數字時代STEAM教師專業發展策略研究

張一鳴 白 欣 夏煥春 向金

（1.首都師范大學 a.教育學院；b.初等教育學院，北京 100037； 2.北京一零一中學，北京 100091； 3 西安交通大學附屬小學，陜西 西安 710048）

STEAM教育是集科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）和數學（Mathematics）于一體的跨學科教育，旨在培養學生基于項目設計解決真實問題的能力。近年來，STEAM教育在我國備受關注，得到迅速普及和發展，教育界對于STEAM教育的研究和應用日漸深入。STEAM教育的高質量發展和成熟也就使得專門從事STEAM教育的教師專業發展問題受到越來越多的關注。在如今的數字時代，作為“數字原住民”的青少年兒童，在數字化相關的知識儲備、個人能力與生活經驗等方面比成年人更具優勢。在這樣的時代背景下，教師的權威性面臨新的挑戰。教師會收到學生來自課本之外的各種問題，也需要能夠從學生的角度觀察和理解世界。數字時代教師只有不斷提升自己的能力和素質以適應和促進學生的發展，才能更好地培養學生的核心素養，落實立德樹人根本任務。

一、數字時代STEAM教師專業發展的必要性

（一）數字時代為數字反哺提供必要條件

隨著互聯網和新媒體技術的快速發展，作為“數字移民”的中老年人和“數字原住民”的青少年之間逐漸出現一道“數字鴻溝”，代表著兩個群體在數字設備接入、使用技能、知識素養等方面存在差距。在這一背景下，“數字反哺”的概念應運而生。“反哺”一詞出自晉代成公綏《初學記·鳥賦》中的“雛既壯而能飛兮，乃銜食而反哺”一句，意為雛鳥長大后，銜食喂母鳥。數字反哺也即年輕一代在數字技術和新媒體使用上對年長一代的反哺[1]。現如今，教育領域的知識體系在不斷擴大，需要具有快速適應能力的新興力量來接納這些迅猛的變化。數字技術為青少年兒童的學習提供了強有力的技術支撐，他們往往能夠快速地接受新興科技，在許多知識和技能方面都會比家長和教師學得更快、更多。數字時代，教師已然不再是知識的唯一來源，學生開始“反哺”教師，晚輩開始“反哺”長輩。這種時代的趨勢給教師的傳統權威帶來巨大挑戰，教師的職業角色亟待變革與重塑。

數字化的學習背景為新生代開辟了廣闊的學習空間和學習資源。以大數據、人工智能、物聯網等信息技術為專業基礎，依托著各類智能設備和網絡平臺，正在產生豐富且多樣化地幫助學生學習、承載更多知識的信息化學習平臺，如數字教材、空中課堂、網絡學習云平臺等，能夠滿足學生隨時隨地學習個性化知識的需求。學生的學習環境和學習方式是多種多樣的，如多領域的信息資源、多媒體的知識呈現方式、簡單易學的操作等都為學生的自主學習提供了便利。此外，海量的數字化學習資源每天都在不斷更新，各個領域的專業人士都可以通過互聯網分享各類優質內容，各種軟件提供的社交平臺能夠為學生匹配虛擬教師與合作對象，學生能夠組建線上的學習小組，使學習更顯開放性和互動性。學生可以通過自主選擇的方式查找自己感興趣的學習資源，并對相關內容進行深入研究。

（二）數字時代變革與重塑教師角色

置身于以技術為支撐的數字時代，教師作為知識傳遞者、課程執行者、學習監管者的傳統角色正在受到空前挑戰[2]。教師如今面對的學生，是大數據迅速發展背景下具有豐富學習渠道、多樣知識儲備的新生代，在數字化驅動的大背景和無形的壓力下，教師角色必然發生轉變。對于學校而言，信息化與網絡平臺的全方位普及使得校內與校外的界限日益模糊，不再僅僅局限于單純的師生關系與生生關系，校內外師生、教師與家長、教師與社會的聯系可以跨越時間與空間，彼此之間的聯系更加緊密。隨著師生關系的多元化發展，教師在面對知識儲備更加豐富的學生時，師生關系變得更像相互促進和共同對話的伙伴關系，而非傳統的主動教授與被動接受的權威型師生關系。

近年來，學習科學的研究為科學學習提出一些原則：包括教師要從學生已有概念開始教學活動，關注前科學概念（日常概念）；學生的理解既需要事實知識又需要概念框架，應圍繞核心概念組織教學；學生需要知道“科學”意味著什么，需要參與探究實踐活動；元認知方法使學生能夠自我監控[3]。對全球科學教育而言，這些原則是實現以科學素養為目標的理科教學實踐的重要指導。可以看出，這些原則的核心都在于以學生的學習為中心。

教師角色逐漸由單純的課堂知識傳遞者轉變為課程研發者與學生自主學習的引領者，也是學生構建知識與框架的輔助者和促進者，課堂不再是“一言堂”，而是需要教師創設一個師生互動的教學環境。因此，數字時代教師需要主動重塑自身作為教育者的角色，當教師角色得以改變時，學生的角色也會相應發生轉變，學生才能成為課堂中知識與信息加工的主體，真正實現新課改所要求的從“教育者為中心”轉向“學習者為中心”，踐行“主導—主體相結合”的教學。教師和學生、新教師和老教師、不同學科的教師之間才能形成一種共生發展的學習共同體。

二、數字時代STEAM教師專業發展的典型案例

國內外關于STEM教師、STEAM教師、創客教師的專業發展問題近年來有許多研究（STEAM教師與STEM教師、創客教師等不同稱謂所指代的教師群體在現實中具有重合性，本文不作區分），主要圍繞STEAM教師所需要的能力和素養、STEAM教師培訓的現狀和問題以及比較分析主要發達國家和地區在STEAM教師培訓方面的探索和實踐[4]。世界各國都存在STEAM教師短缺的問題，我國的STEAM教師短缺問題較為嚴重。對我國7省抽樣調查結果顯示，農村小學STEAM教師的缺口比例為37.3%，城市小學的比例為14.5%，80.5%的STEAM教師沒有理科背景，大多數STEAM教師從事科學、綜合實踐活動、藝術等學科的教學工作不足5年，表明STEAM教師存在流動性大、穩定性缺乏等問題[5]。《中國STEM教育白皮書》指出，缺乏國家級教師培訓項目的示范引領是我國STEM教育面臨的重要問題[6]。2018年，中國教育科學研究院STEM教育研究中心發布《STEM教師能力等級標準（試行）》，從5個維度構建出STEM教師能力指標體系，為STEM教師培訓工作的開展提供了重要依據[7]。

在此背景下，許多區域和中小學校積極引入先進理念，創新STEAM教師培訓形式，有效提升了教師STEAM教育能力。例如，北京市海淀區教師進修學校探索跨學科的教研機制，嘗試研發基于項目的STEM教學案例，提升教師跨學科整合教學的能力，開展了STEM教育教師能力提升的專項研修，吸納、整合或改進學校教師已有的STEM課程教學案例，通過體驗式研修促進教師專業發展[8]。本課題組對眾多優質中小學校走訪調研發現，S小學和B中學在教師培訓方面的實踐案例最具典型性和代表性，培訓項目能夠深度融合理論與實踐，巧妙運用數字反哺促進STEAM教師專業發展，這些理念和經驗對于其他區域和學校開展STEAM教師培訓項目非常具有借鑒價值。

（一）S小學案例

在S小學的機器人課堂中，教課的不是教師，而是一群小學生。現在，學生給教師講課在S小學的課堂上已經成為常規。課堂的設計者起初是由于讀到物理學家費曼的文章，對費曼學習法產生了興趣，所以在課堂上發起了“把自己學到的講給他人聽”的行動。這樣的課堂產生了意想不到的效果，學生在思維的廣度和深度上明顯優于沒有實施該行動的班級。

數字反哺的優勢不僅在于知識的傳遞更加新鮮、更加貼緊時代，而且還有利于教師自身的專業化成長。為了凸顯數字反哺的獨特性和對教師的激勵性，S小學在STEAM師資培訓中大膽采用了這種“學生教老師”的模式，特別是第二屆中國創客教育論壇暨STEAM教育應用提升培訓會議期間，全國各地的STEAM教師參加了多達10余場的STEAM工作坊，均是由學生主講、教師擔任助教，這種模式下教師感覺既新奇又不敢怠慢，生怕自己在學生面前露丑。

經過問卷及走訪發現：83%的教師認為這種翻轉課堂模式可以激發自己學習的動力，參與活動的主動性和積極性要高于普通教師的授課模式。究其原因，受訪者都認為學生授課模式有利于教師出于職業操守的原因而保持精力集中，即便起初自己可能對該問題或者內容并不感興趣；對于同樣內容的培訓，如果換作普通教師進行授課，91%的教師選擇會根據其授課水平和內容是否有興趣進行學習，不會強制自己的精神高度集中。從這一點上來說，數字反哺對STEAM教師的培訓產生了深遠影響。

除在師資培訓中關注數字反哺外，S小學也經常將數字反哺引入到公開課教學中，在STEAM全校教學研討會上，每個小組的同學都會邀請一位教師參與到自己的小組合作中來，甚至扮演非常重要的角色，比如參與到方案的設計、作品的制作、成果的匯報等環節。在整個活動中，往往不是教師指導學生，更多的是學生指導教師，因為這些學生都有了較為扎實的STEAM項目式學習的技術積累和實戰經驗。觀摩課上的材料不僅有為學生準備的，而且還有為聽課教師準備的。學生不但要完成自己的項目，還要請聽課的教師和自己共同完成，這種設計有利于聽課教師更深入地體驗STEAM項目的全過程和體會設計者的思路，而且也有利于學生將自己所學轉化為一種能力，即教會他人，從而對所學的知識和技能獲得更深入的理解。

這種數字反哺在課堂中的應用效果良好：第一，激發了學生的學習熱情，因為學生可以自主設計課程內容，并將所學內容教給教師；第二，也檢驗了學生的學習效果，這種檢驗不是在教師講完課之后進行的，而是伴隨著課堂同步進行；第三，還促進了STEAM教師的師資培養，對于教師而言，觀摩一節課不僅僅是聽課，更多的是同步學習，并且接受學生們的指導。

數字反哺在S小學機器人社團的訓練中同樣被廣泛應用。項目的先驅者往往都很大方地把經驗傳給教師和后來的學弟、學妹，并且還經常向教師發起挑戰賽。在這樣的學習環境下，S小學誕生了20多位機器人競賽世界冠軍，并且有相當多的學生后來進入了國際、國內知名大學學習相關專業，許多學生已從事相關行業，這些走出去的優秀學生也會定期地反哺學校，他們為學校進行技術培訓已經成了常態，這也成了S小學機器人社團的一個優良傳統。

（二）B中學案例

B中學針對學校教師隊伍及學校的總體基本情況進行統籌規劃，開創了全新的“鏈式培養”方案。方案針對教師隊伍總體呈現出的高水平與高標準的特點，不僅可以滿足不同發展階段教師實現自主性和差異化的發展需求，更滿足了B中學因學校規模的擴大所導致的教師整體專業發展問題。所謂“鏈式培養”是將不同發展階段的教師結成一條相互關聯、實時互動的鏈索，其核心在于形成前輩哺育后輩、同輩互哺、后輩反哺前輩的校本研修氛圍，保證處于不同年齡、學科、學歷、職稱的教師都能夠在自己的經驗起點上匹配到適合的學習與研究內容，發揮自身專長，實現自身的個性化發展。

基于這一機制，B中學內部組建了由處于各個發展階段的、不同類型的教師組成的專業發展共同體，保證每個教師都能在組內找到適合自己進行學習的方向與內容，并且也能通過發揮自身的專業長處去推動其他教師進行專業發展活動。另外，學校教師發展中心還專門成立了學習科學研究所，組織所有相關教師進行研究學習，將學校辦成既能培養拔尖創新人才，又能促進教師發展的“雙基地”，讓教與學貫穿始終，師生相互學習、相互滋養。與此同時，針對新入職的青年教師，B中學會啟動“青藍工程”，也就是“鏈式培養”方案的一環，以師徒結對的形式對青年教師進行個性化培養與指導。學校、教學師父和徒弟簽署協議，鄭重約定旁聽課程方面的事宜。這樣的拜師結對促使優秀老教師和高學歷新教師相互交流和獲取資源信息，使學歷和經驗在碰撞中產生新的變化。

眾多教師從中獲益良多，例如教物理的W老師，從高校讀完博士畢業，沒有任何教學經驗；同時，作為非師范專業畢業生，在教育教學方面也缺乏教育理論知識。于是，學校安排了兩位教學師父帶她，她通過跟著師父大量聽課，很快有了明顯進步。在參加新入職教師交流培訓、聽專家講座、集體備課等活動后，她逐步地適應了中學教師的角色，成功提升了教學基本功。經過幾年的歷練，W老師已經適應了學校的教育教學工作，不僅負責學校多項興趣小組的工作，更是作為學校STEAM項目的帶頭人，組織引領學校內的各位教師一起進行交流探討，帶領學生陸續斬獲了多個獎項，以實際行動為學校爭得了榮譽。

“鏈式培養”方案的實施將教師的課堂教學與教研活動有機結合，并且打破各種界限，將多種主題納入探討范圍，通過縱橫貫通的配置促進了教師間的深度交流，實現了處于各層次、各專業教師的交流互通。高學歷的新手教師可以將先進理念帶入學校中，對青年骨干教師和專家級教師產生啟發，而同輩教師之間相互交流與切磋，形成了彼此間的互補互助、共同發展，最終實現全體教師的整體性進步和發展。

三、數字時代STEAM教師專業發展策略

（一）翻轉課堂促進STEAM教師專業發展

翻轉課堂是對傳統課堂進行翻轉，學生提前在家中或者在學校上課前完成相應的任務，并進行自主學習的過程。在這種新型的教學模式下，教師往往會給學生布置學習內容或閱讀任務單、聽相關的微課或者填寫配套的課后練習作業等，這就要求教師具備制作微課的能力，學習并應用視頻與音頻網絡軟件，制作出圖文并茂、吸引學生的微課課件。同時，在“雙減”政策背景下，教師還需要具備設計以學生核心素養發展為導向的作業的能力，提升作業設計能力水平，實現作業育人。翻轉課堂教學模式下，課堂成為學生自己的賽場和舞臺，他們通過小組合作的方式，針對在課前自主學習中遇到和發現的問題進行討論，并在教師的指導下進一步探究并解決問題。在這種同學之間、師生之間的思維碰撞與交流中，提高學生的課堂參與感和主觀能動性，并在交流過程中產生新的認識與想法，幫助學生構建全新的知識體系[9]。

在學校之外的非正式學習場所同樣可以實施類似的翻轉課堂。博物館、科技館、動植物園等經常會開設面向青少年兒童或教育工作者的項目，以培養青少年兒童的社交技能，提高他們在STEAM方面的能力。研究發現，在非正式學習場所，青少年講解員對參觀者的體驗、學習和信息的記憶保留有積極影響。觀眾與青少年講解員互動時，表現出更高的參與度和興趣。影響最大的是9～11歲的兒童，在他們與青少年講解員互動時，信息保留水平明顯增高[10]。由此可以看出，教師可以創造教育環境為數字反哺提供條件基礎，進而讓學生作為教育者向教師進行教育反哺，以保障教師的學習效率。

翻轉課堂不僅能夠促進學生能力的提升，同時也能夠促進教師的專業發展。尤其是對于STEAM教師，在教學內容和教學的新技術方面都面臨著很大的挑戰。數字時代知識更新十分迅速，STEAM教師在進行備課時就需要能夠查閱最新的知識資料，開闊自身的教育專業視野，將科技知識聯系現實生活，設計完備的翻轉課堂方案。學校也可以通過組織學生與教師開展科技比賽、學生給教師講課等方式激發教師在STEAM教育方面的熱情和動力。實踐證明，翻轉課堂能夠促進STEAM教師不斷提高專業素養，提升課堂組織與管理能力，實現自身的專業發展。

（二）學習共同體促進STEAM教師專業發展

學習共同體是基于社會文化理論及社會建構主義視角，由享有共同愿景和學習目標的學習者、助學者所構建的學習團體。許多學校已經形成了以學習共同體為基礎，通過分享和協作將有意愿的教師聯系在一起，以實現共同任務為目標，進行相互之間的有效交流和共同提高的良好氛圍[11]。教師專業發展需要重視年齡、學段、學科等方面的差異，學校或區域要創造有利的環境，建立環境與個體之間的有效聯結，通過開展適應和引領實踐內容的理論培訓、多種形式的技術學習、多種模式的案例研討等方式支持教師專業發展[12]。同時，學習共同體也促進了跨界學習的開展。教師跨越自身的年齡、部門、學科等邊界，向他人學習并尋求跨學科交叉融合，以實現提升問題解決能力、改善教育教學的目標。在這個過程中每位教師不再是被動地接受、理解知識，而是在已有學科知識的基礎上，優化學科內部以及學科之間的知識整合，將多學科內容集于一體，并將各個學科隱含的教育資源進行主動挖掘和內化，從而在問題解決中學習[13]，這有利于提升教師的綜合素質和開展創新人才培養。

對于STEAM教師，需要主動尋求與科學家、工程師等社會力量以及不同學科教師之間的交流合作，通過積極參與更廣泛的科學共同體來不斷探尋自身角色，努力成為所在學校和區域進行高質量STEAM教育的積極領導者。學習共同體是具有發展特征屬性的面向全體教師的立體化培養體系，在促進教師專業發展、提升教師領導力方面具有顯著作用，能夠有效提升教師的專業歸屬感、認同感和職業幸福感[14]。學習共同體能夠促進新、老教師進行交流合作，如在完成課題或研究任務的過程中，新、老教師有了更多的機會進行思維的碰撞，這也有助于他們之間相互熟悉，方便進行更多的日常交流，從而使老教師逐漸熟悉新時代的思維與新時代青年的認知，進而促使老教師更容易去接受新鮮的知識與思維，實現新教師對老教師的數字反哺。

在STEAM教師職前培養的過程中，也需要聯合其他專業，甚至其他院校的優勢學科構建學習共同體，共同參與STEAM教師的培養，確保職前教師在學科知識和技能方面獲得堅實的基礎。培養單位還要加強與校外科學教育場館、科研院所的聯系，讓職前教師有機會多感官接觸科學、面對面接觸科學家和工程師，增強對科學與工程實踐的理解。在STEAM教師職后培訓中，需要更多地關注教師自身專業領域以外的學科以及如何整合不同學科的教學目標[15]。

（三）師徒制促進STEAM教師專業發展

師徒制在中國歷史悠久，現如今，師徒制的應用更為廣泛，在各種領域都有涉及，師徒制的內涵和外延也得到了廣泛的延伸。在STEAM教師的專業發展項目中也普遍應用著師徒制這種模式，早期從事STEAM教育的老師已經成為專家型教師，后期進入這一行業的年青一代就需要像前輩學習，建立起師徒關系。

上文提到的教師專業發展的兩種策略——翻轉課堂和學習共同體，它們當中都包含師徒制的成分。翻轉課堂中學生作為教師的徒弟能夠成為課堂的主導者，為其他學生甚至教師傳授一些實用性的知識與技能。與此同時，教師在聆聽學生講授的時候可以判斷學生的知識掌握程度，并及時進行補充，在這個過程中師徒制不僅促進了數字反哺，而且對教育教學有著實際的助益。在學習共同體中主要涉及的是新入職的教師對教齡較長教師的數字反哺，新教師與老教師形成的師徒關系有助于彼此之間的互補。這種互補體現在不僅老教師可以傳授給新教師經驗，為新教師提出教學與管理方面的建議，而且也體現在新教師利用信息化手段對老教師的經驗加以提煉和更新，并進一步促進年長教師進行數字化教學方面能力的提升。因此，基于師徒制的新、老教師之間的相互學習、共同成長能夠促進彼此的專業發展。

數字時代，人們學習的方式發生重要變化，年青一代善用技術快速掌握信息知識，很多資深人士都要向學生、孩子、年輕同事學習科技小竅門和最新術語。各個領域都體現著數字反哺的足跡，基礎教育領域也需要發揮數字反哺的優勢，為教育教學注入新鮮活力、創造全新路徑。