發展與借鑒: 美國公立大學STEM教育中心研究

上官劍 李婭妮

摘?要：美國政府致力于全面推進STEM教育，但STEM學科教師嚴重不足，且實踐資源利用不合理，美國公立大學STEM教育中心在此背景下順勢而生且發展迅速。美國公立大學STEM教育中心的主要職能有：提升學生的STEM學習興趣與實踐能力、探索STEM學科教師培養新途徑、滿足STEM人才市場需求以及整合各界資源共同發展STEM教育。其值得借鑒之處主要有：機構設置靈活且自主性強、積極打造STEM教育交流平臺、善于整合社會資源以及教學以項目形式開展等。

關鍵詞：美國公立大學;STEM教育;STEM教育中心

中圖分類號：D9?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.01.068

全球STEM教育發展如火如荼，美國是STEM教育概念的首創者和STEM教育實踐的力行者，其規模不斷擴大，體系不斷成熟，已成為STEM教育的國際標桿。21世紀以來，美國聯邦政府關于STEM教育的一系列政策密集出臺。2018年12月3日，白宮又公布了新的五年戰略計劃——《制定成功路線：美國的STEM教育戰略》，旨在使所有學生都能享受到優質的STEM教育，并設計了從社會文化到社區實踐地域全覆蓋、從活動設計到學習測量環節全覆蓋的遠景規劃，迫切呼吁社會各界積極參與，以達成全國性合作。 承擔這一規劃的重要機構之一就是各州政府依托大學創辦的STEM教育中心。

1?美國公立大學STEM教育中心緣起

美國政府在21世紀初正式提出STEM教育概念，自此美國開始了轟轟烈烈的STEM教育改革，公立大學的STEM教育中心也在此背景下出現并快速發展。

1.1?美國公立大學STEM教育中心創辦背景

美國的STEM學科教師一直處于短缺狀態，不僅每年新培養的STEM學科教師供不應求，而且STEM學科在校教師的離職率也一直居高不下。從圖1可以看出：1999-2012年間，雖然美國已經開始大力發展STEM教育，但公立中學的STEM學科教師在數量上增長緩慢，技術這一科目的教師甚至開始逐年減少，可見效果并不盡如人意。從圖2可以看出：僅有不到兩成的大學生攻讀STEM專業，畢業十年后只有8%的人仍然留在STEM領域。即使留在STEM領域，大多數不會選擇成為STEM 教師，因其薪資相對較低、工作環境較差且發展空間不大，這種局面導致美國STEM教育在師資數量與質量方面均不盡人意。

為此，美國政府反復強調“國家應密切關注如何吸引、儲備、穩定師資隊伍的問題，STEM教師應被視作寶貴的國家資源，應該鼓勵最優秀、最聰明的那群人以STEM教育作為職業。”2010年總統科技顧問委員會的《培養與激勵：為美國的未來實施K-12階段STEM教育》報告明確提出未來10年要新增10萬名優秀的STEM教師，“STEM教師的職前培養主要由高校組織進行，并接受國家政策管轄”。美國公立大學STEM教育中心在這一背景下開始蓬勃發展。

1.2?美國公立大學STEM教育中心發展歷程

2010年，美國教育部成立了“STEM教育聯盟”（STEM EDUCATION COALITION）。該組織主要為全美STEM教育的教學提供直接服務，同時也協助政府建立一套完整的STEM教育評估機制。美國各級STEM教育中心在摸索中度過了它的發展初期，創辦至今無論是理論積淀還是經驗積累都取得了明顯成效。目前，STEM教育中心蓬勃發展，核心成員39個（全美各類教師、教學聯盟以及以蘋果為首的企業代表等），合作機構已逾800，在地域上基本覆蓋各州，且彼此之間的聯系日趨緊密。以此為依托，美國許多大學紛紛創辦了STEM教育中心。2013年起，公立和贈地大學協會每年組織不同主題的大學STEM教育中心全國性會議。同時還啟動了大學STEM教育中心網絡項目，整合全國的大學STEM教育中心資源，助其將理論研究成果轉化成“易傳播、易接受并具可持續性的實踐活動”。

1.3?美國公立大學STEM教育中心構建過程

一所美國公立大學若要建立其STEM教育中心一般要經過如下步驟：首先是籌建階段。這一時期通常由大學的教育學院或理工科學院牽頭，工作職責主要包括資金籌措、計劃制定、職能分解、項目規劃等。其次是為運行發展階段。主要任務是開發和實施有針對性的STEM師資項目，既為中小學STEM教師提供直接服務，也同時培養在校大學生成為STEM教育的后備師資力量;最后是階段為宣傳推廣階段。主要為所在州提供服務，提高公眾的STEM認知和素養，并通過成功實施的項目吸引更多的社會資源，爭取資金支持，搭建實踐平臺，號召和鼓勵全社會共同參與STEM教育。

在美國公立大學STEM教育中心建設過程中，有兩項核心任務一直貫徹始終，即培養STEM教師和探索實踐教學。公立大學STEM教育中心制定有專項教師培養計劃，提供從職前培養到職后培訓的一條龍服務，旨在提升STEM教師的數量與質量，降低教師流失率，最終達到打造高質量STEM師資隊伍的目的。

2?美國公立大學STEM教育中心的主要職能

美國公立大學的STEM教育中心各具特色，但其建設目標和主要職能基本一致，即提升學生的STEM學習興趣與實踐能力、培養更多優質的STEM學科教師、滿足STEM教育人才市場需求以及整合各界資源共同發展STEM教育等。

2.1?提升學生的STEM學習興趣與實踐能力

美國有著非常優質的教育資源和教育環境，但其中小學生近十年來在國際TIMSS測驗中的表現卻并不理想，這與美國中小學生缺乏STEM科目學習興趣有關。此外，教學實踐平臺的匱乏也是制約美國STEM教育發展的障礙之一，學生通常僅能在科任老師的指導下進行一些簡單實驗，而且大多局限在教室里完成。學校之外雖有零散的STEM實踐項目，但缺乏統一規劃，學生真正參與機會不多。由此，美國公立大學STEM教育中心強調建構集合性的實踐平臺，為廣大師生提供更多優質的實踐機會。如科羅拉多大學波爾得分校STEM教育中心的生物概念目錄化等互動項目、東卡羅來納州立大學的SVSM項目、明尼蘇達大學STEM教育中心的系列周會等，均對外開放，以增進參與者的直接體驗，激發其對STEM的學習興趣，促進其對STEM學科的熱愛。這些項目旨在鼓勵更多人選擇STEM教育，降低STEM教師的流失率，提升全民對STEM的正確認識，提高其學習能力，最終在整個社區營造良好的STEM學習氛圍。

2.2?探索STEM學科教師培養新途徑

美國STEM教育發展的瓶頸是STEM學科教師的短缺，若不能儲備足夠的優質師資，STEM教育的推進就缺乏后勁。如前所述，美國STEM師資建設的一大目標就是到2020年增加10萬名K-12階段的STEM教師。作為STEM預備師資的主要提供者，各大學STEM教育中心積極行動，探索新的師資培養途徑。如東卡羅來納州立大學STEM教育中心采用基于問題或風險探究式的教學方法，搭建科學和數學教育的“概念橋梁” ，開展高質量的專業研究項目，以提高全州K-12階段科學和數學教師的質量和數量，努力為職前STEM學科教師提供專業指導和平臺。明尼蘇達大學STEM教育中心的K-12預備教師培養則依托教育與人類發展學院，通過專門研究STEM教育的教授與學習方法為K-12教師提供有益經驗。堪薩斯大學STEM教育中心主要通過其UKAN TEACH項目實現STEM教育的學科教師培養，成效卓著。該項目極具特色，已成為眾多STEM教育中心的學習標桿。科羅拉多大學波爾得分校STEM教育中心成立不到5年，但發展已較為成熟，該中心的CU TEACH項目使其畢業生中選擇STEM崗位的人數大為增長，在校生中愿意成為STEM學科教師的就業意愿也明顯增強。

2.3?滿足STEM人才市場需求

STEM教育目標除了提升全面STEM素養之外，也旨在保證STEM人才市場的充分供給。據市場預測，美國STEM人才需求十年內短缺約100萬，要保持知識經濟時代的高效和持續的發展，高素質STEM人才的供應是必要條件，而這一目標的具體落實離不開各高校的共同努力。近年來，各公立大學STEM教育中心普遍向外開放，旨在提供直接的項目體驗，提供給學生更多實習實踐崗位，以期待提升STEM領域就業意向，培養更多的STEM專業人才。如東卡羅來納州立大學為確保所有有意向的市民都能接觸到STEM教育，其STEM教育中心提倡打造更為適宜的“STEM發展環境”，提升市民的“STEM知識儲備量”;明尼蘇達大學STEM教育中心和亞利桑那大學STEM教育中心均則提出“擴大STEM教育服務范圍，增強STEM教育質量、提升STEM擇業意愿、繁榮STEM勞動力市場”倡議。

2.4?整合各界資源共同發展STEM教育

美國聯邦政府專門制定了STEM教育跨部門協同發展戰略。政府、高校以及民間機構為實現這一目標一同發力，政府大力倡導，高校積極配合，民間機構亦熱情參與，如卡內基的“100KIN10聯盟”設立了200余STEM師資培訓項目，以為STEM學科教師提供更好的專業提升環境，幫助其獲得更好的專業發展資源，有能力應對日常教學問題，提升職業認同感和勝任感。明尼蘇達大學STEM教育中心在高校與企業合作方面頗有建樹，其GETSTEM項目就是一個推動大學和企業合作的線上項目。該項目始自2009年，已促成百余項企業與大學的合作項目，直接受益者是萬余名K-12階段的學生，主要舉措是通過ASK/OFFER形式，讓教師、學生與企業相互選擇，各取所需，促進最為合宜的人員、資金匹配。

在大學與校企密切合作之余，政府組織也積極參與共同合作。如美國國家科學基金會協同堪薩斯大學開展GK-12項目、美國宇航局阿姆斯壯飛行研究中心協同亞利桑那大學的實踐項目等。由政府科研部門發起的這些項目為STEM 教育注入了新的活力，使得各方合作更為強大且持久，同時提升了參與者運用STEM知識的實踐能力，豐富了參與者的學習體驗，使參與者成為未來潛在的STEM研究者、講授者和傳播者。

3?評價與借鑒

美國的STEM教育在中小學階段并未體現出明顯的大國優勢，甚至在某些方面較中國而言還稍有遜色。但美國公立大學STEM教育中心的創辦在某種程度上有利于揚長避短，其影響力正在逐步顯現。從經驗借鑒角度來看，美國公立大學STEM教育中心的如下特點值得關注。

3.1?機構設置靈活且自主性強

美國各公立大學的STEM教育中心在行政歸屬上有一個共同點——即設置在教育學院或者與STEM學科相關的學院之下。此種模式既能夠保障資金供給，又能獲得穩定的專業技術支持。同時各公立大學STEM教育中心并不直接受學院領導，而是有自己的負責人進行日常管理，自主決定其發展方向、教學規劃和項目開展。

各大學STEM教育中心除所屬大學撥款以及從政府部門申請的專項資金外，還積極尋求外界基金會及企業的支持，其財政自由且獨立，只需對中心負責;各公立大學的STEM教育中心能自行決定選擇合適的社會組織進行深度合作，不受外界干擾;能作為一個獨立機構加入公立和贈地大學協會（APLU）等組織溝通發展，能自主選擇合作的學院、K-12學校和學區，在資金及人員配置方面擁有高度自主權。整體來看，美國公立大學STEM教育中心是一個由大學及政府支持的獨立運行的專業機構，中心在活動的策劃、執行以及管理方面有著非常強的自主性，人才培養形式也相當靈活。

3.2?積極打造STEM教育交流平臺

美國K-12階段教育中，有相當一部分的中小學STEM學科教師是由其他學科教師轉換而來，并沒有STEM學科背景，也未曾接受專業訓練，因此，系統的教學指導和綜合性的思維訓練對這一部分教師尤為必要。為此，各大學的STEM教育中心致力于搭建一個教師、學生與STEM專家直接交流的平臺，以開拓師生視野、促進教學相長。以東卡羅來納州立大學STEM教育中心的SVSM項目為例，其參與者都是在校的教師、高中生和大學生，他們基于興趣提出申請，并通過面試完成與STEM教育專家的互選，之后再確定各小組成員，每位導師負責一個小組。STEM教育中心搭建的這種綜合性平臺有效促進了各方的直接溝通和交流，密切了學校與社會、學校與企業之間的聯系，充分體現了美國的實用主義教育主張。

3.3?善于整合社會資源

美國公立大學的STEM教育中心非常善于整合社會資源，這些資源涵蓋了中小學、社區、各學院、各大企業以及美國航空航天局（NASA）等國家機構。中心負責與這些機構建立合作關系，為STEM專業的學生提供實踐機會。如加州州立理工大學STEM教育中心的COSIA項目旨在“向非正式受眾傳達海洋科學知識”，其通過與水族館合作，由在校STEM專業的本科生和研究生為公眾講解當前海洋科學領域中的新發現，為公眾提供更深入了解科學知識的機會。

STEM教育的突破性進展離不開資源共享和各方合作，美國公立大學STEM教育中心在促進資源整合方面也功不可沒。首先，是對校內資源進行有效集中，很多大學的STEM教育中心由多個學院聯合創辦，以充分利用大學內部的教師和教學資源，夯實辦學基礎;同時，對外部資源進行整合也是提升辦學品質、擴大中心影響的重要途徑。此外，實踐平臺建設、全國范圍內的資源共享等都積極推動STEM教育中心主動走出校園，與社會各界通力合作，充分開發與優化系統資源。

3.4?教學基于項目形式開展

探索實用高效的教學方式一直是美國公立大學STEM教育中心的核心任務，其最重要的方式和最鮮明的教學特色就是通過項目開展，該形式受到廣大師生及企業的極大歡迎。較之于傳統教學模式，項目式教學的實踐性與實用性明顯增強，更適合STEM的學科性質，但由于其形式更加多元，可套用的教學“模板”較少，因而也更具挑戰性，無論師生都需要更加全面、扎實的基礎知識作為支撐。對學生來說，有過項目式學習經歷者在學習能力、思維能力、問題解決能力以及領導能力方面均高于那些仍在接受傳統方式教學的學生;對教師來說，要求教師有更強的活動把控能力、專業引導力和扎實的STEM知識基礎，能在學生需要幫助時及時給予引導。這種教學方式能有效提升學生和教師的創新精神和解決實際問題的應用能力。

4?結語

STEM教育已經形成了引領科技發展和人才培養的新浪潮。在美國，STEM教育已不是一紙行動計劃，而是全面納入人才培養和創新發展的國家重大戰略。發展STEM教育不能單靠政府的力量，其需要社會各界共同參與、協同發展。大學作為科學技術的重要中心，既有強大的師資隊伍，又有先進的硬件設施與豐富的社會資源，更有能力且理應擔當起發展STEM教育的重任。

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