構建STEM教育的課程觀

葉兆寧 楊元魁

21世紀以來，隨著社會和科學技術的快速發展，教育也發生了巨大改變。課程改革在教育觀、課程觀、教師觀、學生觀等方面都對教師提出了全新的要求，教師專業發展成為教師面臨的主要問題，STEM教育則對教師提出了更高要求。為了壯大STEM教師隊伍，提升STEM教師素質，美國聯邦政府連續出臺多項STEM教師培養法案，包括《有效的STEM教學法案》《STEM教師教育與指導支持方案》《STEM優秀教師隊伍建設方案》《全美STEM教師稅收激勵方案》等，并設立多種多樣的STEM教師培養項目。但目前STEM教育存在的主要問題仍是教師數量嚴重短缺，課程資源缺乏[1]。

STEM教育的課程觀是STEM教師的必備素質

STEM教育是一個廣泛多樣、變動不居的研究領域。教師是確保STEM項目或課程成功的核心鑰匙[2]。面對跨學科的復雜性，STEM教育需要縝密的課程、教學和評估，技術和工程需要整合到科學和數學中形成一體化課程，科學探究與工程設計過程需要在實踐上深度融合。學生需要發展STEM素養和能力，教師需要獲得合適的STEM專業發展機會[3]。

2014年國際科學院聯盟的科學教育國際研討會在北京召開，英國科學教育協會首席執行官DerekBell教授提出，在STEM教育中，教師必須戰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科的教學法[4]。例如，科學要求對研究中的現象形成更深入的理解，而技術和工程則通過開發一個產品滿足實用性的特定條件和需求。兩類學科都需要“解決問題”的方式，但處理和評價任務卻是不同的。因而，對于從州個學科轉向另一個學科的教師來說，他們并不能照搬原來的教學方法。

與傳統學科教育不同，跨學科的STEM教育具有較強的生成性和綜合性。它已經不是教學層面的教學活動方式，而是具有獨立形態的課程。如果教師仍然停留在學科、教材和案例上，顯然不能勝任STEM教育的需求。在STEM教育的過程中，教師必須更加關注學生的學習過程，不斷反思教學的進度和指向。這時的課程是生成性的而非預設的、是開放的而非封閉的、是動態的而非靜態的。因此，對于開展STEM教育的教師而言，樹立積極有效的課程觀并能付諸行動尤為重要。STEM教師的課程觀可以體現在以下三個方面：

1.教師能達成對STEM素養和跨學科概念的認識和理解

STEM素養及核心素養的培養，是STEM教育的目標和愿景，也是實施教育的基本準則。作為開展STEM教育的教師，首先需要考慮的還不是如何有效地開展教學，而是應該帶給學生什么樣的教育經驗，包括什么樣的知識最有價值、什么樣的主題最值得探索。這就需要教師達成對STEM素養與跨學科概念的認識和理解，了解STEM教育要達成的教育價值有哪些，并從課程的高度理解課程或主題的結構、功能、性質、理念、內容、活動方式和評價以及課程設計與課程實施等方方面面。由表1可以看出STEM中各學科的內涵[5]。

美國《新一代科學標準》是幫助教師達成整體認識的有效參考，標準中包括三個維度：科學與工程實踐、跨學科概念、學科核心概念，明確給出了科學、技術和工程素養以及跨學科概念的具體內容。雖然標準中沒有明確給出數學素養的內容，但這部分可以參考州共同標準或其他類似的數學教育標準。

案例：水過濾器[6]

本案例是一個面向小學高年級或初中學生的STEM主題課程，有關水過濾的環境工程項目，作為水循環單元的一部分在科學課上開展。該主題促使學生在解決實際問題的過程中，對已有經驗提取和再內化，加強有效的科學概念、修改有問題或模糊的概念，在評價和交流的過程中逐步建立正確的概念認知。參考《新一代科學標準》，作者給出了主題活動的設計依據，表2展示出主題設計者對STEM素養和跨學科概念的認識和理解。

2.教師能從教學和學習兩個層面開展STEM課程的教學設計

達成對STEM的理解和認識是教師開展STEM教學實踐的第一步，即解決教什么學什么的問題，真正的實踐需要從教師對STEM課程的教學設計開始，確保所有學生能夠體驗一系列有目的、有方法、有系統的STEM學習歷程。

一個好的STEM課程或主題，不僅要有富有吸引力的內容，還要有體現以學習者為中心的教育理念和學科間的相互碰撞，更要著重培養學生綜合解決問題的能力和創新思維。因此，教師要從如何教和如何學兩個層面開展STEM課程的教學設計。

“如何教”是指教師對整個課程或主題學習活動的規劃。優秀的STEM課程或主題來源于學生的生活與需求，教師可以有教材或有教學活動的指導手冊，但教學絕不是以教材為藍本的固定程序。教師要能夠根據學生的已有經驗和基礎靈活使用教材和手冊，在開展形成性評價的基礎上持續對學習活動進行教學設計和規劃，讓學生的學習成為能動、積極、高效的過程。這不僅要求教師對STEM素養和跨學科概念有深入的認識和理解，還需要教師具有組織活動、開展STEM教學設計與規劃的能力。

“如何學”是指學生會經歷怎樣的學習過程。學習是否有效、是否能達成預定的教學目標與學生的學習過程有密切關聯。跨學科的STEM課程需要學生積極主動參與到基于項目或基于問題的探索和研究中，包括主動參與學習內容的選擇、主動調整學習的路徑與進度等，這些需要教師的引導和協助。因此，教師必須了解學生的學習狀態、評估學生的學習成果、促進學生選擇有效的學習材料與內容，也就是說，教師必須從“如何學”的層面開展教學設計，并在實踐過程中不斷調整其教學。

3.教師能正確理解和踐行STEM教師的角色與作用

STEM教育的課程觀還體現在教師對其角色與作用的理解和行動上。STEM教育對教師提出的高要求不僅體現在學利上，更體現在教育的理念和行為上。

STEM教育承載了比任何一個學科教育都多得多的教學目標，它使得STEM課程在內容的選擇和教育的實施上都具備一定的難度。與單一學科相比，學生通過STEM課程需要學習的內容、培養的技能較多，學習周期也較長。在學生還不具備自主學習能力時，教師在教學中要起到支持者、組織者和引導者的作用。

教師需要創設情境幫助學生發現問題或形成項目；需要用問題啟發思考、驅動實證研究；需要激發學生的熱情和好奇，也需要激勵和保持學生的探究欲望和信心；需要為學生提供充足、有結構的材料與資源，也需要在學生遇到困難時給予支持和幫助；需要依據對學生學習效果的評估判斷下一步教學的方向；最重要的是，需要有耐心和積極的心態陪伴學生完成整個學習過程。

教師具備良好的STEM教育的課程觀是這些教育行為出現的思想基礎。教師只有正確理解自己在STEM教育中的地位和作用，才能明確哪些教學行為符合STEM教育理念。當然，從理解到行動還需要教師經歷較長時間的教學實踐，在實踐中將理念內化為有效的教學行為。

構建STEM教育課程觀的方法與途徑

英國惠康基金會在一項STEM教育的研究中發現，教師頗費一番周折才能知道應選擇什么活動，并且有時會缺乏將自己的選擇付諸行動的能力[7]。可見，教師構建起STEM教育的課程觀并不是一件容易的、短時間能解決的事情。即便在某個學科具備較高教育素養的優秀教師，在從單一學科教育轉向跨學科的綜合教育之后，仍然需要重新構建對STEM教育的理念、方法和課程觀的理解。尋求有效的教師專業發展方法與路徑，不僅是教師自身的需求，更是STEM教育長足發展的基礎和根本。

1.參與持續的、參與式的教師培訓

從事跨學科STEM教育的教師也應該是具備跨學科綜合素質的人，在理論知識不足、專業背景缺乏、技術能力缺失的情況下，通過參與職后培訓提升認知和能力是教師的首選。這樣的教師培訓應具備持續性和參與性兩個關鍵特征，

持續性是不言而喻的，沒有持續的培訓支撐，要想發展和提升一個人的綜合素質顯然是杯水車薪。這需要相關部門制訂可持續的教師培訓方案，在兩三年甚至更長的時間內為教師提供系統的學習和專業支撐。

STEM教育的實踐特征支持了教師培訓采用參與式學習模式，如果僅是理論學習、實地考察、聽評課，并不能讓教師經歷科學和工程的完整過程，也不能促進其理解科學研究與工程設計的真諦和教育價值。因此，開展參與式培訓，在教學之前自己先嘗試成功和失敗，這是STEM教師培訓需要經歷的過程。

2.組建跨學科工作團隊和協作團隊

如果缺乏充分的支持或缺少合適的人的參與，跨學科工作就會面臨巨大的失敗風險[8]。較有成效的做法是在學校或區域內組建跨學科工作團隊和協作團隊，其中不僅包含科學、技術和數學教師，還包含一系列具有不同專業類型和水平的其他職業者。團隊協作既是STEM教育的特色，也是STEM教師的工作模式與方法。

引入具有學利之外視角的人，能幫助教師更好地理解STEM素養和構建STEM教育的課程觀，發揮專業人士的學科能力，與教師共同參與STEM課程的教學實踐。同時，工作團隊和協作團隊對教學的介人，也幫助學生把學習和生活實際聯系起來，促進學生以多種方式在更加開放的空間和時間中、在更多專業人士的支持下，經歷STEM教育的學習過程，達成預期的教育目標。

3.實踐課程開發，成為專業的課程設計者與實踐者

實踐課程開發，是提高STEM教師的專業素養、構建STEM教育課程觀必須經歷的過程，在這個過程中，STEM教育促使每一位參與STEM教學的教師成為課程的設計者和實踐者。

在開展參與式STEM教師培訓時，進行課程設計與開發的實踐能有效幫助教師提升這方面的素養。例如，讓參與者以小組為單位進行教學單元的整體設計，思考以下六個環節，解決每個環節與教學設計有關的問題：

一是明確任務或問題，確定引入情境。采用怎樣的方式引入問題或任務；要研究的問題或完成的任務是什么；有哪些具體要求。

二是分析對象和目標。課程在哪個年級實施；這個年級的學生對所涉及的概念有哪些認識；哪些是錯誤的認識，在技能方面有哪些缺失；根據這些基礎，課程的教學目標有哪些。

三是分析學習內容與要求。學生研究該問題或完成該任務的過程是怎樣的；涉及哪些學科探究的內容；活動可以有哪些順序；這些順序可以如何分配。

四是列出工具與資源。學生需要用哪些工具；工具的使用方法和注意事項有哪些；哪些可能給學生造成危險或傷害；如何提示和防范；學生需要哪些學習資源做補充，從哪里能找到這些資源，以哪種方式呈現資源。

五是設計學習活動過程和教學支架。研究問題的探究過程是怎樣的；如何引導學生思考問題；如何幫助學生解決問題。

六是設計評價方案。學生的學習成果有哪些；如何進行定性或定量評價；哪些評價需要與學生共同討論并制定；如何從評價中獲得信息以判斷學生的理解和發展狀況；如何給予適當的指導和幫助。

總之，STEM教育的重要性已經毋庸置疑，STEM教育的理念已初步形成，只有將STEM教師的專業發展放在實踐STEM教育的首位，才能促進STEM教育在未來得到更好、更決、更有效的發展。

注釋：

[1]馮華.STEM教育視野下的綜合課程建設中小學管理，2016 （5）：14-16

[2]王雪華.STEM教師是確保STEM+項目/課程成功的核心鑰匙.上海教育，201.5 （05B）：5

[3]詹青龍.許瑞.國外STEM教育研究的熱題表征和進路預判.中國電化教育，2016（lO）：66-72

[4]Derek Bell. IBSE與STEM教育：在支持教師時面臨的挑戰與機遇.中國科技教育，2015.01： 16-19.

[5]Derek Bell，Huhert Dvasi.提高小學課堂中的STEM形象：對教師角色的啟示.中國科技教育，2017（1）：10-14.

[6]楊聰，夏子玫.促進學生建構科學概念的STEM活動設計——“設計保溫杯”中國科技教育，2017 （1）：20-23

[7] Wellcome Trust （2012） .Working together： making STEM happening in secondary schools.London： Wellcome Trust.http：//www.wellrome. ac.uk/Ahout-us/Puhlications/Reports/Education/WTVM055659.htm

[8]Derek Bell，陳彧IBSE與STEM教育：在支持教師時面臨的挑戰和機遇.中國科技教育，2015 （1）：16-19