STEM整合課程的歷史、價值與趨勢

張銀榮　楊剛　徐佳艷

摘要：本文作者從STEM整合課程的發展歷程著手，系統梳理了STEM整合課程的MT、SMT、SMET和STEM四個整合階段，從中探析STEM整合課程打破理工人才培養困境、培養21世紀核心素養、助力教師專業發展、促進教育性別公平等時代價值和課程發展多元化、課程實施以學習者為中心、課程開展融合新興技術等發展趨勢，以期為STEM一線教師和研究人員提供借鑒。

關鍵詞：STEM教育;教育價值;課程整合

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）17-0000-05

隨著STEM課程的不斷發展，其研究重點已經從單科課程如何實施轉移到具有跨學科性質的整合課程如何實施。研究表明，綜合的STEM經驗可以為學生提供在STEM各學科之間建立聯系的寶貴機會[1]，這些機會使學生處于學科融合的交界處，從而提高他們變革性發現和創新創造行為發生的幾率。[2]同時，STEM整合課程也有利于學生批判思維、分析性思維、解決問題能力和溝通能力等21世紀技能的發展。[3]然而，關于如何有效實施STEM整合課程，教育界還存在許多爭議，尚未有規范的標準。[4]另外，我國STEM整合課程的具體實施也有“雷聲大雨點小”的傾向，收效甚微。[5]我國STEM整合課程實施效果不盡如人意的原因在于一線教師對STEM整合課程的認識尚不清晰。因此，筆者系統梳理了STEM整合課程的發展歷程，并從中探尋STEM整合課程的價值與未來發展趨勢，以期幫助一線教師更加清晰地認識STEM整合課程，從而有效開展STEM整合課程。

● STEM整合課程的歷史

早在20世紀70年代美國就已經出現了課程整合的實例，如包含科學、技術、社會（Science， Technology and Society）的STS課程就是美國教育界為打破知識中心和分科課程而做的一次課程整合嘗試[6]，盡管那時還沒有課程整合的定義，但是將科學、技術、工程和數學之間進行某種程度上的整合已經達成共識。[7]20世紀50年代，因蘇聯成功發射第一顆人造衛星，美國開始重視本國科學教育狀況并先后頒布了《國防教育法》和《中學科學和數學教師預備課程指南》以支持科學和數學專業建設以及在兩者之間建立橋梁。[8]然而，美蘇冷戰時期，美國開發的大量科學課程和實行的干預措施并未產生預期效果，美國學習科學課程的學生人數并沒大幅增長。為此國家教育卓越委員會（NCEE）在1983年做了《處于危險中的國家》的調查報告，該報告為改善數學和科學教育提供了建議。[9]首先，從相關標準和政策著手，建立嚴格的標準用以指導課程的發展，包括“2061項目：全民科學”[10]和“學校數學課程與評估標準”。[11]同時，美國國家科學委員會建議制定國家目標和課程框架并提供一份全面的文檔用以明確學生應該了解并接受的數學和科學教育內容。這些要求進行國家教育改革的呼吁不斷地強調課程整合或建立學科之間的聯系[12]，為STEM整合課程的發展奠定了基礎。STEM課程整合共經歷了三個發展階段，分別是MT（數學和技術）整合、SMT（科學、數學和技術）整合和SMTE（科學、數學、技術和工程）整合，如下圖所示。美國國家科學基金會的教育與人力資源部在2001年將“SMET”重新排列為更加引人注目的“STEM”，圍繞學科知識之間的內在聯系開發整合課程并實施。

隨著對STEM整合課程關注度的上升，研究者對什么是STEM整合課程越來越好奇。Tamara Moore等人曾將STEM整合課程界定為“基于學科和真實世界問題之間的聯系，把STEM的一些特定學科或全部學科內容納入到某一課堂、某一單元或某一節課之中”。[13]美國整合性STEM教育框架認為，STEM整合課程通過整合相關技術的工程設計和實踐，來進行科學或數學的學科知識內容與實踐的教學。[14]我國學者謝麗等認為STEM整合課程是以建構主義和認知科學為基礎，以問題或項目為核心，為學生創設真實的學習情境，要求他們自行設計問題解決的方案，并通過實踐檢驗方案的合理性，最后對自己的學習結果進行多元評價的課程。[15]盡管學者們對STEM整合課程定義的表述和側重點有所不同，但對STEM整合課程本質的認識卻具有異曲同工之妙。不難發現，STEM整合課程是在真實的問題情境中，通過整合多學科知識與經驗完成綜合性的項目或者任務，并在此過程中發展STEM素養和能力的課程。

● STEM整合課程的價值

STEM整合課程是綜合四大學科知識的新型課程，學生在其中將學習如何把單一學科的零散知識元素整合到綜合項目中。學科整合不僅可以幫助學生了解到課程與他們的生活息息相關，還能夠使其獲得計算思維等21世紀必備能力。具體而言，STEM整合課程不僅能夠通過創設仿真環境完善計算思維培養過程，而且能夠通過跨學段、跨年級的聯動作用構建計算思維的培養體系。[16]此外，STEM整合課程還有助于打破國內理工人才培養的困境，培養學生21世紀核心素養，開啟STEM教師專業發展之門，促進教育性別平等。

1.打破國內理工人才培養困境

國內針對高考制度的改革，使得學生可以自主選擇自己感興趣的科目作為高考科目，這是對國民素質提高和人才培養的長遠考量，但也帶來了一些“副作用”。例如，浙江和上海兩地實施高考改革后，浙江高考選擇物理科目的人數不足9萬，不到全省高考人數的三分之一，上海也面臨同樣的問題，直接導致理工類的生源數量銳減。[17]而STEM整合課程的出現不僅能夠從小培養青少年的理工科思維，而且能夠增加他們對理工學科的熱情，為理工人才的培養打下了良好的生源基礎。

2.培養學生21世紀核心素養

STEM整合課程有效地組織起學科零碎化的知識和技能，打破原學科情境的局限性，有助于學生將其應用于各種學科情境當中。當學生在思考從STEM學習主題中引出的可遷移觀念和問題時，其思維就能超越現有的事實和活動，達到更高的層次。21世紀核心素養具有很強的包容性和概括性，體現在學生解決各類真實問題之中。因此，21世紀核心素養的培養不應該局限于某些特定學科情境，而應滲透在多樣化的情境中。從這一角度來看，STEM整合課程因其多樣性和整合性特質而具有天然的優勢，能夠與21世紀核心素養的培養互相融合。

3.開啟新型教師專業發展之門

STEM整合課程不僅是一種教師專業發展的形式，更是一個融合STEM綜合實踐、綜合知識和人際關系的復雜教師學習體系。STEM整合課程融入傳統教師教育體系是教師專業發展創新的應然之舉。[18]近年來關于一線學科教師如何突破其發展瓶頸期的討論愈加愈烈，筆者認為學科教師專業發展不應該僅是縱向發展，還應該注重橫向發展，即教師專業發展需要均衡其深度和廣度，而STEM整合課程將學科知識深度和廣度相結合，為教師專業化發展方式的轉變提供了契機。

4.關注女性，促進教育公平

在由技術進步促進社會發展的時代，使用、創造技術和科學解決問題的能力對于提高年輕人的社會地位至關重要，對于促進女性健康提高其教育地位和發言權也至關重要。由于社會分工不同，許多產品和技術方案主要是由男性設計并制作完成的，他們并不能設身處地地為女性著想，因此許多產品和技術不能滿足女性的需求。并且，在科學、技術、工程和數學等理工科領域，女性人數占比微乎其微。而STEM整合課程則為她們提供了各種機會，讓她們對理工科產生濃厚的興趣。例如，通過讓女學生在STEM整合課程中參與識別不同模式，測量、比較和創建不同模型來解決現實世界的真實問題，從而幫助她們發展理工科思維和計算思維。這些思維技能有利于女學生學習理工類科目。這對女性來說是至關重要的，她們可能因此在理工科領域占有一席之地，為實現性別平等貢獻自身力量。[19]

● STEM整合課程的趨勢

1.STEM整合課程發展多元化

未來的STEM社會文化環境將是多元化并伴隨著多重機遇的，因此STEM整合課程的多元化發展是必然趨勢。STEM整合課程發展的多元化包括課程內容多元化、教學方法多元化、整合模式多元化和價值取向多元化。課程內容多元化不僅有利于因材施教，而且能夠吸引學生的注意力，盡可能避免學習枯燥感的產生。教學方法多元化能夠針對不同的課程類型采用不同的教學方法，主要包括STEM探究教學法、STEM設計教學法、STEM項目教學法和STEM計算教學法。整合模式多元化是按照學科之間相互依存和聯系級數進行層次劃分的，主要包括學科整合、多學科整合、科際整合和跨學科整合。[20]STEM課程多元化發展既保留了各學科的核心內容，又能夠利用多樣化的學習活動促進學生創新創造能力的發展，對豐富和深化STEM課程大有裨益。

2.STEM整合課程實施以學習者為中心

未來的STEM教育將使每一位學生都能有效參與學習與生產活動，而學生也必須學會終身學習并訓練能夠適應世界快速發展的應變能力才能在未來的生產活動中占得一席之地。要在STEM整合課程中鍛煉學生的這些能力，就必須讓學生處于STEM整合課程中所有學習計劃和學習活動的中心位置。因此，STEM整合課程的實施不再以教師提出探究問題或給定學習內容為唯一主線，而是更多地以學生根據自己的興趣愛好自主調查社會現象或問題、發現導致問題的原因并解決問題為主要實施途徑。[21]實施以學生為中心的STEM整合課程可以有效增強學生的成就感、激發學生對科學探究的好奇心與積極性，同時它對學生問題發現和問題解決能力的培養也頗有成效。

3.結合新興技術開展STEM整合課程

未來的STEM教育將會利用技術為所有的學生提供平等學習的機會，在一定程度上促進教育公平。在STEM課程中，成熟技術的應用可以克服因學生社會經濟背景或STEM基礎導致的學習障礙，如虛擬現實技術和增強現實技術的應用。目前來看，類似于人工智能或虛擬現實的新技術，都是以特定的方式在正式和非正式環境中使用，用來確保學生獲得相應的能力和STEM知識。在這種相對平等的技術環境中，所有的學習都以學生的學習興趣為基石，如學生可以根據喜好在虛擬實驗室和在線課堂中體驗不同類型的學習活動。另外，STEM本身就包括技術這一學科領域，因此新技術的熟悉與使用并不會額外增加學生的負擔，反而能夠創造更多的機會促進STEM整合課程的教與學。[22]

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作者簡介：張銀榮（1995.10—），女，河南省信陽市人，溫州大學教育學院碩士研究生，研究方向為編程教育。楊剛（1979—），通訊作者，男，湖南省懷化市人，溫州大學教育學院副教授，碩導，研究方向為數字化學習，信息技術教學。徐佳艷（1996—），女，浙江省東陽市人，溫州大學教育學院碩士研究生，研究方向為計算思維。

本文為2020年浙江省教育廳項目“面向計算思維發展的青少年可視化編程教育實證研究”（項目編號：Y202044281）、2020年浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃課題“可視化編程教育促進青少年計算思維發展的實證研究”（項目編號：2020R434047）的階段性研究成果。