宋歌 管玨琪

摘要：整合式STEM能夠有效解決STEM教育中的“形式化”和“異化”等問題，更好地培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維與行動力，其有效實施依賴于STEM教師的跨學(xué)科素養(yǎng)。因此培養(yǎng)教師的跨學(xué)科素養(yǎng)既是STEM教育轉(zhuǎn)向整合式STEM教育發(fā)展的時代訴求，也是教師專業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需要。STEM教師的跨學(xué)科素養(yǎng)主要包括跨學(xué)科意向、跨學(xué)科認知、跨學(xué)科應(yīng)用與技術(shù)應(yīng)用能力4個核心組成維度，并可將其進一步劃分為10個素養(yǎng)指標，為STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展提供方向指引。當前STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展受學(xué)校等外部環(huán)境、教師知識基礎(chǔ)與跨學(xué)科體驗等個體特征變量以及有效的專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)的綜合影響。未來我國STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)當注重：變革學(xué)校制度和支持系統(tǒng)，鼓勵教師成為課程開發(fā)主體;組建跨學(xué)科學(xué)習共同體，創(chuàng)新教師“學(xué)習”方式;善用技術(shù)創(chuàng)新培訓(xùn)，通過智能研修支持教師持續(xù)自主發(fā)展。

關(guān)鍵詞：STEM教師;跨學(xué)科素養(yǎng);整合式STEM;教師專業(yè)發(fā)展

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2022）03-0058-09? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2022.03.007

基金項目：教育部人文社會科學(xué)研究基金2020年度青年基金“基礎(chǔ)教育科學(xué)課程中‘跨學(xué)科素養(yǎng)’的框架建構(gòu)及測評研究”（20YJC88080）;2021年河南省哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃年度項目“整合式STEM視域下教師跨學(xué)科素養(yǎng)模型構(gòu)建與提升路徑研究”（2021BJY025）。

作者簡介：宋歌，博士，講師，碩士生導(dǎo)師，河南師范大學(xué)教育學(xué)部（河南新鄉(xiāng) 453007）;管玨琪，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，浙江師范大學(xué)教師教育學(xué)院（浙江金華 321004）。

一、整合式STEM教育的核心議題：發(fā)展教 師跨學(xué)科素養(yǎng)

STEM教育源于美國國家科學(xué)委員會提出的集成科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）教育的綱領(lǐng)性建議（National Science Board，1987），旨在培養(yǎng)學(xué)習者的跨學(xué)科思維。21世紀以來，整合式STEM日益成為全球化背景下跨學(xué)科課程與教學(xué)的基本取向。由于STEM教育關(guān)乎國家未來競爭力，各國紛紛將其提升至國家戰(zhàn)略高度，并在K-12階段的教育政策中，充分體現(xiàn)對STEM學(xué)科的整合，以實現(xiàn)將學(xué)生培養(yǎng)成跨學(xué)科思考者和行動者的愿景。

STEM教育歷經(jīng)三十多年的發(fā)展，越來越多的教師認同其潛在價值（中國教科院STEM教育研究中心，2019）。然而，在從教育思潮到課程實體的轉(zhuǎn)變過程中，仍存在以下突出問題：一是從整合的水平來看，STEM依然只是作為四門學(xué)科首字母的縮略詞，并未弱化學(xué)科邊界（Wang et al.，2011）;二是從整合的內(nèi)容來看，STEM僅僅致力于提升科學(xué)與數(shù)學(xué)的整合（Czerniak et al.，2014），工程和技術(shù)占比偏低（Hoachlander et al.，2011）;三是從整合的取向來看，任務(wù)設(shè)計欠缺與學(xué)生現(xiàn)實生活的關(guān)聯(lián)性（Charette，2014），許多學(xué)校和教師僅將STEM教育定位于培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力或編程能力（袁磊等，2020）。國內(nèi)外學(xué)者就上述“形式化”和“異化”問題展開充分探討，相關(guān)研究催生了“整合式STEM”（Integrative STEM，以下簡稱I-STEM）。2014年美國國家工程院和國家科學(xué)委員會聯(lián)合發(fā)布《K-12教育中的STEM整合：現(xiàn)狀、前景和研究議程》，該文件確定了I-STEM的核心要義是跨學(xué)科（Honey et al.，2014）。學(xué)界也就I-STEM的課程性質(zhì)達成共識（Kelley et al.，2016）：一方面，整合超越了四個分支學(xué)科的關(guān)聯(lián)程度，轉(zhuǎn)向?qū)W科之間的相互融合;另一方面，整合觸及兒童經(jīng)驗和社會關(guān)切，在關(guān)聯(lián)學(xué)校學(xué)習、未來工作和社會生活的跨域情境中幫助學(xué)生理解所居世界的復(fù)雜性并作出有效決策。

I-STEM的整合新理念唯有通過教師有效的課程設(shè)計與教學(xué)實施，才能轉(zhuǎn)化為學(xué)生綜合能力的提升。但大量中小學(xué)課堂證據(jù)顯示，STEM教師往往欠缺對整合的正確理解（EL-Deghaidy et al.，2017;Kurup et al.，2019），以及與之相適的課程設(shè)計與教學(xué)實施能力（Graves et al.，2016）。因此，STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)亟需被提上日程，使他們能充分認識多學(xué)科知識間的聯(lián)結(jié)，合理實現(xiàn)學(xué)科間的關(guān)聯(lián)與整合。同時，在“中國STEM教育2029行動計劃”實施背景下，直面現(xiàn)實問題，發(fā)展STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)，是落實“將I-STEM作為培養(yǎng)跨學(xué)科創(chuàng)新型人才的重要戰(zhàn)略”與打造具有中國特色的I-STEM教育的重要路徑。

二、STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)內(nèi)涵與結(jié)構(gòu)模型

教師的跨學(xué)科素養(yǎng)水平是決定STEM教育成效的關(guān)鍵，是構(gòu)建I-STEM教育新生態(tài)的源動力。界定STEM教師的跨學(xué)科素養(yǎng)在本質(zhì)上就是要回答“培養(yǎng)什么樣的STEM教師”。

1.內(nèi)涵解讀

對特定的職業(yè)而言，素養(yǎng)是個體為了能夠勝任某項工作，而需具備的相關(guān)知識、技能及其特質(zhì)（楊向東，2020），其突出特征在于個體能否選擇和應(yīng)用已有的認知和非認知資源，來應(yīng)對現(xiàn)實工作中的各種復(fù)雜需求和挑戰(zhàn)?？鐚W(xué)科素養(yǎng)正是STEM教育轉(zhuǎn)向I-STEM教育背景下對教師專業(yè)發(fā)展新訴求的回應(yīng)。

I-STEM不單關(guān)注跨學(xué)科教學(xué)的結(jié)果和產(chǎn)物，更強調(diào)整合多個學(xué)科概念、觀點和思維方式來解決問題的過程和方法。從這個意義上講，教師在I-STEM教學(xué)中的主要責任并不是指導(dǎo)學(xué)生完成某個產(chǎn)品或作品，而是能夠合理預(yù)設(shè)、解讀和判斷跨學(xué)科教學(xué)中的各種場景，并采取相應(yīng)的行動。因此，教師在具備深厚的學(xué)科素養(yǎng)基礎(chǔ)上，需要跳出單一學(xué)科經(jīng)驗的“舒適圈”，形成跨學(xué)科的意愿，確保在教與學(xué)的過程中合理融入跨學(xué)科要素，有效把握STEM學(xué)科之間的整合，建立STEM內(nèi)容知識與實踐活動之間的緊密聯(lián)系，并借助在線協(xié)作工具、增強與虛擬現(xiàn)實以及智能導(dǎo)師系統(tǒng)等技術(shù)，創(chuàng)建靈活且包容的I-STEM學(xué)習空間，培養(yǎng)學(xué)生突破學(xué)科界限、以整合的方式進行思考、解決復(fù)雜情境中劣構(gòu)問題的能力。綜上所述，STEM教師的跨學(xué)科素養(yǎng)是在與I-STEM教學(xué)互動過程中所蘊含的動機意識、價值觀念、相關(guān)知識和各種技能等綜合性品質(zhì)。

STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的內(nèi)涵特征可從“情境性”本質(zhì)、“多維性”構(gòu)成與“動態(tài)性”發(fā)展三個方面進行解讀。首先，跨學(xué)科素養(yǎng)是教師解決I-STEM教學(xué)問題的有效行動，這種外顯化的行為表現(xiàn)產(chǎn)生于教師與教學(xué)情境的互動，因此可以被有效觀察與測評。其次，STEM教師需要在跨學(xué)科意愿的驅(qū)動下，選擇和組織跨學(xué)科知識與技能，來解決I-STEM教學(xué)中的問題，因此跨學(xué)科素養(yǎng)是知識、技能與態(tài)度的復(fù)雜組合，具有多維結(jié)構(gòu)的特征且彼此關(guān)聯(lián)。最后，教師跨學(xué)科素養(yǎng)需要在有效的學(xué)習和實踐中逐步形成，呈螺旋式的發(fā)展態(tài)勢，可通過職前教育和在職培訓(xùn)等途徑來培養(yǎng)。

2.結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

根據(jù)STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的內(nèi)涵特征，本研究構(gòu)建了包括4個核心組成維度和10個素養(yǎng)指標的結(jié)構(gòu)模型：首先，通過對相關(guān)政策文件與文獻進行演繹式分析，提出了4個核心組成維度，分別為跨學(xué)科意向、跨學(xué)科認知、跨學(xué)科應(yīng)用以及技術(shù)應(yīng)用能力;然后，為有效指導(dǎo)STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，將每個組成維度進一步分解為若干素養(yǎng)指標，進而形成教師勝任I-STEM教學(xué)的基本要求與實施評價的具體標準。

（1）核心組成維度

第一， 跨學(xué)科意向是指教師對跨學(xué)科方法的態(tài)度、價值觀、信念和判斷等，表現(xiàn)為教師是否愿意開展I-STEM教學(xué)。第二，跨學(xué)科認知是指教師對跨學(xué)科教育價值、教育情境和教學(xué)法的理解，這些理解是教師在I-STEM課程設(shè)計與教學(xué)中融入跨學(xué)科要素的知識基礎(chǔ)（Kurup et al.，2019）。第三，跨學(xué)科應(yīng)用強調(diào)教師真正參與到I-STEM課程開發(fā)與實施的整體過程之中，需要教師在跨學(xué)科認知的基礎(chǔ)上，靈活有效地設(shè)計、開展和研究I-STEM教學(xué)（Slavit et al.，2016）。第四，技術(shù)應(yīng)用能力是教師借助技術(shù)工具，創(chuàng)建具有參與性、創(chuàng)造性的I-STEM智慧學(xué)習環(huán)境，并且要求教師能夠創(chuàng)造性地應(yīng)用技術(shù)工具，具備較好的設(shè)計思維，促進I-STEM教學(xué)創(chuàng)新（Kennedy et al.，2014）。

這4個維度共同作用于教師在I-STEM教學(xué)場景下的教學(xué)行動與決策，其相互影響關(guān)系則是通過教師的實踐與反思來進行調(diào)節(jié)的。面向STEM教師的跨學(xué)科素養(yǎng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，可以看出，STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)每個維度的提升會經(jīng)由雙向箭頭表示的實踐和反思過程引起其他維度的變化。其中：“ ”表示教師對跨學(xué)科方法的正向態(tài)度和主動開展跨學(xué)科教學(xué)的心理傾向驅(qū)動自身準確理解、設(shè)計I-STEM課程以及借助智慧學(xué)習環(huán)境開展教學(xué)實踐，同時教師對實踐過程的反思又會反作用于其跨學(xué)科意向?！?”表示跨學(xué)科認知和技術(shù)應(yīng)用能力是跨學(xué)科應(yīng)用的基礎(chǔ)，教師對I-STEM課程與教學(xué)的整體理解力關(guān)乎其在課程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)進行跨學(xué)科整合的深度，教師具備的技術(shù)知識和設(shè)計思維關(guān)乎如何運用技術(shù)手段為I-STEM教學(xué)提供支持，最后通過反思教學(xué)成效，教師將會形成關(guān)于跨學(xué)科的新認識和以技術(shù)為賦能工具的新思考?！?”表示跨學(xué)科認知是技術(shù)應(yīng)用能力的保障，教師對I-STEM價值取向、組織原則和實踐邏輯的理解影響其在技術(shù)選取與應(yīng)用方面的設(shè)計，而對實踐效果的反思將促使教師重新考量技術(shù)如何與課程內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)進行耦合，從而擴展其跨學(xué)科認知。

（2）素養(yǎng)指標

根據(jù)個體態(tài)度行為關(guān)系理論、教師實踐性知識構(gòu)成、跨學(xué)科教學(xué)基本環(huán)節(jié)以及數(shù)字化時代對教師角色的新要求，將4個核心組成維度細化為如表1所示的10個素養(yǎng)指標。這些指標既立足國際視野，又同時觀照了我國中小學(xué)STEM教育的現(xiàn)實情況與未來愿景。

①跨學(xué)科意向

跨學(xué)科意向作為開展跨學(xué)科教育的心理傾向，是跨學(xué)科行為表現(xiàn)的內(nèi)驅(qū)力。根據(jù)社會心理學(xué)中的計劃行為理論，跨學(xué)科意向包括行為態(tài)度、主觀規(guī)范和知覺行為控制三個主要變量（Kurup et al.，2019）。其中，行為態(tài)度是指教師對跨學(xué)科方法的工具性（有價值/無價值）和情感性（喜歡/不喜歡）的正向或負向認同。比如教師認為I-STEM對學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展是重要的且樂于開展I-STEM教學(xué)。主觀規(guī)范是指教師對于是否采取跨學(xué)科教學(xué)受到來自外部環(huán)境（如學(xué)校和社會等）期望的影響，從而形成是否順從該期望的意向。比如教師認同教育政策文件大力提倡的跨學(xué)科教育、社會組織機構(gòu)與學(xué)校積極推進I-STEM課程與教學(xué)實踐，以及對與同行、專家和研究者合作實施I-STEM教學(xué)表現(xiàn)出主動性和積極性。知覺行為控制是指教師能感知到開展跨學(xué)科課程與教學(xué)的難易程度。比如教師基于自身可調(diào)用的資源，認為有信心進行I-STEM教學(xué)或認為其具有一定挑戰(zhàn)性。

②跨學(xué)科認知

跨學(xué)科認知能展示STEM教師專業(yè)性的實踐性知識，并體現(xiàn)其在跨學(xué)科教學(xué)活動中的行動邏輯。依據(jù)教師實踐性知識的相關(guān)研究，跨學(xué)科認知包括I-STEM教育目標與價值知識、教育情境知識與教學(xué)知識，分別觀照“為什么跨學(xué)科”“什么是跨學(xué)科”和“怎樣跨學(xué)科”三大問題。

首先，教師應(yīng)當站在“立德樹人”的角度將I-STEM融于我國教育大背景（陳忞，2020）。深刻認識世界主要國家已普遍將I-STEM作為培養(yǎng)跨學(xué)科創(chuàng)新型人才和推進基礎(chǔ)教育改革的重要戰(zhàn)略。其中，美國率先提出I-STEM的教育理念，回應(yīng)了STEM實踐領(lǐng)域“形式化”與“異化”等關(guān)鍵問題，本著促進學(xué)生發(fā)展的教育目的，從根本上扭轉(zhuǎn)了STEM功利主義傾向。I-STEM承載著提升學(xué)生STEM素養(yǎng)和21世紀技能的雙重希冀（Kelley et al.，2016）。我國為培養(yǎng)德才兼?zhèn)?、身心完整和適應(yīng)新時代要求的人才也提出進行跨學(xué)科整合教育的變革嘗試（李雁冰，2014）。

其次，教師不僅需要理解跨學(xué)科的基本特征，還要正確認識“學(xué)科”與“跨學(xué)科”在學(xué)校教育中互為補充的平衡態(tài)，深入探究STEM各分支學(xué)科的學(xué)科體系，在此基礎(chǔ)上尋求橫向關(guān)聯(lián)的可能，不斷激發(fā)學(xué)生的整合與創(chuàng)新潛能。I-STEM的核心要義就在于超越課程組織的視野，將跨學(xué)科作為一種有別于學(xué)科分化的教育思維方式，著眼于四門分支學(xué)科知識與方法的交融，強調(diào)創(chuàng)造性地圍繞特定主題進行多維整合。因此，I-STEM進入學(xué)校課程，不是推翻數(shù)學(xué)、科學(xué)和信息技術(shù)等學(xué)科課程，抑或是進行簡單增補，而是與其共同構(gòu)成支撐學(xué)生全面發(fā)展的整體課程框架。

最后，教師應(yīng)當結(jié)合具體項目，依據(jù)相關(guān)課程標準，塑造科學(xué)探究與工程設(shè)計在教學(xué)實踐中相輔相承的關(guān)系模式。靈活采用“通過設(shè)計學(xué)習科學(xué)”和“以科學(xué)促進設(shè)計”的策略，在探究和設(shè)計的穿插轉(zhuǎn)換中呈現(xiàn)特定的學(xué)科概念，引導(dǎo)學(xué)生基于數(shù)學(xué)推理，以技術(shù)為工具，應(yīng)用、理解和重組STEM知識。在有約束（如時間限制）和邊界（如課程標準、高利害測試）條件的限定下，I-STEM課程與教學(xué)通常采用項目式學(xué)習，強調(diào)通過發(fā)揮探究與設(shè)計的交融功效來聯(lián)通STEM內(nèi)容與實踐。

③跨學(xué)科應(yīng)用

跨學(xué)科應(yīng)用是教師實現(xiàn)I-STEM教育價值落地課堂的行動力。STEM教師的專業(yè)工作并非傳遞現(xiàn)成的課程產(chǎn)品信息，而是真正參與課程開發(fā)與實施，深思熟慮地進行課程方案設(shè)計，并進行有效實施。因此，跨學(xué)科應(yīng)用的實質(zhì)就是會設(shè)計并付諸行動。

I-STEM作為一種課程形態(tài)，STEM教師應(yīng)該遵循課程開發(fā)的過程邏輯，沿著課程目標、課程內(nèi)容、學(xué)習活動與評價的實踐序列展開課程設(shè)計。第一，課程目標是課程設(shè)計的邏輯起點。教師可利用布魯姆等學(xué)者提出的教學(xué)目標分類法來分解課程目標，例如可從知識、認知能力和問題解決三個維度明確I-STEM的學(xué)習結(jié)果類型（Barak，2013）;并將三者整合為學(xué)生多樣化的行為表現(xiàn)，采用整體性的描述展現(xiàn)學(xué)生需要在具體跨學(xué)科情境中行為表現(xiàn)的程度。第二，課程內(nèi)容是課程設(shè)計的核心要素。教師可通過對主題的選擇與組合來串聯(lián)整個課程內(nèi)容，確保課程內(nèi)容的多樣性與連貫性。教師還需從各個主題中衍生出具有真實性和實踐性的跨學(xué)科任務(wù)，在這一轉(zhuǎn)化過程中教師應(yīng)當設(shè)置主導(dǎo)學(xué)科來統(tǒng)整其他學(xué)科內(nèi)容，并列出完成具體任務(wù)的要求，以及對應(yīng)學(xué)科課程標準的具體規(guī)定。第三，I-STEM教學(xué)強調(diào)有目的地在探究中嵌入設(shè)計思維，兩者通過“做中學(xué)”有機交織在一起。只有在設(shè)計需求帶動探究、探究結(jié)果改進設(shè)計依據(jù)、學(xué)生調(diào)用數(shù)學(xué)推理和技術(shù)手段①的反復(fù)動手操作和動腦思考過程中，才能更好地解決問題并實現(xiàn)知識創(chuàng)造。以6E教學(xué)模式為例（Lin et al.，2020），教師在明確“參與—探索—解釋—工程設(shè)計思維—拓展—評估”總體進程的前提下，有必要設(shè)計有序銜接的學(xué)習活動與恰到好處的學(xué)習支架，促進學(xué)生主動參與、深入探究與協(xié)同創(chuàng)新。這也決定了學(xué)習評價必須根植于真實的學(xué)生實踐情境，聚焦學(xué)生對知識在深層意義上的整合運用，并將學(xué)習性評價（Assessment for Learning）和學(xué)習式評價（Assessment as Learning）有機嵌入教學(xué)過程，勾勒學(xué)生I-STEM學(xué)習的持續(xù)軌跡，探查學(xué)生在不同課程目標上的發(fā)展特征。

在設(shè)計的基礎(chǔ)上，STEM教師還應(yīng)推動I-STEM課程由設(shè)計態(tài)轉(zhuǎn)變成運行態(tài)，確保課程設(shè)計與教學(xué)行動的一致性，并結(jié)合實情調(diào)適課程（楊開城等，2021）。課上，教師持續(xù)關(guān)注生成性的課堂事件，對學(xué)生需求做出回應(yīng)，讓學(xué)生有機會將自己的觀點融入探究與設(shè)計的過程，在靜態(tài)的課程設(shè)計演繹中添加真正的社會性文化互動;課后，教師比較教學(xué)活動設(shè)計與實施的一致性，全面審視學(xué)生學(xué)習成效，逐步將教學(xué)經(jīng)驗反思構(gòu)建成案例庫。

④技術(shù)應(yīng)用能力

融通信息技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)字化時代討論I-STEM教學(xué)的基本語境（Tanenbaum，2016，pp.15-20）。技術(shù)應(yīng)用能力是教師在持續(xù)關(guān)注技術(shù)如何變革跨學(xué)科教學(xué)的同時，以技術(shù)為賦能工具，讓技術(shù)服務(wù)于跨學(xué)科教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。在I-STEM課程與教學(xué)的設(shè)計中教師需要在學(xué)習場景設(shè)計、學(xué)習資源設(shè)計與學(xué)習支架設(shè)計三方面實現(xiàn)技術(shù)與I-STEM教學(xué)的深度融合：一是教師應(yīng)當運用虛擬仿真技術(shù)在課堂環(huán)境中為學(xué)生創(chuàng)建跨學(xué)科探究場景，有機嵌入課程內(nèi)容和學(xué)習任務(wù)，使得學(xué)生像科學(xué)家和工程師一樣進行實驗或試驗成為可能，他們以第一參與者的身份提出問題、觀察和建模，加強I-STEM學(xué)習體驗。二是教師需要查找、篩選和加工信息，為學(xué)生提供充分的學(xué)習資源和搜索工具，否則學(xué)生的操作驗證可能會陷入僵局;此外，還需利用技術(shù)把學(xué)生個體、團體的觀點、方案和作品匯聚成一個知識庫，持續(xù)更新學(xué)習資源，促使學(xué)生始終在跨學(xué)科的層面探索問題。三是教師可與人工智能協(xié)同教學(xué)，如根據(jù)移動終端呈現(xiàn)的學(xué)生學(xué)習過程數(shù)據(jù)及可視化分析結(jié)果，設(shè)計交互型支架、策略支架和元認知支架，提供相應(yīng)的學(xué)習任務(wù)，支持學(xué)生進行多層面的社會性交互（與學(xué)習場景交互、與學(xué)習資源交互、與同伴交互、與教師交互、與應(yīng)邀參與的專家交互等），引導(dǎo)學(xué)生對不同來源的信息進行分析與評價，以及在學(xué)習過程中對自己的成果進行反思和改進。

整合式STEM教育的有效實施依賴于STEM教師持續(xù)提升自身的綜合素養(yǎng)。這就要求教師牢固樹立終身學(xué)習意識，具備終身學(xué)習能力，不斷進行自主學(xué)習，并能基于教育理論融合技術(shù)手段變革與創(chuàng)新I-STEM教育。

三、影響STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵因素

開展教師素養(yǎng)研究的主要目的是發(fā)展教師素養(yǎng)。為探索STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展路徑，在厘清內(nèi)涵、構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上還需分析影響其發(fā)展的關(guān)鍵因素。STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的國際測評研究揭示出教師素養(yǎng)發(fā)展受所處外部環(huán)境、教師個體特征和專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)等關(guān)鍵因素的影響。

1.外部環(huán)境：缺乏外部支持抑制跨學(xué)科意向

關(guān)于STEM教師跨學(xué)科意向調(diào)查的系統(tǒng)性綜述研究表明（Margot et al.，2019）：STEM教師普遍對跨學(xué)科方法具有正向的工具性認同，而其情感認同、教學(xué)積極性和自我效能感則受靈活的課程安排、明確的績效評價和充足的課程資源的影響。然而，現(xiàn)在學(xué)校統(tǒng)一的課程進度（Dare et al.，2014）或?qū)W生時間表（Lesseig et al.，2017）極大地約束了教師開展基于項目的I-STEM教學(xué);由于缺少對學(xué)生學(xué)習過程與結(jié)果的評價標準（Nadelson et al.，2013），教師難以判斷學(xué)生是否達到了學(xué)業(yè)質(zhì)量標準，也無從評估他們跨學(xué)科學(xué)習效果的增益。此外，對課程資源的需求與如何確保課程實施效果構(gòu)成了I-STEM教學(xué)實踐中的一對突出張力：一方面，STEM教師期待有基于相關(guān)學(xué)科標準和技能框架、貫通K-12學(xué)段以及滿足教學(xué)環(huán)境需求的現(xiàn)成課程資源，以便能低門檻地實施I-STEM教學(xué)，但可供教師直接使用的I-STEM課程計劃、教學(xué)活動方案和相應(yīng)的材料包都極其有限（Siew et al.，2015）;另一方面，他們又擔憂在課程實施環(huán)節(jié)片面甚至錯誤地理解開發(fā)者的設(shè)計意圖（Bagiati et al.，2015），從而影響教學(xué)成效，這一矛盾大大降低了教師的跨學(xué)科主觀規(guī)范和知覺行為控制?？梢姡嵘齋TEM教師的跨學(xué)科意向需要變革外部支持系統(tǒng)，引導(dǎo)教師轉(zhuǎn)變角色，從機械地傳遞課程信息過渡至對課程實施做適應(yīng)性改編，再逐步轉(zhuǎn)向積極地參與課程開發(fā)，成為I-STEM的學(xué)習者、設(shè)計者和實踐者。

2.個體特征：特征變量差異影響跨學(xué)科認知

已有研究分別從調(diào)查問卷、訪談、課堂觀察和反思日志等多元途徑獲取多種類型數(shù)據(jù)，綜合運用定量統(tǒng)計與扎根理論分析方法，互相映證了STEM教師從業(yè)年限、所處學(xué)段、自身學(xué)科知識基礎(chǔ)和已有跨學(xué)科體驗等個體特征變量與跨學(xué)科認知高度相關(guān)。例如，Srikoom等（2017）研究發(fā)現(xiàn)教師的跨學(xué)科意向在從業(yè)年限對跨學(xué)科認知的影響上存在調(diào)節(jié)效應(yīng)。Park等（2016） 研究顯示不同學(xué)段教師對跨學(xué)科整合具體策略持有差異化理解，相比于小學(xué)教師關(guān)注運用探究和設(shè)計交織的跨學(xué)科任務(wù)來吸引學(xué)生，中學(xué)教師更重視跨學(xué)科教學(xué)的深度——系統(tǒng)的學(xué)科知識滲透。另有研究顯示，STEM教師均能恰當?shù)乩斫狻盀槭裁纯鐚W(xué)科”，但由于欠缺專業(yè)背景外的知識和跨學(xué)科教學(xué)經(jīng)驗，因而阻礙了他們獲得“怎樣跨學(xué)科”的實踐策略。具體來說，教師對“工程”“技術(shù)”的本質(zhì)認識不足（EL-Deghaidy et al.，2017），比如，多數(shù)教師對技術(shù)在I-STEM教育中的定位尚未從“教學(xué)手段”轉(zhuǎn)向“學(xué)習工具”。并且學(xué)科本位的職前培養(yǎng)和職后的分科教學(xué)經(jīng)歷進一步強化了教師的學(xué)科本位意識（Wang et al.，2020）。他們期待與科學(xué)家、工程師等學(xué)科專家合作，體驗真實的跨學(xué)科研究，豐富跨學(xué)科學(xué)習經(jīng)歷;期待與不同學(xué)科背景的同行合作，彌補STEM相關(guān)學(xué)科知識缺陷，彼此之間積極影響，同時弱化教齡和所處學(xué)段等因素的負向作用（Lehman et al.，2014）。綜上，亟待為STEM教師塑造突破學(xué)校、學(xué)科界限的合作空間，創(chuàng)設(shè)多層次的“對話”機會。

3.專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)：有效培訓(xùn)促進教學(xué)實踐轉(zhuǎn)變

已有研究證實教師專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)項目能夠促進STEM教師教學(xué)實踐轉(zhuǎn)變，并提出有效培訓(xùn)具有四個核心特征：持續(xù)性、內(nèi)容聚焦、連貫性和集體參與（Desimone，2009）。首先，為了保證STEM教師真正實現(xiàn)轉(zhuǎn)變，培訓(xùn)項目大多需持續(xù)較長時間（Roehrig et al.，2012;Al Salami et al.，2017），包括集中研修、校本實踐和反思提升三個階段，體現(xiàn)了更具實踐性和校本化的專業(yè)發(fā)展模式。其次，要通過診斷教師需求，提供兼具普適性和個性化的培訓(xùn)方案。課程形式一般包括參加真實的跨學(xué)科研究（Chowdhary et al.，2014;Yang et al.，2020）、基于項目的I-STEM學(xué)習（Asghar et al.，2012）和合作開發(fā)主題課程（Capobianco et al.，2018）。同時，課程內(nèi)容還需觀照K-12一貫制的I-STEM課程框架和不同學(xué)段的整合程度差異。最后，鼓勵同一所學(xué)校不同學(xué)科教師一起參與培訓(xùn)（Roehrig et al.，2012;Weinberg et al.，2017），并在后續(xù)的校本實踐中開展跨學(xué)科協(xié)同教學(xué)，形成關(guān)于I-STEM的集體式教學(xué)信念與規(guī)范。值得注意的是，上述研究都缺少對參訓(xùn)STEM教師的持續(xù)跟蹤。教師專業(yè)發(fā)展是一個長期過程，有待進一步探索如何利用技術(shù)手段創(chuàng)新培訓(xùn)模式與增進培訓(xùn)效果，促進教師從基于培訓(xùn)的一次性轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)向持續(xù)的自主學(xué)習與發(fā)展。

四、STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展路徑

從美國推廣STEM教育的過程可以看出，短期內(nèi)通過職前教育培養(yǎng)大量STEM師資并不現(xiàn)實。目前我國中小學(xué)STEM教師多由在職教師接受專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)后兼任，因此培養(yǎng)一線在職教師是彌補STEM教師專業(yè)性不足的合理選擇。本研究在綜合考慮影響STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵因素基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)構(gòu)模型中I-STEM教學(xué)實踐、反思與素養(yǎng)各組成維度的互動關(guān)系，從以下三個方面闡述我國在職STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展路徑（如圖2所示）。三條路徑互相配合，共同驅(qū)動STEM教師隊伍專業(yè)能力長效發(fā)展。

1.變革學(xué)校制度和支持系統(tǒng)，鼓勵教師成為課程開發(fā)主體

學(xué)校層面支持教師教學(xué)實踐創(chuàng)新的體制環(huán)境和各類資源決定了教師發(fā)展的機遇和條件（Opfer et al.，2011）。學(xué)校環(huán)境是影響I-STEM教學(xué)實施的首要因素。STEM教師不僅需要管理者的必要引導(dǎo)，還需要擁有適度的課程權(quán)力重構(gòu)與I-STEM相符的課程結(jié)構(gòu)，更需要實施I-STEM教學(xué)的必要資源以及促進自身專業(yè)發(fā)展的培訓(xùn)機會。因此，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)提升變革意識，積極響應(yīng)國家、區(qū)域?qū)用娴腎-STEM教育戰(zhàn)略，為教師專業(yè)發(fā)展提供以跨學(xué)科為主導(dǎo)的組織文化環(huán)境和必要的校內(nèi)資源支持。具體包括：一方面要制定有較強針對性和可操作性的STEM教師發(fā)展規(guī)劃，設(shè)置明確的監(jiān)督與評估制度，加強經(jīng)費投入以及賦予教師更多的自主空間，不斷提升教師開展I-STEM教學(xué)的意向。另一方面可通過主題講座、同行互助、校本培訓(xùn)等途徑，為教師提供面向跨學(xué)科素養(yǎng)的各類專業(yè)發(fā)展機會。此外，應(yīng)鼓勵教師成為課程開發(fā)主體，實現(xiàn)I-STEM課程資源開發(fā)和教師專業(yè)發(fā)展一體化。具體做法是集結(jié)優(yōu)秀教師，吸納場館、科研機構(gòu)、高新企業(yè)和其他社會群體力量，開發(fā)I-STEM校本課程，形成立足學(xué)校實際、校內(nèi)外聯(lián)動合作的開發(fā)機制;生成一批典型課程案例，以校本教研促進案例試點推廣，使教師通過課程設(shè)計與開發(fā)更好地理解跨學(xué)科教學(xué)的特點與實施策略。

2.組建跨學(xué)科學(xué)習共同體，創(chuàng)新教師“學(xué)習”方式

I-STEM的課程性質(zhì)與教學(xué)策略要求STEM教師突破專業(yè)和學(xué)校界限，通過組建跨學(xué)科學(xué)習共同體共同開展跨學(xué)科教學(xué)實踐與反思（Lehman et al.，2014），在“邊緣性參與”中不斷成長?？鐚W(xué)科學(xué)習共同體的主體既包括教師群體（Czajka et al.，2016），也包括科學(xué)家、工程師等專家和教育研究者（Kelley et al.，2016）。這種跨界融合可弱化教師學(xué)科思維定式，促進其轉(zhuǎn)變學(xué)習方式。第一，鼓勵教師之間合作，創(chuàng)建良好的校本教研氛圍。不同學(xué)科教師可以實現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)的互補，共同研討學(xué)科整合策略;勝任型教師與新手教師可以共同在I-STEM課堂教學(xué)現(xiàn)場進行經(jīng)驗交流;逐步常態(tài)化和規(guī)范化的校本教研易形成促進教師主動學(xué)習的集體力量，實現(xiàn)教師個體與學(xué)校的共同發(fā)展。第二，倡導(dǎo)教師與專家合作，獲得體驗STEM專家跨學(xué)科研究的機會，以及優(yōu)化I-STEM教學(xué)實踐的持續(xù)專業(yè)支持。第三，推進教師與研究者合作，有機聯(lián)結(jié)STEM教育研究與教學(xué)實踐，以科學(xué)評價促進積極轉(zhuǎn)變。鼓勵雙方協(xié)同設(shè)計學(xué)習任務(wù)、學(xué)習場景和學(xué)習支架，探討與反思課堂教學(xué)案例，課堂實證既可以支持教師改進教學(xué)，又可以幫助研究者評估素養(yǎng)的增長點，探索素養(yǎng)提升的具體機制，進而反哺STEM教師跨學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展。

3.善用技術(shù)創(chuàng)新培訓(xùn)，智能研修支持教師持續(xù)自主發(fā)展

充分利用新技術(shù)成果助推教師教育變革（Tanenbaum，2016，pp.1-5），支持教師培訓(xùn)活動，進而提升培訓(xùn)水平，已成為當前研究的熱點。通過網(wǎng)絡(luò)交互系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù)，可以無縫連接培訓(xùn)與教師自身實踐，支持跨學(xué)科學(xué)習共同體的良性運行和再生產(chǎn)（Jonassen et al.，2012），精準聚焦跨學(xué)科教學(xué)診斷、反思與指導(dǎo)，促進STEM教師持續(xù)自主發(fā)展。首先，智能技術(shù)與培訓(xùn)課程資源的全方位融合將教師專業(yè)發(fā)展有機嵌入教學(xué)實踐過程中，教師先后歷經(jīng)培訓(xùn)、I-STEM教學(xué)實踐，可通過同步或異步討論獲得課堂教學(xué)的針對性反饋并對其進行反思（Wang et al.，2020），依此循環(huán)可促進教師專業(yè)素養(yǎng)的提升。其次，智能化的教師網(wǎng)絡(luò)研修平臺輔助跨學(xué)科學(xué)習共同體，可形成一個嵌套的互動網(wǎng)絡(luò)，重組和優(yōu)化教師研修結(jié)構(gòu)與流程。該互動網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)地為教師提供I-STEM教學(xué)實踐的方向指引和過程性支持;教師可在多樣化的I-STEM教學(xué)反思性實踐中學(xué)習，從“課例研修”中提煉教學(xué)經(jīng)驗，從“主題研修”中構(gòu)建特定問題解決模式，在“微課題”研修中真正走向研究，從而實現(xiàn)“學(xué)”與“用”的轉(zhuǎn)化和共生;教師工作坊還應(yīng)連續(xù)吸納新教師加入，允許原來的“學(xué)生”重回共同體分享經(jīng)驗，實現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習共同體再生產(chǎn)。最后，融合智能技術(shù)的教師研修以課堂為核心，可以記錄顆粒度更小、解釋力更強的I-STEM教學(xué)過程流數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對師生行為的精準分析，并輔以量表評分，診斷教師“難以自知”的問題，為教師I-STEM教學(xué)提供個性化指導(dǎo)，并有針對性地推送學(xué)習資源，助力教師進行長期有效的自主學(xué)習。

注釋：

① 這里指學(xué)生使用通用技術(shù)、信息技術(shù)與計算機工具等輔助科學(xué)與工程實踐的能力，而應(yīng)用科學(xué)知識進行技術(shù)設(shè)計能力在《K-12科學(xué)教育框架》中被歸入工程實踐。

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收稿日期 2022-01-15

Teachers’ Interdisciplinary Competence Towards Integrative STEM Education：

Structure Model and Development Paths

SONG Ge， GUAN Jueqi

Abstract： The integrative STEM education could validly address the “alienation” and “formalization” emerged in the STEM educational practices. It could cultivate students’ interdisciplinary mindset and action， which depends on teachers’ interdisciplinary competence. Therefore， interdisciplinary competence of STEM teachers was demands of both the international STEM curriculum reform and teacher professional development. STEM teachers’ interdisciplinary competence include four key dimensions： interdisciplinary intention， interdisciplinary cognition， interdisciplinary application and technology application ability that can be further divided into ten competence indicators， providing guidance for teacher professional development. At present， the development of STEM teachers’ interdisciplinary competences was affected by the external factors such as the school and the community， the individual characteristic variables such as the prior knowledge and interdisciplinary experience， as well as the effective trainings. In the future， the cultivation paths for in-service STEM teachers’ interdisciplinary competence should focus on improving the school administrative supports to encourage teachers to be subjects of curriculum development， organizing interdisciplinary learning communities to create the ways how teachers learn， and involving technologies in trainings through smart research and training to support the sustainable self-directed development of teachers.

Keywords： STEM Teachers; Interdisciplinary Competence; Integrative STEM; Teacher Professional Development