STEM教育對我國跨學科教育的啟示

夏立群

［摘 要］STEM教育在世界范圍內逐漸興起，對我國跨學科的科學教育具有積極的借鑒意義。跨學科教育既是知識教育本身的需要，又是現實社會的需要，跨學科研究所形成的系列成績促進了相關教育的發展。我國很早就提出了跨學科或者交叉學科的科學教育倡議，但當前跨學科教育仍然存在很多問題。分析STEM教育的內涵、產生的原因及其局限性，能夠為當前我國跨學科教育的發展提供積極的借鑒與啟示。

［關鍵詞］STEM；跨學科教育；科學教育

［中圖分類號］ G640 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）01-0037-03

近二十年來，整個教育領域對STEM教育的興趣呈爆炸式增長趨勢。許多大學通過借鑒和探索STEM模式來進行學科建設與研究；中小學則嘗試根據STEM來籌劃課程改革或教學改革；在教育市場中，STEM更是一個“誘人”的詞匯，各類教育機構紛紛打出STEM教育的廣告，儼然已經將STEM（以及在STEM基礎上納入Art的STEAM）炒作成又一個吸引家長掏錢的概念。然而，STEM到底是什么？為什么提出STEM教育？它具有什么局限性？這些依然是模糊的問題，而回答這些問題，對當前我國教育尤其是跨學科教育的發展具有參考價值。

一、STEM教育的內涵及提出原因

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）的縮寫，由美國國家科學委員會（NSF）在1986年提出，用以強調這四個學科在科學教育中的重要性。

關于STEM教育的定義，至今都沒有一個統一的說法。究其原因，一是人們對科學、技術、工程和數學的定義仍缺乏共識，二是STEM并沒有形成系統的、典型的成熟教育模式。從最寬泛的定義上說，STEM是一種教學方法，它通過整合科學、技術、工程和數學來實現跨學科教育，從而讓學生從不同學科中學習知識和技能，以解決現實世界的問題。從教育內容上說，STEM不是一種特定的課程模式，因此，很難辨別STEM教育的具體內容到底是什么，事實上，任何與科學、技術、工程或數學有聯系的教育設計都能被納入STEM教育中。從教育形式上說，STEM教育也沒有自身獨特的、固定的教學模式，無論是純理論的教學，還是純實踐的教學，或者是兩者的結合，都能夠應用STEM教育的理念。從教育設計上說，STEM教育并沒有像特定的某個學科如數學一樣，具有一個從小學到大學的完整的分階段設計。不過，從教育目的上說，STEM教育較為明確，如Rodger Bybee [1]為了將STEM從“喊口號”轉變為切實的教育行為，概括了STEM教育的幾個目標：（1）個體的知識、態度和技能，以識別生活中的問題和難題，解釋自然和社會，并就STEM相關問題得出基于證據的結論；（2）理解STEM作為人類知識、探究和設計形式的特征；（3）了解STEM是如何塑造我們的物質、智力和文化環境的；（4）作為一個能提出建設性意見的、關心社會的和具有反思意識的公民，愿意參與解決STEM的相關問題，并具有科學、技術、工程和數學的思想。這些目標和要求，大致涵蓋了個體素養、社會適應、知識探究以及公共責任。因此，STEM教育更多的是一種教育理念，而不是一種實際的具體教育模式。

STEM教育的提出與發展既是教育本身的需要，又是現實社會的需要。STEM教育代表了一種思考社會現實與課程相結合的改革思路，思考如何重組教育內容與模式。一方面，從教育本身來說，現實世界的問題很少使用單一學科領域的知識來解決，學生在學校的受教育經歷應該體現這一現實，這在一定程度上導致教育機構和教育者對STEM教育的日益關注。從理念上說，STEM教育是科學、技術、工程和數學的結合，因此，它通常呈現出一種跨學科的整合面貌，而不是在單一學科領域內展開。STEM教育的目的在于讓學生有機會從整體上理解世界，而不是通過孤立的主題和學科來了解世界。另一方面，STEM教育是一種現實倒逼的結果，因為STEM教育被認為是促進國家經濟增長和提高國家國際競爭力的有效途徑。在過去的幾十年里，世界各國對STEM教育的關注逐漸增強，各國尤其是美國在國家層面也推出了許多STEM導向的教育政策[2]。這些政策中的理念始終聚焦于幫助學生獲得社會競爭所需的知識，說得直接一點，它的目的之一在于讓學生找到工作。就業可能是當前最具代表性的教育改革話題，所以STEM教育很容易被教育政策所參考，因為STEM的四個學科與各個行業有著清晰的聯系，無論是信息和通信技術還是電子商務，無論是食品還是醫療健康，科學、技術、工程和數學教育一直都是就業利器，因此也成為許多國家在教育扶持中的優先事項。

簡言之，從知識教育層面來說，科學、技術、工程和數學之間有著內在的聯系，因此，讓學習者考慮和掌握它們之間的相互聯系，對于其獲取和應用知識來說都是有益的。從現實經濟層面來說，STEM是各個國家在未來全球市場上的競爭領域，STEM教育就是為了這一競爭而培養更多高素質人才。這兩個層面的目標，一個是微觀的，一個是宏觀的，兩者相輔相成，由此培養出的人才有助于一個國家在全球經濟市場的競爭中處于優勢，而處于優勢的國家將具有更多的科研經費以及更多的機會來培養有競爭力的人才，從而促進科學、技術、工程和數學的發展。

二、STEM教育對我國跨學科教育的啟示

作為跨學科教育理念的其中一種，STEM教育對我國的跨學科教育具有借鑒意義。跨學科或交叉學科的教育與研究是一個持續的熱點，包括諾貝爾獎在內的一些最引人注目的學術研究和進步，大都是通過跨學科領域的知識組合取得的，所以許多傳統的學科領域正在通過整合其他學科的知識來加以拓展，從而形成新的知識發現。雖然多年前我國就已經提出了跨學科或者交叉學科的教育與研究，但不可否認的是，我們依然停留在傳統的學科教育模式層面。在中小學以及高等教育中，最常見和最廣泛的課程模式依然是嚴格按照學科來設計的，很少注意學科之間的相互聯系。

跨學科教育滯后的原因眾多。從教育理念來說，部分學校鼓勵跨學科教育及研究的目的并不純粹，大多是因為跨學科更容易產出科研成果或更容易獲獎，學校的資金和教師的精力也因此更多地投放在容易產出的研究環節，而不是將目光真正聚焦于基礎性的跨學科教育和教學領域。從教育者層面來說，跨學科教育的實現歸根結底還是取決于實施教育的教育者，跨學科教育對教育者的綜合學科能力要求遠高于傳統學科教育。跨學科教育由多個學科組成，所以教師本身不僅要精通自己的學科，還要精通其他學科。同時，普及跨學科教育，需要大量具有跨學科教育能力的教師，這一師資問題的解決需要一個較長的周期。從具體教學過程來說，跨學科教育需要綜合性的課程設計。當進行跨學科教學時，大多數教師會在課程中加入本學科之外的其他學科知識，但最終目的仍然是以本學科為核心，這可能導致跨學科授課流于表面；同時，跨學科教育的內容也難以在現行各類學習考核中體現，習慣于傳統應試教育的機構和教師可能會抵制跨學科教育模式。從學科壁壘來說，教育領域中的學科壁壘依然堅硬，教育者固有的學科領地意識依然很強，學術開放態度與合作態度并不足以形成良好的跨學科氛圍和機會。這一點在跨學科的項目參評和專家評審，以及學生跨學科考研和獲取第二學位等問題上有著清晰的現實體現。總的來說，目前的跨學科教育依然存在急功近利的“短平快”模式和“動物性”的領地意識，重視跨學科教育和研究所帶來的紅利，樂于“圈地”和摘取頂端的“果實”，卻不愿對只有長期堅持才能見效的基礎性工作付出精力。

STEM教育對上述問題具有積極啟示。當前的許多現實問題需要科學、技術、工程和數學知識共同作用才能解決，而這些合力需要基于這樣一些基本能力：創造性和創新性、批判性和邏輯性思維、識別和解決問題，有效合作和交流等。STEM教育有助于學生這種解決問題的能力或素質的形成。同時，STEM教育并不僅僅意味著在教育中整合科學、技術、工程和數學，而是一種教育思維的轉變。STEM不僅是這四個學科的集成，也是教育中對各個學科之間壁壘的消除。事實證明，除少數研究人員外，社會中大多數的就業崗位都是跨學科的，即使是專業化程度極高的科研人員，也很難避免與其他學科的交叉。因此，為學生提供跨學科教育至關重要，這將提高學生在就業市場中的適應能力。高校應通過基礎和綜合的方式提升學生的知識、技能水平，從而幫助學生在未來適應跨學科的工作和學習。同時，STEM教育對于跨學科教育的啟示還在于打破單一學科的狹隘視野。學科設置只是一種人為的設計，其目的在于方便識別，任何學科都無法拋開其他學科而自成一體。STEM教育的一個主要目標是無論學生是否選擇從事STEM相關工作，都需要提高學生在科學、技術、工程和數學方面的素養，如批判性思維、解決問題的能力、創造力、協作能力等，因為這些素質不只是就業素質，也是個人生活以及適應社會的能力。隨著全球化的發展，不同國家、不同文化、不同地域、不同學科領域之間的互動及合作越來越多，而擁有跨學科技能的個體能夠更好地適應不斷變化的世界。

三、STEM教育的局限性

雖然STEM教育具有許多值得借鑒之處，但并不能全盤照搬，這種教育模式本身在現實層面和教育層面仍然具有許多局限性。

從現實層面來說，無法回避的是STEM本身帶有西方世界狹隘的民族主義和意識形態色彩。STEM從根本上說，是一個基于政治目的而產生的設計，而非純粹基于教育規律而提出的教育設計。NSF在2009年《改善所有美國學生的STEM教育》公開信中，明確表明重視STEM教育的目的是“保持美國的經濟繁榮和安全，以及美國在科學和技術方面的世界領先和指導地位”。也就是說，STEM教育是一個典型的基于資本邏輯的實用主義教育理念，提倡STEM教育的最根本的理由，并不完全是追求真理的知識需要，而是維持資本主義的科技霸權地位，以及培養出能夠給國家帶來競爭力和為社會創造更多財富的人，或者說最低目標是培養出不給社會帶來負擔的就業者，因此具有明顯而強烈的功利化傾向[3]。這也是STEM教育被許多教育學家所批判的地方。

從教育層面來說，目前的STEM教育仍然未完成對不同學科的整合。STEM中四個學科的跨學科程度不同，并且與教育領域的聯系程度有所不同，當前的STEM教育更多地體現了數學和科學的作用，而技術和工程的作用尚未得以展現。數學在STEM四個學科中作為一門正式的學科被定義得最清楚，它的基礎作用已經在學校教育中得到了認可，當然，正是因為其學科邊界的清晰性，數學教育本身很難進行跨學科教學，它也是STEM中最上游的學科，幾乎可以獨立存在而不依賴其他三個學科。而科學相對于數學來說，是一個十分寬泛的描述性術語，只有把它限定在一個特定的研究領域，比如生物學或者更狹窄的海洋生物學時，它才具有固定的含義，因此，其往往是作為獨立的學科來進行教育的。科學嚴重依賴數學作為分析工具來拓展知識，科學教育的跨學科程度高于數學，但在STEM中仍然處于較低的位置。技術比科學更加廣泛和模糊，它可以指人造的一切。如果不把有意義的技術指導與特定的活動聯系起來，就很難表達它是什么。科學的作用是發現知識和推動知識發展，而技術應用知識，并通過抽象和具體的人工制品表現出來，這就決定了技術教育本身必然是綜合的、跨學科的。工程學科與其他三個學科領域都不相同，因為從本質上說它是根據特定職業來描述的，特定職業領域的要求決定了其教學內容，如電氣工程、信息工程、建筑工程、機械工程、航空工程、食品工程、冶金工程等。工程學是四個學科中最下游的現實領域，工程學直接涉及解決問題和創新，這兩個主題在每個國家的議程上都是高度優先的。工程學是價值實現和財富產生的直接領域，它有選擇地應用來自數學、科學和技術的知識，工程學教育作為應用教育來說是跨學科程度最高的。

然而，教育界的現實是跨學科程度較高的技術和工程較少參與STEM教育，而與教育密切相關的數學和科學的跨學科程度又比較低。技術和工程主要是解決現實問題，或者說更關心經濟與利益問題，所以，技術和工程從業者相對于數學和科學從業者來說，更加遠離教育領域尤其是基礎教育領域。特別是工程學，其在中小學中開設的相關課程幾乎為零，而在高等教育階段作為公選課的可能性也微乎其微，這使得STEM教育理念幾乎成為一種空談。

四、結語

由于缺乏技術和工程在教育中的參與作用，STEM教育目前還沒有一種成熟的模式，在學校教育領域中，它更多的是一種目標性的理念，而不是一種實際的操作過程。在教育市場中，STEM雖然火熱，但也因為上述原因而停留在無實質性操作的概念炒作層面，在具體的教育培訓中也大多是虛有其名而無其實。通過網絡搜索，就可以發現最關心和最熱衷于傳播教育部關于跨學科或交叉學科最新通知與動態的，并不是公辦學校及其教師，而是販賣STEM或STEAM教育理念的教育培訓機構。相對于STEM教育，相伴而生的STEAM教育更加受到熱捧，原因在于相對于技術教育尤其是工程學教育，提供藝術教育顯然對這個行業來說更加駕輕就熟，培訓機構可以很好地利用STEAM這個“新壺”來裝藝術培訓的“舊酒”。

總的來說，STEM仍然是一個尚未實現的教育理念，但它為跨學科教育提供了較好的思路與方向。因此，需要發揮政府的政策導向作用，引入企業單位對教育的支持，進一步提高技術和工程學在教育領域的參與度[4]，基于工程學整合數學、科學和技術的教學內容，同時，要建立高質量的教師培訓項目，確保工程學在學校科學教育中的連貫性。當然，值得說明的是，我國雖然沒有類似STEM教育這樣將工程學納入跨學科教育的明確、系統的做法，但我國對工科教育及工科研究的重視程度不低于世界先進國家，因此，我們有理由對這一問題的解決保持相當樂觀的態度。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] BYBEE R W. The case for STEM education： challenges and opportunities[M]. Arilington VA：NSTA Press，2013：70.

[2] 張端，和繼軍，李小娟.美國STEM教育的嬗變[J].自然辯證法通訊，2020，42（11）：94-100.

[3] 李剛，呂立杰.實現真正的STEM教育 [J].中國教育科學（中英文），2021，4（2）：84-91.

[4] 李慧，王全喜，張民選.美國STEM教育的探析及啟示[J].上海師范大學學報（哲學社會科學版），2016，45（5）：144-152.

［責任編輯：劉鳳華］