STEAM教育：問題與思考

袁 磊 鄭開玲 張 志

(1.廣西師范大學 教育學部，廣西桂林 541004； 2.東北師范大學 信息科學與技術學院，吉林長春 130117)

教育部(2015)頒布的《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見(征求意見稿)》提出，“有效利用信息技術推進‘眾創空間’建設，探索STEAM教育、創客教育等新教育模式，使學習者具有較強的信息意識與創新意識”。這標志著STEM教育被正式列入我國政府的工作議事日程。2017年2月，教育部(2017a)頒布的《義務教育小學科學課程標準》也指出，STEM是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織形式，旨在通過科學、技術、工程和數學四門學科的有機融合，培養學生的創新意識和創新能力。同年9月，教育部(2017b)印發的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》提出，綜合實踐課程與其他學科課程并列作為義務教育階段的必修課程，自小學一年級起全面開設。2019年10月，中國教育科學研究院STEM教育研究中心發布的《中國STEM教育調研報告》顯示，81.79%的教師認為開展STEM教育能夠培養學生的創新精神，75.42%的教師認為STEM教育能夠培養學生的實踐能力，69.52%的教師認為通過實施STEM教育，學生能夠掌握科學的研究方法，發展綜合運用知識的能力。這些數據表明，我國大多數教育者對STEAM教育持肯定態度。但STEAM教育實踐也暴露出不少值得深思的問題，例如，對STEAM教育目標的認知混亂，缺乏頂層設計，沒有完整的STEAM課程體系，STEAM教師匱乏等。因此，厘清STEAM教育存在的問題，分析解決對策，探索推進STEAM教育健康發展的路徑，將有助于促進我國STEAM教育的健康和可持續發展。

一、實踐現狀：問題凸顯

STEAM教育為學生和教育工作者提供了探索材料、設計、社會和自然環境之間關聯的機會(Sochacka et al.，2016)。現階段我國STEAM教育存在很多問題，突出表現在以下幾方面。

(一)目標錯位

很多學校都在積極推進STEAM教育，各類示范學校、實驗室(實驗班)、學術會議層出不窮。在STEAM教育飛速發展的同時，我們必須面對這樣一個問題：STEAM教育的目標到底是什么？我國學者一般認為STEAM教育的本質是“跨學科”，目標是利用科學、技術、工程和數學等學科相互關聯的知識，跨越學科界限，從多學科知識綜合應用的角度提高學生解決實際問題的能力(余勝泉，2015)。然而，有些學校和機構對STEAM教育目標的理解存在偏差，STEAM教育實踐未體現該目標，主要存在三個誤區：一是認為融入動手實踐活動的教學就是STEAM教育，主要培養學生的動手操作能力；二是認為STEAM教育是基于信息技術的教學，目標是培養學生的編程能力，為編程競賽做準備；三是認為開展STEAM教育是為了突出以學生為主體的理念，讓學生自己探索新知識。上述三種對STEAM教育目標的理解都是片面的，忽視了STEAM教育培養學生創新能力、合作能力、問題解決能力等綜合能力的目標。耗費了大量人力物力的STEAM教育實踐一旦脫離了它的真正目標，無論出現多少“明星學校”“明星團隊”“明星個人”，也很難對我國教育改革有實質性的貢獻。

(二)沒有實現多學科交融

STEAM教育強調多學科之間的相互融合，學習過程也是學生以多視角、多維度的方式認識并改造世界的過程。系統學習學科知識是開展STEAM教育的前提，而建立各學科知識之間的聯系則是STEAM教育的終極目標。改革開放四十年來，我國基礎教育課程改革不斷深化，但仍存在課程設置不能滿足人才培養需要的問題。在教育實踐過程中，STEAM教育的開展還集中在教育機器人、3D打印以及各種創意電子類課程，沒有真正融入中小學課程改革。現有STEAM課程激發了學生的學習興趣，但沒有改變基礎教育的實質。

我國目前的課程體系建立在嚴格的學科分類基礎上，能高效地進行學科知識教學，但知識脫離情境，缺乏綜合性和應用性。STEAM教育最大的特點是“跨學科”，在豐富的情境中使用項目化教學促進學科融合，形成知識網絡，而不是碎片化的知識點。然而，目前的課程改革實踐為了突出STEAM教育的“跨學科特征”，又走向極端將其視為一門獨立的學科。事實上，STEAM教育只是一個綜合的學科領域，既不能替代學科教學，更不能成為新的學科。把STEAM教育學科化，短期內可能會促進其發展，從長遠看，卻摧毀了它的發展基礎，讓STEAM教育陷入無源之水的境地。為了促進STEAM教育的良性發展，STEAM教育應融入學科課程體系，開發更多的“跨學科”課程，形成以項目化學習為主的教學模式。

(三)商業利益的介入

STEAM教育形式現階段主要有三類：一，基于編程的創意電子類，如Arduino開源軟硬件、Scratch(米思奇)創意編程等；二，基于科學實驗的探究類，如生命科學實驗室、星空實驗室以及3D打印；三，以樂高(LEGO)為代表的綜合類，即既有搭建類課程，也有結合編程的創意電子課程。很顯然，STEAM教育的開展需要特殊的教具，由此，教育公司推出了系列產品，打包推銷給學校。有的學校建立了豪華氣派的STEAM實驗室或區角，但大額的資金投入沒有取得理想的效果，原因在于教育公司過分注重產品的研發和配套，忽視了相關課程和教學方法的研究，教師按照說明書上課，從根本上脫離了STEAM教育的本質。

其實，教具可以是普通材料，也可以是高技術材料，關鍵是如何設計課程并創造性地實施。浙江省在這方面做了有益探索，省教育廳與美國印第安納州合作開展了“2017浙江—印州中小學平移課程教學項目”，來自美國的8名教師在杭州市拱墅區賣魚橋小學和大關中學開課10天，所用教具是紙板、回形針、雪糕棒等常見物品。在實施“100多年前美國西部人口大遷徙”項目時，學生反映“沿著遷徙路線，老師會介紹每個州的風土人情，中途要搭臨時居所，我們就用紙板、吸管、冰棍棒搭房子，非常有意思。”對于豐富的自選教具，美方老師提到，課堂教學會用到很多生活材料，數學、科學等都是基礎性學科，來源于生活，又回歸生活。

(四)改革動力不足與教育資源匱乏

長期以來，我國基礎教育存在 “以教師講授知識為主，學生被動接受知識”的現象，一線教師雖然不斷地參加培訓和進修，但教學實踐仍然強調學科知識的傳授，較少關注學生實踐能力和創新能力的培養，跟不上課程改革倡導的學生“主動參與、樂于探究、勤于思考”的要求。STEAM教育的開展有利于打破這一困局，但也存在改革動力不足和教育資源匱乏的問題。國外STEAM教育改革的動力往往來源于教師自身，而不是政府。教師會不斷地探索新的教學模式，尋找相關支撐資源，避免課程內容脫離現實社會(陳曉慧等，2019)。我國STEAM教育改革的動力主要來自于政府部門或學校，教師在教學方法、課程內容等方面的創新意識薄弱。教師應在教學方式創新上多思考，多開發生活化、綜合性課程，即課程要直接面向社會，與生活融為一體，使課程與學生生活和現實社會建立聯系，讓實踐和生活成為學生發展的源泉。

表一 STEAM教育要素

教育資源的匱乏具體表現為優質課程稀少、專業教師與專業教材短缺。STEAM一般開設在科學課、信息技術課、綜合實踐課或者其他校本課程中，課時緊，師資匱乏。許多教育培訓機構冠以STEAM教育名稱的樂高課程、兒童編程課程的授課老師多為理工科專業背景，缺乏專業的教育素養。此外，我國STEAM教育普遍沒有相應的教材。研究表明，70%的中小學未配備專門的STEAM教材，STEAM教材的獲取途徑主要是自主開發和從企業采購。促進STEAM教育的發展需要編寫配套的STEAM教材，如校本課程、地方性教材。

二、深度思考：路在何方

(一)認識STEAM教育的核心價值

要促進STEAM教育的健康發展，我們需要深刻理解STEAM教育的核心價值。STEAM教育包含多個要素(見表一)，其課程內容包括科學、技術、工程、藝術和數學學科知識，教學目標可以分為三個層次：使學生掌握跨學科知識是STEAM教育的低層次目標；中等層次的目標是獲得問題解決能力、自主探究能力和合作學習能力等綜合能力；高層次目標是培養學生的計算思維、設計思維等高階思維。STEAM教育的教學環境不局限于教室，博物館、科技館、社區都可以開展STEAM教育。在教學評價方面，STEAM教育結合了形成性評價、總結性評價、學生自評和同伴互評等多種評價方式。同時，它在培養全面發展的社會合格公民，實現新時代的教育創新等方面也有重要作用。

1.培養全面發展的合格公民

在應試教育背景下，社會、學校、家庭將重點放在學生文化課程的學習上，對生活實踐、解決實際問題等關注較少，導致學生的實踐創新能力、問題解決能力、團隊合作能力等欠缺。而STEAM教育要求學生不僅要學習數學、科學、人文藝術等理論知識，也要具備解決實際問題、知識遷移應用等能力。為消除應試教育的弊端，我國2016年發布的《中國學生發展核心素養》，將核心素養分為文化基礎、自主發展、社會參與三個方面，綜合表現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新六大素養。比較STEAM教育與核心素養之間的關系可以發現，兩者之間具有高度一致性(見圖1)，開展STEAM教育為學生核心素養的培養提供了途徑，進而培養全面發展的未來社會合格公民。

2.實現新時代的教育創新

教育創新指打破傳統的以教師講授為主的教學模式，培養學生的創新精神和創新能力。STEAM教育理念滿足了教育創新的這一要求。STEAM教育的教師角色發生了轉變，從知識的給予者變為學生獲取知識的協助者；教育的目的不僅是學習課本知識，還要以解決真實問題為重要目標；傳統教育活動的情境創設只是作為輔助環節，面對的問題脫離了現實生活。STEAM教育的真實情境是統整課程的核心概念，也是跨學科課程能夠引發學生參與動機的關鍵(Bybee,2010)；課程內容變得越來越綜合性、生活化；學生學習方式以協作學習、項目化學習為主；教學資源越來越豐富，除數字化教學資源，還給學生提供探究活動所需的實驗器材；STEAM教育也為實現多元化學習評價提供了契機，學科知識通過融入實踐活動與學生學習結果相聯系(Hudson et al., 2015)，因此，評價維度應包括學生的知識理解、技能展示、價值觀等，同時關注認知性評價、基于證據的評價和表現性評價。

圖1 STEAM教育與核心素養關系

(二)改革路徑

STEAM教育實際上是工程技術驅動下的教育模式，培養學生成為知識的生產者。從工程和技術活動入手，學生既可以獲取技術知識，又可以生動地走進和理解科學知識(任友群，2017)。結合積累的STEAM教育實踐經驗，我們認為，要解決我國STEAM教育發展問題，推進STEAM教育深化改革，可以從政策支持、教育生態構建、學習模式構建、課程開發、技術助力和教師培養六個方面綜合考慮。問題與對策之間的映射關系見圖2：構建STEAM教育生態與基于統整實踐的學習模式，能夠解決STEAM教育學科知識不交叉的問題；制定政策、運用技術手段可以解決商業利益的過度介入問題；培養專業的STEAM教師和開發特定的STEAM課程，能幫助老師準確理解STEAM教育目標， STEAM教育資源匱乏、開展動力不足問題也能得到有效解決。

圖2 STEAM教育發展問題與對策

1.政策支持：國家加強頂層設計與整體規劃

自美國提出STEAM教育概念以來，很多國家相繼發布了STEAM教育相關政策或發起相關項目(見表二 )，國家層面出臺的政策是實施STEAM教育的有力保障。

表二 部分國家STEAM教育政策解讀

縱觀各國STEAM教育政策可以發現，美國十分重視STEAM教育公平，力求讓所有青少年都能參與STEAM學習；德國注重提高學生對STEAM教育的興趣，追求STEAM教育的職業化發展；澳大利亞除了對學生提出要求，還要求教師具備較高的STEM教學能力；荷蘭發展STEAM教育的目的是解決科學家和工程師的短缺。

為了培養更多的復合型和創新型人才，我國也開始關注并實施STEAM教育，但缺乏支持STEAM教育全面發展的專門政策及保障和激勵機制(祝智庭等，2018)，現階段的STEAM教育大多以綜合實踐活動或者研究性學習的形式加以實施。基于以上問題，我國政府部門要加強頂層設計，制定國家層面和區域層面的STEAM教育政策。STEAM教育政策應明確高等院校、中小學、社會企業等機構應承擔的職責、說明開展STEAM教育的目的和方式、提出專業STEAM教師培養的措施、從職業發展的角度思考STEAM教育的角色定位等內容，形成較完善的政策法規體系，從政策層面保障STEAM教育的實施，最終達到人才強國的目的。

2.教育生態：建立“學校-社區-企業”三位一體教育體制

完整的教育體制是開展STEAM教育的重要前提，確保師生對STEAM教育的關注度、學習興趣和重視程度。《美國STEM教育戰略2018》提出了構建包括政府、企業、研究機構在內的STEAM教育生態系統，通過豐富STEAM教育的參與主體，為課程開發、學習者活動等提供支持(宿慶等，2020)。參考美國教育戰略，我們提出了基于我國STEAM教育現狀的生態系統：“學校-社區-企業”三位一體的教育體制，將與STEAM學習相關的學校、企業和社區環境全都囊括其中，通過正式學習、非正式學習與課外學習的融合，真正達到“STEAM教育無處不在”的目的(趙中建等，2015)。為了使STEAM教育得到可持續發展，教育機構、社會及企業均需承擔一定的職責：高校和基礎教育學校作為STEAM教育研究和實踐的重要場所，肩負著開發一系列STEAM項目、探索切實可行的STEAM教學模式、探討STEAM教育教學效果等任務；社區為學生課外項目提供了場所，同時提供了學生社會實踐的機會。例如，探究社區植物的種類與生長狀況、調查小區垃圾分類情況，使學生做到學以致用，真正培養學生的問題解決能力；企業負責為STEAM教育資源的開發、STEAM課程的實施提供經濟支持，同時，企業應與研究機構合作開發STEAM教育項目，提供豐富的STEAM課程。“學校-社區-企業”三位一體的教育模式，有助于STEAM課程變得生活化，將非正式學習活動融入課程中。

3.學習模式：構建基于統整實踐的STEAM學習模式

國內學者提出了基于工作坊的STEAM學習模式(STEAM-工作坊學習)，該模式包含教育人員、學習方式、學習過程、學習目標等要素，致力于培養學習者的高階思維、核心技能、學科知識、創新能力以及合作精神(李王偉等，2018)。基于工作坊的STEAM學習的核心是統整與實踐，既整合各學科知識，又提高學生的參與度。

基于統整實踐的STEAM學習，其基本構成要素包括小規模的學習小組、真實的學習情境、精確的學習材料、明確的學習任務、多元的學習評價。學習小組是學生開展協作學習的基礎，小組成員之間的溝通交流、合作探究等活動有利于提高STEAM學習的效率和質量；真實的學習情境對學生的整個學習過程起到支撐作用，包括技術支持、設備支持和學習方法支持；作為學生開展STEAM學習的先前材料，學習材料能夠使學生更好地理解需要完成的學習任務，增加自己的知識儲備；學習任務表現明確了學習小組的團隊任務和小組成員的任務分工，使每位小組成員都能參與團隊任務；學習評價的多元化不僅體現在評價主體的多元，還體現在對學生學習效果評價維度的多元，學生的動手實踐、小組成員的討論、小組作品的創意等都可以作為評價的內容。

4.課程開發：培養學生綜合能力的STEAM校本課程

優質STEAM課程是實施STEAM教育的前提。STEAM課程的開發是跨學科課程整合的過程，涉及學科知識整合、兒童經驗整合和社會生活整合等多個方面(李學書，2019)。開發STEAM校本課程是解決我國基礎教育STEAM教育資源短缺的重要途經。

STEAM校本課程的開發在整合社會、學校、企業等多方資源的基礎上進行，鼓勵教師跨學科合作(黃璐，2020)。課程開發人員可結合設計思維的過程模式，以培養學生的綜合能力為基本落腳點。通過學習STEAM課程，學生能提高問題解決能力、科學探究能力、動手實踐能力、創新設計能力等(陳鵬等，2019b)。開發STEAM校本課程的流程一般包括生成課程主題、設計學習活動、優化設計三個步驟，其中，設計學習活動是課程開發的重點，需圍繞特定的學習目標設計，綜合考慮交互過程、學習資源、學習工具和活動規則等因素(楊開城等，2020)。以培養學生綜合能力為目標的STEAM校本課程能有效提高學生的參與度、培養學生的科學探究精神。中小學教師應充分利用校內外教育資源，與校外STEAM教育企業合作，開發優秀的STEAM校本課程。

5.技術助力：借助技術手段推動STEAM教育發展

作為STEAM教育中的一門學科，技術發揮著重要作用。3D打印、虛擬/增強現實、人工智能等技術的發展為STEAM教育提供了便利。目前，一些國家和機構正積極探索3D打印技術和STEAM教育融合。例如，美國斯特塔西有限公司推廣技術與工程教育的3D Printing Curriculum STEAM學習資源包，整合了3D打印技術、工程設計、科學、數學、藝術等知識，培養學生問題解決、協作和溝通技能(王娟，2016)。人工智能技術在智能引導、自適應學習環境創設、實時記錄追蹤、監控與反饋、資源推薦和知識共享六個方面為STEAM教育提供支持(唐燁偉等，2017)。借助相關技術開展STEAM教育，既可以培養學生的多項技能，又能夠有效推動STEAM教育的實施。融入虛擬現實技術的STEAM教育能給學習者提供逼真的學習環境，在虛擬環境中感受現實生活中難以接觸的場景。STEAM教育與技術的結合需要教育工作者的不斷實踐，高等教育機構、科研部門要與中小學緊密配合，將技術應用于STEAM教育實踐(王卓玉等，2018)，使STEAM教育成為常態，從而解決商業利益過度介入STEAM教育的問題。

6.教師培養：加強STEAM教師專業發展

STEAM教育的高效開展離不開專業的STEAM教師。為了培養卓越的STEAM教師，美國推出了UTeach項目。該項目從課程設置原則、培養方案、評價體系、保障系統四個方面作了詳細論述(見表三)(高巍等，2019)。我們可以通過多種途徑解決當前STEAM教育師資不足的問題，例如，美國UTeach項目，注重課程體系構建、課程評價體系構建、教師專業培訓及經費支持等。其中，教師專業培訓是加強STEAM教師專業發展的重要方式，除了傳統的線下培訓以外，還可以采用在線研討、視頻課程等線上培訓。大學設置STEAM教育相關專業能夠增強STEAM教師的專業性，使STEAM教師具備較高的綜合素質，包括提高STEAM課程研發、課程活動的把控能力等。高素質的STEAM教師是培養學生核心素養的重要保障。此外，“雙高合作”(高中和高校合作)也是加強STEAM教師專業發展的有效途徑，能促進基礎教育教師學科專業知識、項目設計與實施技能、跨學科教學實踐能力的發展(朱征，2018)。卓越的STEAM教師能夠準確把握STEAM教育的概念與內涵，突出STEAM教育的“跨學科”特點，帶動STEAM教育的科學發展。

表三 美國UTeach項目課程體系

三、結 語

2017年4月科技部印發的《“十三五”國家科技人才發展規劃》指出：“科學前沿領域高水平人才、高端研發人才和高技能人才存在較大的供給缺口”，現在的兒童將為我國下一階段現代化發展提供重要的人才支撐(科技部，2017)。兒童時期是學生養成良好學習態度、培養興趣愛好的重要時期。作為一種跨學科教學的理念和培養科技創新人才的有效模式，STEAM教育應該從兒童時期開始，幼小銜接階段基于項目的STEAM教學模式以低門檻、低成本、普惠性為特點，抓住兒童成長的關鍵期啟發他們對世界的探究熱情，從生活實際問題出發，圍繞核心概念和關鍵技能培養兒童的STEAM素養。

融入人工智能等科技的STEAM教育將為學生核心素養的培養提供新的路徑。一方面，在人工智能的推動下，基礎教育教與學的方式發生了重大轉變，學生能夠隨時隨地在生活中學習，多元化評價、差異化評價的方式也變得容易實現。智能機器可以提高教學效率，使學生有更多的時間用于判斷、交流、合作和創造；另一方面，通過引入虛擬/增強現實等技術，結合正式學習與非正式學習，可實現STEAM課程、環境、評價三位一體。因此，在科學技術高速發展的新時期，我們要充分利用科技的力量推動STEAM教育的發展，打造涵蓋幼兒、小學、中學乃至大學的全學段STEAM教育體系。