)化學(xué)生問(wèn)題解決能力不僅是為了讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)的良構(gòu)問(wèn)題的解決，更重要的是延伸到現(xiàn)實(shí)復(fù)雜情境中非良構(gòu)問(wèn)題③的解決。技術(shù)可以幫助學(xué)生輸出觀點(diǎn)、掌握系統(tǒng)化的問(wèn)題解決流程、養(yǎng)成解決問(wèn)題的計(jì)算思維、進(jìn)行整體化的問(wèn)題解決并對(duì)問(wèn)題解決的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。

1.科學(xué)論證技能

學(xué)生能夠利用技術(shù)進(jìn)行科學(xué)論證，包括提出和評(píng)估科學(xué)或數(shù)學(xué)主張的證據(jù)?？茖W(xué)論證是一個(gè)思維過(guò)程，需要學(xué)生運(yùn)用批判性思維來(lái)提出和捍衛(wèi)解釋科學(xué)現(xiàn)象概念的證據(jù)?？茖W(xué)論證對(duì)于科學(xué)的所有領(lǐng)域的實(shí)踐都至關(guān)重要。在課堂里，科學(xué)論證使學(xué)生能夠建構(gòu)知識(shí)并賦予他們權(quán)力來(lái)評(píng)判他人的主張是否合理;而在真實(shí)情境中，科學(xué)論證技能也可幫助學(xué)生收集相關(guān)證據(jù)為自己的主張進(jìn)行辯護(hù)。可以說(shuō)，科學(xué)論證技能已成為現(xiàn)代公民必備的核心技能之一。為了順應(yīng)時(shí)代需求， 絕大多數(shù)國(guó)家的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)都將學(xué)生的論證能力作為重要的培養(yǎng)目標(biāo)[16]。在此維度中，技術(shù)可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境、搭建支架，從而幫助學(xué)生提高科學(xué)論證技能?？茖W(xué)論證是學(xué)生輸出觀點(diǎn)的必要步驟，任何STEM領(lǐng)域創(chuàng)新理念的輸出都需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的科學(xué)論證，而觀點(diǎn)輸出則是進(jìn)行問(wèn)題解決的前提。

2.工程設(shè)計(jì)流程

學(xué)生可以使用工程設(shè)計(jì)流程和相關(guān)支持技術(shù)來(lái)計(jì)劃、修訂、測(cè)試、實(shí)施問(wèn)題解決方案。

工程設(shè)計(jì)是指以數(shù)學(xué)和科學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，有目標(biāo)地進(jìn)行工程產(chǎn)品構(gòu)思和計(jì)劃的過(guò)程，是工程教育的重要組成部分[17]。工程設(shè)計(jì)是一個(gè)迭代的系統(tǒng)化過(guò)程。工程師根據(jù)已有的知識(shí)反復(fù)測(cè)試和調(diào)整設(shè)計(jì)出新版本，然后采取系統(tǒng)化的步驟改進(jìn)設(shè)計(jì)。在這個(gè)過(guò)程中，他們通過(guò)數(shù)據(jù)提出問(wèn)題，確定成功的解決方案的標(biāo)準(zhǔn)并鑒別制約因素。因而，數(shù)字工具在工程設(shè)計(jì)流程中起著核心作用。

在這個(gè)維度中，技術(shù)輔助學(xué)生進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生通過(guò)迭代改進(jìn)設(shè)計(jì)步驟將觀點(diǎn)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決。另外，技術(shù)還為學(xué)生提供了將科學(xué)和數(shù)學(xué)思想應(yīng)用于具體設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。簡(jiǎn)而言之，技術(shù)可以幫助學(xué)生掌握系統(tǒng)化的問(wèn)題解決流程。

3.計(jì)算思維

學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)，通過(guò)算法、數(shù)據(jù)和模擬來(lái)調(diào)查問(wèn)題并獲得對(duì)現(xiàn)象的新理解，從而解決問(wèn)題。計(jì)算思維是指使用一定方法和工具對(duì)問(wèn)題及其解決方案進(jìn)行表述和分析，并通過(guò)算法思維來(lái)促進(jìn)抽象推理和程序自動(dòng)化。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，計(jì)算思維將一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題拆解為簡(jiǎn)單可操作的子問(wèn)題，然后使用一系列清晰步驟來(lái)有順序地解決每個(gè)子問(wèn)題;證明解決方案有效后，將其遷移到類似問(wèn)題中;最后通過(guò)計(jì)算機(jī)使問(wèn)題解決過(guò)程自動(dòng)化。計(jì)算思維包括問(wèn)題拆解、算法、抽象、自動(dòng)化等方面的能力[18]。這些能力不僅是計(jì)算機(jī)教育關(guān)注的核心素養(yǎng)，更應(yīng)當(dāng)是STEM教育需要重點(diǎn)培養(yǎng)的思維能力。在STEM教育中，讓學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維進(jìn)行實(shí)踐的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)廣泛適用于科學(xué)和數(shù)學(xué)相關(guān)學(xué)科，教學(xué)設(shè)計(jì)者還應(yīng)當(dāng)為學(xué)生處理抽象數(shù)據(jù)提供遷移機(jī)會(huì)和應(yīng)用環(huán)境。

在這個(gè)維度中，技術(shù)是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決自動(dòng)化的有力工具，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維必然離不開(kāi)信息技術(shù)的應(yīng)用。而計(jì)算思維是在STEM領(lǐng)域中進(jìn)行問(wèn)題解決時(shí)必須具備的一種思維方式。

4.基于項(xiàng)目的跨學(xué)科學(xué)習(xí)

學(xué)生可以在結(jié)合多個(gè)STEM領(lǐng)域的基于項(xiàng)目或挑戰(zhàn)的真實(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)中使用數(shù)字技術(shù)工具。分科教學(xué)在反映現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)問(wèn)題方面具有很大的弊端。針對(duì)這一問(wèn)題，取消分科、進(jìn)行整合教育已成為一種教育趨勢(shì)。STEM代表的是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)相關(guān)的學(xué)科統(tǒng)整的知識(shí)領(lǐng)域，跨學(xué)科性就是STEM教育的核心特征[19]?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)需要學(xué)生打破學(xué)科界限，綜合應(yīng)用STEM領(lǐng)域中相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

STEM跨學(xué)科整合最核心的工作是項(xiàng)目設(shè)計(jì)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以使用數(shù)字技術(shù)來(lái)查找、組織和交流信息，進(jìn)行任務(wù)管理并創(chuàng)建最終產(chǎn)品。通過(guò)基于項(xiàng)目的跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生不僅可以習(xí)得重要的STEM知識(shí)，還可以在實(shí)際情況中結(jié)合其他知識(shí)和技能進(jìn)行應(yīng)用。

在這個(gè)維度中，數(shù)字技術(shù)可以幫助學(xué)生獲取信息、運(yùn)用信息并創(chuàng)建和輸出有形的項(xiàng)目成果，最重要的是它可以培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科綜合解決問(wèn)題的能力，避免學(xué)生因?yàn)檫^(guò)于關(guān)注學(xué)科界限、忽視知識(shí)聯(lián)系，將重心局限于某個(gè)特定問(wèn)題，從而影響問(wèn)題的整體解決。

5.嵌入式評(píng)估

將數(shù)字評(píng)估嵌入STEM教學(xué)中，以提示學(xué)生對(duì)他們的解釋、模型和問(wèn)題解決方案的質(zhì)量進(jìn)行反思。當(dāng)教學(xué)設(shè)計(jì)者將數(shù)字評(píng)估嵌入到STEM教學(xué)中時(shí)，數(shù)字評(píng)估可以在學(xué)生科學(xué)探究過(guò)程中為他們提供有關(guān)自身STEM實(shí)踐質(zhì)量的豐富信息。當(dāng)用于形成性評(píng)價(jià)時(shí)，數(shù)字評(píng)估有助于調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，以更好地滿足學(xué)習(xí)者的需求;而當(dāng)用于總結(jié)性評(píng)價(jià)時(shí)，數(shù)字評(píng)估可以幫助學(xué)生評(píng)價(jià)產(chǎn)出的解決方案的質(zhì)量。

在這個(gè)維度中，技術(shù)可以作為對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)估的主體——通過(guò)數(shù)字技術(shù)為學(xué)生提供能夠幫助改進(jìn)自身STEM實(shí)踐的信息;技術(shù)也可以作為對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)估的渠道——同行和專家可以在學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的過(guò)程中隨時(shí)介入進(jìn)行評(píng)估?？偠灾?，技術(shù)可以幫助學(xué)生評(píng)估自己或他人的問(wèn)題解決方案或產(chǎn)品質(zhì)量。

（三）培養(yǎng)學(xué)生的科研精神

技術(shù)可以讓學(xué)生理解領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行學(xué)術(shù)研究的實(shí)踐過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于科研探究的興趣和基本素養(yǎng)。學(xué)生利用技術(shù)工具來(lái)開(kāi)發(fā)基于數(shù)據(jù)和證據(jù)的模型。開(kāi)發(fā)和測(cè)試基于證據(jù)的模型是科學(xué)家在研究有關(guān)自然界的理論時(shí)所進(jìn)行的一種核心實(shí)踐，而工程師在設(shè)計(jì)針對(duì)實(shí)際問(wèn)題的系統(tǒng)性解決方案時(shí)也需要依賴基于證據(jù)的模型。為了深入理解STEM專家進(jìn)行的實(shí)踐，學(xué)生需要開(kāi)發(fā)自己的基于證據(jù)的模型，并發(fā)展解釋分析這些證據(jù)的能力。

在這個(gè)維度中，技術(shù)可以幫助學(xué)生繪制和開(kāi)發(fā)自己基于證據(jù)的模型。而讓學(xué)生開(kāi)發(fā)的模型能夠深化學(xué)生對(duì)于科研探究的理解，引起學(xué)生對(duì)于科研的興趣并最終引導(dǎo)在這方面存在天賦的學(xué)生走上科研的學(xué)術(shù)道路。

三、啟示

通過(guò)了解美國(guó)近年來(lái)的STEM教育現(xiàn)狀和政策背景，并對(duì)《用技術(shù)支持STEM學(xué)習(xí)的九個(gè)維度》進(jìn)行解讀，可以發(fā)現(xiàn)美國(guó)的STEM教育在與技術(shù)的深度融合、跨學(xué)科整合以及充分引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究等方面正在進(jìn)行變革性的嘗試。我國(guó)STEM教育可借鑒以下建議。

（一） STEM教育應(yīng)轉(zhuǎn)變視角，做到真正意義上的以學(xué)生為中心

我國(guó)的STEM教育目前采用較多的仍然是講授式教學(xué)，尤其是在高等教育之前。教師將事先架構(gòu)好的由易到難的學(xué)科知識(shí)按照單元模塊單向地傳輸給學(xué)生，然后布置給學(xué)生書(shū)面練習(xí)來(lái)測(cè)驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)掌握程度，學(xué)生僅僅可從自己的練習(xí)完成情況中得到關(guān)于自身學(xué)習(xí)的反饋。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生鮮少能與教師進(jìn)行互動(dòng)，也很難自主建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，他們習(xí)得的知識(shí)體系是提前組建好的。STEM教育應(yīng)當(dāng)將主視角從教師轉(zhuǎn)變到學(xué)生，讓學(xué)生成為知識(shí)的生成者而不是接收者，這才是真正意義上的以學(xué)生為中心。以學(xué)生為中心的STEM教學(xué)的關(guān)鍵就是要促進(jìn)學(xué)生自我主導(dǎo)地積極參與學(xué)習(xí)過(guò)程[20]。學(xué)生可以在各種技術(shù)的支持下進(jìn)行協(xié)作推理、科學(xué)論證、工程設(shè)計(jì)和基于證據(jù)的模型開(kāi)發(fā)，在這個(gè)過(guò)程中他們能夠越來(lái)越熟練地運(yùn)用技術(shù)來(lái)達(dá)到自己的目的，并通過(guò)自身的STEM實(shí)踐轉(zhuǎn)變思維方式，培養(yǎng)科學(xué)探究的思維能力，從而實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)。

（二）STEM教育應(yīng)進(jìn)行跨學(xué)科整合，培養(yǎng)學(xué)生解決真實(shí)問(wèn)題的能力

當(dāng)前，我國(guó)初高中的STEM教育仍以應(yīng)試教育為主，所有教學(xué)活動(dòng)的展開(kāi)基本圍繞提高學(xué)生的科目考試成績(jī)，因此各科的知識(shí)體系基本上鮮有交叉，更遑論讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用。當(dāng)然，近些年來(lái)的高考改革多多少少打破了學(xué)科之間的界限，但是這對(duì)于學(xué)生能夠綜合地解決STEM領(lǐng)域的真實(shí)問(wèn)題遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

比起知識(shí)的接收，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的技能和解決問(wèn)題的能力，因此跨學(xué)科的項(xiàng)目學(xué)習(xí)對(duì)于目前的STEM教育改革來(lái)說(shuō)很有必要?！禨TEM 2026：STEM教育中的創(chuàng)新愿景》報(bào)告曾強(qiáng)調(diào)，STEM課程需要通過(guò)設(shè)計(jì)跨界實(shí)踐解決真實(shí)問(wèn)題來(lái)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育模式?？鐚W(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐能夠幫助學(xué)生將想法輸出，將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，再?gòu)膶?shí)踐中尋找創(chuàng)新突破。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生不僅可以培養(yǎng)4C學(xué)習(xí)技能（批判性思維、創(chuàng)新思維、溝通能力、協(xié)作能力），而且可以找到未來(lái)的職業(yè)興趣和方向。

（三）STEM教育應(yīng)與技術(shù)深度融合，提高學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)

從目前國(guó)內(nèi)的研究狀況看，公民數(shù)字素養(yǎng)意識(shí)普遍不強(qiáng)，國(guó)家與社會(huì)需要高度重視[21]。STEM教育應(yīng)當(dāng)充分使用各種數(shù)字化工具、信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及人工智能技術(shù)來(lái)幫助學(xué)生更好地進(jìn)行STEM的概念學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的行為方式和思維特征也會(huì)發(fā)生改變[22]。學(xué)生通過(guò)技術(shù)增強(qiáng)型的STEM教育不僅獲取知識(shí)，掌握了技術(shù)工具的操作方法，而且隨著學(xué)習(xí)的深化，能夠使用算法的邏輯思維去認(rèn)識(shí)問(wèn)題和分析問(wèn)題，最終設(shè)計(jì)出程序化的解決方案。

如果學(xué)生具備足夠的數(shù)字素養(yǎng)，那么當(dāng)他們面臨現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜問(wèn)題或在未來(lái)的STEM領(lǐng)域工作中遇到挑戰(zhàn)時(shí)，他們能夠自然而然地使用數(shù)字化工具幫助自己解決問(wèn)題，并在信息技術(shù)對(duì)之前知識(shí)進(jìn)行整合的情況下，更容易充分調(diào)動(dòng)各種資源實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，成為信息世界知識(shí)的“創(chuàng)造者”和“分享者”。

注釋：

①TIMSS是國(guó)際教育成就評(píng)價(jià)協(xié)會(huì)（International Association for the Evaluation of Educational Achievement，IEA）從1995年開(kāi)始實(shí)施的國(guó)際數(shù)學(xué)與科學(xué)趨勢(shì)研究項(xiàng)目。

②心理模型（mental model）是用于解釋人的內(nèi)部心理活動(dòng)過(guò)程而構(gòu)造的一種比擬性的描述或表示，可描述和闡明一個(gè)心理過(guò)程或事件。本質(zhì)上說(shuō)，心理模型是經(jīng)過(guò)組織的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

③非良構(gòu)問(wèn)題指在日常生活的具體情境中，很難進(jìn)行明確的界定、問(wèn)題的陳述對(duì)問(wèn)題的解決也沒(méi)有任何幫助的這一類問(wèn)題。在解決非良構(gòu)問(wèn)題的過(guò)程中，目標(biāo)的數(shù)量是很難清晰界定的，有利于解決的信息通常也是不完整的、不正確的和模糊的。

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編輯 呂伊雯? ?校對(duì) 徐玲玲