李 剛

改變STEM教育故事 面向STEM教育未來——第六屆國際STEM教育大會（2021）述評

李 剛

（東北師范大學(xué) 教育學(xué)部，吉林 長春 130024）

為了充分了解與把握第六屆STEM國際教育大會對于推動新時期國際STEM教育發(fā)展的價值意義，運用文本分析法對所授權(quán)會議論文集中146篇文獻進行了深入研究．研究發(fā)現(xiàn)，該次大會重點圍繞3方面的主題展開，包括挖掘基礎(chǔ)理論以豐富STEM教育研究視角，聚焦關(guān)鍵話題以把握STEM教育突破熱點，破解現(xiàn)實難題以提供STEM教育發(fā)展策略．總體來看，該次大會帶給中國STEM教育的啟示包括3個方面，一是組建STEM教育協(xié)同中心，推動系統(tǒng)的STEM教育研究；二是健全STEM教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建完整的STEM教育機制；三是強化STEM教育在地化探索，發(fā)展特色的STEM教育實踐．

STEM教育；STEM國際教育大會；在地化

2021年7月5—9日，加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)線上成功舉辦了第六屆STEM國際教育大會（6thInternational STEM in Education Conference）．該次STEM國際教育大會的主題為“改變故事”（Change the Story），共收到了來自加拿大、美國、中國等全球27個國家的146篇研究成果，創(chuàng)造大會舉辦以來歷史新高．大會指出，面對新冠疫情、氣候變化、就業(yè)轉(zhuǎn)型等諸多現(xiàn)實挑戰(zhàn)，STEM教育工作者比以往任何時候都需要為世界復(fù)雜問題提供解決方案，因而探索STEM教育研究的新領(lǐng)域和新方向，構(gòu)思有可能改變生活、重新編制教育夢想的STEM故事變得十分有必要．該次大會為全球的STEM教育者和研究者提供了交流平臺，分享來自高校、中小學(xué)、研究機構(gòu)以及工商業(yè)領(lǐng)域在STEM教育領(lǐng)域中的探索成果與創(chuàng)新經(jīng)驗，包括主題報告、學(xué)術(shù)報告、工作坊、創(chuàng)新展示、座談會以及海報展示等形式，探討了有關(guān)STEM教師教育與專業(yè)學(xué)習(xí)、STEM整合教學(xué)路徑、STEM教育評價、技術(shù)驅(qū)動的STEM學(xué)習(xí)、STEM教育實踐經(jīng)驗、STEM教育創(chuàng)新發(fā)展等多個方面的內(nèi)容．會議論文集中的146篇研究成果匯集并凝練了當(dāng)前及未來國際STEM教育的理論與實踐新趨勢，研究者經(jīng)過認(rèn)真分析整理獲得了相關(guān)啟示，以期對中國STEM教育發(fā)展提供助力．

1 挖掘基礎(chǔ)理論：豐富STEM教育研究的視角

在全球范圍內(nèi)，學(xué)校的跨學(xué)科學(xué)習(xí)已成為教育改革中越來越受歡迎和日益增長的興趣領(lǐng)域．這是因為現(xiàn)實世界的問題不能用單一學(xué)科的知識來解決，為了解決現(xiàn)實世界中的問題，學(xué)生需要將問題識別為復(fù)雜問題，并整合來自不同學(xué)科的各種知識、技能和能力．STEM教育旨在為學(xué)生提供對現(xiàn)實世界問題跨學(xué)科理解的一種途徑，持續(xù)尋求將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)整合在一起，以實現(xiàn)不同學(xué)科之間的一致性和統(tǒng)一性[1]．STEM教育自美國提出三十余年以來，不斷深入擴展，受到國際STEM教育研究者的高度關(guān)注．為了能夠從不同層面對于STEM教育領(lǐng)域中出現(xiàn)的教育現(xiàn)象進行全方位解讀，需要不斷架構(gòu)STEM教育研究的基礎(chǔ)理論，為未來的STEM教育發(fā)展提供方向和導(dǎo)引．

1.1 體驗學(xué)習(xí)理論

羅杰斯指出：“當(dāng)學(xué)生被要求僅僅學(xué)習(xí)事實時，他們往往看不到更大的圖景．這種學(xué)習(xí)只涉及大腦．它不涉及感情或個人意義；它與整個人無關(guān)……在連續(xù)體的另一端，（有）重要的、有意義的、體驗式的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，它們不容易被遺忘．”[2]體驗學(xué)習(xí)理論可追溯至杜威、皮亞杰等人的相關(guān)研究，后由美國體驗學(xué)習(xí)專家?guī)觳―avid Kolb）于20世紀(jì)80年代整理深化．庫伯指出，學(xué)習(xí)是一個過程，是適應(yīng)世界的整體過程，是創(chuàng)造知識的過程，而體驗學(xué)習(xí)則是由具體體驗，經(jīng)反思觀察、抽象概括與行動應(yīng)用并再回到具體體驗所組成的完整過程[3]．據(jù)此，庫伯提出了著名的“體驗學(xué)習(xí)圈”，從具體體驗（concrete experience）開始，經(jīng)歷反思觀察（reflective observation）、抽象概括（abstract conceptualiza- tion）到主動檢驗（active experimentation），幫助學(xué)習(xí)者在體驗中認(rèn)知．來自加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)的詹姆斯（James Gauthier）從體驗學(xué)習(xí)理論出發(fā)，指出STEM教育應(yīng)具備3方面的屬性，一是能夠激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容有了更多的自主權(quán)和控制權(quán)，能夠在探索中不斷明晰所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容；二是項目設(shè)計是基于真實世界的STEM主題，雖然有明確的目標(biāo)但是達成目標(biāo)的路徑是模糊的，學(xué)生需要團隊協(xié)作完成探索；三是教師在學(xué)習(xí)中的角色由指導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橹С?，幫助學(xué)生探究理解，注重學(xué)生能做什么而不是知道什么．

1.2 情境學(xué)習(xí)理論

情境學(xué)習(xí)理論最初由萊芙（Jean Lave）于1990年提出，其認(rèn)為，“學(xué)習(xí)、記憶和理解的情境性本質(zhì)是一個重要事實”，并指出情境學(xué)習(xí)理論強調(diào)的是，學(xué)習(xí)不僅僅是個體進行意義建構(gòu)的過程，而更是社會性的、實踐性的參與過程．學(xué)習(xí)是通過人與人之間的關(guān)系進行的，并將先前的知識與真實的、非正式的、通常是無意的情境學(xué)習(xí)聯(lián)系起來，即“在哪里用，就在哪里學(xué)”．知識應(yīng)該在真實的環(huán)境中傳遞，初學(xué)者應(yīng)該參與真實的日常實踐，以富有成效但低風(fēng)險的方式利用學(xué)習(xí)過程．在這個過程中，學(xué)習(xí)意味著參與一個由專家組成的社區(qū)，理解和運用專家在日常文化中思考、交流和實踐的相同或相似方式，而當(dāng)學(xué)生接觸到真實和實際的學(xué)習(xí)經(jīng)驗時，他們會更好地參與到學(xué)習(xí)過程中，直至最后學(xué)習(xí)者逐漸離開這個社區(qū)，開始從事更具活力和復(fù)雜性的活動，并過渡到專家的角色．在STEM教育中，情境學(xué)習(xí)理論可以用于分析非正式環(huán)境對學(xué)生STEM學(xué)習(xí)的影響以及環(huán)境與學(xué)習(xí)者之間的關(guān)系．來自卡塔爾國家圖書館的維吉利奧（Virgilio Medina）指出，STEM已成為許多國家的中心焦點，不僅在正式教育實踐中，而且在非正式的學(xué)習(xí)環(huán)境中，也為年輕人提供了各種機會，讓他們在課堂之外體驗STEM，卡塔爾圖書館在這方面做了深入探索．該研究指出，卡塔爾圖書館有約15萬注冊圖書館會員和一百多萬冊資源，作為STEM學(xué)習(xí)生態(tài)的重要組成，該圖書館為青年人免費提供了包括機器人建造、樂高挑戰(zhàn)、編碼游戲、積木和液壓等STEM活動，將正式與非正式環(huán)境聯(lián)系起來．研究顯示，參與STEM活動的年輕人認(rèn)為圖書館的作用不僅是一個物理空間，而且是一個在真實和實際的學(xué)習(xí)體驗中為STEM主題提供訪問和資源的重要場所．

1.3 認(rèn)知負(fù)荷理論

STEM教育像是一種思考現(xiàn)實世界的方式，幫助學(xué)生認(rèn)識到如何解決現(xiàn)實世界中的問題以及社會中存在的挑戰(zhàn)[4]．然而，STEM教育過快的發(fā)展勢頭就像一具沒有靈魂的軀體，信仰逐漸被剝離，對功利性的追逐遠(yuǎn)蓋過對學(xué)習(xí)者本身的思考，五花八門的STEM課程教學(xué)及相關(guān)活動競相開設(shè)，背離了學(xué)生發(fā)展規(guī)律與個體發(fā)展需求，甚至成為了學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)[5]．因此，STEM教育教學(xué)的開展需要引入認(rèn)知負(fù)荷理論進行監(jiān)測優(yōu)化．認(rèn)知負(fù)荷理論最初由澳大利亞心理學(xué)家斯威勒（John Sweller）于1988年提出，認(rèn)為有3種類型的認(rèn)知負(fù)荷，即內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷（學(xué)習(xí)者自身理解學(xué)習(xí)材料所帶來的負(fù)荷）、外部認(rèn)知負(fù)荷（學(xué)習(xí)者以外信息組織和呈現(xiàn)方式所帶來的負(fù)荷）和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷（學(xué)習(xí)者自身為理解學(xué)習(xí)材料而調(diào)動認(rèn)知資源所帶來的負(fù)荷），3種負(fù)荷相互疊加，且為了促進學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)的發(fā)生，需要盡可能減少外部認(rèn)知負(fù)荷，增加相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，并保證總的認(rèn)知負(fù)荷不能超過內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷．就STEM教育而言，某個特定的STEM任務(wù)對于學(xué)習(xí)者的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是相對固定的，教師需要合理設(shè)計STEM任務(wù)的組織與呈現(xiàn)以降低學(xué)習(xí)者因為分析信息而產(chǎn)生的外部認(rèn)知負(fù)荷，與此同時，學(xué)習(xí)者為了解決特定的STEM任務(wù)需要調(diào)用所學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)推理以及工程思維等相關(guān)認(rèn)知資源（相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷）．來自加拿大SPM咨詢公司的斯坦尼斯勞（Stanislaw Paul）就在研究中指出目前STEM教育教學(xué)設(shè)計尚未給出基于量化數(shù)據(jù)的最佳學(xué)習(xí)路徑，同一STEM教育環(huán)境中學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)結(jié)果大相徑庭，外部認(rèn)知負(fù)荷得不到控制，而通過計算規(guī)劃的最簡單學(xué)習(xí)序列則不會產(chǎn)生較大的認(rèn)知差距，有助于幫助學(xué)習(xí)者理解和遷移．

2 聚焦關(guān)鍵話題：把握STEM教育突破的熱點

在現(xiàn)實世界中，沒有一個問題可以通過一門學(xué)科的知識來解決．隨著社會變得越來越復(fù)雜和不確定，未來社會將需要更多具有創(chuàng)造性和適應(yīng)性問題解決技能的跨學(xué)科專家．STEM教育注重打破學(xué)科壁壘，給予學(xué)生完整的知識學(xué)習(xí)，使他們像科學(xué)家一樣體驗真實的科學(xué)過程，借此培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)和技術(shù)的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)造力、批判性思維、溝通和協(xié)作能力以及科學(xué)知識[6]．當(dāng)前，STEM教育變革重點關(guān)注以下4個方面．

2.1 關(guān)注高質(zhì)量STEM項目式學(xué)習(xí)的發(fā)展

項目式學(xué)習(xí)（project-based learning，簡稱PBL）是指學(xué)習(xí)過程圍繞某個具體學(xué)習(xí)項目展開的，強調(diào)學(xué)習(xí)者在解決問題的實踐體驗以及探索創(chuàng)新中獲得具體的知識以及專門的技能，進而實現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)的一種主動學(xué)習(xí)方式．項目式學(xué)習(xí)通過問題解決實現(xiàn)知識獲取與技能遷移，因而在科學(xué)教育、工程教育以及STEM教育等領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用，并因其指向?qū)W習(xí)本質(zhì)以及核心知識，持續(xù)地探究過程，對大概念的深度理解，參與現(xiàn)實世界任務(wù)等特征而被認(rèn)為是新時期核心素養(yǎng)培養(yǎng)最重要的一種學(xué)習(xí)方式[7]．加拿大英屬哥倫比亞省坦普頓中學(xué)的邁克爾（Michael Hengeveld）提到，高質(zhì)量的STEM項目式學(xué)習(xí)包含3方面的特征，一是真正的學(xué)習(xí)是由學(xué)生發(fā)起的，即盡管教師可以監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)，但是真正“活化”的知識是由學(xué)生自己建構(gòu)的，積極反饋以及高質(zhì)量腳手架是幫助學(xué)生主動學(xué)習(xí)的有效策略；二是學(xué)生推翻錯誤觀念以及理解新觀念需要時間，即學(xué)生在參與STEM項目時附有根深蒂固的對世界的獨特理解，學(xué)習(xí)過程需要不斷地與學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進行兼容；三是學(xué)習(xí)是一種社會化活動，即知識理解是通過與所處實踐社區(qū)的相互作用而形成的．

項目式學(xué)習(xí)鼓勵學(xué)生模仿科學(xué)家探索解決問題的過程，并在探索中分享彼此的觀點，培養(yǎng)學(xué)生在合作中解決現(xiàn)實問題的能力．一個好的STEM項目式學(xué)習(xí)會引起學(xué)生極大的熱情并從中產(chǎn)生積極的學(xué)習(xí)成果．與項目式學(xué)習(xí)相結(jié)合的STEM教育不同于傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)，它試圖讓學(xué)生成為主動的學(xué)習(xí)者，主動獲取各類知識來解決項目中出現(xiàn)的問題，而不是成為被動的總是接受二手知識的學(xué)習(xí)者，其不但可以幫助學(xué)生積極學(xué)習(xí)，提高創(chuàng)新思維的深度，同時還可以鼓勵學(xué)生去探索自己感興趣的東西，最后創(chuàng)新地解決問題．學(xué)生能積極、創(chuàng)造性地展示項目設(shè)計，創(chuàng)造新思路，與伙伴合作解決問題．

2.2 關(guān)注真實有效STEM教育質(zhì)量評價的實現(xiàn)

教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)直接決定了國家未來人才的基本素質(zhì)，同時是深層次體現(xiàn)教育公平的重要依據(jù)．在STEM教育中，沒有系統(tǒng)完善的教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，就無法實現(xiàn)STEM教育變革傳統(tǒng)教育的最終理想，也無法衡量STEM教育的實際發(fā)展?fàn)顩r[8]．安徽省合肥市瑤海區(qū)教育體育局的惠廣山提出了一種中小學(xué)STEM教育課堂教學(xué)評估體系，通過監(jiān)控教師的教學(xué)行為與學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)繪制教師和學(xué)生的STEM能力發(fā)展曲線，從而及時調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)更符合學(xué)生的認(rèn)知模式．其中，教師教學(xué)行為主要從教學(xué)目標(biāo)設(shè)計、學(xué)習(xí)框架呈現(xiàn)、教學(xué)過程管理、學(xué)生科學(xué)評價、項目目標(biāo)達成和成長目標(biāo)達成6個方面進行評估，致力于評估教師是否發(fā)揮了組織者、引導(dǎo)者、建設(shè)者與促進者的作用；學(xué)生學(xué)習(xí)行為主要從問題識別、解決方案設(shè)計、問題解決過程、項目目標(biāo)達成和成長目標(biāo)達成5個方面進行評估，致力于評估學(xué)生是否在教師的引導(dǎo)下發(fā)展自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)造和自我成長的能力．

沒有科學(xué)性的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)，就無法實現(xiàn)對于STEM教育的全面科學(xué)的把握，也無法了解到學(xué)生學(xué)習(xí)的真實水平．STEM教育旨在培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會的能力，如跨學(xué)科素養(yǎng)和解決問題的能力，但是現(xiàn)有的STEM教育效果評價通常集中在學(xué)生的學(xué)習(xí)成果上，并且大部分評價方法主要針對知識水平和技能水平，并不能對于學(xué)生在處理問題時的綜合能力水平進行準(zhǔn)確評估．北京師范大學(xué)的吳蘭指出，在STEM教育的發(fā)展過程中，最重要的問題之一是對學(xué)生課堂表現(xiàn)的評估，并基于此提出基于證據(jù)的STEM評估模型，在課堂觀察和相關(guān)研究的基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于證據(jù)的STEM評價框架．其指出該STEM評價框架主要包括4個方面的指標(biāo)，分別是核心能力、知識水平、學(xué)習(xí)態(tài)度和工程素養(yǎng)，通過量化數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，基于證據(jù)的STEM模型能夠豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，通過用證據(jù)衡量學(xué)習(xí)過程和結(jié)果幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)，并在必要時給予指導(dǎo)，以改進STEM教育的學(xué)習(xí)、教學(xué)和評估．

2.3 關(guān)注系統(tǒng)化STEM教育職前教師培養(yǎng)

STEM教育被譽為一種能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)與解決現(xiàn)實問題相關(guān)的21世紀(jì)技能的有效方法，但是能夠?qū)TEM教育有效集成到教室中并不是一項簡單的任務(wù)．STEM教育不同于傳統(tǒng)教育中的單科教學(xué)，教師需要兼具精深的學(xué)科性知識以及廣博的跨學(xué)科性知識，重視現(xiàn)實問題的解決而非知識內(nèi)容的傳授，這需要教師具備高水平的專業(yè)技能，而合格的STEM教師才是推動STEM教育發(fā)展的主力軍．澳大利亞悉尼大學(xué)的朱迪（Judy Anderson）指出STEM教育正在澳大利亞學(xué)校系統(tǒng)廣泛推廣，悉尼大學(xué)為提升教師的STEM教學(xué)素養(yǎng)開發(fā)了系統(tǒng)的STEM培訓(xùn)單元，幫助教師基于學(xué)校文化進行STEM課程規(guī)劃，覆蓋了57所學(xué)校的306名教師，取得了較好的培訓(xùn)效果．其在研究中指出，在培訓(xùn)內(nèi)容中保障3方面內(nèi)容能夠有效驅(qū)動教師專注并持續(xù)進行STEM教育實踐，一是來自學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的持續(xù)支持，例如投入更多的資源以及對教師工作的認(rèn)可；二是組建專門的STEM教育團隊，通過定期進行STEM教育研討，分享STEM教育的設(shè)計與實施，激發(fā)教師熱情，形成有效的STEM教育實踐社區(qū)；三是增強校內(nèi)與校外STEM學(xué)習(xí)之間的聯(lián)系，除了完成校內(nèi)的STEM教育活動以外，學(xué)校應(yīng)多參與STEM拓展計劃以及STEM競賽等，提高學(xué)生興趣和參與度，同時與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)組織加強聯(lián)系為學(xué)校發(fā)展STEM教育提供外部資源．

目前來看，STEM教育中最為缺乏的是具有跨學(xué)科經(jīng)驗與教學(xué)能力的教師，STEM教育方法相關(guān)經(jīng)驗和社會背景支持的空白使得教師很難在STEM教學(xué)實踐中實施創(chuàng)新教育．事實上，對于STEM教育職前教師的培養(yǎng)從第四屆STEM國際教育大會就已經(jīng)開始受到高度關(guān)注，近年來，世界各地對于該領(lǐng)域給予了更多的時間精力并進行了更為深入的研究．美國伍斯特理工學(xué)院STEM教育中心的米婭（Mia Dubosarsky）提到教師很難實施高質(zhì)量的STEM教學(xué)的原因包括對于STEM教育的理解程度不同、STEM教育實施模式框架的差異以及缺乏共同的認(rèn)識等原因．其在研究中指出，教師實施高質(zhì)量教學(xué)需要從8個方面進行提升，一是學(xué)術(shù)內(nèi)容的完整性，即所教授的內(nèi)容是否符合STEM內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)；二是STEM任務(wù)評估的完整性，即所提供給學(xué)生的任務(wù)是否包含基本的學(xué)習(xí)目標(biāo)；三是工程設(shè)計的應(yīng)用性，即學(xué)生需要展示工程設(shè)計過程中的基本知識和技能；四是與非STEM學(xué)科的聯(lián)系性，即是否幫助學(xué)生將STEM知識和技能與其它學(xué)科的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)相聯(lián)系；五是不同專業(yè)背景學(xué)生的吸引性，即是否能夠激發(fā)不同學(xué)習(xí)背景學(xué)生的思維和想象力；六是技術(shù)集成的質(zhì)量，即是否為學(xué)生提供使用多種技術(shù)的實踐經(jīng)驗；七是個體責(zé)任與團隊的合作程度，即是否能夠在結(jié)構(gòu)化團隊中開展學(xué)習(xí)合作并反思個人責(zé)任與團隊工作；八是與STEM職業(yè)的聯(lián)系性，即是否能夠?qū)W(xué)生置于與現(xiàn)實世界相聯(lián)系的學(xué)習(xí)環(huán)境中，幫助學(xué)生更好地理解和考慮未來從事的職業(yè)．

2.4 關(guān)注新興可視化技術(shù)的普及化使用

隨著計算機科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，STEM教育教學(xué)方法正在變得越來越豐富多彩，可視化技術(shù)的逐漸興起為STEM教育教學(xué)注入了新的活力．一般認(rèn)為，可視化是一種使復(fù)雜信息能夠容易和快速被人理解的手段，是一種聚焦在信息重要特征的信息壓縮語言，是可以放大人類感知的圖形表示方法，通常包含數(shù)據(jù)可視化、科學(xué)計算可視化、信息可視化以及知識可視化4種方式[9]．可視化能夠?qū)⒏黝愔R、數(shù)據(jù)等信息轉(zhuǎn)化為可視的形式從而促進人們更深層次地理解與認(rèn)識，通過視覺能力激發(fā)人的形象思維，能讓人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感，并有助于啟發(fā)構(gòu)思．加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)的吉利安（Jillianne Code）及團隊開發(fā)設(shè)計了基于視頻游戲的三維沉浸式虛擬環(huán)境（3DIVE）用以進行STEM學(xué)習(xí)評估，研究發(fā)現(xiàn)3DIVE可以設(shè)計為模擬真實的任務(wù)，為學(xué)生在課程中提供更多選擇和發(fā)言權(quán)，提高了學(xué)生對學(xué)習(xí)體驗的參與度，學(xué)生能夠?qū)⒅R和推理應(yīng)用到與他們在現(xiàn)實世界中遇到的情況類似的情境中，最終收集學(xué)生如何進行復(fù)雜邏輯的證據(jù)，進而幫助他們成為更好的自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)者．

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維、解決問題和探究技能是STEM教育的主要目標(biāo)，目前的STEM評估方法不足以確定學(xué)生思維發(fā)展水平，也無法為STEM教育工作者調(diào)整教學(xué)以加深學(xué)生理解提供足夠的證據(jù)．而可視化技術(shù)在STEM教育中的應(yīng)用能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及效率，讓學(xué)生獲得直觀的、深刻的學(xué)習(xí)體驗，幫助學(xué)生重構(gòu)、記憶以及應(yīng)用所獲得的知識與技能．加拿大薩斯喀徹溫大學(xué)的鮑拉（Paula MacDowell）提到將增強現(xiàn)實（AR）工具與STEM課程相結(jié)合，為開發(fā)STEM課程作業(yè)開辟了新的可能性，這樣的STEM學(xué)習(xí)超越了教室墻壁和屏幕的傳統(tǒng)障礙，帶來了思想的多樣性以及媒體和技術(shù)的創(chuàng)造性探索．AR是指通過將數(shù)字信息與用戶的真實環(huán)境實時集成而提供的增強版現(xiàn)實，與虛擬現(xiàn)實（VR）不同，這是一種最大限度地發(fā)揮學(xué)生能動性的學(xué)習(xí)方法，強調(diào)設(shè)計、構(gòu)建、編碼和創(chuàng)造的一種認(rèn)知方式．該研究團隊幫助學(xué)生學(xué)習(xí)如何設(shè)計和編程AR場景，將數(shù)字信息疊加到真實世界的圖像上，從而通過與物理和虛擬環(huán)境交互的引人入勝的敘述來增強用戶體驗，學(xué)習(xí)者通過嘗試不同的想法、工具、代碼、材料和觀點，積極構(gòu)建知識．

3 破解現(xiàn)實難題：提供STEM教育發(fā)展的策略

STEM教育致力于讓學(xué)生在現(xiàn)實世界中探索和體驗主題，培養(yǎng)學(xué)生有效運用跨學(xué)科知識和技能解決問題并在日常生活中表現(xiàn)更好的能力．未來，STEM教育需要不斷深入探索，促進STEM教育的跨越式發(fā)展與廣譜式推進，可以圍繞以下3方面進行挖掘．

3.1 重視基于設(shè)計的STEM教育研究

基于設(shè)計的研究（design based research）最初由王芳等人于2005年提出[10]，經(jīng)過多年發(fā)展逐漸形成公認(rèn)的系統(tǒng)且靈活的教育研究方法論，其目的是研究者和實踐者在真實情境中開展寫作，通過迭代分析、設(shè)計開發(fā)與反復(fù)實踐的循環(huán)來改進教育實踐，一般遵循“設(shè)計—干預(yù)—反思—修正”的循環(huán)型研究思路[11]．基于設(shè)計的研究重在探索整個系統(tǒng)功能如何更好地支持學(xué)生學(xué)習(xí)，通過多輪迭代尋求有效的教學(xué)干預(yù)進而形成新理論、新產(chǎn)品或新綱領(lǐng)，主張研究者與教師一致的立場與平等的協(xié)作關(guān)系．STEM教育強調(diào)多學(xué)科融合，是科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)的復(fù)合體，然而當(dāng)前STEM教育實踐中存在STEM教師專業(yè)技能不足、STEM教學(xué)效果不佳等諸多實際問題，基于設(shè)計的研究提供了重建STEM教育實踐的思路與方法．加拿大卡爾加里大學(xué)威克朗德教育學(xué)院的桑德拉（Sandra Becker）借助基于設(shè)計的研究方式，使得研究人員和教師共同設(shè)計、共同制定并共同思考，通過協(xié)作、迭代與干預(yù)的方式改進STEM課程和STEM學(xué)習(xí)環(huán)境，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，教師在這樣的研究實踐中不僅為學(xué)生創(chuàng)造發(fā)展機會，同時使自己成為STEM學(xué)習(xí)者，在積極地重新思考和重新配置STEM學(xué)習(xí)方式的過程中構(gòu)建更靈活、更多維的意義網(wǎng)．

3.2 重視STEM教育向STEAM教育的跨越

1986年，美國國家科學(xué)委員會發(fā)布報告《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》，被視為提倡STEM教育的開端，提出了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科集成戰(zhàn)略，大力培養(yǎng)訓(xùn)練有素的數(shù)學(xué)家、科學(xué)家、工程師、技術(shù)人員和具備科學(xué)素養(yǎng)的美國公民，目前已成為全球培養(yǎng)未來人才的重要途徑．然而，一個重要的問題是，當(dāng)前的STEM教育實踐是否足以使學(xué)生為他們將要生活和工作的世界做好準(zhǔn)備．來自美國弗吉尼亞理工大學(xué)的G. Yakman于2006年提出將藝術(shù)融入到STEM教育中，即STEAM教育，強化學(xué)生藝術(shù)熏陶和人文底蘊，促進學(xué)生情感和精神境界的提升，增強學(xué)生批判思維與問題解決能力，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力．加拿大西安大略大學(xué)的貝特朗（Bertrand Marja）指出，STEAM教育能夠幫助學(xué)生從多個視角來看待現(xiàn)實問題并在現(xiàn)實世界中應(yīng)用所建立的思維，使學(xué)生在課堂外的另一個環(huán)境中進行知識跨學(xué)科轉(zhuǎn)移并創(chuàng)造性解決問題．其在研究中發(fā)現(xiàn)，STEAM教育具有明顯的體驗式教育特征，即堅持學(xué)習(xí)是一個過程，學(xué)習(xí)是適應(yīng)世界的整體過程以及學(xué)習(xí)是創(chuàng)造知識的過程的原則，能夠較好地培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、協(xié)作與溝通能力以及創(chuàng)新創(chuàng)意能力等．與此同時，該研究設(shè)計了“低地板、寬墻體、高天花板”的STEAM教育路徑幫助學(xué)生發(fā)展能力，其中“低地板”是指選取學(xué)生好奇的、感興趣的、日常生活中見到的問題，讓學(xué)生從入門的基本問題開始思考；“寬墻體”是指允許學(xué)生使用多種方式思考問題與處理問題，提供給學(xué)生更多的思路導(dǎo)引，鼓勵學(xué)生發(fā)揮主觀創(chuàng)造力；“高天花板”是指設(shè)置學(xué)生任務(wù)挑戰(zhàn)的能力上限，學(xué)生隨著不斷解決不同層級任務(wù)帶來的挑戰(zhàn)超越原有的知識結(jié)構(gòu)，為學(xué)生提供更有意義的體驗．

3.3 重視STEM+課程的擴展與開發(fā)

現(xiàn)實世界的問題不能用單一學(xué)科的知識來解決．為了解決現(xiàn)實世界中的問題，學(xué)生需要將問題識別為復(fù)雜問題，并整合來自不同學(xué)科的各種知識和能力．在解決真實的現(xiàn)實問題時，問題解決者在探索可能的解決方案需要從不同的知識領(lǐng)域喚起過去學(xué)到的經(jīng)驗和事實．STEM教育旨在為學(xué)生提供對現(xiàn)實世界問題的跨學(xué)科理解，并且這種跨學(xué)科理解并不僅僅局限于STEM內(nèi)部，通過“STEM+”的形式能夠幫助學(xué)習(xí)者將他們先前的知識融合在一起，這種融合往往會產(chǎn)生新的知識與能力．中國臺灣大學(xué)科技學(xué)院的林志仁團隊提出了一種“STEM+寫作”課程，為語言教師提供STEM設(shè)計思路，即教師通過給學(xué)生講故事和講解基本的漢語寫作結(jié)構(gòu)，引入主題概念，引導(dǎo)學(xué)生通過與同伴的協(xié)作學(xué)習(xí)，積極探索多學(xué)科知識，創(chuàng)造性地完成任務(wù)．在“母親節(jié)”案例中，學(xué)生不僅通過記住如何慶祝母親節(jié)以及為什么慶祝母親節(jié)的關(guān)鍵概念和理解STEM任務(wù)來積極學(xué)習(xí)，而且還通過應(yīng)用這些想法來學(xué)習(xí)，分析任務(wù)，由教師進行評估，并最終為STEM活動撰寫書面文章和表演，其主要目標(biāo)是幫助學(xué)生合作交流、討論任務(wù)、解決問題，并將課堂與現(xiàn)實生活緊密聯(lián)系起來，使學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)知識，體驗成為創(chuàng)造者和表演者的樂趣．

4 對中國STEM教育高質(zhì)量發(fā)展的啟示

在該次STEM國際教育大會上，與會各國學(xué)者對于STEM國際教育進行了充分地、深度地交流，加速了STEM教育的國際化進程，同時對于中國STEM教育發(fā)展提供了諸多啟示．展望未來，中國STEM教育仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)，需要從更多方面進行不斷地完善與長期地探索，推動中國STEM教育高質(zhì)量發(fā)展．

4.1 組建STEM教育協(xié)同中心 推動系統(tǒng)的STEM教育研究

自《中國STEM教育2029行動計劃》發(fā)布之后，中國STEM教育發(fā)展迎來了新的發(fā)展高位，STEM教育已經(jīng)成為學(xué)校以及社會廣泛興起的新的教育風(fēng)向．總體來看，STEM教育在中國已經(jīng)逐漸形成相對持續(xù)和穩(wěn)定的教育體系，并且在課程設(shè)計、教學(xué)實施以及教師培訓(xùn)等方面獲得了比較突出的成果．然而不難看出，當(dāng)前中國STEM教育發(fā)展主要由地方行政部門與中小學(xué)對接進行，中小學(xué)以及社會企業(yè)的參與度有限，尚未形成聯(lián)動的、統(tǒng)籌的、系統(tǒng)的STEM教育協(xié)同方案，STEM教育發(fā)展智力輸入不足，資源調(diào)配不足，這成為未來限制中國STEM教育發(fā)展的重要短板．基于此，組建STEM教育協(xié)同中心以推動系統(tǒng)的STEM教育研究具有重要的現(xiàn)實意義．

STEM教育協(xié)同中心能夠集政府部門、高等院校、企事業(yè)單位、博物館等公共服務(wù)機構(gòu)以及中小學(xué)校等各類資源為一體，構(gòu)建“一中心多聯(lián)動”的STEM教育發(fā)展機制，所謂“一中心”，是指以培養(yǎng)學(xué)生STEM素養(yǎng)為核心，所謂“多聯(lián)動”是指打破機構(gòu)間的溝通壁壘，有機聯(lián)動、分工明確，實現(xiàn)有多方力量參與的STEM教育協(xié)同建設(shè)．總體來看，STEM教育協(xié)同中心可以發(fā)揮3方面的功能，一是通過教育研究改善STEM教育質(zhì)量，即通過聯(lián)合高等院校的STEM教育專家進行中小學(xué)校STEM教育質(zhì)量評估進行改進，二是通過資源供給提升STEM教育效果，即通過溝通博物館、科技館等教育場所提供STEM實踐學(xué)習(xí)，三是通過對接企業(yè)產(chǎn)品升級STEM教育設(shè)施，即通過整合商業(yè)機構(gòu)對有需求的中小學(xué)校STEM空間進行升級改造和技術(shù)支持．

4.2 健全STEM教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 構(gòu)建完整的STEM教育機制

目前來看，人們對STEM教育的理解仍然存在一定的不足，究竟什么是STEM教育，什么是STEM課程以及STEM教育和評價應(yīng)該如何開展等不甚了解，而相關(guān)STEM教育行業(yè)的飛速發(fā)展遮蔽了人們對STEM教育的認(rèn)識以及STEM教育自身的反思優(yōu)化．因此，建立健全STEM教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建完整的STEM教育機制是十分重要的．

第一，開發(fā)STEM課程標(biāo)準(zhǔn)．當(dāng)前，中國不少大中小學(xué)以及校外機構(gòu)依據(jù)不同理解進行STEM課程的探索與嘗試，但尚未形成統(tǒng)一共享的STEM課程標(biāo)準(zhǔn)，STEM教育呈現(xiàn)出雖然百花齊放但是各說各話的局面．因此，在設(shè)計具體的STEM課程之前，應(yīng)組織相關(guān)專家建立起相應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)，解讀核心理念與關(guān)鍵內(nèi)容．第二，建立STEM教師標(biāo)準(zhǔn)．STEM教師是保證STEM教育質(zhì)量的核心要素，教師具備哪些條件、達到哪些要求才能從事STEM教育教學(xué)需要做出明確規(guī)定，形成STEM教師的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、資格標(biāo)準(zhǔn)、考核標(biāo)準(zhǔn)以及培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)等一體化教師標(biāo)準(zhǔn)．第三，建立STEM質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)．系統(tǒng)完善的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)STEM教育變革的堅實保障，同時也是衡量STEM教育實際發(fā)展?fàn)顩r的重要尺度，建立一致性的STEM質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)，有利于對STEM教育進行全面科學(xué)地把握，同時深入了解學(xué)生學(xué)習(xí)的真實水平．

4.3 強化STEM教育在地化探索 發(fā)展特色的STEM教育實踐

STEM教育發(fā)源于美國，是美國政府培養(yǎng)創(chuàng)新人才以增強本國國力的重要舉措，隨后受到世界各國的高度重視．盡管如此，STEM教育仍然具有明顯的地方性色彩，其發(fā)展要受到不同地域經(jīng)濟、社會、文化的多方面因素的制約，有著較強的“情境依賴性”．故而，STEM教育的發(fā)生發(fā)展脫離地方性約束來談是毫無意義的，比如購置了多少STEM資源，設(shè)置了多少STEM課程以及成立了多少STEM學(xué)校等都不能證明STEM教育在當(dāng)?shù)氐膶嵸|(zhì)性推廣．因此，強化STEM教育的在地化探索，發(fā)展特色的STEM教育實踐具有現(xiàn)實意義．

STEM教育的在地化探索需要在一定地域和環(huán)境中進行STEM教育，既能使學(xué)生沉浸在體驗周圍世界的歡樂中，又能使學(xué)生進行真實而有意義的學(xué)習(xí)，是以地方或社區(qū)為基礎(chǔ)的教育，其中心需要在STEM教育中“看到自己”，即STEM教育的內(nèi)容需要來自當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)，從當(dāng)?shù)亟逃到y(tǒng)中選取具有代表性的、廣泛性的主題內(nèi)容進行融入與調(diào)整．一方面，提升教師在地化素養(yǎng)，即教師需要深入了解學(xué)生所生活的當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)以及學(xué)校的發(fā)展歷史、文化古跡、熱點議題等，獲得這些進行STEM教育實踐設(shè)計的廣泛而基礎(chǔ)的材料，與此同時，教師需要具備能夠?qū)⑺@取的信息與STEM課程教學(xué)相整合的能力，進而教師能夠更好地將其融入到STEM教育中．另一方面，發(fā)展真實性學(xué)習(xí)經(jīng)驗，即通過讓學(xué)生分析、調(diào)查和解決現(xiàn)實世界中的某個真實的富有挑戰(zhàn)性的STEM問題來進行學(xué)科知識的掌握、聯(lián)系與應(yīng)用，提升學(xué)習(xí)者的批判性思維、團隊協(xié)作能力以及問題解決能力．最后，注重非正式教育的整合，即將STEM教育變成一種“隨時隨地”的教育，而不是僅局限在學(xué)校中，將學(xué)習(xí)者在生活中所經(jīng)歷的種種事情轉(zhuǎn)變成重要的STEM教育資源．

[1] 李業(yè)平，王科，肖煜．STEM教育研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢：綜述2000—2018年間期刊發(fā)表的論文[J]．?dāng)?shù)學(xué)教育學(xué)報，2019，28（3）：45–52．

[2] ROGERS C R. Freedom to learn [M]. 2 nd ed. IN: Merrill Publishing Company, 1986: 101.

[3] 石雷山，王燦明．大衛(wèi)·庫伯的體驗學(xué)習(xí)[J]．教育理論與實踐，2009，29（29）：49–50．

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[5] 胡焱，蔣秋．?dāng)?shù)學(xué)教育與STEM（STEAM）教育的融合：機遇與挑戰(zhàn)——基于數(shù)學(xué)教育與STEM（STEAM）教育國際學(xué)術(shù)研討會[J]．?dāng)?shù)學(xué)教育學(xué)報，2019，28（6）：92–94．

[6] 李業(yè)平，SCHOENFELD A H，DISESSA A A，等．論思維和STEM教育[J]．?dāng)?shù)學(xué)教育學(xué)報，2019，28（3）：70–76．

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[11] 任友群，趙建華，孔晶，等．國際學(xué)習(xí)科學(xué)研究的現(xiàn)狀、核心領(lǐng)域與發(fā)展趨勢——2018版《國際學(xué)習(xí)科學(xué)手冊》之解析[J]．遠(yuǎn)程教育雜志，2020，38（1）：18–27．

Changing the Story, Facing the Future——Review of the 6thSTEM International Education Conference

LI Gang

(Faculty of Education, Northeast Normal University, Jilin Changchun 130024, China)

In order to fully understand and grasp the value and significance of the 6th STEM International Education Conference in promoting the development of international STEM education in the new era, this paper uses text analysis method to conduct in-depth research on 146 papers in the authorized conference proceedings. The study found that the conference focused on three themes, including excavating basic theories to enrich the perspective of STEM education research, focusing on key topics to grasp the hot spots of STEM education, and solving practical problems to provide STEM education development strategies. Overall, the enlightenment brought by the conference to China’s STEM education includes three aspects: establishing a STEM education coordination center to promote systematic STEM education research; improving the STEM education industry standards and building a complete STEM education mechanism; strengthening the localized exploration of STEM education and develop characteristic STEM education practice.

STEM education; STEM International Education Conference; place based education

2022–02–03

教育部人文社會科學(xué)研究青年基金項目——指向?qū)W科核心素養(yǎng)的學(xué)科大概念教學(xué)轉(zhuǎn)化研究（20YJC880041）；吉林省教育廳“十三五”規(guī)劃重點項目——吉林省高校本科STEM教育課程建設(shè)研究（JJKH20201184SK）

李剛（1988—），男，吉林長春人，副教授，主要從事課程與教學(xué)論及科學(xué)教育研究．

G40–034

A

1004–9894（2022）03–0088–06

李剛．改變STEM教育故事 面向STEM教育未來——第六屆國際STEM教育大會（2021）述評[J]．?dāng)?shù)學(xué)教育學(xué)報，2022，31（3）：88-93．

[責(zé)任編校：周學(xué)智、陳雋]