胡燕紅

摘??? 要：作為培養(yǎng)研究生學(xué)習(xí)力重要路徑的STEM教育成為學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。STEM教育在重視每門學(xué)科的價(jià)值的同時，關(guān)注不同學(xué)科知識間的相互影響，設(shè)計(jì)適合學(xué)生的項(xiàng)目。文章通過在真實(shí)情境下的參與式深度學(xué)習(xí)、跨學(xué)科整合和跨學(xué)科教師合作等形式提升研究生學(xué)習(xí)力。

關(guān)鍵詞：STEM教育；研究生學(xué)習(xí)力；特征；策略

中圖分類號：G643????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????????? 文章編號：1002-4107（2023）05-0070-03

“STEM”是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)首字母的縮略詞[1]，進(jìn)入21世紀(jì)以來，英國、美國和日本等國家都把培養(yǎng)STEM人才作為在全球經(jīng)濟(jì)競爭中取勝的關(guān)鍵。近年來，STEM教育被引入我國，從基礎(chǔ)教育到研究生教育都給與了高度重視，尤其是涉及到研究生學(xué)習(xí)力的培養(yǎng)，但在實(shí)踐中也有諸多困惑，為STEM教育的實(shí)施設(shè)置了很多障礙，因此，需要深思STEM教育的內(nèi)涵、特征和教學(xué)策略，只有厘清這些問題后，才能讓STEM教育在研究生學(xué)習(xí)力培養(yǎng)中發(fā)揮作用。

一、STEM教育的內(nèi)涵

STEM 教育（STEM Education）起源于美國。2005年，弗里德曼指出美國學(xué)生在全球競爭中落后于其他國家[2]，原因是其他國家的STEM學(xué)科比較優(yōu)秀，由此，出臺了一系列政策來推動STEM教育的發(fā)展，作為培養(yǎng)高端人才的研究生教育當(dāng)然也不例外，《21世紀(jì)研究生STEM教育》報(bào)告就是其中一例[3]，這些政策使其在理論探究和實(shí)踐應(yīng)用上都取得了突破性的成果。

拜比（Bybee）指出，定義教育術(shù)語時，總是存在爭議：在定義教育學(xué)中的概念時存在一個有趣的現(xiàn)象，即當(dāng)一個人提出一個概念時，總是存在爭議，幾乎很少人贊成，STEM教育也不例外。STEM教育的意義是不清晰的，有時指四個獨(dú)立且平等的學(xué)科，有時指一個整體，故，對其概念進(jìn)行探討意義重大，因?yàn)樗鼱可娴絊TEM教育的理論建構(gòu)和實(shí)踐應(yīng)用。學(xué)界對“STEM教育”的概念并未達(dá)成共識，從不同的視角分析，主要有以下幾種典型定義。從學(xué)習(xí)的角度，瓦茲奎茲，斯內(nèi)德和科納（Vasquez，Sneider，&Corner）以學(xué)習(xí)方法定義STEM教育[4]。從教學(xué)的角度，拜比（Bybee）認(rèn)為STEM教育可以采取各種不同的教學(xué)形式。它不一定每次都要整合四個學(xué)科，也并不總是以問題或項(xiàng)目為基礎(chǔ)的，但所有的STEM 教學(xué)都有一個共性：給學(xué)生運(yùn)用自己所學(xué)的知識和技能的機(jī)會。應(yīng)用是STEM教育的核心[2]。從課程的角度，STEM教育通過課程整合程度的高低而展開教育，從傳統(tǒng)的STEM教育所涉及的單科課程到有機(jī)整合STEM知識的跨學(xué)科課程[2]。從政策層面，美國加州教育部給出了一個寬泛的定義，即“STEM被用來定義單個學(xué)科，獨(dú)立課程，一系列課程，涉及四領(lǐng)域任何活動，STEM相關(guān)課程，或相互關(guān)聯(lián)或綜合的學(xué)習(xí)課程[5]。從四門學(xué)科相互關(guān)系的層面，肖內(nèi)西（Shaughnessy）[6]認(rèn)為STEM教育指利用數(shù)學(xué)和科學(xué)的概念與程序，同時包含工程學(xué)的團(tuán)隊(duì)合作和設(shè)計(jì)方法論以及適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。從教育功能論的角度，認(rèn)為STEM教育對人創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)和社會的競爭具有重大的作用。當(dāng)然，不同角度的定義都拓寬了我們對STEM教育的認(rèn)識。但研究者也似乎同樣發(fā)現(xiàn)，這些定義存在歪解現(xiàn)象[7]。在此基礎(chǔ)上，本文將STEM教育定義為是在重視STEM 中每一門學(xué)科的獨(dú)立價(jià)值，同時關(guān)注不同學(xué)科知識間的相互影響的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)適合研究生的主題或項(xiàng)目，讓研究生基于具體的問題或項(xiàng)目，從理論和實(shí)踐兩方面入手，創(chuàng)造性完成項(xiàng)目，形成具體的結(jié)論或產(chǎn)品。

二、STEM教育的特征

傳統(tǒng)上，最常用的是單科課程模式，每門學(xué)科都單獨(dú)講授，很少注意科目之間的相互關(guān)系。例如，研究生學(xué)習(xí)單獨(dú)的科目（專業(yè)課，英語或思政課）。單獨(dú)科目傾向于使用目的——手段的課程組織形式，從預(yù)先指定的目標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)開始，最后以測試結(jié)果為單科課程評估要素。教學(xué)的目的是有效地傳輸預(yù)先設(shè)定的被認(rèn)為是研究生必須學(xué)習(xí)的正式學(xué)科內(nèi)容。教學(xué)的“成功”與否通過測試進(jìn)行評估。教學(xué)主要被認(rèn)為是知識的傳輸過程。相比之下，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)都是按照每門學(xué)科之間的功能關(guān)系融合在一起的，支持研究生以學(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[8]。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)生活中，知識都是被跨學(xué)科使用的。該整合課程設(shè)計(jì)試圖抓住學(xué)科之間的相互關(guān)系使學(xué)生以知識的實(shí)際運(yùn)用方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

STEM教育之所以能夠在社會發(fā)展中發(fā)揮其培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要作用，是與其本身所具有的特征分不開的。概括起來，指向研究生學(xué)習(xí)力的STEM教育的主要有以下幾方面特征。

（一）深度學(xué)習(xí)

STEM教育遵循以終為始的原則，沉浸于情境中，聚集問題解決。從學(xué)生角度，問題解決需要處在一種正念的狀態(tài)，要抵達(dá)思維的最深處，遵循知識層級理論，研究生運(yùn)用所學(xué)知識，對問題全方位分析、綜合、評價(jià)和創(chuàng)造，最后使問題得以解決，使創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)能力得到提高，這就是深度學(xué)習(xí)的過程，在此過程中，研究生融入了自己的身體、智力、情感，這也是STEM教育的題中應(yīng)有之義。同時，基于教師角度，為了使研究生達(dá)到深度學(xué)習(xí)，教師必須圍繞關(guān)鍵概念和基本原理組織課程，為研究生創(chuàng)造一個參與的環(huán)境，然后強(qiáng)調(diào)把基本的概念和原理應(yīng)用于實(shí)際的重要性，有五種方法可以使學(xué)生參與其中，第一，建立新舊知識之間的聯(lián)系；第二，建立抽象和具體之間的聯(lián)系；第三，知識的理解與應(yīng)用；第四，尋找本質(zhì)的關(guān)聯(lián)；第五，榜樣示范。在這樣的環(huán)境里，研究生與他們的同輩一起討論，跟教師相互交流，以積極態(tài)度對待學(xué)科學(xué)習(xí)，并且鼓勵學(xué)生進(jìn)行反饋。

（二）跨學(xué)科整合

STEM 教育通過加強(qiáng)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科之間的聯(lián)系，打通學(xué)科壁壘，置學(xué)生于真實(shí)復(fù)雜問題解決的情境中，以沉浸式的培養(yǎng)提高學(xué)生跨學(xué)科解決問題的能力，不斷提高綜合競爭力，同時也為人類命運(yùn)共同體的健康發(fā)展作出貢獻(xiàn)。而審思STEM教育，長期以來，部分高校一直以學(xué)科教學(xué)為主，并且重點(diǎn)在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等學(xué)科上，而工程和技術(shù)較少受到關(guān)注，所以，在充分認(rèn)識STEM教育作為一種理念、一種方法論的基礎(chǔ)上，教師要潛心挖掘不同學(xué)科的本質(zhì)，并廓清其在STEM教育中的價(jià)值、地位、作用和相互關(guān)系，探索學(xué)科整合的方法和路徑，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的內(nèi)容整合和有效教與學(xué)。須注意的是，課程整合是分不同程度的，教師需要根據(jù)不同學(xué)科的特點(diǎn)，不同內(nèi)容的性質(zhì)，選擇合適的切入點(diǎn)進(jìn)行整合，而不是生搬硬套，為了整合而整合。美國的STEM教育實(shí)踐中有很多案例可以為我們提供范例和借鑒，比如Arts & Bots項(xiàng)目[9]。當(dāng)然，教師也應(yīng)結(jié)合本國國情，構(gòu)建出本土化的STEM教育體系，否則，只能有事倍功半的效果，徒然增加學(xué)校和社會的負(fù)擔(dān)。

（三）跨學(xué)科合作

STEM教育的目的是利用跨學(xué)科知識順利解決生活中復(fù)雜的問題[10]，按照傳統(tǒng)的授課形式，教師從知識體系上來說是很難完成這一復(fù)雜任務(wù)的。因此，STEM教育追求STEM教師課程設(shè)計(jì)和課堂指導(dǎo)的合作化。近來，STEM教育在要求不同學(xué)科教師進(jìn)行合作的趨勢越來越明顯。不同學(xué)科教師通過合作開展課程設(shè)計(jì)和建設(shè)，以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行課前項(xiàng)目設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)、支架的設(shè)計(jì)以及個性化學(xué)習(xí)策略設(shè)計(jì)。STEM教育的形式是多樣的，時間可長可短，長的可以持續(xù)一個月以上時間（如設(shè)計(jì)一個保溫箱或者進(jìn)行一次實(shí)地考察），短的可以在一節(jié)課中完成（如基于STEM理念的科學(xué)課）。參與合作的教師可以采用以下方式設(shè)計(jì)STEM項(xiàng)目，首先，參與合作的學(xué)科教師根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)情，提出可供研究的一定數(shù)量的問題或任務(wù)。其次，由學(xué)生在這些問題中選擇自己最感興趣的問題，與有共同興趣的學(xué)生組成4～6人的研究小組。再次，在規(guī)定時間和規(guī)范內(nèi)，學(xué)生通過定位問題，查閱資料，調(diào)查研究，頭腦風(fēng)暴，合作論證，動手設(shè)計(jì)來完成產(chǎn)品。最后，在一個公開的場合進(jìn)行展示匯報(bào)，不同小組之間可以相互切磋，揚(yáng)長補(bǔ)短，以利于下次問題的順利解決。

跨學(xué)科合作必然會存在諸多障礙，比如，教師所教的學(xué)科和所在的系部對其專業(yè)身份的巨大影響，不同學(xué)科教師面臨的專業(yè)發(fā)展問題，不同學(xué)科在哲學(xué)和文化上的差異等。因此，首先，跨學(xué)科合作應(yīng)注意，樹立教師一切為了學(xué)生發(fā)展服務(wù)的信念。其次，讓不同學(xué)科的教師相互溝通、合作。最后，定期邀請課程領(lǐng)域的專家進(jìn)行指導(dǎo)，讓教師明白課程整合的意義，也使整合后的課程符合教育規(guī)律。

三、促進(jìn)研究生學(xué)習(xí)力提升的STEM教育的實(shí)施策略

STEM教育的實(shí)施策略是多樣的，其中特別契合的策略之一是STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中，研究生可以創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)解決真實(shí)的問題，從而提高自己的學(xué)習(xí)能力。換言之，STEM教育的特征與項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一致的[11]。本文從項(xiàng)目、教師、項(xiàng)目學(xué)習(xí)的支架、項(xiàng)目學(xué)習(xí)的評價(jià)以及項(xiàng)目學(xué)習(xí)的環(huán)境等方面，探討了STEM教育促進(jìn)研究生學(xué)習(xí)力提升的實(shí)施策略。

（一）設(shè)計(jì)合適項(xiàng)目

設(shè)計(jì)合適的項(xiàng)目是研究生有效學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因?yàn)橛绊戫?xiàng)目設(shè)計(jì)的因素有很多，主要包括：第一，每個省或直轄市所處的情境是有差異的，如政策、資源、人口等，這些也應(yīng)該在考慮范圍之內(nèi)，否則就可能在實(shí)施過程中出現(xiàn)難以彌補(bǔ)的問題。第二，項(xiàng)目設(shè)計(jì)一定要建立在學(xué)校的文化基礎(chǔ)上，否則就會在學(xué)校內(nèi)部出現(xiàn)水土不服的現(xiàn)象，不利于學(xué)校的特色發(fā)展。當(dāng)然，除了以上的要素需要整體把握外，具體到課堂上，合適的項(xiàng)目還是有一些規(guī)律可循的，多項(xiàng)研究表明，對于研究生來說，合適的項(xiàng)目包括以下基本要素：明確的項(xiàng)目指導(dǎo)方針；與話題類似的高質(zhì)量項(xiàng)目樣本；明確的支持系統(tǒng)，通常是教師；定期監(jiān)測學(xué)生進(jìn)度[12]。這些項(xiàng)目是真實(shí)的，同時是課程的核心，關(guān)注的問題會使學(xué)生在調(diào)查中應(yīng)用學(xué)科的核心概念和原理，達(dá)到高階思維水平。

（二）提升教師素養(yǎng)

在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，教師是基本要素之一，是作為研究生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)節(jié)，給學(xué)生提供支架[13]。在STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，教師需要具備的素養(yǎng)有很多，如對項(xiàng)目學(xué)習(xí)理念的認(rèn)同、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和觀察能力等，但最主要的是教師的評價(jià)素養(yǎng)，教師需要理解高質(zhì)量的項(xiàng)目學(xué)習(xí)評價(jià)是怎樣的，其關(guān)鍵要素是什么？因?yàn)轫?xiàng)目學(xué)習(xí)的評價(jià)與傳統(tǒng)的紙筆測驗(yàn)有很大的不同，如果教師不具備評價(jià)素養(yǎng)，項(xiàng)目學(xué)習(xí)基本上是無法進(jìn)行的。

一般說來，教師對評價(jià)的開發(fā)最有發(fā)言權(quán)，也能夠提出建設(shè)性意見，因?yàn)樵陧?xiàng)目完成的過程中，他們每天都跟學(xué)生一起，這對于促使學(xué)生能夠進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提高他們的評價(jià)素養(yǎng)至關(guān)重要。

（三）提供支架教學(xué)

西蒙和克萊因（Simons and Klein）的研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生在有可選擇的、必要的框架時比沒有框架時表現(xiàn)得好，支架可以由教師、同伴和計(jì)算機(jī)工具提供[14]。賽伊和布什（Saye and Bush）[15] 提供了軟和硬兩種支架。軟支架是動態(tài)的，這是一種當(dāng)診斷學(xué)生的理解力時，由教師提供的一種快速指導(dǎo)形式。硬支架指動態(tài)支持，根據(jù)學(xué)生在工作中會遇到的苦難是可以提前預(yù)見和計(jì)劃的。支架促使學(xué)生在發(fā)展高階思維的時候，成為獨(dú)立的學(xué)習(xí)者，這可以幫助他們獨(dú)自面對和處理挑戰(zhàn)。

（四）轉(zhuǎn)變評價(jià)方式

評價(jià)方式?jīng)Q定著研究生如何完成自己的學(xué)習(xí)項(xiàng)目。STEM教育所采用的項(xiàng)目就是為了讓研究生能夠直面實(shí)際問題，在解決實(shí)際問題的過程中，不斷通過元認(rèn)知檢測自己的認(rèn)知過程，因此，項(xiàng)目學(xué)習(xí)需要由原來的基于紙筆考試的終結(jié)性評價(jià)方式轉(zhuǎn)向新的評價(jià)范式——形成性評價(jià)，真實(shí)性評估作為形成性評價(jià)的一種，是可以使用的。研究生是真實(shí)性評估的主體，評估的內(nèi)容是項(xiàng)目進(jìn)行的整個過程以及最后的產(chǎn)品或結(jié)果，在這個過程中，研究生的感知能力、聯(lián)想能力、決策能力、反應(yīng)能力和執(zhí)行能力都會得到提高，進(jìn)而他們的學(xué)習(xí)力也會得到提高。

（五）創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境

所謂“學(xué)習(xí)環(huán)境”無非就是“學(xué)習(xí)者的周遭外界”[16]。基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)要求教師和學(xué)生共同控制學(xué)習(xí)環(huán)境。成功的項(xiàng)目學(xué)習(xí)特別需要一定的環(huán)境設(shè)計(jì)。第一，讓學(xué)生在一定情境中與先前所學(xué)知識產(chǎn)生鏈接。第二，為學(xué)生搭建腳手架讓他們清楚觀點(diǎn)之間是如何聯(lián)系的。第三，在約定的文化規(guī)范的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，彼此傾聽，并從榜樣身上學(xué)習(xí)。首先，由教師設(shè)計(jì)情境，帶出問題，研究生對所學(xué)理論會產(chǎn)生想嘗試解決問題的沖動。其次，布置作業(yè)，讓研究生不斷反思自己的所思所行，也觀察別人的所行，不斷深入理解自己的思維。最后，借助元認(rèn)知來對自己的認(rèn)知進(jìn)行監(jiān)控，從而提高自己的學(xué)習(xí)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦瑾若，傅鋼善.STEM教育：基于真實(shí)問題情景的跨學(xué)科式教育[J].中國電化教育，2017（4）.

[2]Jo Anne Vasquez.STEM：Beyond the acronym[J].Eductionleadership，2015（4）.

[3]薛棟，武加霞.美國研究生STEM教育最新核心能力——政策脈絡(luò)、標(biāo)準(zhǔn)框架及培養(yǎng)路徑[J].研究生教育究，2021（2）.

[4]Vasquez，J.，Sneider，C.， & Comer，M.STEM lesson essentials，grades 3-8：integrating science，technology，engineering，andmathematics.2013（1）.

[5]Lyn D..English.STEM education K-12：perspectivesonintegration[J].International Journal of STEM Education，2016（3）.

[6]J.Michael Shaughnessy.Mathematics in a STEM Context[J].Mathematics Teaching in the Middle School，2013（6）.

[7]陳仁，楊兆山.教育何以是一項(xiàng)現(xiàn)代化事業(yè)——基于啟蒙現(xiàn)代性視角的闡釋[J].山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（2）.

[8]趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學(xué)生創(chuàng)新能力——訪美國STEAM教育知名學(xué)者格雷特·亞克門教授[J].開放教育研究，2016（5）.

[9]魏曉東，于冰，于海波.美國STEAM教育的框架、特點(diǎn)及啟示[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（4）.

[10]李雁冰.“科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)”教育運(yùn)動的本質(zhì)反思? 與實(shí)踐問題——對話加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)Nashon? 教授[J].全球教育展望，2014（11）.

[11]Kevin carr.Literacy-Rich STEM Project-Based Learning? Preparing STEM Teaching Candidates for High-Needs? Schools[J].Teacher Education and Practice，2015（2）.

[12]Reynolds，Yazdani，Manzur.STEM High School Teaching? Enhancement Through Collaborative Engineering Research? on Extreme Winds[J].Journal of? STEM Education，2013（1）.

[13]Muthu Kumar，Galyna Kogut.Students'perceptions of? pro-? blem-based learning[J].Teacher Development，2006（1）.

[14]Simons，K.D.，Ertmer，P.A..Scaffolding disciplined inquiry in? problem-based learningenvironments[J].International Jou-? rnal of Learning，2006（6）.

[15]Saye J.W.，Brush T..Scaffolding critical reasoning about? history and social issues in multimedia-supported learning? environments[J].Educational Technology Research and? Development，2002（3）.

[16]鐘啟泉.學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)：框架與課題[J].教育研究，2015（1）.