STEM教育：國際趨勢與中國探索

丁邦平

國際上對STEM教育內涵的理解基本上有兩種。一是指在各級各類學校實施的科學、技術、工程學和數學等學科教育，在美國政界和學界都普遍感到其理工科教育及理工科人才的危機，因而提出STEM教育理念來加強科學、技術、工程學和數學等學科的教學。二是重視STEM各學科之間的整合教育，以適應當代科技呈現出的學科交叉發展和學科整合的趨勢，并推動面向21世紀的綜合性、創新型人才的培養。后一種理解越來越引起國際科學教育界的重視。2005年以來，美國一些大學開設整合性STEM教育項目，以培養整合性STEM教育師資，同時培養研究整合性STEM教育的高級研究人才。在此意義上，STEM教育是一種整體的教育，也是一種新型教育形態。這種形態的STEM教育，無論在理論上和還是在實踐上各國都還在不斷探索中，很難說有一個成功的教育模式。

美國STEM教育的新趨勢

最近十多年來，美國STEM教育在聯邦政府和各州政府的大力支持和推動下，發展勢頭良好，呈現出以下新趨勢。

第一，聯邦和各州立法機構紛紛制定STEM教育法案，以立法來推動學校和社會開展STEM教育。如2015年奧巴馬總統簽署了《STEM教育法》，隨后各州也頒布了類似的法律。以法治教是美國教育制度的傳統和基本特色，STEM教育的實施也不例外。第二，大學教育學院積極主動地為K-12年級培養STEM教育師資。實施STEM教育除了STEM課程設計與開發外，關鍵要有開展STEM教育的合格師資。美國各大學培養師資的教育學院把STEM教育課程融入中小學數學、科學和技術教師的培養中，使這些學科的師范生都具備開展STEM教育教學的理念、知識和能力。第三，把工程教育與技術教育連接起來，提升技術教育的學科地位。即使在美國，與具有悠久歷史傳統的數學和科學等學科相比，技術教育也是相對比較薄弱的一個學科。最明顯的問題是，在STEM教育中，T（技術）與E（工程學）不像S（科學）與M（數學）那樣受學校重視，因此，STEM教育雖然表面上轟轟烈烈，實施起來卻并不容易。為實施整合性STEM教育，美國許多大學與當地學區及其中小學合作，探討如何把原本只在大學專業教育中才有的工程學內容（特別是工程設計）引入中小學技術課程中。第四，在科學教育中融入技術與工程教育。美國學校的科學教育有廣義與狹義之分。狹義的科學教育僅指生物學、化學、物理學、地球與空間科學，以及整合的科學;而廣義的科學教育實際上就是STEM教育。1996年頒布的《國家科學教育標準》和2013年頒布的《下一代科學教育標準》都把技術教育和工程教育納入科學教育標準之中。第五，開展技術與工程素養測評，提升學生的技術素養。任何學科的發展都需要通過評價和監測來確保學生的學科素養。美國是極其重視學科評價的國家，其學科評價的技術和方法也相對成熟。2014年，美國國家教育進步評估首次對全國8年級學生樣本進行了“技術與工程素養”抽樣檢測。技術與工程素養測評的內容框架涉及學生在課堂內外獲得的技術與工程經驗的三個相互聯系的領域：技術與社會、設計與系統、信息與通訊技術。該測評與科學和數學等學科測評一樣，每隔四年進行一次，完全是數字化的測評，要求學生用筆記本電腦解答真實世界的技術與工程問題，評價他們在理解技術原理、解決與技術和工程相關的問題和運用技術進行交流與合作三個方面的知識與技能。該測評結果分三個等級，即基本水準、熟練水準和高級水準。此外，對參加技術與工程素養測評的學生、教師和學校行政人員，還要求他們填寫了解學生在校內外學習和參與技術與工程機會的調查問卷。

我國STEM/STEAM教育的發展及其面臨的挑戰

與美國相比，我國政府迄今尚未出臺推進STEM/STEAM教育的政策文件。但我國許多中小學開展STEM/STEAM教育的熱情很高，尤其在東南沿海省市的許多中小學校。2017年9月，江蘇省出臺了《江蘇省STEM教育項目學校建設指導意見（試行）》。該省從2015年開始在全國率先啟動STEM教育試點項目。2018年4月，浙江省成立了STEAM教育協同創新中心，確立了15所中小學成為浙江省STEAM教育首批種子學校。在城市區級層面，2018年7月深圳市龍崗區教育局頒布了《深圳市龍崗區A-STEM課程建設指導意見》，在全區中小學校積極開展“人文引領的STEM教育”理論與實踐探索。一些教育研究機構也在主動開展STEM教育理論研究與實踐推進，如中國教育科學研究院與北京市海淀區聯合成立中國教科院海淀STEM教育協同創新中心，對推動我國STEM教育發展發揮了積極影響。

我們必須深刻認識到，中國與美國社會環境與教育制度有很大差別，兩國開展STEM教育的政治、經濟、文化和教育的背景是不同的。例如，美國高等院校理工科學生的比例遠低于我國高校，高中畢業生愿意報考理工科專業的學生人數在減少，中小學學習STEM學科的興趣有下降的趨勢，這就導致了美國的科學技術研究人員和工程技術專家比較缺乏，中小學也長期缺乏數學、科學和技術學科的教師。因此，美國聯邦和各州政府都積極主動地推進STEM教育，從立法、政策和經費上大力支持高等學校和K-12年級學校開展STEM教育。另一方面，美國政界、企業界和教育界都期望保持美國在科技和科學教育上的國際領先地位和競爭力，發揮科技創新人才的優勢，振興美國經濟。這也是美國學校開展STEM教育所需要的社會環境支持。目前我國一些省市出現的STEM/STEAM教育雖然熱情很高，但從全國整體來看，發展極不平衡。東部沿海省市發展快，中西部省市發展慢。就STEM教育本身來看，我國中小學通用技術教育（或勞動與技術教育）長期不受重視，師范院校不設置培養通用技術教育師資的專業，現有的高中通用技術教育教師幾乎全部由相關專業改行任教，初中和小學勞動與技術教育師資更缺乏培養的渠道。另一方面，我國科學教育師資培養長期實行分科培養的制度。這種分科教學體制對開展整合性的STEM教育提出了極大的挑戰。

總之，我國要順利推進中小學STEM/STEAM教育，必須借鑒美國等教育先進國家的STEM教育經驗，同時積極探索符合本國實際的STEM/STEAM教育發展之路。第一，國家教育部和其他相關政府部門需要制定促進STEM/STEAM教育發展的法律與政策，為全國所有中小學開展STEM/STEAM教育提供法律與政策環境和制度安排。第二，師范院校要積極配合中小學開展STEM/STEAM教育的要求，培養高質量的STEM/STEAM教育師資。第三，中小學教師要與師范院校教育理論工作者一起合作開展STEM/STEAM教育研究，探索適合我國教育現代化的STEM/STEAM教育的課程內容、教學資源與評價方法。第四，師范院校要吸取美國STEM教育師資培養的經驗，主動與工科大學的工程院系開展協作，把工程教育特別是工程設計的知識與技能教給科學教育專業的師范生，補齊我國STEM/STEAM教育中E（工程學）短板，以工程教育帶動理科師范生的技術教育，促進理科師范生整合性的STEM/STEAM教育，培養高質量的STEM/STEAM教育師資。第五，要鼓勵各省市縣教研機構像深圳市龍崗區教育局教研室那樣，積極探索具有中國特色的STEM/STEAM教育的理論與方法，自下而上地推進STEM/STEAM教育，為培養具有核心素養的有創新精神和實踐能力的新時代人才做出自己的貢獻。