紐約科學院課程對國內(nèi)STEM教育的升華

張翔　鄭俊濤

STEM環(huán)境重構的必要性

STEM教育是整合科學（science）、技術（technology）、工程（engineering）與數(shù)學（mathematics）學科教育的新教學模式，是一種以項目學習、問題解決為導向的集成教學應用，重點培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)、解決綜合問題的技能、協(xié)作學習的能力、遷移能力及創(chuàng)新能力。STEM教育作為國外引進的教育理念和機制，在國內(nèi)十來年的發(fā)展過程中，雖然涌現(xiàn)出了很多優(yōu)秀成果，但也面臨著諸多問題與挑戰(zhàn)。國內(nèi)的STEM課程研發(fā)大都集中在3D打印、機器人、編程、科學小制作等零散狀態(tài)，而國外的一些優(yōu)秀教育資源在本土化方面也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。這些條件限制了部分有開展STEM教育愿景的學校的發(fā)展，因此急需優(yōu)秀的教育資源和解決方案來幫助學校開展STEM教育，并形成長效機制。此外，從目前STEM教育較為單一的教學模式來看，基礎教育階段的STEM課程教學，更多呈現(xiàn)出教師“能不能教”的問題，而不是學生“能不能學”的問題。

上述現(xiàn)象的產(chǎn)生既有外來理念消化的滯后因素，又有主觀認知的漸進過程因素。一方面，由于STEM教育引進我國時間短暫，各方面的理論研究和實踐經(jīng)驗的不足，制約著一線實踐者去深入剖析國外相關課程的核心因素，所以在衡量尊重國外課程原創(chuàng)性和進行本土化的創(chuàng)新性之間產(chǎn)生了困惑。另一方面，國內(nèi)學校教育和社會教育資源之間的銜接尚處在起步階段，增加了課程落地過程中的不確定性。可見，在借鑒國外優(yōu)秀教育資源的前提下，充分挖掘和整合內(nèi)部資源，形成具有完整資源鏈和自我發(fā)展性的本土化STEM教育環(huán)境將成為未來STEM教育的必然趨勢。

紐約科學院STEM課程介紹

為了推進國內(nèi)STEM教育進程，營造良好的STEM環(huán)境，支持中國學生圍繞21世紀人類面臨的共同挑戰(zhàn)提出解決方案，上海凡智教育科技有限公司在全球范圍內(nèi)進行了考察，并對紐約科學院STEM課程進行了全面深入的調(diào)研。

1.紐約科學院介紹

紐約科學院（The New York Academy of Sciences， NYAS）成立于1817年，擁有來自100多個國家的20000多名會員及會員機構。它擁有100多位諾貝爾獎得主會員，并與耶魯大學、加州大學伯克利分校、哥倫比亞大學等世界一流大學具有深度合作。紐約科學院致力于通過推進科學研究、教育與政策，創(chuàng)新性地解決全球面臨的重大挑戰(zhàn)。

紐約科學院積極致力于STEM教育的研究與推廣，與250多個合作伙伴共同成立了全球STEM聯(lián)盟（Global STEM Alliance， GSA）。GSA致力于到2020年推動100個國家和地區(qū)的100萬名學生參與到STEM學習中，提高STEM領域中學生的人數(shù)及多元性。

2.紐約科學院課程架構和內(nèi)容

21世紀充滿機遇，也充滿挑戰(zhàn)。未來人才需要具備多渠道信息的搜集、處理、分析與整合能力，需要具備一定的科學素養(yǎng)，需要具備善于科學規(guī)劃、高效溝通、協(xié)調(diào)資源、恰當表達的綜合領導能力，需要具備批判性的思維和創(chuàng)新性解決復雜問題與挑戰(zhàn)的能力。

紐約科學院STEM版權課程，提供了創(chuàng)新力、領導力、批判力、溝通力和計劃力課程，構建了支持學生完成創(chuàng)新挑戰(zhàn)、結(jié)構合理、體系完善的能力提升課程群。每個課程模塊圍繞各自主題包含了一系列課程，通過指導學生開展實踐活動提升其素質(zhì)與能力。

創(chuàng)新力課程模塊為學生提供一套完整的創(chuàng)新方法論。課程以小組形式開展，學生以自主調(diào)研和定義問題為起點，通過團隊組建、方案設計、互相評價、模型建立、方案檢驗與呈現(xiàn)來完成創(chuàng)新項目。課程包含問題的提出、方案的制訂、方案模型的建立、方案的檢測、方案的調(diào)整與呈現(xiàn)五個主題。

領導力課程模塊旨在幫助學生理解科學領域中的領導力內(nèi)涵，以及掌握提升領導技能的方法。課程通過案例學習、經(jīng)驗反思與實踐活動，幫助學生認識樹立榜樣、沖突解決、困難克服、授權與激勵等領導力問題，并教會他們?nèi)绾稳獙@些問題。課程包含認識領導力、榜樣的力量、榜樣訪談、沖突的解決、困難的克服五個主題。

溝通力課程模塊旨在通過科技文章的閱讀與寫作、利用社交媒體開展科普、參與或組建科學社交圈、跨文化交流等活動，提升學生的溝通能力和科學素養(yǎng)。課程包含認識溝通力、社交網(wǎng)絡的建立與維護、與公眾的科學交流、社交媒體與科技傳播、科技素養(yǎng)、跨文化溝通六個主題。

批判力課程模塊以批判性思維這一概念為核心，幫助學生實踐設計思維方法，思考倫理道德困境，體驗同行評議過程，開展項目設計與實施，旨在提升學生批判性思考的能力。課程包含認識批判性思維、設計思維、道德倫理、科學研究與我們、項目策劃、同行評議六個主題。

計劃力課程模塊旨在幫助學生思考并完成學業(yè)與職業(yè)規(guī)劃，并進一步啟發(fā)學生開展生涯規(guī)劃。課程通過目標建立、信息收集、智囊團組建、院校與職業(yè)選擇、學習能力的提升等，幫助學生認識自身的特點、優(yōu)勢與傾向，為生涯規(guī)劃做好準備。課程包含學業(yè)規(guī)劃、職業(yè)規(guī)劃、生涯規(guī)劃、目標的制訂、建立你的智囊團、終身學習六個主題。

作為全球范圍內(nèi)STEM教育的標桿，紐約科學院的STEM課程在STEM教育領域的領先性不言而喻。但是外來課程的優(yōu)勢能不能在本土范圍內(nèi)體現(xiàn)出來？會不會呈現(xiàn)水土不服的現(xiàn)象？凡智課程專家團隊在尊重課程原創(chuàng)性的基礎上，根據(jù)我國國情的復雜性，在希望小學教師培訓項目中進行了科學、全面、有效的實踐。

STEM教育的實踐——以創(chuàng)新工作坊為例

1.紐約科學院創(chuàng)新工作坊的設計思路

創(chuàng)新工作坊內(nèi)容源于紐約科學院創(chuàng)新力課程，在印象中，國外引進課程往往給人以暗示，屬于高大上的層面，不容易普及；鑒于此，我們專門作了底線測試，選擇條件更為艱苦的希望小學做實踐與論證。本次實踐基于希望小學科學教師培訓項目，參訓者是來自全國不同地區(qū)的77名一線科學教師，培訓目的是落實新版小學科學標準執(zhí)行，幫助希望小學一線教師更好地開展科學教育，并引導學生進行科學創(chuàng)新。endprint

針對項目培訓需求，課程專家團隊前期對參訓希望小學科學課開展情況進行了調(diào)研，結(jié)果顯示：多數(shù)學校（約占71%）有專門的科學實驗室；一些學校（約占17%）還組織科技作品制作大賽、科幻畫大賽、科技創(chuàng)新競賽、實驗活動課等課外科學教育活動；多數(shù)學校（約占64%）的科學課教師是兼職教師；科學課教師的平均年齡約38歲，教齡在15年左右；少數(shù)教師（約占9%）了解STEM，近一半的科學課教師有本科學歷。以上情況表明，相關學校具備開展科學課的基本條件，教師個人學習能力和教學能力較好，但是教師在科學課教學上的個體水平差異較大。

基于前期調(diào)研，結(jié)合新版小學科學課程標準中面向全體學生、倡導探究式學習、保護學生的好奇心和求知欲、突出學生的主題地位的課程基本理念。課程專家團隊基于紐約科學院創(chuàng)新力課程，結(jié)合希望小學的地區(qū)優(yōu)勢，進行了針對性的設計：以教師需要完成的創(chuàng)新主題為主線，設計了涵蓋創(chuàng)新框架、問題重塑、創(chuàng)意生成、呈現(xiàn)創(chuàng)新方案的學習任務書；以持續(xù)創(chuàng)新理念及成功要素為切入點，以持續(xù)創(chuàng)新四步法作為核心學習內(nèi)容進行整體設計，通過“用什么東西能填滿一間教室”啟發(fā)教師對創(chuàng)新解決問題的思考，深入分析問題，激發(fā)創(chuàng)新動機。整體學習圍繞農(nóng)村地區(qū)面臨的科技、能源、環(huán)境等挑戰(zhàn)，引導參訓教師小組合作，選擇一個和學生生活/學習密切相關，或與周圍自然環(huán)境相關的主題，進行問題的創(chuàng)新解決方案的整體設計。

整個創(chuàng)新工作坊以項目式學習為主導，以參訓教師為中心促進其通過團隊協(xié)作、知識共享共同解決真實情境中的問題。此外，現(xiàn)場培訓還設計了如何與學生合作探討環(huán)節(jié)，幫助與支持教師后期與學生共同進行創(chuàng)新項目的實踐。在集中培訓結(jié)束后，講師團隊通過網(wǎng)絡學習平臺與教師進行實時互動和跟蹤幫扶，通過主題性的網(wǎng)絡課程提升部分教師的科學知識和授課技能，同時邀請科技領域的專家在網(wǎng)絡課堂進行講座，以對部分教師在創(chuàng)新過程中專業(yè)知識的不足提供支持。

2.紐約科學院創(chuàng)新工作坊的實踐總結(jié)

創(chuàng)新工作坊以持續(xù)創(chuàng)新的理念和步驟幫助參訓教師提升對創(chuàng)新的認知，掌握持續(xù)創(chuàng)新的方法。參訓教師通過自己命題，設立創(chuàng)新框架，重塑創(chuàng)新問題，生成創(chuàng)新方案，將創(chuàng)新理論和實踐進行了系統(tǒng)的學習和運用。在最終的展示環(huán)節(jié)，涌現(xiàn)出了眾多精彩紛呈的創(chuàng)意，如“韭菜白斑病的成因及預防”“如何讓少數(shù)民族地區(qū)學生家長接受或支持STEM課程的實施”“多功能黑板擦”“鄉(xiāng)村家庭垃圾高效循環(huán)利用”等課題的創(chuàng)新框架及研究步驟設計，這些創(chuàng)新主題源于鄉(xiāng)村生活，既充滿科技元素又不乏人文氣息。參訓教師在創(chuàng)新的過程中充分結(jié)合實際，根據(jù)現(xiàn)狀的需求分析，提出了創(chuàng)新性解決問題的方向。為了更好地推進紐約科學院創(chuàng)新工作坊的后續(xù)成果達成和鞏固，課程專家團隊在實踐基礎上，對后期的工作支持提出了完善的解決方案。

（1）通過相關領域?qū)＜覉F隊支持農(nóng)村希望小學地區(qū)開展創(chuàng)新

在創(chuàng)新思維工作坊展示環(huán)節(jié)，教師表達了希望專家團隊后續(xù)能提供相關的專業(yè)支持，幫助他們達成創(chuàng)新目標的訴求。這不僅為后續(xù)在更廣泛領域內(nèi)開展專家資源共享，提供全方位技術支持進行了需求論證，也為在更廣泛領域內(nèi)的讓專業(yè)人員參與項目教學的全員教育運動提供了支持。

（2）提升教師科技應用水平促進創(chuàng)新成果優(yōu)化

在創(chuàng)新工作坊展示過程中，部分教師分享了自身教學過程中優(yōu)秀的教學手段，以及促進課堂教學的工具的使用，這種互動的交流拓展了參訓教師的教學形式，有力地促進了科學課堂的開展，但仍需提升科技的更新在教育過程中的促進作用，以推廣促進教學效果達成的工具和方法，幫助教師在課堂上實時呈現(xiàn)學生的學業(yè)成果和互動情況，形成師生間的良好互動等。同時，微課和視頻編輯等的學習，能記錄科學教學和團隊創(chuàng)新歷程，形成可視化的成果，為科學教學和科學創(chuàng)新的反饋和提升提供素材，同時也為科學教育成果的推廣奠定基礎。

（3）促進農(nóng)村優(yōu)秀科學教育案例的分享與傳播

本次工作坊教師們充分展現(xiàn)出了自身在科學教學方面的優(yōu)秀素養(yǎng)，以及在科學創(chuàng)新方面的卓越才能。可以預見，在國土占地面積和人口體量最大的農(nóng)村地區(qū)，將在此次全國統(tǒng)一的小學科學標準的引領下，涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀的小學科學教師及優(yōu)秀教學案例，同時在黨中央“萬眾創(chuàng)新”理念的指引下，農(nóng)村地區(qū)也必將產(chǎn)生豐碩的科技創(chuàng)新成果。因此，需要拓展優(yōu)秀的平臺和渠道，幫助希望小學教師分享優(yōu)秀教學成果和教學案例，并將成果進一步進行推廣。

3.紐約科學院創(chuàng)新工作坊的價值提煉

隨著教育教學改革和課程改革的不斷深化推進，教育將越來越尊重受教育者的個性差異，促進個體發(fā)展，致力于不斷培養(yǎng)受教育者的自我學習能力，提升受教育者在社會文化背景下進行自我決策的能力，最終使他們能在團隊條件下獨立負責任地完成工作。結(jié)合紐約科學院STEM課程實踐，我們可以預見，未來國內(nèi)的STEM教育的發(fā)展將出現(xiàn)以下趨勢。

（1）向以學習者為中心的互動學習轉(zhuǎn)變

以學習者為中心的互動學習模式真正讓學生主導項目，以個體或團隊提出基于現(xiàn)實生活環(huán)境的問題，讓學生在蘊含豐富STEM知識的環(huán)境中進行交互、探究發(fā)現(xiàn)、學習知識，在建構性學習環(huán)境設計中尋找STEM知識的整合點、問題的突破口，提升綜合能力。在基于項目的學習過程中，教師從傳統(tǒng)教育的主角，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生學習的支持者，充分通過協(xié)調(diào)資源、指導操作、檢查要點、監(jiān)督進程和評價總結(jié)，促進學生的問題解決和能力提升；在充分發(fā)揮學生為中心的互動學習過程中，能較好地擺脫傳統(tǒng)的結(jié)構化課堂教學對個體學習與設計活動的約束，最大化地發(fā)揮并提升學習者的能力，保護好學生的好奇心與學習興趣，強調(diào)分享、創(chuàng)造的愉悅，增進學生的自我效能感和成就感。

（2）通過教師知識領域拓展提升課程效果

教師對STEM教育有效性的影響至關重要，為了解決現(xiàn)行STEM教育中存在的部分教師“不能教”的問題，教師團隊亦需要進行自身教學理念的更新和知識領域的拓展來促進課程效果的提升。教師在STEM教學理念的提升方面可以通過學習培訓，強化自身對以學習者為中心、基于項目的學習、翻轉(zhuǎn)課堂、人本主義思想、全人教育等STEM教育的核心理念和關聯(lián)理念的理解，逐漸轉(zhuǎn)變自身在教育過程中的角色定位，讓出教育主導者的角色，走向?qū)W生學習支持者的角色。同時，教師通過在不同知識領域的拓展，不斷汲取新鮮知識的能量，豐富自身的知識能力儲備，或者組建不同學科的課程專家團隊，使自身在授課過程中，能夠有足夠的跨學科知識和能力來支持學生的學習需求，真正做好學生學習的支持者，有效提升STEM課程效果，達成STEM教育目標。endprint

（3）優(yōu)化共享資源形成跨區(qū)域教學共同體

隨著學習者在解決問題過程中主導作用的提升，在問題解決過程中，大部分學生對知識的需求會走向多元化、前沿化、深度化，這種具有代表性的深度學習將是引領未來學習潮流的趨勢之一。在這種趨勢下，該部分學生的知識需求要通過各個行業(yè)領域內(nèi)的專業(yè)人員和資深專家來進行補充以促進問題的解決。未來的STEM教育將會需要更多的專業(yè)人士的參與，來建設起滿足不同層次學生需求的專家資源庫。這需要全社會聯(lián)合有志于參與到發(fā)展下一代核心競爭力的教育大計中的學校、家庭、企業(yè)、公益組織等機構和個人，形成基于現(xiàn)代信息技術條件的跨區(qū)域教學共同體，共創(chuàng)平臺、共享資源、共商教育、共促成才，引領共享時代的潮流，切實發(fā)揮全社會在推進國家人才培養(yǎng)中的合力。

（4）改進評價機制促進有效教學目標達成

在STEM教育過程中，基于項目的學習對教學評價提出了改進的方向。它不僅包括了已有教育中的總結(jié)性評價，更側(cè)重于貫穿項目學習始終的過程性評價。在評價的形式上，包含學生的自我評價、學生之間的同伴互評、教師對學生的評價、專業(yè)人士對學生的評價以及社會相關機構和人員的評價。在評價的內(nèi)容上，既包含了關鍵的知識理論，又關注了過程性記錄和階段性能力提升，同時亦涵蓋了對結(jié)題成果的展示和總結(jié)。這種多方參與的全面評價需要教育理論研究者和實踐工作者協(xié)同合作，形成科學有效的評價框架和組織實施策略來給予學生更加客觀有效的項目學習反饋，幫助他們進行自我總結(jié)和提升。

體會與設計

紐約科學院STEM課程在希望小學教師培訓中的實踐反饋表明，希望小學的一線科學教師完全有能力學會紐約科學院STEM課程，組織學生進行基于問題或項目的STEM學習，呈現(xiàn)學業(yè)成果，并進行科學評價。這充分說明了本土化后的課程的適用性和有效性，也為在更廣領域內(nèi)教學實踐的順利實施提供了可靠的實踐證據(jù)，解決了原先很多教育工作者對STEM教育美好愿景的向往與可實踐課程短缺的矛盾沖突，充分調(diào)動資源適應了不同學校開展STEM教育的需求。該課程能在更廣泛領域內(nèi)調(diào)動教育主體，融入社區(qū)元素，創(chuàng)設真實情境，設定學習問題，真正促進“全人教育”目標的實現(xiàn)。

隨著時代變革不斷加快，教師對自身知識領域和教學能力的提升也將迎來一個全新的時代。未來的師資培訓將在保留現(xiàn)有教師集中培訓的基礎上，更多地采取網(wǎng)絡化、碎片化、專業(yè)化學習的模式，越來越多的針對專業(yè)領域知識的分享將出現(xiàn)在網(wǎng)絡學習平臺中，供教師和學生參考。教師自己除了需要做好學生學習的支持者角色之外，更需要成為一位優(yōu)秀的學習者、團隊合作者、成果分享者，只有這樣，才能將先進的學習方法和專業(yè)知識更好地融入到對學生學習的支持中，幫助他們達成通過STEM教育成長成才的美好愿景。

由紐約科學院課程專家設計、緊扣21世紀未來人才的能力發(fā)展需求、內(nèi)容緊貼現(xiàn)實、以學習者為中心設計理念的STEM課程，通過開放式學習，帶給學生充分的空間來發(fā)揮個人創(chuàng)意。它將科學、有效地幫助中國學生適應未來生活與挑戰(zhàn)，并在全球競爭中未雨綢繆，保持優(yōu)勢。endprint