美國大學STEM人才培養策略解讀

□李碧虹 施 融

一、為何關注STEM的人才培養

發展深源于基礎研究，新的發展、新的知識源自人們的創新意識和創新能力，這些來自基礎科學[1]。這便是我們應當重視基礎科學發展的原因。基礎科學的發展則有賴于基礎科學學科的人才培養。正因深刻認識到這一點，美國一直對基礎科學學科人才培養格外關切，將其與國家生存和發展相聯系。1986年，美國國家科學委員會發表《本科的科學、數學和工程教育》報告，開啟了STEM教育集成戰略的里程碑[2]。STEM是science、technology、engineer、mathematics的縮寫，即為基礎科學學科。因為學習中的辛苦和就業中的弱勢，正在削弱著美國青少年對于這些學科領域的興趣。從1985年到2004年，大學授予的工程學位縮減了20%，主修計算機科學的本科生人數從2002年到2004年減少了33%[3]。專業屬于STEM的大學生改變專業、輟學等現象越來越普遍：本科生中工程專業40%、物理和生物學專業50%、數學專業60%的學生放棄原專業[4]。與之對應的是，越來越多的亞裔學生正在進入美國填補這一市場，沖擊著美國本土的人才培養。因此，當前奧巴馬政府將培養STEM領域專門人才作為影響美國未來的一項重要國家發展戰略，從課程教學、師資建設、教育伙伴等方面，形成頗具特色的人才培養策略。

與美國相比，我國的高等教育并不格外關注基礎科學學科，更無STEM專門領域。這與我國產業結構影響下科技和工程專業學生具有就業優勢的現狀有關。但從可持續發展的角度，不難看出以下問題：其一，我國基礎科學學科難以為科技進步儲備優質人力資源。由于大學沒有按照培養科學技術發明創造人才的模式去辦學[5]，我們所培養的人才科技原創能力不高，與國際水平比較，我國大學的原創性科研成果少，影響力偏低[6]。其二，在日益激烈的國際競爭中，發達國家在移民政策等方面采取措施吸引STEM人才輸入。作為人才輸出國，我們如果自己對基礎科學學科的發展長期忽視，將對人才回流十分不利。其三，擁有就業優勢的只是技術和工程學科，一些基礎科學學科如物理、數學也面臨就業難的問題，本科生申請轉專業的比例很高。因此，我們有必要關注美國STEM人才培養策略，分析和借鑒其中的成功經驗。

二、美國大學STEM人才培養策略

（一）STEM領域的課程改革

課程改革對學生的發展具有深刻的影響。支持大學教師進行課程教學改革，是美國大學STEM學科人才培養策略之一。在大學STEM領域的課程教學中，教師對課程的研究越深入、對課程改革參與程度越高，學生的收獲則越多[7]。經過對STEM課程改革多年的研究，“探究性學習”現在被列為STEM領域最重要的新學習形式。學生在學習中“探究”包含：觀察；提出問題；通過書籍資料檢索已知；進行文獻回顧；為調查做規劃；運用工具組織、分析和闡釋數據；回答問題、解釋并進行預測；交流結果[8]。

成立于2003年的科學與數學改革伙伴組織(the Partnership for Reform in Science and Mathematics，簡稱PRISM)是STEM課程改革中具有代表意義的組織。在PRISM的努力下，課程改革可以得到競爭性的小型資助項目。資助項目向教師征求提案進行教學改革實驗，目的在于通過課程改革促進學生的學習。該組織還成立科學與數學教學學習研究協會，資助STEM教師學習、分享、交流有效的教學方法。從2006-2007年項目清單很容易看到這一點，見表1。

表1：STEM教學改革實驗項目（2006-2007年）

（二）以職業準備和學術團隊促進STEM大學教師專業發展

教師專業發展包含職前和職后兩個階段。“PREP”模型建立的主旨是對未來的STEM大學教師即現在的博士生進行的教學與學習專業訓練。“PREP”為Planning，Resilience，Engagement，Professionalism的首字母，是來自美國高校協會和研究生院委員會建立的“教師職業準備”項目，模型的涵義是：規劃（Planning），為確定和完成職業目標而進行的貫穿整個研究生階段的規劃；Resilience（順應力），培養個人發展和職業階梯成功所需的順應力和韌性；接觸（Engagement），就積極接觸人生中重要決定進行練習，掌握達到職業目標所需的技能；專業化（Professionalism），在科研、教學和服務中達到高層次的專業標準[9]。表2是密歇根州立大學PREP模型在各階段的具體內容。

表2：專業化主題區的PREP矩陣

有兩類團體承載著STEM大學教師專業發展的使命。一類是研究、教學與學習集成中心(the Center for the Integration of Research,Teaching and Learning.簡稱CIRTL)所建立的學術共同體，以教學即研究在學術共同體中轉換的理念，幫助未來的STEM教師（研究生和博士后研究人員）、現任的STEM教師應對未來大學STEM領域教學的挑戰[10]。對于現任的STEM學科大學教師，另一種團隊是大學教師學習團體（Faculty Learning Community.簡稱FLC）。FLC是提高STEM教師專業水平的重要組織，團體的活動包括跨學科的習明納、聯合課程、教學實驗、雙周會議。對FLC評估發現，這種團體是加強STEM學科教學與學習的有效機制[11]。

（三）MSP的U-S教育伙伴

NSF中的數學與科學合作項目（Mathematics and Science Partnerships.簡稱MSP)是一個國家研發項目，主要支持U-S（高校和中小學學校系統）合作關系的發展，通過建立和發展U-S教育伙伴關系，幫助中小學發展數學和科學學科的教學，為大學STEM學科儲備優質生源。MSP建立于2002年，資助以下四種類型項目的開展：（1）綜合性伙伴項目：在數學和科學教育中實施貫穿K-12教育的變革；（2）定向的伙伴項目：在相對較窄的年級或學科范圍中致力于K-12學生成績提高；（3）協會伙伴項目：以培養校本的知識權威和大師級教師來發展中學的數學和科學教育；（4）研究、評估和技術援助項目：為MSP夯實研究和評估能力以及建立基礎設施[12]。教育伙伴的主旨是改善中小學學生的學習，為他們未來的發展打下基礎；提高教師的專業水平，增強他們在教學中的理論研究和實踐探索[13]。

參與U-S伙伴項目的大學教師主要是享有終身教授職位的教師，一般而言是在暑期進行兩到八周時間的合作。大學STEM教師較多參與的活動有：研究保留和增加中小學在職教師的策略、制定職前教育新政策、一般的中小學教師招募活動、針對STEM專業學生的招募活動、教師職前培訓的課程開發[14]。參與促進中小學數學與科學教師專業發展活動的人員有14類，包括STEM大學教師、教育學學科大學教師、大學管理人員等。Moyer-Packenham等（2009）檢驗了34個數學與科學伙伴關系（MSP）項目，發現在中小學數學與科學教師專業發展活動中，大學STEM學科的教師都有廣泛的、高程度的參與，尤其對與大學人才培養最為接近的高中教育參與更多[14]。而在所有人員中，大學STEM教師參與程度是最高的。

（四）以經費和法案為STEM人才培養提供支持

為適應STEM領域人才培養的需要，聯邦、州政府采取各種行動方案支持大學的STEM人才培養，主要表現在兩個方面：一是提供經費資助相關的組織或項目；二是以法案促進STEM人才培養。根據2005年政府問責辦公室的調查，在2004年有207個聯邦教育項目專門針對STEM教育，約28億美元適用于這些項目，其中71% (約20億)分布于國家衛生研究院（9.98億，51個項目）和國家科學基金委員會（9.97億，48個項目）。這些項目所涉及的目標群體有：中小學生、二年制和四年制大學的大學生、研究生、博士后、中小學教師、大學教師即教輔人員、院校。項目的主要目的是：1.吸引所有教育階段的學生來學習STEM領域的課程并為之準備 (114個項目)；2.吸引學生獲得STEM高等教育學位、從事博士后研究(137個項目)；3.為STEM領域的大學生、研究生提供成長和研究機會(103個項目)；4.吸引研究生從事STEM領域的職業（131個項目）；5.發展STEM領域的教師教育（73個項目）；6.改善和擴展院校發展STEM領域的能力（90個項目）[13]。

法案為STEM人才培養提供了制度保障。以下6個法案就是專門為提高STEM教育質量所提出的：1.科學與數學教育競爭力法案(H.R.5358)在國家自然科學基金中設立獎學金，資助學生攻讀STEM學科的學位后致力于教學，并為高校建立科學與數學教育伙伴項目撥款。2.保護美國競爭優勢的教育法案(S.2198)以基于業績的獎學金及其他項目來培養更多的數學和科學教師，并為教授大學預修課程的教師參加培訓提供撥款。3.國家創新行動法案(S.2109)以聯邦財政提供競爭性撥款，鼓勵高校發展革新項目增加STEM招生數。4.新國防教育法案(NNDEA)將STEM教育的州標準向國家基準調整，通過貸款減免、稅收政策及獎學金等吸引STEM學科高水平的教學人才。5.創新與競爭法案(H.R.4845)提出了數學和科學學科的創新獎學金項目等。6.兒童數學和科學教育保持卓越法案(S.2423)為數學和科學領域提供獎學金、貸款減免和稅收優惠，創造更多大學先修課程的學習機會，并給在STEM學科教學中作出貢獻的教師提供獎勵[3]。

三、美國大學STEM人才培養策略的特征

（一）以學生學習為核心、關注探究

美國大學STEM課程教學改革的策略體現了其素有的“以學生為中心”的教育理念，其核心在于學生的學習。表1所列出的資助課程改革項目體現了STEM課程教學改革的兩個特征：其一，課程教學是圍繞學生的學習而進行的，教師的教學是作為方法和手段來達成學生學習這一目的，發展“學習能力”、培養“科學素養”是課程改革所關注的問題。其二，重視實驗教學，強調探究。將學科所涉及的實驗情境，如天文觀測、真實世界模擬等引入課程教學之中，讓學生通過實踐獲得知識、提高能力。“主動性”、“探究性”則是反復出現的詞匯，側重激發學生的個性和潛能、發揮主觀能動性。此外，在實驗教學中，學生所經歷的也正是Hackerman所提出的“探究”過程。

STEM領域的課程教學改革以學生為中心，十分關注引導學生進行探究，并創造一種實踐環節，促使學生的學習與社會實踐相結合，回應了STEM人才培養中創新能力發展的問題，因為創新能力根植于扎實的知識體系，生成于實驗和觀察中的積極思考。

（二）在教師專業發展中滲透大學STEM學科學習內容

知識是不斷更新發展的。在教學中，“學習方法的教”比“知識的教”更為重要，而學科的學習方法則主要來自對學科的學習實踐。通過教師職業“社會化”教育、團體中的學習、教學與研究結合，將STEM學科的學習內容滲透到教師專業發展中來，是美國STEM人才培養策略另一重要特征。

PREP模型反映了在STEM學科教師職前專業發展中，針對博士生的教師職業“社會化”教育，讓博士生在完成學位的同時探索大學教師的職業。對STEM學科的學習認識最深的是在校的學生，博士生中的一部分即為未來的大學教師，他們既對STEM學科的知識有深入系統的研究，又開始學習這些學科教學的技能方法，能為將來成為優秀的教師打下堅實基礎。在博士生教育階段為將來的大學教師職業做準備，最為重要的就是教學技能的培養[15]。這就是Weidman等人所提出的“教師職業社會化教育”[16]。在研究生教育中采用科學教育者的預備課程，在學位論文寫作和就業準備中包含教學的內容，都是讓博士生將學科學習與未來的教學結合起來。

與STEM大學教師專業發展相關的團體包括教師學習團體、教學-研究團體。“學習”是一種教育學的實踐，教師的講授不一定能讓學生完成學習的過程，提高STEM學科教學效果關鍵是讓學生掌握學習的方法。在教師學習團體中，教師的實踐是在探索STEM學科的學習方法，以此達成STEM學科和教育學之間的橋梁。因而，學習團體產生的是一種具有教育學價值的文化氛圍，并使學習的實踐制度化，從而最終實現提高學生學習能力的目的。教學-研究團體則連接了職前和職后的教師專業發展，以科研團隊為載體，以科研為學習的內容和依托，師生一起運用科研來檢驗和提高他們的教學、學習水平[17]。

（三）將STEM人才培養作為一項系統工程

其一是注重人才成長的連續性。人才的成長并非一蹴而就，美國大學的STEM人才培養沒有將眼光局限于高等教育階段，U-S教育伙伴的建立和發展，促使STEM學科的教學形成一個連續性過程。通過建立和發展U-S教育伙伴，STEM學科的大學教師能親自體會中小學的教學，了解中小學生的知識儲備狀況和學習內容及方式。中小學的數學、科學學科教師認識大學STEM學科發展的需要、學習的內容和方法，理解如何為STEM學科儲備優質生源。教育伙伴最直接的影響就是幫助中小學教師增加STEM學科專業知識，并拓寬視野，從而促進中小學教學的發展。比較意外的是，研究發現，中小學教師在教育伙伴中獲得了比學科知識更多的教育學知識，而大學教師在幫助中小學教師完善專業發展的過程中，自己亦成為學習者[18]。可見，大學教師與中小學教師在教育伙伴中的收益并不僅僅是學科知識的溝通，更是教學上的連接。學習是一種連續性的過程，在STEM學科的教學中，大學教師、中小學教師處于兩端，教學被割裂開來，出現斷層。教育伙伴正是起到了將教學的兩端聯接起來的作用，與具有連續性的學生學習相適應。

其二是注重打造人才培養的整體環境。美國STEM人才培養除了大學多方面的工作，還有政府和社會在建立學習組織、發展項目、提供經費、法律等方面的支持。為發展STEM學科而建立的各種組織，其經費主要由聯邦、州政府或基金會等社會組織提供，如研究、教學與學習集成中心這樣的組織就由國家自然科學基金所支持，屬于國家創新項目，教師學習團體也由政府資助。支持STEM人才培養的項目之多、額度之大，足以體現美國政府的決心，政府更是將大學STEM人才培養納入法案。STEM人才培養已成為一項龐大的系統工程，在STEM領域學習和研究的各級各類學生、在任的高校和中小學教師、攻讀STEM學科的學位后致力于教學工作的學生、高校、中小學校，全部都在這一工程之中，能得到充足的經費資助和法律保障。

四、幾點啟示

從美國大學STEM人才培養的策略及其特征來比照我國大學基礎科學科學的教學，可以得到一些有益的啟示。

首先，我們需要重視基礎科學學科，并在課程教學中注重學生創新能力的發展。創新，是我國當前大學基礎科學學科人才培養中最令人擔憂的一面。盡管我國的中學教育十分重視數理化這些科目，但因受考試影響，側重于加大知識點的難度，主要通過大量習題來提高應試水平，既是紙上談兵，又是重復勞動，而知識體系的內在結構及其生成，以及實驗和觀察，都沒有得到足夠重視。正是這被忽視的兩個方面，才能提供創新的基礎和動力。這就對大學的教學提出了要求。我們需要在教學中改變教師停留于“自我”關注的局面，以學生的學習為中心，探索以“發現和探究”為核心的教學方式，并在課堂之外創設社會實踐活動，為學生提供自由思考、討論和實踐的空間。

其次，教師發展是人才培養的關鍵。我國大學教師發展還缺乏成熟的制度來支撐。在理論界，教師發展針對中小學教師的研究多，針對大學教師則少，在實踐上，大學教師在就業之前未接受有關教學的培訓，就業后也僅是利用業余時間接受短期的理論培訓以獲得資格證書。教師對于學生的學習情況、學習方式都不熟悉。美國大學給予當前的博士生、即未來的大學教師以教學方面的理論和技能訓練，又設立教師發展項目為教師提供機會進行教學方面的學習和交流，不失為解決大學教師缺乏教學知識問題的可行措施。目前，我國已有一些大學專門設立教師教學發展中心，著眼于幫助教師提高教學技能。我們還需要建設更多的項目讓教師參與，以便他們在充分了解學生需要的基礎上，形成更多關于教學的心得和興趣。

最后，我們還需要以一種系統性的眼光，為人才成長打造整體環境。縱向地考慮，教學的連續性要求制度建設重視各級教育在人才培養上所具有的關聯。相對而言，我國大學在建立與其他機構的伙伴關系時，更多考慮的是科技研發，大學與中小學的聯系基本局限于以攻讀學位為目的的教師培訓，注重的仍是學術研究。橫向地，人才培養需要大學以外的力量特別是政府的支持。我國政府和教育界并未忽視基礎科學學科的發展，1989年以來建立了國家理科基礎研究和教學人才培養基地，后來又設立國家基礎科學人才培養基金項目予以資助。但該項目只涉及拔尖人才，偏重于科研能力的訓練①參見：國家基礎科學人才培養基金項目指南http://www.nsfc.gov.cn/nsfc/cen/xmzn/2010xmzn/10/index.html。。我國是政府主導型社會，政府的統籌規劃能力很強，大學的人才培養仍需政府更多的作為，在經費提供、項目建設、政策法規等方面發揮優勢，以及引導社會力量投入到基礎科學人才培養之中。

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