關(guān)于發(fā)展STEM教育的思考與建議

黃皓 馬宇澄

[摘 要]基于科教興國的戰(zhàn)略，有必要對STEM教育的前期經(jīng)驗和復(fù)雜問題進行分析。STEM師資培養(yǎng)是STEM教育破局的重中之重，基于國情和教育實踐情況，要想進行全方位的課程整合難度太大。因此，項目教師和單科綜合教師兩種師資培養(yǎng)方式都有可取之處。STEM教育順應(yīng)了社會發(fā)展和個人成長需要，它的力量值得關(guān)注。

[關(guān)鍵詞]STEM；師資培養(yǎng)；項目教師；單科綜合教師；教育試點

一、問題的提出

基于科教興國的戰(zhàn)略，STEM教育已成為一個熱門話題。2016年頒布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中指出，“在有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在眾創(chuàng)空間、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力”。顯然，基于國情和教育實踐的不同，STEM教育的落地?zé)o法生搬硬套。

二、英美兩國STEM教育現(xiàn)狀

1.美國STEM教育現(xiàn)狀

（1）政府引導(dǎo)和頂層設(shè)計

由于政府的高度重視和嚴(yán)謹規(guī)劃，美國的STEM教育近年來迅猛發(fā)展并取得了明顯效果。近三十年來，美國歷屆政府連續(xù)發(fā)布多項關(guān)于發(fā)展STEM教育的指導(dǎo)性文件，強調(diào)STEM教育對于增強美國綜合國力的重要戰(zhàn)略地位，并在項目設(shè)計、資金保障等各方面給予大力支持。

（2）師資培養(yǎng)

2016年，美國發(fā)布了《STEM 2026：STEM 教育創(chuàng)新愿景》報告，指出需要整合各學(xué)科，開展與真實世界有關(guān)的任務(wù)探究。為了這一目標(biāo)的實現(xiàn)，具有跨學(xué)科背景的師資力量急需加強，迫切需要通過有針對性的師資培訓(xùn)，幫助教師獲得跨學(xué)科STEM學(xué)習(xí)經(jīng)驗，提倡教師將STEM教育融入課堂教學(xué)，而不僅限于課外拓展范圍。

（3）核心課程

在美國，與STEM相關(guān)的核心課程主要是數(shù)學(xué)、科學(xué)和信息技術(shù)。雖然備受重視，但這些課程的開展依然困難重重。2005年，全國教育進步評估（National Assessment of Educational Progress，NAEP）的結(jié)果顯示，美國總體上只有1/3的中學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)能力方面達到了國家要求。美國工程和技術(shù)人才缺口較大，K-12階段工程教育的發(fā)展嚴(yán)重不足，而工程教育又特別依賴科學(xué)和數(shù)學(xué)知識。

2.英國STEM教育現(xiàn)狀

（1）政策支持

英國在2002年出臺了加雷思·羅伯茨爵士評論報告《為了成功的SET》，該報告重點關(guān)注大學(xué)科學(xué)與工程技術(shù)教育對人才的培養(yǎng)。2004年，英國教育與技能部發(fā)布《2004—2014科學(xué)與創(chuàng)新的投資框架》，將STEM教育的重心拓展到科學(xué)教師和講師的質(zhì)量上。2007年還發(fā)布了《科學(xué)與創(chuàng)新的評論報告》，激勵年輕人從事科學(xué)和工程事業(yè)。

（2）師資培養(yǎng)

在英國，國家科學(xué)教育中心為教師提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)機會，STEM職業(yè)發(fā)展中心支持工商界和教育界之間持續(xù)的知識交流。增加中小學(xué)數(shù)學(xué)和科學(xué)教師的編制，提升現(xiàn)有教師STEM技能，分別進行傳統(tǒng)型和混合型STEM教師的培養(yǎng)，打造STEM教師隊伍。

（3）核心課程

英國STEM教育課程的設(shè)置與中小學(xué)的課程結(jié)構(gòu)相一致。在英國，國家課程將學(xué)生學(xué)習(xí)的4個關(guān)鍵階段（第一階段為5～7歲，第二階段為8～11歲，第三階段為12～14歲，第四階段為15～16歲）和12個基礎(chǔ)科目（英語、數(shù)學(xué)、科學(xué)、設(shè)計和技術(shù)、信息和交流技術(shù)、 歷史、地理、現(xiàn)代外語、藝術(shù)和設(shè)計、音樂、體育、公民）組織起來，數(shù)學(xué)和科學(xué)被安排在整個基礎(chǔ)教育階段，待學(xué)生對基礎(chǔ)科學(xué)知識有了一定了解，科學(xué)探究能力的培養(yǎng)將在第三和第四階段進一步展開。

三、STEM師資培養(yǎng)困境的破局

中學(xué)STEM教育的目的并非培養(yǎng)STEM專業(yè)人才，而是關(guān)注“在海量的信息流和飛速發(fā)展的當(dāng)下，我們的青少年是否能夠在真實情景中像‘科學(xué)家或者工程師那樣思考和實踐”。跨學(xué)科師資的培養(yǎng)不可偏離這個方向。

1.一級培訓(xùn)的局限性

依靠英美的STEM培訓(xùn)機構(gòu)（如英國CLEAPSS機構(gòu)）為我國培養(yǎng)合格師資很難滿足現(xiàn)實需要。筆者分別在2015年和2017年兩次接受了英國STEM專業(yè)培訓(xùn)師的培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容幾乎完全相同。這種培訓(xùn)有以下特點。

（1）培訓(xùn)費用較高

STEM培訓(xùn)機構(gòu)開發(fā)課程并通過多種渠道向各級學(xué)校推廣，所展示的內(nèi)容覆蓋了從小學(xué)到大學(xué)的各個學(xué)段。學(xué)校付費成為會員后，可直接使用現(xiàn)有課程并接受相應(yīng)培訓(xùn)。但這筆費用，我國的絕大多數(shù)學(xué)校難以承擔(dān)。

（2）教育體系不同

英美的教育體系和我國差別較大，所開發(fā)的課程直接用于中國難免水土不服。例如，英方教師認為：“由‘簡單機械組成的復(fù)雜機械”是大學(xué)才學(xué)習(xí)的內(nèi)容，為什么你們在初中就學(xué)了？”又如，英美的STEM教育多以拓展課程的形式來落實，我們則更希望探索與常規(guī)課程的滲透與融合。

（3）STEM教育理念有差別

英方教師認為STEM教育重在理念，只要能主動應(yīng)用科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)來進行教育實踐，就是STEM教育，至于具體形式是數(shù)理化生的跨學(xué)科綜合還是單一學(xué)科內(nèi)部的綜合，那都不是問題。如在培訓(xùn)中，英方的兩位培訓(xùn)師，一位是跨學(xué)科綜合的專業(yè)培訓(xùn)師，另一位是物理學(xué)科內(nèi)部綜合的專業(yè)培訓(xùn)師。我國學(xué)者目前普遍認為，STEM教育應(yīng)是更提倡用跨學(xué)科方法解決真實世界的具有挑戰(zhàn)性的問題，要打破學(xué)科之間的壁壘，使學(xué)生獲得多學(xué)科解決問題的經(jīng)驗。有的人認為STEM教育是為了國民科學(xué)與技術(shù)素養(yǎng)的提升；有的認為是為了促進我國科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域拔尖人才的生長，亦為填補我國基礎(chǔ)教育中學(xué)科融合理念及科研方法培養(yǎng)的缺失等。對這些理解，英方教師表示“可能是文本翻譯時的理解問題，因此不便置評”。推崇應(yīng)建立在真實了解的基礎(chǔ)上，借鑒必須依賴具體國情。可見，依靠英美STEM培訓(xùn)機構(gòu)為我國大量培養(yǎng)合格師資存在局限性。

2.二級培訓(xùn)的可能路徑

如果將一級培訓(xùn)的目標(biāo)定位與STEM教育理念的接軌，培訓(xùn)將卓有成效。接受一級培訓(xùn)的學(xué)員如能在自己的教育實踐中不斷探索和總結(jié)，便有可能成為合格的二級培訓(xùn)教員。

（1）項目教師培養(yǎng)的可能路徑

以北京市八一學(xué)校（以下簡稱八一學(xué)校）的探索與實踐為例，培養(yǎng)項目教師要考慮兩方面的問題。

一是如何培養(yǎng)教師進行課程整合設(shè)計與實施。STEM的技術(shù)性、體驗性乃至實證性與學(xué)校現(xiàn)有課程體系中的通用技術(shù)課有相似之處；而跨學(xué)科、協(xié)作性等又符合研究性學(xué)習(xí)的特點。于是，學(xué)校以通用技術(shù)為切入點，整合研究性學(xué)習(xí)，以項目研究的方式開始了STEM教學(xué)的嘗試。并以通用技術(shù)學(xué)科的選修模塊為載體，開設(shè)了7門課程供學(xué)生選擇。在教學(xué)內(nèi)容上，先對學(xué)生進行研究方法的通識培訓(xùn)，繼而是基于任務(wù)的模塊基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。學(xué)生在該模塊領(lǐng)域內(nèi)自主選題，以項目研究的方式完成接下來的學(xué)習(xí)。例如電子控制與單片機模塊，涉及電子技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)及計算機編程等內(nèi)容，將硬件平臺和軟件程序相結(jié)合，整合物理學(xué)、電路原理、計算機等跨學(xué)科知識。學(xué)生可以自主設(shè)計多樣化、個性化的電子控制項目方案。

二是如何培養(yǎng)教師進行日常教學(xué)與活動設(shè)計。八一學(xué)校的課程實踐采取師生共同參與培訓(xùn)的策略。比如在3D打印機制作項目中，學(xué)校有三十多位教師參加了學(xué)習(xí)。通過歷年培訓(xùn)結(jié)合實踐項目，STEM逐漸作為一種教學(xué)方法滲透到日常教學(xué)。隨著實踐的不斷深入，八一學(xué)校探索出了一個可行的方向，即以項目為引導(dǎo)，通過做中學(xué)的方式進行課程設(shè)計和實踐。在這個過程中，一批勝任STEM項目教學(xué)的教師也逐步成長起來。

（2）單科綜合教師培養(yǎng)的可能路徑

以無錫市第一女子中學(xué)的探索和實踐為例。2013年起，學(xué)校開始進行本土化的STEM教育探索，結(jié)合校情，選擇了以物理綜合實踐活動為突破口。

一是概念界定。中學(xué)物理綜合實踐活動是一種應(yīng)用STEM教育的思想方法組織物理教學(xué)，以提高學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的物理教育教學(xué)活動。研究團隊在實踐中認識到物理綜合實踐活動不應(yīng)局限于課外活動范圍，因此將研究深入到課堂教學(xué)。

二是如何培養(yǎng)教師進行教學(xué)內(nèi)容整合設(shè)計與實施。以“綜合實踐活動——設(shè)計制作一個由簡單機械組成的機械模型”為例。學(xué)生自主設(shè)計使用兩種簡單機械組合成復(fù)雜的機械模型。教師將實踐設(shè)計成課前實踐和課上實踐。課前實踐主要完成有興趣的操作和思考，課上實踐主要完成有意義的交流和總結(jié)。筆者曾與英方教師分享了所在學(xué)校研究團隊將STEM教育本土化的實例（見表1），獲得了他們的高度認同和贊賞。

三是如何培養(yǎng)教師進行日常教學(xué)與活動設(shè)計。科學(xué)離每個人都很近。每個學(xué)生都能擁有科學(xué)素養(yǎng)、運用科學(xué)知識，并擁有自己的“科學(xué)夢”。呵護每個學(xué)生的科學(xué)夢，應(yīng)從改變學(xué)生的固有認知、激發(fā)興趣開始。應(yīng)使學(xué)生保持對科學(xué)的好奇心，擁有基本的科學(xué)知識、思維方式、操作技術(shù)，并適應(yīng)多元化的社會環(huán)境。現(xiàn)階段，執(zhí)教者期望結(jié)合中學(xué)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)適合學(xué)生實施的系列活動。因此，研究團隊采取以下做法。其一，面向全體學(xué)生。STEM教育面向全體學(xué)生，但由學(xué)生自主選擇做什么和怎么做。目的是讓全體學(xué)生享有平等的教育機會。其二，少數(shù)既有興趣又有能力的學(xué)生，可自主選取教材的部分內(nèi)容進行探究實驗，并向全班匯報活動成果，獲得師生的反饋。其三，根據(jù)多數(shù)學(xué)生的實際情況，選取教材的部分章節(jié)改編成集體活動，活動的共同點包括：探究任務(wù)和目標(biāo)比較明確，情境創(chuàng)設(shè)有適度的障礙，背景資料、探究方法等比較容易獲得。其四，選擇合適的教學(xué)載體。如將物理綜合實踐活動與日常教學(xué)融合，課堂教學(xué)在某種意義上就成了更大范圍內(nèi)的綜合實踐活動，活動自然就做到了常態(tài)實施，學(xué)科教師也就自然成了單科綜合教師。

（3）兩種路徑的比較

“提倡用跨學(xué)科方法”是一個更好的理念，但實施起來更困難，尤其是培養(yǎng)對“跨學(xué)科”沒有限制的“全科教師”，難度很大。因此，與八一學(xué)校的實踐路徑相比，物理綜合實踐活動的探索更貼近課堂學(xué)習(xí)，學(xué)科性更強，更適合植入目前的課程體系。物理綜合實踐活動基于學(xué)科，但不打破學(xué)科的原有安排，把學(xué)科知識和跨學(xué)科知識連接起來，從小切口進入，是一種“微創(chuàng)式”的創(chuàng)新，不需要耗費大量資源，可操作性較強。對于課程整合、課程統(tǒng)整來說，起到了牽一發(fā)而動全身的作用。

3.因地制宜，因校制宜

德國理論物理學(xué)家馬克斯·普朗克曾說：“科學(xué)是內(nèi)在的整體，被分解為單獨的部門，不是取決于事物的本質(zhì)，而是取決于人類認識能力的局限性。實際上存在著由物理學(xué)到化學(xué)，通過生物學(xué)和人類學(xué)到社會科學(xué)的鏈條。這是一個任何一處都不能被打斷的鏈條。” STEM教育的本質(zhì)是要推動不同領(lǐng)域特別是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四大領(lǐng)域知識之間的整合。它是要使學(xué)生學(xué)習(xí)到的多學(xué)科零碎的知識與機械的過程轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴澜绲南嗷ヂ?lián)系，多角度看待世界的復(fù)雜事物，并把它轉(zhuǎn)化為探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程。每個學(xué)校都有不同的情況，因地制宜、因校制宜是應(yīng)有之意。基于我國的國情，對普通學(xué)校來說，要想進行全方位的課程整合存在較大難度。因此，兩種師資培養(yǎng)方式都有其可取之處。

四、對試點工作的建議

1.建議小學(xué)和職業(yè)院校全面試點

對小學(xué)生學(xué)習(xí)能力的科學(xué)研究表明，小學(xué)生具有強大的學(xué)習(xí)能力，他們可能缺乏知識和經(jīng)驗，但并不缺乏推理能力。小學(xué)生是主動的學(xué)習(xí)者，可以在恰當(dāng)方法的有效引導(dǎo)下，學(xué)習(xí)更多基本知識和技能。同時，小學(xué)生的學(xué)業(yè)壓力較小，有利于STEM教育在小學(xué)全面試點。

職業(yè)教育在我國現(xiàn)代化進程中的作用越來越凸顯。STEM教育的發(fā)展，對職業(yè)院校（包括職業(yè)高中）教師的素質(zhì)提升、教學(xué)質(zhì)量的改善是一個重要的抓手，有利于建設(shè)一支素質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、專兼結(jié)合的高素質(zhì)、專業(yè)化教師隊伍。此外，職業(yè)院校與其它學(xué)段相比較，在文化、機制、體制、師資等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。職業(yè)院校全面推進STEM教育，符合國家、社會和個人的利益。

2.建議初高中學(xué)段的試點精選并緩行

在初高中階段教學(xué)的現(xiàn)實環(huán)境中，客觀地講，任何改革和嘗試都有一定的風(fēng)險，并需要一個長期的漸進過程，這從中高考制度改革便可見一斑。如果在初三、高二和高三學(xué)段進行試點，必定會遇到很多阻礙。因此，建議在初一、初二和高一學(xué)段精選能力和勇氣兼?zhèn)涞慕處煟骖櫢鱾€層次的學(xué)校，在小范圍內(nèi)試點，并需要在行政、學(xué)術(shù)和生活等方面給予相應(yīng)的扶持，待取得一定的成效，得到多方認可后再逐次推廣，不宜用行政手段強力推行。

綜上所述，為什么要發(fā)展STEM教育？是因為它順應(yīng)了社會發(fā)展和個人成長的需要，有利于學(xué)科教育回歸科學(xué)的更真實的自然狀態(tài)；它不拘泥于單一學(xué)科的實際應(yīng)用，可以有機整合多學(xué)科的知識加以綜合應(yīng)用。STEM教育很可能對核心素養(yǎng)的落地給出一個更具操作性的解答，也很有可能成為撬動傳統(tǒng)課堂教學(xué)轉(zhuǎn)型的一個支點，因此具有重大的現(xiàn)實意義。STEM教育的力量值得關(guān)注。

參考文獻（編者略）

（責(zé)任編輯 郭向和）