STEM教育創新引領美國教育未來

文 / 本刊記者 孟令豹

STEM教育創新引領美國教育未來

文 / 本刊記者 孟令豹

移動互聯網、人工智能的發展使得高新技術逐漸滲透到人們生活的方方面面，新技術與不同領域不同產業的結合、產業內部結構的重構、產業效益的大幅提升等無不體現著人類正向數字化、智能化時代邁進。

飛速發展的科學技術重塑了人類社會，改變了人們的認知觀念，在全球化日益深入的背景下，知識、科技在各國參與國際競爭、推動經濟發展、制定國家發展戰略等核心事務中發揮著日益重要的作用。優秀人才是提升國家綜合實力和核心競爭力的重要因素，而具有科學、技術、工程、數學多學科融合素養的人才在各國搶占科技革命高地、優化資源配置、發展新興產業、實現產業智能升級、促進經濟良性發展中發揮關鍵作用。STEM教育采取靈活的教學方式與學習方式，打通學科壁壘，加強科學、技術、工程、數學等學科之間的聯系，讓學習人員在真實情境下開展深度學習，培養高水平技能人才與創新人才。

新世紀以來，以美、德為代表的發達國家紛紛把發展STEM教育置于國家行動的戰略高度，在國家層面制定政策措施，促進STEM人才培養，整合各方面力量，不斷加大STEM教育領域的投資，促進STEM教育發展，向“保持卓越，領導世界”的STEM教育的終極宗旨進發。作為最早開始重視STEM教育的國家，美國擁有系統化的STEM教育相關政策、課程、師資培訓及資金配套制度，也是中國實施STEM教育的主要研究對象。

美國STEM教育的第一份政策指導文件是美國國家科學委員會于1986年發布的《本科的科學、數學和工程教育》。1996年，美國國家科學基金會發布的《塑造未來：透視科學、數學、工程和技術的本科教育》強調改善本科STEM教育、K-12 階段（幼兒園階段到12年級階段）STEM教師師資的培養。美國STEM教育于2006年2月發布了《美國競爭力計劃》，標志著STEM教育進入了快速發展階段。2007年10月，美國國家科學委員會在國會大廈宣布了“美國科學、技術、工程和數學教育體系重大需求的國家行動計劃”，后續四年中先后發表三份報告提出促進STEM 教育的國家行動計劃，并制定了《K-12科學教育框架》《新一代科學教育標準》等文件，STEM教育促進項目就此在美國全面展開。2011年，奧巴馬推出的新版《美國創新戰略》報告強調，政府要關注教育改革，尤其要重視STEM教育。2016年9月14日，美國研究所與美國教育部聯合發布的名為《STEM 2026：STEM教育創新愿景》的報告，對未來STEM教育的發展提出了更多的指導。

美國的STEM教育發展的顯著特點是：政府大力推動，社會各方面力量齊心協力，學校作為主要實施場所。美國政府一方面把STEM教育放在提升學生素質教育的重要位置，另一方面不斷增加STEM教育經費的投入。社會各方面力量為美國STEM教育的課程與評估指標的設置、師資的培養、教育目標的實現等方面做出了重要貢獻。

基于學生在STEM學科上的學業水平差距明顯與基礎普遍較差的現狀，奧巴馬政府加大了K-12階段的STEM教育發展力度，關注學生STEM素養的提升；美國精英高中面向特定群體招生（STEM資優生或弱勢群體），提供嚴格的STEM課程、充足的STEM教學時間、豐富的STEM教育資源和優秀的STEM教師等。美國相關學生成績取得的上升與其重視STEM教育是分不開的。

STEM課程與評估指標 美國STEM教育課程通常注重發揮學生創造性，面向生活世界與社會發展的主題不斷更新內容，多樣化的選擇機會滿足了學生個性化的需求。中國教育科學研究院STEM教育研究中心發布的《中國STEM教育白皮書》認為，“項目引路”是全美范圍內規模最大的技術教育項目之一，其優質的課程、注重實踐的教師培訓、強有力的保障措施和有效的合作途徑在全美范圍內產生了廣泛的影響。“項目引路”一直致力于初中和高中STEM課程的開發，不過近年也已開發出一套小學的STEM課程。其中，初中課程包括“技術之門”，高中課程包括“工程之路”和“生物醫學科學”，小學課程包括“初等工程課”等。

STEM教育流程 STEM教育以學生為中心，其教育活動設計主要包括：準備階段——學生選擇所需的工具與資源，綜合運用所學知識，在分析、選擇、設計等過程中提升邏輯判斷能力、資源選擇能力與自主思考能力；實施階段——學生自主完成活動任務，通過不斷的探索、實驗提升知識運用能力、探索創新能力；改進階段——讓學生填寫改進建議，吸引作者積極參與，借助教師引導來培養學生批判性思維能力、創新能力；反思階段——鞏固與完善學生的認知結構，優化學生的知識結構，拓展其知識新領域。

STEM教師培養計劃 奧巴馬政府十分關注STEM教師的培養，在2009年實施的“為創新而教計劃”中提出，五個公共與私營部門在未來五年內要為一萬多名未來教師提供培訓，且支持現有十萬多名STEM教師的專業發展；在2012年的“尊重項目”中，為打造一支全美STEM學科最優秀的教師隊伍提供了巨額資金；在2014年的“STEM國家人才培育策略”中，提出了包括實現各州STEM創新網絡合作、培訓優秀STEM教師、建立STEM專家教師團、資助STEM重點學校和增加STEM科學研究投入等措施在內的具體規劃。

教育培訓認證 美國STEM教育針對教育工作者、社會人員和項目提供三種類型的培訓。面向教育工作者與社會人員的培訓認證基本一致，培訓內容包括個性化的指導、撰寫課程計劃概要、STEM教育人員認證。面向項目的教育培訓認證主要通過項目活動及工作會議來解決教育工作者關注的問題，90%的相關學校的職工必須參加項目認證，包括每個現有項目中至少有一位管理者、一位研究員。

關注弱勢學生群體 美國STEM教育強調教育公平，倡導關注弱勢學生群體（特別是女性和少數族裔的學生），鼓勵STEM教師到貧窮地區和少數族裔地區教學，以此來縮小教育差距，滿足弱勢群體的教育需求，提高弱勢學生群體參與STEM學習的興趣與機會。美國政府首先明確了該領域弱勢群體的需求問題，然后發揮信息技術優勢，提高弱勢群體學生的STEM參與度，最后通過針對性的教學、培訓等工作使STEM教育項目延伸到弱勢群體。

社會各界齊心協力 作為連接政府、社會力量與學校教育的橋梁，以“變革方程”為首的一批民間組織機構在推動STEM教育的過程中扮演了極為重要的角色。美國在推進STEM教育的過程時，從不認為這份職責單一地屬于學校，而是力圖挖掘社會各方面的力量（特別是企業界的力量），共同推進STEM教育的普及與發展。作為一個致力于中小學STEM教育推廣的公益機構，變革方程是在蓋茨基金會和紐約卡內基公司的支持下由多位商界精英和社會名流創辦的，利用美國商界的投資、資源、影響力推動STEM教育，承諾擴大優秀STEM項目在學校、社區的覆蓋范圍。

STEM課程源于美國對基礎教育在理工科領域的式微而進行的反思。隨著STEM課程體系的發展與改善，以及學生全面發展與整合課程的需求，最初的STEM中增加了“A”（Arts，人文藝術學科）成為STEAM；繼而又最新增加了“R”（wRiting，寫作能力）成為STREAM。這個發展演變也傳遞出關于未來學校發展的重要信息。

STEM教育到STEAM教育 STEAM教育是在原有STEM教育基礎上加入了“藝術”，這里的“藝術”并不是狹隘的藝術，其包含了較廣泛的人文藝術科目，涵蓋社會研究（social studies）、語言（language）、形體（physical）、音樂（musical）、美學（fine arts）和表演（performing）等。藝術加入科學、技術、工程、數學教育中，是對這四類課程的良好補充，能幫助學生優化不同學科知識的理解與應用。STEAM教育的理念是以數學為基礎，通過工程和藝術來解讀科學和技術，STEAM教育支持學生以學科整合的方式認識世界，以綜合創新的形式改造世界，培養他們解決問題的創新能力。這反映了由具體內容向整體學科、由單學科向多學科、由單領域向跨領域、由獨立向整合、由專才向通才的價值轉向和態勢，即未來學校的學科與課程發展趨勢和價值導向。

STEAM教育到STREAM教育 STREAM教育是在STEAM教育基礎上加入了“寫作”（wRiting）。美國新的STREAM教育理念認為，R代表的寫作能力將在未來學校教育中占有舉足輕重的地位。寫作是科學教育乃至各個領域中非常重要的能力和素養，強調寫作能力的目的是使高素質專業人士能夠勝任撰寫報告、實驗材料的工作，以及滿足與人順暢交流的需要。閱讀是知識的輸入形式，而寫作是知識經過思維邏輯的整合和分析處理乃至創新構建以后的輸出形式，寫作能力反映的是一種高水平的學習與創新能力。團隊合作是未來學校最看重的核心素養之一，而寫作是團隊合作最重要的呈現方式和渠道。美國曾經做過一項調查研究，將本國獲得諾貝爾獎的科學家同美國國家科學院、英國皇家學院等聲譽卓越的研究機構的科學家以及一般的科學家做對照研究，其差別主要表現不在于不同群體的科學素養水平，而在于其寫作能力。

為促進STEM教育的發展，確保各年齡階段以及各類型的學習者都能享有優質的STEM學習體驗，解決STEM教育公平的問題，《STEM 2026：STEM教育創新愿景》提出了六個愿景：網絡化且參與度高的實踐社區；加入特別設計的游戲和風險的學習活動；包含用跨學科方法解決“大挑戰”的教育經驗；創新技術支持的靈活且包容的學習空間；創新且具操作性的學習測量；促進多元化且多機遇的社會文化環境。力求在實踐社區、活動設計、教育經驗、學習空間、學習測量、社會文化環境等方面為美國STEM教育發展助力。

當然，實現STEM教育的新愿景，需要多個利益相關者的參與和協作，考慮到地方背景不同、經濟發展不均衡及歷史偏見等因素，《STEM 2026：STEM教育創新愿景》總結了美國STEM教育的八大挑戰：促進公平的STEM教與學經驗和資源；培育參與度高且網絡化的STEM實踐社區；重新設計課堂活動以提高趣味性和風險性；開展早期STEM教育；打破STEM學科間及與其他非STEM學科間的分界；重新構想學習空間；開發創新且可操作的學習評價方式；賦予STEM新面孔以促進多元化、多機遇的社會環境。

《STEM 2026：STEM教育創新愿景》是美國STEM領域幾十位專家學者根據美國國情提出的對STEM教育未來十年的規劃與展望，提供具體事例應對存在的調整，具有明確的指向性。可以說，這份報告對我國STEM教育發展規劃和研究定位具有重要參考意義。

我們正在為培養具有問題解決能力、批判性思維、STEM素養的學生做出努力。挑戰雖然不少，但做出的努力是有價值的，至少目前已經產生了效果。—奧巴馬