IBSE與STEM教育：在支持教師時面臨的挑戰(zhàn)與機遇

Derek Bell教授是教師、研究員、顧問，是改善和充實面向所有人的教育的倡導(dǎo)者。他曾經(jīng)在中小學(xué)和大學(xué)任職，然后成為了英國科學(xué)教育協(xié)會的首席執(zhí)行官，以及惠康基金會（Wellcome Trust）教育事務(wù)的負責(zé)人。在整個職業(yè)生涯中，他始終對完善科學(xué)教與學(xué)及幫助兒童發(fā)展對周圍世界的理解保持著強烈和積極的興趣。他是以利物浦大學(xué)為班底的“科學(xué)過程和概念探索”（SPACE）項目的梯隊成員，以及納菲爾德小學(xué)科學(xué)項目（NuffieldPrimary Science Project）的協(xié)調(diào)人。

Bell教授在英國和國際教育界一直非常活躍，他從事著咨詢（Campanula Consulting咨詢機構(gòu)）、委員會和顧問工作，也發(fā)表了廣泛的著作。他熱心于通過教育和工商業(yè)之間的合作來加強科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的聯(lián)系。目前，他是IBM（英國）信托及公益組織“理解動物研究”（Understanding Animal Research）、 “細胞中心” （Centreof the Cell）的董事會成員，是國際科學(xué)院組織全球教育委員會成員，也是歐盟青少年科學(xué)家競賽（EuropeanUnion Contest for Young Scientists）評選委員會成員。他是非營利組織LEARNUS的理事會主席，是教師學(xué)院（theCollege of Teachers）教育學(xué)教授，以及倫敦大學(xué)教育研究所訪問研究員。他在2011年被曼徹斯特城市大學(xué)授予教育學(xué)榮譽博士學(xué)位。

科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)（STEM）緊密相關(guān)，這是不證自明的。但是，在這一協(xié)同性之外，我們也需要認識到它們之間的差別。在這里我不想復(fù)述對這些差別的分析，不過，參考2006年發(fā)布的具有引領(lǐng)作用的《馬薩諸塞科學(xué)與技術(shù)/工程課程框架》，我們可以建議：

●科學(xué)尋求對自然世界的理解，并且常常需要新的工具以協(xié)助尋找答案；

●工程使用科學(xué)發(fā)現(xiàn)來設(shè)計滿足社會需求的構(gòu)造、產(chǎn)品和工藝；

●技術(shù)（產(chǎn)品和工藝）是工程設(shè)計的結(jié)果。它們由技術(shù)人員創(chuàng)造，用于滿足社會需求和愿望；

●數(shù)學(xué)支撐著其他學(xué)科，它是對現(xiàn)象進行量化、對系統(tǒng)行為進行建模和預(yù)測，以及對工藝的效率進行測量的一種途徑。

雖然這4個學(xué)科緊密相連，但它們在被教給年輕人時大多是割裂的，常常包含相同的概念或使用相同的材料，卻缺乏對一個或多個其他學(xué)科可能提供的視角的關(guān)照。事實上，世界各地的許多課程標準仍然是在不同的文件中分別對這些學(xué)科的要求作出規(guī)定的。

◎目標：STEM素養(yǎng)

簡言之，在學(xué)習(xí)生涯中，年輕人應(yīng)當發(fā)展——我們可以稱之為——STEM素養(yǎng)。這至少應(yīng)當包括理解科學(xué)發(fā)現(xiàn)可以怎樣被用來制造直接對他們的生活產(chǎn)生影響的產(chǎn)品，例如石墨烯或藥品等新材料的開發(fā)。

加強對STEM在年輕人生活中的作用的理解不僅可以通過更具均衡性和綜合性的教育而使學(xué)生個人獲益，也有助于為教師和學(xué)校提供契機來實施具有創(chuàng)新性的教學(xué)方法。更廣泛地看，它還有利于工商業(yè)，因為它使更多的年輕人和更廣闊的人群了解了STEM在滿足日常需求和應(yīng)對可持續(xù)發(fā)展、安全、衛(wèi)生和糧食供給等全球性挑戰(zhàn)上所具有的價值。

世界各地有許多學(xué)習(xí)項目，在這些項目中，年輕人通過基于探究和解決問題的方式來應(yīng)對專為他們而設(shè)置的挑戰(zhàn)，從而增進學(xué)習(xí)

通過這種途徑，STEM各學(xué)科的不同方面被整合到一起。但是，將必要的STEM素養(yǎng)融入面向所有年輕人的教育方案卻是一件需要克服許多巨大障礙的艱難任務(wù)。它提出了許多問題，諸如“這在實踐中意味著什么”“它應(yīng)該取代現(xiàn)有的科目嗎”“新的方案會是什么樣的”。在所有這些問題背后的，是教師的質(zhì)量和專業(yè)素養(yǎng)，無論是學(xué)校的教師還是課外科學(xué)場館的教師。對于將這類活動作為常規(guī)課堂、課后俱樂部或?qū)W生項目的一部分的教師而言，現(xiàn)有的學(xué)習(xí)項目中幾乎沒有明確解決他們的需求的。本文基于以下假定：促進STEM素養(yǎng)和教育的學(xué)習(xí)方案能否成功實施，最終要以教師的專業(yè)素養(yǎng)為基礎(chǔ)。

◎教師的挑戰(zhàn)

在教授“自己的學(xué)科”時，所有的教師都感到最為舒適，他們的教學(xué)也是最有效的。但如果不得不超出自己的學(xué)科范圍教學(xué)，他們就沒那么自信，而且他們對教學(xué)內(nèi)容的認識和理解就很可能不那么深。這對于小學(xué)（5～11歲）教師而言尤其是一項挑戰(zhàn)，但是許多大孩子的教師在被要求教授自己學(xué)科之外的內(nèi)容時也會經(jīng)受同樣的焦慮。

教師必須戰(zhàn)勝的困難不僅僅是缺乏知識那么簡單，他們還需要理解各個學(xué)科的教學(xué)法。很明顯，無論什么學(xué)科，教學(xué)總有許多共同的元素，但是各個學(xué)科已經(jīng)基于人們對它們的基本原理的普遍認識而發(fā)展出自己的教學(xué)方式。舉個例子，科學(xué)研究的目標是對研究中的現(xiàn)象形成更深入的理解，而技術(shù)和工程的目標是開發(fā)一個產(chǎn)品來滿足實用性和美學(xué)兩方面的特定條件和需求。兩類學(xué)科都需要一種“解決問題”的方式，但處理和評價任務(wù)的方式卻是不同的。對于從一個學(xué)科轉(zhuǎn)向另一個學(xué)科的教師來說，他們并不能照搬原來的教學(xué)方法。

除了學(xué)科間的不同之外，學(xué)校及其他機構(gòu)的工作實踐，諸如時間安排、課程與評測規(guī)定、考試要求、可用的資源與時間，都需要作出讓步才能為學(xué)生提供具有吸引力的STEM經(jīng)驗。或許最值得擔心的是，“雖然STEM學(xué)習(xí)及其能帶來的積極成果具有重要意義，但大多數(shù)教師既沒時間也不指望在這些學(xué)科——哪怕是最緊密相關(guān)的學(xué)科——之間建立聯(lián)系”。從學(xué)生的視角看，這可能會被誤解成他們往往不能夠自己建立聯(lián)系，因而不能對他們正在研究的現(xiàn)象形成更全面的解釋和理解。

盡管有諸多約束，但讓年輕人用不同學(xué)科的技能和知識去解決“生活中的真實問題”的機會越來越多了。現(xiàn)在我將力圖通過1個英國的案例研究，來簡要分析教師面臨的挑戰(zhàn)，并特別關(guān)注以下問題：

●我們能在多大程度上為教師提供機會，來發(fā)展在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)間建立聯(lián)系所必需的知識、技能和態(tài)度？

●我們可以怎樣幫助教師來最大化地為年輕人提供發(fā)展STEM素養(yǎng)的機會？

◎案例研究：卡姆登STEM行動

惠康基金會（Wellcome Trust）是英國的大型慈善基金會之一，它坐落于倫敦卡姆登區(qū)，除了資助生物醫(yī)學(xué)研究外，也支持英國的科學(xué)教育。卡姆登區(qū)的人口有著復(fù)雜的種族和社會經(jīng)濟背景，但該區(qū)同時也擁有一些享有很高聲望的機構(gòu)，如大英博物館、大英圖書館、倫敦大學(xué)學(xué)院和倫敦動物園。盡管坐擁如此豐厚的財富，卡姆登區(qū)的許多年輕人卻從沒體驗過它們能為自己的學(xué)習(xí)和生活提供的福利。在這樣的背景下，惠康基金會在2008年設(shè)立了l項研究，以探索中學(xué)（11～18歲）可以在多大程度上向?qū)W生提供跨學(xué)科的STEM經(jīng)驗。在眾多發(fā)現(xiàn)中，這項研究的一個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，“教師頗費一番周章才能知道應(yīng)選擇什么活動，并且他們有時會缺乏將自己的選擇付諸行動的能力”（Straw等，2012）。

這引發(fā)了1個為期2年（2009-2011年）的項目，在這個項目中，卡姆登的中學(xué)被邀請與惠康基金會合作，探索途徑來提升STEM活動的規(guī)模和質(zhì)量。除了提供能促進學(xué)生參與STEM學(xué)習(xí)的活動外，這一項目還致力于識別有助于或阻撓這些活動獲得成功的因素。

8所中學(xué)接受了邀請，并提交了方案以獲得高達l萬英鎊的資助，這些資助將用于在他們的學(xué)校以更連貫的方式加強和鞏固STEM學(xué)科間的聯(lián)系。該項目的一個重要元素是學(xué)校和教師可以自由地設(shè)計自己的方法來滿足自己學(xué)生的需求。英國國家教育研究基金會（NFER）作為獨立于該項目的機構(gòu)對它進行了全面的評價（Straw等，2012）。該項目的總體成果體現(xiàn)在下面來自學(xué)生的評語中。

●“當你看到這些學(xué)科是怎樣一起運作的時候，你就會愈發(fā)覺得它們重要了。”

●“如果人們意識到他們所做的每件工作都需要數(shù)學(xué)——并且常常需要科學(xué)，事情就會不一樣了。”

也體現(xiàn)在這個結(jié)論中：“總體而言，8所學(xué)校全部取得了令人矚目的進展……使學(xué)生、教師和學(xué)校獲益。頗具有效性、協(xié)作性和參與性的實踐的實質(zhì)性證據(jù)在跨學(xué)科STEM活動的實施中呈現(xiàn)了出來。”（Straw等，2012）

各個學(xué)校通過一系列方式來達成項目的要求，包括修改自己的課程從而提供更具協(xié)作性的課程設(shè)計與教學(xué)，以及，最常見的是，在課外俱樂部中引進更廣泛的跨學(xué)科活動，設(shè)立 “STEM 口”或開發(fā)由學(xué)生在自己的時間里完成的STEM課題。

◎成功的因素

毋庸置疑，卡姆登行動獲得成功所依靠的是參與這一項目的教師對學(xué)生所面臨的挑戰(zhàn)和他們的熱情所作出的反應(yīng)。此外，對于有些教師而言，也離不開資助，以及使他們得以遇到能幫助他們設(shè)立活動的人的機會。但是，對于幾乎所有教師來說，感受到“獲準”去做他們曾經(jīng)一直想做的事情，是他們愿意參與到項目中的一個關(guān)鍵因子。即使遭遇到上面提到的種種挑戰(zhàn)，這些教師也找到了途徑去成功地開展STEM活動。

進一步思考教師們?yōu)槭裁茨塬@得成功，我們可以發(fā)現(xiàn)6個不可或缺的重要因素。

上級領(lǐng)導(dǎo)的支持

當教師要去做“有一點另類”的事情時，他們需要校長和學(xué)校的高層領(lǐng)導(dǎo)團隊的支持。這在任何情形下都是事實。而如果教師所要求的涉及教學(xué)計劃的安排，比如打斷時間表和教學(xué)科目，這樣的支持就更加重要了。高層領(lǐng)導(dǎo)團隊的鼓勵不僅有助于實施活動，也有助于建立教師的自信。

充足的資源

新的活動需要時間、人員、物料和資金等形式的投入。雖然卡姆登行動提供了一些資助，但僅靠這些資助是不能使項目獲得成功的。學(xué)校自身必須承擔起為教師提供必要支持的義務(wù)。這包括購置新設(shè)備，也包括允許教師參加持續(xù)專業(yè)發(fā)展課程或訪問其他學(xué)校、與那里的同行交流。

任命1名STEM協(xié)調(diào)員

在大多數(shù)學(xué)校，任命1名STEM協(xié)調(diào)員被證明是至關(guān)重要的。這有2個原因。首先，這一職位的設(shè)立有助于將組織跨學(xué)科STEM活動和引導(dǎo)未來發(fā)展的職責(zé)落實到位。其次，這一職位通過找出各學(xué)科間的關(guān)聯(lián)和特定課題的可能教學(xué)法等途徑來幫助教師建立信心。

分配課程設(shè)計的時間

在世界各地的教師中，最普遍的抱怨之一就是“我們沒有足夠的時間”。在卡姆登行動中，這個問題很快就被意識到了，并且學(xué)校將安排設(shè)計STEM活動的時間作為一個優(yōu)先完成的任務(wù)。惠康基金會定期舉辦由所有學(xué)校的教師參加的會議，以便教師們有機會去交換想法和分享他們對遇到的問題的解決方案，從而補充他們在校的設(shè)計時間。這一做法也對下一個因素形成了貢獻。

合作而開放的工作環(huán)境

教師也許是一個孤獨的職業(yè)，但學(xué)習(xí)是一項合作完成的活動。教師教授自己的科目，而幾乎不與教授其他科目的、即使是在同一所學(xué)校中的同事交談，這樣的現(xiàn)象太普遍了。卡姆登行動獲得成功的一個關(guān)鍵因素正是開放而合作的工作方式。通過這種方式，教師會尊重彼此的知識和專業(yè)素養(yǎng)，因而能建立起自信。更重要的是，他們并不害怕承認他們不知道一些東西，尤其是對于他們自己學(xué)科之外的東西。他們認識到，他們中的每一個都能為解決手中的問題作出一些貢獻，而且通過一起工作他們能更好地找出解決方案。最重要的是，這種合作的工作和學(xué)習(xí)方式是由學(xué)生選擇的。許多學(xué)生都認識到，一個學(xué)科的概念常常能幫助他們理解另一個學(xué)科。

跨學(xué)科工作團隊

如果缺乏充分的支持或缺少合適的人的參與，跨學(xué)科的工作就會面臨巨大的失敗風(fēng)險。卡姆登行動的另一個成功因素就是在幾所學(xué)校設(shè)立了跨學(xué)科工作組，并為他們開會和一起工作創(chuàng)造了時間。最為有成效的是，工作組不僅包含科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)教師，還包含一系列擁有不同專業(yè)類型和水平的其他職業(yè)者，例如職業(yè)咨詢師和工業(yè)界人士。將擁有學(xué)科之外視角的人引進工作組，能使教師更好地理解STEM可以怎樣聯(lián)系到學(xué)生的就業(yè)機會，或STEM活動怎樣與——舉個例子——特定工業(yè)的制造工藝關(guān)聯(lián)起來。與這樣廣泛的人群建立聯(lián)系也能增加學(xué)生參觀以某種方式用到STEM的不同工作場所的機會。

◎教師的機遇

“教”教師“怎樣做STEM”幾乎是不可能的。在我看來最好的途徑就是讓他們參與到像卡姆登行動那樣的項目中去。這種途徑向教師提供了多樣的機會，使他們不僅能理解STEM這樣的跨學(xué)科活動可以怎樣實施，還能提高自身的專業(yè)素養(yǎng)和信心。通過參與這樣的項目，教師得以在下列諸方面收獲經(jīng)驗，從而得到高質(zhì)量的持續(xù)專業(yè)發(fā)展。

●實施新的教學(xué)方式；

●與不同學(xué)科的同事一起工作；

●擁有發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)才能的機會；

.得到參觀訪問的機會和專門的培訓(xùn)課程

●建立與外部機構(gòu)，比如企業(yè)、熱門參觀場所、其他學(xué)校的聯(lián)系；

●評估新的教學(xué)方式的實施過程和結(jié)果。

這些經(jīng)驗中的每一項都要求教師深化他們的學(xué)科知識和教學(xué)法知識。它們?yōu)榻處熢O(shè)置了需要克服的挑戰(zhàn)，不過，在同事及必要時外來專家的支持下，教師們是有能力應(yīng)對這些問題并找到自己的解決方案的。最后，在跨學(xué)科的團隊中工作有助于教師傳達給學(xué)生這樣的價值觀：在全面地解決問題而非僅僅學(xué)習(xí)要在考試中復(fù)述出來的一堆事實時，每一個人都有貢獻。

參考文獻

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[3] Straw S，MacLeod S and Hart R（2012）. Evaluation of theWellcome Trust Camden STEM Initiative. Slough： NFER. http：//www.wellcome ac.uk/About-us/Publications/Reports/Education/WTVM055659.htm

[4] 訪問http：//www. wellcome.ac.uk/indexhtm獲得關(guān)于惠康基金會的更多信息