STEAM教育的三個關注點

宋亮

STEAM教育可以從小制作起步，但是某些機構卻誤把雕蟲小技當作科技創新。STEAM就是數理化加上人文精神和藝術之心，是早早樹立理科生的思維創新意識，是用技術手段解決環境中的人文問題，是有步驟成體系地把學生培養成關注人類命運、關心社區生活的時尚工程師。

重視高度不夠

STEM教育是一個體系，不是在具體課程上修修補補。中國的STEM教育有基礎，但也有差距。用中國教育科學研究院STEM教育研究中心主任王素的話說：中國教育界有重視理工科教育的基礎和傳統，但是中國還沒有完備的STEM教學體系。

中國教育界近幾十年來流傳一句口訣：學好數理化，走遍天下都不怕。基礎教育重視數理化，使得中國的大學培養出了大量理工科畢業生，他們大部分成為了合格的工程師。美國《時代》周刊多次撰文提到：中國經濟發展的成功，很大程度上是因為中國的大學每年為產業界提供了大量的工程師。但是在中國，計算機類現代工程教育主要是在高等教育環節進行，而美國在50年前就為中小學生開設了編程課，在中小學階段就培養了比爾·蓋茨、史蒂夫·喬布斯、埃隆·馬斯克等人的編程興趣。這幾位長大后創辦的微軟、蘋果、特斯拉公司，簡直是憑空開創了計算機、智能手機、新能源汽車等全新的現代產業。相比之下，中國的理工科畢業生更多是處在跟跑的位置上，而美國的STEM畢業生則在領跑。

由于時代進步，需要更多的STEM畢業生，美國前總統奧巴馬提出了針對STEM專業畢業生的優先移民計劃。美國現任總統特朗普則更希望美國自己培養更多本國的STEM畢業生。他在2017年9月簽署了一份備忘錄，撥款2億美元加大對STEM專業教育的支持，尤其注重計算機科學和編程方面的學校教育。特朗普表示：“職場正在變化，我們需要為民眾創造新的渠道去獲得最好的工作。提供大量的STEM和計算機科學課程，將會確保我們的兒童擁有在職場中去競爭、去獲勝的技能。”

在這份備忘錄里，明確地提出了美國將要實現的目標：建立高質量的STEM教育，重點關注計算機科學，并將此作為教育部的重點優先考慮項目之一；設立一個目標，每年至少投入2億美元的資金用于發展高質量的STEM教育；探索可行的執行方案，在現有的K-12（幼兒園到高中）和大學教育中增加計算機科學課程或增加計算機科學在教學中的關注度。

與美國相比，中國的STEM教育還缺乏國家戰略高度的重視。

“A”不是具體藝術門類

提出STEM教育的美國，在STEM中又增加了一個“A”（Arts藝術）。這個藝術，指的不是滲透德育氣息的藝術，也不是傳統文化的藝術，或者具體哪一門藝術。它指的是藝術的思維，藝術的精神，和對藝術本身的追求。美國工程學院認為：“A”是指liberal Arts（人文藝術），包含了Humanities（人文學科）與Social Sciences（社會科學），而非單指Art（藝術），那樣，就太小看STEAM中“A”的重要性了。但凡人文、歷史、哲學、藝術、設計、社會研究等，都是STEAM的“A”。

那么，為何人文藝術是如此重要？因為人文藝術是以人為本，探求“需求”。而STEM是滿足需求與解決問題的方法，而其中的“M”（Math數學）則為STEM的基礎，正如大家所耳熟能詳的“數學為科學之母”。

如何將人文藝術“A”導入STEM課程？

這必須要先了解什么是“需求”，以人為出發點的“需求”。一個好的人性產品與解決方案，要能精確理解使用者的需求，以人為本。而好的“觀察”就扮演著很重要的角色，這也是STEAM課堂上很強調平日的“觀察”與“思考”：

蘋果公司創始人史蒂夫·喬布斯說：“在蘋果公司的基因里，僅有工程技術是不夠的——蘋果公司是工程技術和人文科學、人類學以及其他所有令我們的心靈歌唱的領域結合的結晶。”若一味以技術導向為出發點，將各種最新科技與技術加諸產品，而忽略了人們的真實感受與需求，就會成為使用者不必要的功能與服務。

STEAM的“A”，關鍵在于“設計思考”。工程融入人文：美國工程院校已經在試行……人文教育是“消失的基礎”，若能在工程教育融入人文教育，讓未來的工程師培養出預測、定義與解決問題的關鍵能力，將是重要的教育改革。

工程領域學生的課表中的人文課程目標，常讓學生覺得這些“必修”的人文課程和自己的專業不相關，因此，學生難以感受人文教育的價值。學生不僅要考慮市場，還要考慮人類的大問題：要解決當前世界面臨的問題，如消滅饑餓、預防恐怖主義、減少碳足跡……都需具備跨領域訓練，人文思考至關重要。

在工程教育融入人文教育，能幫助未來的工程師具備預測、定義與解決問題的能力。這種將工程教育結合人文課程的課表，即為歐林工程學院校長理查德·米勒所稱工程教育中“消失的基礎”（missing basics）。包括設計、創意、團隊合作與跨領域思維，以及了解一個計劃背后的社會、政治、歷史與經濟內涵，皆是人文教育的支柱。這些能力特質是美國工程學院認為下一世代工程師關鍵技能。

STEM不是一門具體的課程

在我國的STEM教育中，防止出現這樣一種情況：開設了某門課程，并將它作為STEM教育。但STEM教育不是一個學科，是指向學生核心能力、核心素養的課程。它面向真實情景，且依托于科學、數學、工程實現跨學科的一種體驗。有位科學教師曾表示自己此前進入了一種誤區，認為開設了這樣的課程，就與自己的課本教學無關。但通過不斷交流，就實現了很大的跨越——促進了這些教師對自己教學理念上的改變。

在杭州保俶塔實驗學校執教的美國教師斯普譚八介紹說，美式STEM教育依托的是科學、數學、工程三門學科，并不需要在所有課程中去展開。美國的STEM教育是以就業為導向，從幼兒園開始就結合職業規劃設計，一直到初中、高中、大學。

2013年，杭州保俶塔實驗學校引進了美國STEM教育的理念，再根據學校的特色，在學校原有信息技術課程的基礎上，融入跨學科、實踐、德育等推出了CCTSS課。該課程首先要求學生在家庭、學校、社區或者是更大范圍的環境中，找到存在的一些問題——當然，這些問題是可以通過技術性手段去解決的——學生可以將自己發現的問題記錄下來上交，老師則會把相同問題的學生分成一組，接下來就是如何利用技術手段解決問題的過程了。“學生每學期需要解決一兩個問題。”保俶塔實驗學校副校長王理說，比如有學生因為覺得睡前關燈不方便，因此通過技術手段，發明了智慧燈和延時燈；也有學生在運動會時發現人工給主席臺傳遞通訊稿時不方便，于是想到自己制作簡易的無人機傳送通訊稿等。當然，并不是所有發現的問題都能解決，學校只從學生發現的20多個問題中，確定其中的6個可以解決的問題。

目前，保俶塔實驗學校開設的這一課程，主要面向初一、初二的學生，每周兩節課，大約也是80分鐘至100分鐘。這一課程由于涉及動手實踐，因此也安排長課時。杭州市教研員聞蓉美在該校美國教師的課堂上，發現學生用了14分鐘去探究，發現“不成功”與“成功”的地方。在我們現有的教育理念中，這簡直就是浪費時間，是我們傳統的教學法不能容忍的。

北京師范大學教授林靜指出：“探究”這個詞并不陌生，但傳統意義的探究，可能更傾向于學術研究，STEM的探究，更注重解決實際問題，是一種更真實的教學，更大的教育理念。杭州市一所學校的語文老師關注到一個細節，美式STEM課堂中，課程環節設計不花哨。老師更像是一個主人，將課堂串聯起來，而把主角的位置讓給學生，讓孩子們有更多的時間去表現。她認為，這個理念，甚至可以貫穿到家庭教育中，我們的家長是不是也更應該讓位于孩子，不要包辦、代替孩子做事情，而要讓他不斷試錯，從而發現他自己。

除了課上的STEM教育，科學館、自然博物館以及家里，都是美國STEM教育的一部分。在美國家庭，STEM融合到了家庭教育當中，比如閱讀科學雜志、關注科學新聞等。

鼓勵女生進入理科領域

STEM在傳統上被認為是男生的領域。這一領域在中國被稱為“理科”。在美國一些特定的STEM領域，女性和一些少數族裔成員的人數明顯很少，而這些領域逐漸成為高薪工作崗位的重要橋梁。獲得STEM學位是從事STEM職業的一個重要前提，但拿到這個學位的人非常少。

從目前美國的情況來看，女性是大學校園學生的主力，大約占整個勞動力隊伍的46%，但獲得計算機科學和工程學等領域學士學位的女性比例不到五分之一，僅占STEM崗位工作人員的28%。為了改變這一現狀，美國印第安納州從2012年開始制定了發展計劃，也取得了一些進展。從2013年開始，當地舉辦專門的女性STEM教育大會，初步完成了STEM學校的認證和評定制度，評選出了20所作為典型，制定新的科學STEM教育的標準，設立國際化的STEM教育項目。

2017年2月，美國政府簽署了兩項與STEM相關的法案，授權NASA（美國國家航空航天局）和NSF（國家科學基金會）鼓勵更多的女性和K-12的女孩學習并進入STEM領域。

2018年國際“三八”婦女節的時候，全球知名職業社交網站領英（LinkedIn）發布了一份報告，稱過去40年里，女性人數在STEM領域中的增長遠超過其他任何領域。這份報告調查了女性專科或者大學畢業后的第一份工作，發現女性比例在科學、技術、工程和數學這些領域都有所上升，女性在IT行業增幅高達25%。

繼領英報告后，另一份由女性商業委員會調查的報告也于3月8日發布，這份報告由委員會成員兼通用汽車首席執行官瑪麗·博拉參與合作。報告總結了幾種在STEM領域中招聘女性和業界如何為女性進入特定領域降低門檻的方式。具體來說，報告指出許多畢業于STEM專業的女性最終卻沒有在相關領域工作。專業和工作不對口的一個重要原因，是缺乏了解女性在STEM中所能擔任的角色。報告作者們極力呼吁教育機構招聘更多的女性STEM教授，希望業界公司為STEM女性的職業發展創造更多的留用項目。

報告也發出一個警告，由于關鍵技術比如3D打印，人工智能和無人車等主導者創新領域，如果我們不重視另外一半人群的想法和技能，那么社會和經濟體將會集體深受其苦。2017年，卡內基梅隆大學迎來了一個新的里程碑——其女生比例有史以來第一次以51%的優勢超過男生。卡內基梅隆大學是一所以計算機為主的學校，但在過去20年，卡內基梅隆大學不斷努力改變男性主導計算機科學的傳統觀念。近年來，計算機學院的女生入學比例逐年上升。2016年計算機學院一年級新生中女生比例高達48.5%，2017年則持續增長，比例增加至49.8%。

女生在STEM專業比例上升也同樣出現在工程學院，女生比例由過去的30%左右增加至最近兩年的43.3%，2016年和2017年一年級女生比例則始終保持在此水平。