文 / 于曉雅
STEM教育起源于美國，但其重要性和價值已經(jīng)成為教育改革和發(fā)展的重要部分，“今天的創(chuàng)新，明天的成功”正成為世界各國教育改革的熱點研究問題之一。
印度孟買一中學(xué)學(xué)生正在開展科學(xué)實驗
對STEM的定義，或者更進(jìn)一步，對STEM教育的定義，存在著非常廣泛且開放的不同理解。隨著STEM在世界各國的推進(jìn)，許多模式用不同的描述解釋類似的概念，加劇了STEM教育定義的泛化。美國瓦利市3州立大學(xué)官網(wǎng)這樣定義STEM教育：“STEM教育是關(guān)于學(xué)生參與的學(xué)習(xí)，是基于項目的學(xué)習(xí)，它運用科學(xué)探究過程和工程設(shè)計過程，是跨學(xué)科的，是關(guān)于積極學(xué)習(xí)的，是關(guān)于合作與團隊工作的，是關(guān)于解決實際問題的。它連接抽象知識與學(xué)生的生活，整合過程和內(nèi)容。”余勝泉教授認(rèn)為，STEM教育不是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科的簡單疊加，而是強調(diào)多學(xué)科的交叉融合，要將四門學(xué)科內(nèi)容組合形成有機的整體，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。任友群教授認(rèn)為，STEM教育是為了更好地幫助學(xué)生不被單一學(xué)科的知識體系所束縛，促進(jìn)教師在教學(xué)過程中更好地進(jìn)行跨學(xué)科融合，鼓勵學(xué)生跨學(xué)科地解決問題。在國內(nèi)，由于創(chuàng)客教育來源于美國車庫文化而具有實踐性強等優(yōu)勢，其概念先于STEM概念流行起來。但引入學(xué)校教育后，由于沒有多少研究理論作為支撐，很多早年接觸創(chuàng)客教育的研究者和一線教師，在STEM教育引入中國以后，一直在尋找二者的重合點，以期借鑒美國STEM教育30多年的豐富理論和實踐研究成果，試圖將創(chuàng)客教育的概念加以豐富和完善。因而，國內(nèi)的STEM教育和創(chuàng)客教育在理論上有一定的重合區(qū)域，在動手做和工程實踐方面也貌似有重合的特征，但是兩者因為起源、動機和目標(biāo)不同，仍屬于兩個不同的研究和實踐領(lǐng)域。
跨學(xué)科整合STEM教育推進(jìn)教學(xué)理念的更新
國內(nèi)最早比較全面地介紹美國STEM教育的學(xué)者，是華東師范大學(xué)的趙中建教授。他推動和親自任主編的“中小學(xué)STEM教育叢書”忠實還原了STEM教育的發(fā)展歷程，詳細(xì)介紹了美國STEM教育的理論研究和各種實踐推進(jìn)形式。早于該套叢書的是中國科協(xié)青少年科技中心編譯的《STEM項目學(xué)生研究手冊》，作者是美國的達(dá)西·哈蘭德。但該書特別關(guān)注學(xué)生科學(xué)探究的過程，主要針對科學(xué)實驗的設(shè)計、動手以及科學(xué)論文的寫作和發(fā)表，而很少關(guān)注工程與技術(shù)的實踐過程。該書為STEM教育領(lǐng)域中的科學(xué)探究部分，提供了比較翔實的理論和工具，給最早接觸STEM教育的教師提供了方便的實施建議，從而鼓舞了國內(nèi)的物理、化學(xué)甚至生物學(xué)科教師率先開展STEM教育的勇氣，因為這些學(xué)科的課程中天然就有動手實驗部分。STEM教育加強了學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和教師對動手實驗的重視程度，對教育起到了積極的促進(jìn)作用。但是這種只重視科學(xué)探究的學(xué)習(xí)手冊，也誤導(dǎo)了一部分一線學(xué)科教師，他們以為只要設(shè)計了動手做的科學(xué)實驗、開展了探究式學(xué)習(xí)就是STEM教育，從而限制了他們理解STEM教育更廣泛的教改意義。后來的教師培訓(xùn)實踐證明，在從科學(xué)實驗到STEM工程實踐的轉(zhuǎn)變過程中，早期通過該手冊接觸STEM教師的理念更新相比直接以工程技術(shù)驅(qū)動STEM項目學(xué)習(xí)的教師更加困難。
在STEM的發(fā)源地美國，STEM教育的推進(jìn)先從科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科開始，以學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)為引導(dǎo)在各自獨立的學(xué)科中引入項目學(xué)習(xí)、以學(xué)生為中心等STEM學(xué)習(xí)的特征，待教師和學(xué)生對STEM教育有更深理解后，再推行要求更高的整合的STEM教育。比較有代表性的例子是美國德克薩斯州公辦民營學(xué)校聯(lián)盟“和諧公立學(xué)?！彼七M(jìn)的STEM教育模式“STEM SOS”（STEM Students On the Stage）。該模式從各自獨立的學(xué)科領(lǐng)域出發(fā)，關(guān)注核心知識和大概念并與國家課標(biāo)要求對接，將STEM教育按照三級漸進(jìn)式模式開展，即學(xué)科內(nèi)整合的I級STEM學(xué)習(xí)、學(xué)科間整合的II級STEM項目學(xué)習(xí)，以及完全由學(xué)生負(fù)責(zé)的III級STEM項目學(xué)習(xí)，來幫STEM教師和學(xué)生循序漸進(jìn)地進(jìn)入“學(xué)生主導(dǎo)，教師輔助”的STEM-PBL學(xué)習(xí)之中。
在我國，由于華東師范大學(xué)任友群教授和北京師范大學(xué)余勝泉教授都以學(xué)科整合的視角介紹該理論，因此國內(nèi)的理論界也基本以整合的視角來研究STEM教育。對于整合的STEM教育，理論研究方面主要是和跨學(xué)科研究相聯(lián)系，同時和21世紀(jì)人才需求相掛鉤，形成了一個有大量重疊的廣闊研究領(lǐng)域。相對于傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師總是喜歡特別關(guān)注教授一個特定的概念，跨學(xué)科整合的STEM教育，通過項目學(xué)習(xí)的方式，解決實際問題，關(guān)注的是教授給學(xué)生應(yīng)用概念、技能解決問題，尋找彼此之間聯(lián)系發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律的能力，培養(yǎng)的是跨學(xué)科的綜合素養(yǎng)以及21世紀(jì)技能。這與我國正在進(jìn)行的教育改革不謀而合，因此在中小學(xué)開展STEM教育大多以跨學(xué)科整合的形式實施。
對于還不能脫離教學(xué)大綱和課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)校教育來說，筆者比較傾向于循序漸進(jìn)地推進(jìn)STEM學(xué)習(xí)的推進(jìn)方式。這樣，對于已經(jīng)適應(yīng)了傳統(tǒng)講授式學(xué)校教育的教師和學(xué)生來說，給了STEM教師成長的緩沖機會，也有利于學(xué)生漸進(jìn)掌握自主學(xué)習(xí)的方法，同時也能夠掌控學(xué)習(xí)的內(nèi)容不偏離國家課程標(biāo)準(zhǔn)的范圍，從而有助于提高學(xué)生的考試成績和升學(xué)幾率，也會得到校長和家長更廣泛的支持。同時，當(dāng)教師和學(xué)生在STEM教育中得到成長后，再進(jìn)行深入的STEM-PBL學(xué)習(xí)，提高競賽成績等，同樣收獲學(xué)生的成長和社會各方的支持。例如，北京市教委推進(jìn)的“北京市初中開放性科學(xué)實踐活動項目”，強制要求從每個學(xué)科中拿出10%的課時，作為學(xué)生實踐活動時間，可以說就是一個很好的契機。
不可否認(rèn)，無論采取哪種形式的跨學(xué)科整合模式，STEM教育解決真實世界問題、在應(yīng)用中促進(jìn)學(xué)科融合、在解決問題中提升學(xué)生21世紀(jì)技能的教學(xué)理念，已經(jīng)深入人心，為中國教育改革注入了活力。
基于項目學(xué)習(xí)的STEM教育促進(jìn)教學(xué)方式變革
基于項目的學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PBL）是一種學(xué)習(xí)目標(biāo)明確、師生共同參與，從而能夠?qū)崿F(xiàn)STEM教育目標(biāo)的教學(xué)方法。通過PBL學(xué)習(xí)STEM的過程是自主學(xué)習(xí)的過程，都必須有一系列的社會調(diào)查經(jīng)歷以及多樣的學(xué)習(xí)成果。另外，它倡導(dǎo)學(xué)生主導(dǎo)、教師輔助的教學(xué)模式，通過具有復(fù)雜任務(wù)的挑戰(zhàn)性項目，在明確的自主學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)目標(biāo)指引下，制定決策并針對實際問題提出可行性解決方案，最后回到真實的情境下進(jìn)行評估。STEM教育推行基于項目的學(xué)習(xí)在實施中遇到了很大的挑戰(zhàn)，STEM教師的缺乏以及對學(xué)生的表現(xiàn)性評價是首要問題，同時可操作的項目標(biāo)準(zhǔn)、項目在課程中的作用、時間的限制以及精心設(shè)計的任務(wù)缺乏也是普遍存在的現(xiàn)實問題。
STEM教育基于項目學(xué)習(xí)的代表是美國的“項目引路”（PLTW）計劃，它指出STEM教育課程計劃旨在使學(xué)生參與以活動、項目和問題解決為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，提供了一種動手做的課堂體驗。學(xué)生在應(yīng)用所學(xué)到的知識來應(yīng)對世界重大挑戰(zhàn)時，他們創(chuàng)造、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作并解決問題。在該項目中，教師的角色和作用是非常重要的推動力，教師事先給學(xué)生布置不明確的任務(wù)，并在PBL教學(xué)過程中不斷指導(dǎo)學(xué)生，減少解決方案過于簡單的可能性。
STEM教育課程的發(fā)展
STEM教育理念引進(jìn)我國初期，國內(nèi)有學(xué)校和教師進(jìn)行了本地化的探索，他們將現(xiàn)有課程，在不偏離教學(xué)內(nèi)容和課程標(biāo)準(zhǔn)的前提下，努力尋找學(xué)科課程的聯(lián)系，按照STEM教育的要求進(jìn)行了改變或改進(jìn)，開發(fā)了許多注重學(xué)生動手探究、課內(nèi)小項目的課堂教學(xué)案例。在國外課程進(jìn)入中國后，一些學(xué)校也引進(jìn)了國外培訓(xùn)課程。
隨著國際交流加深，一些來自加拿大、美國的STEM教育課程以及來自英國的培生STEM教育項目、芬蘭的基于現(xiàn)象的學(xué)習(xí)項目等紛紛進(jìn)入中國，國內(nèi)的STEM教育理論和實踐內(nèi)容逐漸豐富起來。國內(nèi)的STEM培訓(xùn)機構(gòu)紛紛成長起來，在浙江、江蘇等教育發(fā)達(dá)地區(qū)也開展了比較豐富的STEM教師培訓(xùn)和教學(xué)改革。
值得注意的是，國際培訓(xùn)的涌入加上一些社會培訓(xùn)機構(gòu)的推波助瀾，也為學(xué)校STEM教育帶來了副作用，最主要的就是拿來主義流行。所謂“原汁原味”的STEM教育課程，抑制了本土教師開發(fā)課程的熱情和精力。其實在發(fā)源地美國本土，STEM教育也仍處于研究和探索階段，并沒有所謂的一種固定模式的“原汁原味”STEM教育模式能順手拿來，對于STEM教育的概念和理解也處于百家爭鳴的教育改革之中。只是美國的STEM教育已經(jīng)經(jīng)過了30多年的研究，有豐富的教育理論支撐，也有豐富的實踐案例，加之美國教育的善于活動、尊重學(xué)生、重視社區(qū)聯(lián)系等特點，的確是當(dāng)代中國教育可以學(xué)習(xí)的地方。但是千萬別忘了，引進(jìn)的東西必須經(jīng)過消化和吸收，才能真正發(fā)揮作用。
2017年教育部修訂的義務(wù)教育階段課程標(biāo)準(zhǔn)，在小學(xué)科學(xué)、中小學(xué)綜合實踐活動、高中信息技術(shù)、通用技術(shù)以及其他科目中，都特別指出推進(jìn)STEM教育和應(yīng)用STEM教育理念推進(jìn)學(xué)科教育的指導(dǎo)意見，為中小學(xué)推進(jìn)STEM教育起到了政策引領(lǐng)和內(nèi)容導(dǎo)向的作用。要想真正通過STEM教育推動中國教育教學(xué)的改革，還需要本土學(xué)者在借鑒移植國外成熟的課程內(nèi)容和項目的基礎(chǔ)上，幫助中小學(xué)開發(fā)出具有理論指導(dǎo)意義的本土STEM項目內(nèi)容，在傳承中發(fā)展發(fā)揚中國的傳統(tǒng)文化中先進(jìn)的部分，推動文化傳承和科技創(chuàng)新。
教師培訓(xùn)及師資標(biāo)準(zhǔn)研究
STEM教育推動了中小學(xué)教育教學(xué)改革，這種與傳統(tǒng)教育完全不同的教育理念和教學(xué)方式面臨著師資嚴(yán)重不足的問題。學(xué)生STEM知識與興趣的提升、項目化的學(xué)習(xí)與探究式整合以及自我主動學(xué)習(xí)與自我調(diào)整學(xué)習(xí)的培養(yǎng)，要求STEM教師必須有能力在學(xué)生探索知識時提供支持、完善學(xué)科內(nèi)容并提供有效的技術(shù)途徑。全新的教育模式對教師提出了很高的要求，教師不僅要學(xué)習(xí)新知識和新理念，還要熟悉課程的定制和實施的意義，最終制定教學(xué)計劃，開發(fā)課程。針對新的形勢和問題，需要大力培養(yǎng)K-12教育系統(tǒng)中科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)學(xué)科的師資隊伍。美國的一些學(xué)校探索出STEM教師協(xié)作組的模式，通過成立課程編寫組、領(lǐng)導(dǎo)組、學(xué)科群輔導(dǎo)組以及STEM學(xué)科群輔導(dǎo)組等，將有教學(xué)經(jīng)驗和專長的老師組織起來進(jìn)行類似學(xué)習(xí)共同體的研究和實踐。國內(nèi)相比國外，有教研組的特色，所以各區(qū)域教研員或教研組長擔(dān)負(fù)起了這樣的任務(wù)。
為建設(shè)高素質(zhì)的STEM教育專業(yè)隊伍，促進(jìn)我國STEM教育的有效有序開展，拓展STEM教育，深化學(xué)科教育，提供跨學(xué)科研究和實踐，培養(yǎng)學(xué)生高級思維，以及促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的作用，解決STEM教師專業(yè)發(fā)展缺少依據(jù)的問題，中國教育科學(xué)院發(fā)布了《中國STEM教育發(fā)展白皮書》《中國STEM教育2029》等文件，組織相關(guān)專家制定了《STEM教師能力等級標(biāo)準(zhǔn)》，為國內(nèi)從事科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)及相關(guān)學(xué)科的教育工作并進(jìn)行跨學(xué)科整合教學(xué)的專業(yè)人員提供了專業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)意見。在國內(nèi)推行STEM領(lǐng)航學(xué)校和STEM種子教師的評選和培訓(xùn)，對國內(nèi)的STEM教育有一定的引領(lǐng)作用。
STEM教育已經(jīng)成為影響未來孩子事業(yè)成功和我國經(jīng)濟狀況的關(guān)鍵因素。培養(yǎng)學(xué)生對STEM的興趣，從而提高他們的學(xué)業(yè)成績，促進(jìn)他們的職業(yè)生涯，是STEM教育的普適性目標(biāo)。開展STEM教育，對于教師來說，是“為未來而教”，對學(xué)生來說，是“為未來而學(xué)”，只有培養(yǎng)學(xué)生基本的分析能力，解決問題的能力以及批判性思維的能力等21世紀(jì)人才能力，才能讓今天的學(xué)生適應(yīng)不確定的未來，推動社會創(chuàng)新和發(fā)展。
作者單位丨北京教育學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)教育學(xué)院創(chuàng)客教育研究中心
作者丨于曉雅
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