STEM教育實踐的主要表現型態論析

楊啟光 袁欣

摘? ?要?基于項目的STEM教育實踐主要是通過聯結正式學習與非正式學習的教育型態，開展普遍性的社會實踐，以實現社會本位的教育實踐目標。正式學習方式的STEM教育實踐，主要圍繞營造STEM校園文化氛圍、建立校內外STEM項目的有效銜接、優化STEM課程教學模式等內容展開。作為非正式學習方式的STEM教育實踐，強調為學習者提供契合的學習時間、環境、經歷與實踐，著重培養學生在知識、技能、態度和情感上的全面發展。

關鍵詞 STEM教育? 正式學習? 非正式學習

隨著STEM教育不斷受到關注，STEM教育正逐步應用到教育教學實踐中。在廣泛的STEM教育實踐中，逐步形成了將正式學習與非正式學習兩種類型進行有效聯結與融合。本文主要以正式學習與非正式學習活動為主要視角，分析正式和非正式的STEM教育實踐活動的主要表現與趨勢，以此積極推動STEM教育的未來發展。

一、基于項目的STEM教育實踐的學習特性

1.突出知識的整合

（1）學科知識間的整合

以項目為載體的STEM教育要求嵌入真實情境和真實問題，同時在問題中注重多學科知識的交叉組合，形成結構化的邏輯課程結構。通常是將跨學科的知識內容嵌入問題情境中，讓學生在完成項目活動的過程中尋找各學科知識的整合點，完成多學科知識系統建構任務，促進學生元認知能力的發展。

（2）學科知識和社會實踐知識的整合

STEM教育的知識整合不僅包括學科間知識的整合，還包含整合社會實踐經驗的STEM教育。經驗也是知識，實踐經驗和學科知識的最大差別在于實踐經驗往往需要具備一定的實用性。基于項目的STEM學習實踐就是讓學生將習得的學科知識轉化為可用于解決實際生活問題的社會實踐，將客觀的知識應用于實踐。

（3）學習者間知識的整合

基于項目的STEM實踐是以學習者為中心的互動學習模式，強調通過團體成員之間的交相互動，探究學習實現STEM知識的獲得、整合和應用。學習者會在項目的解決過程中，交流、傳遞、生成和更新各自的知識經驗，這種由特定時間和空間積累的零散知識會在項目完成的過程中抽象成普遍系統的深刻知識，使得學習者的知識結構走向深度化、多元化和前沿化。

2.關照學習者的經驗

（1）立足學習者的直接經驗

基于項目的STEM教育一方面彰顯直接經驗的個人意義，另一方面尊重間接經驗的對立，在建構主義學習觀引領下關注學習行為、合作精神、探究體驗，更重要的是將學生感興趣的社會問題、科學道德問題、熱點科學問題等引入活動環節之中，使之作為導火索或一種情境，賦予STEM科學人文氣息。

（2）回歸學習者的生活世界

盡管充滿客觀邏輯的科學世界在一定程度上是超越主觀的生活世界的，但是只有回溯到生活世界，科學世界才會變得更加溫暖，更具有真理的意義。因此，基于項目的STEM實踐活動立足于突破傳統學習的疆域，回歸學習者的真實世界，讓學習者作為意義的主動建構者，積極參與到日常生活中發現和提出具有價值的某個專題，構建一個學生感性的實踐活動。

（3）關照學習者的社會價值

基于項目的STEM主導的學習價值遵循著社會本位的學習目標，即個人的發展要符合社會的需求，在個人本位和社會本位的整體發展關系上，傾向于將社會本位作為指導。正如澳大利亞學術研究會提出的，STEM教育不僅要包含科學和數學，還涉及健康、醫療、農業等領域，以期創造一定的社會經濟價值。

3.注重協同學習

（1）借助互聯網支持下的協同學習

教師可以借助互聯網尋找STEM經典教學案例或者上傳優秀教學視頻或課件實現網絡資源的共享。學習者借助互聯網有針對性地查詢自己在項目探索進程中需要的信息，同時可以通過網絡交互工具與項目成員之間保持必要的交流。此外，基于項目的STEM教育常常會借助計算機科學技術實現學生在虛擬的情境化中對現實情境的體驗，實現人機交互。

（2）注重研究為基礎的協同學習

基于項目的STEM教育是讓學習者對已有的經驗規律進行深入研究，從而發現領悟現有知識中存在的不足。讓學習者研究某一領域背后蘊含的真正哲理，其目的不僅是讓學習者在研究過程中實現現有知識的應用，同時讓學習者在獲得更具有現實價值產品的過程中實現科學探究精神和創新能力的發展。

（3）搭建學習支架的協同學習

支架式學習意在學生的現有水平與潛在發展水平差距之間搭建恰當的支架，包含情境性支架、策略性之家、資源型支架、交流型支架和評價型支架五種類型[1]。在STEM教育項目中，支架可以給學生在現有的水平與要完成任務之間提供幫助，讓學習者能夠感知多學科的科學語言和隱性知識的體悟與理解，同時讓不同類型的學習者根據需求選擇恰當的素材工具以利于STEM學習者知識的表征和意義建構。

（4）強調多方共同體評價的協同學習

基于項目的STEM教育要求多角度對個體、項目、區域共同體的角度進行多方評價，具體包括學生在項目中的參與度、學生的技能發展、知識內容的轉變、價值觀的提升以及參與到STEM項目后的興趣變化等[2]。由于基于項目的STEM教育并不是只有學習者自身的參與，還包括項目、支架、協助者等各要素之間的互動溝通流動，因此多方協同的評價內容不僅為參與者的具體發展提供依據，同時能夠保證評價的整體性、適切性和參與性[3]。

二、作為正式學習的STEM教育實踐活動

1.STEM校園文化氛圍的營造

（1）自然認同

近幾年STEM教育發展態勢迅速，很多地區和學校通過各種方式吸引更多學習者加入到現有的STEM實踐活動中。這主要歸功于學校將STEM教育的先進理念滲透到日常學習之中，引導教育改革符合時代發展的特點，使基于項目的STEM學習實踐在課程、教學、校園文化活動等方面得以充分體現。

（2）強化認同

根據基于項目的STEM教育的實踐性特點，學校在積極營造和諧STEM文化的同時通過強制手段在學校內部建立STEM教師團隊帶動學生共同參與STEM教育實踐。具體方式是專業教師向學生介紹STEM教育研究現狀，積極開展STEM教育課堂，鼓勵和吸引一部分學生加入STEM項目實踐中，有針對性地提高學生的興趣以增強學生的積極情感體驗，吸引學生從事STEM教育事業。

（3）理解認同

項目成果是深入理解STEM教育的真諦，而鼓勵創新交融是STEM教育創新成果的應然途徑。具體做法包括在學校設立STEM教育專項基金，開展STEM科技文化節，建立科技實驗室、虛擬現實功能教室，積極展示教師團隊或者教師和學生合作團隊生產的創新成果。同時STEM教育提倡學生之間、教師之間、學校學習者和專家之間以及學校和社會企業組織之間建立協同聯動的網絡共同體，共同推進STEM實踐活動的發展。

2.STEM學習實踐活動的設計

（1）開放層次化多元化的學習目標

基于項目的STEM實踐活動會根據學生現有發展水平明晰學習目標。澳大利亞開發的“多功能救助車輛”項目實踐活動中，將“為什么需要一個新型救援車，新救援車輛必須能夠做什么”作為小學階段需要完成的教學目標，“哪些已有的知識可以用來構建救援車輛”作為中學階段嘗試解決的教學目標，“我們如何給客戶提供最好的設計”需要高等教育階段進行優化設計和評估改進[4]。同時對于相同年級的學生，也會根據學生個體之間的差異設置多元化的學習目標。這種在不同的學習階段設置與學習者相適應的學習目標，不僅能夠保證學生在完成任務目標時體驗成功的喜悅，進行思維的鍛煉，同時能夠幫助他們認識到完成更深層次任務的潛在發展空間。

（2）設計一致性和連續性的學習任務

STEM教育實踐活動的一大創新之處就在于將K-12和高等教育結合起來解決未來工作場所的學習需求，在中等教育和高等教育之間建立橋梁。對于小學生而言，STEM教育實踐活動在于幫助他們獲得能夠終身學習的技能，教會他們成為一個終身學習者。對于初中生而言，在于激勵和鼓舞他們解決現實生活出現的問題，在項目實施過程中找到興趣方向。對于高中生而言，基于項目的學習在于給學生一個機會探索自己的興趣，培養學生獨立完成問題的能力，并使他們在解決問題的過程中實現對概念的深刻理解。因此STEM教育實踐活動在于使不同年級階段的學生根據他們的身心發展特點完成不同階段的學習任務，從而保證學習階段的一致性和連續性。

（3）構建知識情境依存性的學習環境

情境學習理論發源于“情境理性”的知識觀，強調不同的情境會讓學生感知不一樣的知識，在情境中學習會讓學習者感知真實的場景，實現學習者的“合法參與”。基于項目的STEM教育實踐活動通常以游戲的方式或者虛擬的情境讓學生實現做中學、玩中學、體驗中學的目的。英國一所高校開發的“生態虛擬環境”游戲就是利用現代技術為學生營造一個虛擬的情境，這種教育游戲具有很強的代入感和挑戰性，有利于激發學生的STEM學習興趣[5]。

3.STEM學習實踐活動的開展

（1）展開校內外合作，共同開發綜合性課程

基于項目的STEM課程開啟了課程開發的范式轉換。這種轉換表現為課程不僅僅是國家課程和校本課程的開發，通常集合了學校、教師、學生和社會各界的力量共同開發一個精準項目活動保證以項目為載體的STEM教育現實價值的充分發揮。

（2）聯合高校等開展教師教育，促進STEM教師的專業發展

當前STEM正式學習缺乏專業教師教育，學校構建STEM教師團隊鼓勵教師協作發展，共享知識資源，共同商討促進學生成功的策略。同時學校與高校、博物館、科技館、企業組織、社區之間展開有效溝通，通過工作嵌入式的方式，共同促進專業教師的發展[6]。

（3）各組織部門共同參與，搭建合作交流平臺

基于項目的STEM教育需要互聯網技術的支持，意圖通過技術提高教學、學習和研究。學校可以通過建設數字化探究實驗室開展生物、化學實驗教學活動，另外可以與校外技術人員創建實踐社區，搭建共享的協作學習環境，幫助學習者之間進行廣泛的學術交流。

三、作為非正式學習的STEM教育實踐活動

1.契合學習者社會訴求的學習方式

（1）開放自由交流的環境和時間

與正式學習相比，非正式學習下的STEM教育有更為寬松的實踐時間。非正式學習下的STEM教育通過給學生提供更為自由輕松的交流環境，通過彼此間更高效的溝通促進更為深入的學習研究，同時富有道德關懷的專業服務人員通過對學生有針對性地指導和幫助，更能夠激勵學生勇敢探索自己的想法，促進學生學習的興趣。

（2）豐富親身經歷的現實情境

非正式STEM教育不僅可以提高不同性別和種族的學生在該領域的學習興趣和社交能力，同時滿足學生在社會經歷和社會實踐方面的需求[7]。非正式學習下的STEM教育可以給學生提供現實的親身經歷，這種親身經歷相較于實踐經驗而言則更具內涵。例如學生在了解關于環境可持續性發展的話題時，就有機會參觀和體驗“太陽能住宅”，這種讓學生們在參觀體驗過程中學習太陽能電池的概念和工作原理，并且學習思考如何建造一座不需要電網的的房子更有助于學生直面問題、思考問題、解決問題。

（3）發展連貫性的社會實踐

基于項目為載體的實踐活動具有整合知識和協同性、實踐性的特征。因此，開展一個連續的實踐活動對于已完備成熟的STEM學習團體而言更能夠保持知識系統的連貫性。例如“美國自動車輛系統”（簡稱AVS）實驗室就針對中學女生開展了為期五天的STEM夏令營活動。這一活動主要包括學生團隊合作組織設計EV3水下機器人進行日常挑戰和比賽[8]。

2.耦合三維學習目標下的學習內容

（1）設計包含整合性知識的實踐項目

有效的非正式學習不僅可以有效彌補正式學習時間和教師專業發展不足的缺陷，同時可以在項目實踐的過程中實現知識的理解和獲得。學生們通過智能手機中安裝的應用程序構建和控制EV3樂高頭腦風暴機器人，通過生物啟發式機器人理解學習機器人制作、計算機編程的基礎知識，控制機器人，并通過學習感官和理論探索反饋理論的概念機器人的感覺運動組件。

（2）提升女性STEM興趣和技能的文化實踐

很多研究表明，女性在科學技術領域的參與率很低，而非正式學習下的STEM項目則是為打破這一現象做出的具體努力。AVS舉辦的夏令營就是為了改變女生對STEM教育的刻板印象，專為中學女生提供的免費夏令營活動。

（3）聯結不同學習背景經歷的項目成員

非正式學習下的STEM教育有別于正式學習下的嚴肅面貌，旨在運用更適合學習者的語言體系，讓學習者與更頂尖的專家或者學者進行對話，以保證學習者在項目實踐中真實受益。賓夕法尼亞大學的專家就在K10～12年級的學生完成生物學科知識學習后與他們進行了深入的交流，并為他們提供了臨床實踐的機會。

3.聯合分層次教育組織系統的學習管理

（1）策劃者和管理者的有利溝通

策劃者指發起該項目的社會組織部門的成員，主要負責項目活動的開發，與其他參與者建立聯系，尋求資金。管理者指通過財政、法規、實際行動支持該項目完成的政府部門。例如AVS開展的夏令營項目資金和指導者主要來源于德克薩斯州高等教育協調委員會和當地教育部門的支持，此外海軍辦公室還提供了六臺遙控水下機器人供學生進行比賽。

（2）學習者、指導者和協調者的有益嘗試

學習者主要指參加實踐活動的成員，指導者是篩選出來的專業指導人員，是學習者完成項目的關鍵人物之一，主要是對學生進行項目指導，實現對學生學術性和技術性的指導。協調者指根據策劃者和管理者的溝通，負責配合指導者完成教導任務的團體組織專業人員。美國AVS實驗室針對中學女生開展的STEM夏令營活動中，AVS實驗室的兩名博士和本科院校的五名助理，以及當地學區的三名中學教師和專業技術人員對學生進行了指導，五名美國海軍作為協調者幫助學生進行水下機器人競賽。

（3）學校、家庭、社區以及社會組織的有效參與

非正式STEM項目通過與學校之間展開合作，借助校外博物館、科技館等教育資源充分展開教育實踐。同時在學生和家長之間建立有效的聯系，促進家庭成員之間的溝通。例如在非正式學習活動結束后舉辦午餐宴會，宴請包括他們的父母、老師、大學的管理人員、大學教師和研究生等。

參考文獻

[1] 張瑾.STEM+教育中學習支架設計研究[J].現代教育技術，2017，27（10）.

[2] 陳舒，劉新陽.美國校外STEM教育成效評價：視角、框架與指標[J].開放教育研究，2017，23（02）.

[3] National Research Council.Identifying and Supporting Productive STEM Programs in Out-0f-School Settings[M].Washington，DC：The National Academic Press，2015.

[4] Capraro R M， Slough S W. Why PBL？ Why STEM？ Why now？ an Introduction to STEM Project-Based Learning[M].STEM Project-Based Learning. SensePublishers， 2013.

[5] 鄭浩，王者鶴，馬永紅.OECD“催化劑項目”中的STEM教學模式及其啟示[J].中國電化教育，2017（08）.

[6] Friday Institute for Educational Innovation.Middle School STEM Implementation Rubric[DB/OL].https：//www.ncpublicschools.org/does/stem/schools/rubrics/middle-school.pdf.2016-10-09.

[7] 楊全印，卓澤林.美國非正式STEM教育探究：地位、標準和影響[J].全球教育展望，2016，45（12）.

[8] Sreerenjini C. Michael. miniGEMS 2016 STEM Summer Camp for Middle School Girls[DB/OL].https：//peer.asee.org/minigems-2016-stem

-summer-camp-for-middle-school-girls