STEM、STEAM與可能的實(shí)踐路線

柳棟　吳俊杰 謝作如　沈涓

【摘 要】正處在社會發(fā)展轉(zhuǎn)型期的中國，社會建設(shè)者的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力發(fā)展是亟待全社會著力解決的問題。本文扼要概述了STEM教育的發(fā)展脈絡(luò)與內(nèi)容框架，回顧我國已有的實(shí)踐，展望現(xiàn)實(shí)中宏觀與微觀層面可能的突破策略，以期促進(jìn)同行的進(jìn)一步思考和實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】STEM；STEAM；課程

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2013）06-39-03

一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，并不只是金融等所謂的虛擬經(jīng)濟(jì)和服務(wù)經(jīng)濟(jì)。制造業(yè)，尤其是高端制造業(yè)，是社會健康經(jīng)濟(jì)真正堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)之一。這里的高端，包括兩個(gè)層面的含義，一是產(chǎn)品質(zhì)量上的高水平，二是科技含量上的尖端性，而這要求公民的科技素養(yǎng)。我國正處在社會發(fā)展的轉(zhuǎn)型期，社會建設(shè)者的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力培養(yǎng)是亟待全社會著力解決的問題，教育行業(yè)必須直面嚴(yán)峻的發(fā)展挑戰(zhàn)。

人類對世界的認(rèn)識，從古代的朦朧一體逐漸分化為分科的學(xué)問，經(jīng)由分科，深化了對自然的認(rèn)識。然而，自上個(gè)世紀(jì)50年代以來，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，自然規(guī)律并不是封閉系統(tǒng)決定論所說的可逆過程，而是開放系統(tǒng)于開放的環(huán)境中，在混沌的邊緣，經(jīng)由主體自組織發(fā)展的不可逆過程。分科的學(xué)問漸漸走向融合，整體性的視野成為我們認(rèn)識世界、順應(yīng)規(guī)律發(fā)展的重要方式。

STEM的由來與內(nèi)涵

STEM教育源自美國。上世紀(jì)80年代，美國認(rèn)識到科技教育的滑坡將造成人才嚴(yán)重短缺，富有創(chuàng)見地提出了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）學(xué)科集成戰(zhàn)略[1]，旨在大力培養(yǎng)訓(xùn)練有素的數(shù)學(xué)家、科學(xué)家、工程師、技術(shù)人員和具備科學(xué)素養(yǎng)的美國公民。近30年來，美國政府和一些科研機(jī)構(gòu)、高校、基金會，通過立法、撥款、專門項(xiàng)目等方式推動著STEM教育不斷深化。2012年，奧巴馬簽署了《總統(tǒng)2012預(yù)算要求和中小學(xué)教育改革藍(lán)圖法案》，決定斥資2億美元推進(jìn)STEM課程實(shí)施，并將在兩年內(nèi)招聘1萬名STEM教師，10年內(nèi)培養(yǎng)10萬名STEM教師[2]。

STEM領(lǐng)域建立在與其他學(xué)科融合的基礎(chǔ)上。STEM的教育宗旨是“以設(shè)計(jì)和探索為目的，并對技術(shù)問題解決進(jìn)行科學(xué)的探索”。其課程目標(biāo)中包含了科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)等方面[3]。STEM課堂上，圍繞一個(gè)真實(shí)問題，學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下，參與到小組中開展研究，期間有可能通過面對面或者網(wǎng)絡(luò)的方式與學(xué)習(xí)伙伴開展交流。在學(xué)習(xí)與研究的過程中，學(xué)生應(yīng)使用技術(shù)搜集、分析數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)、測試和改進(jìn)一個(gè)解決方案，并與同伴交流研究成果。

STEAM比STEM多了一個(gè)A。這個(gè)A，指的是藝術(shù)。狹義上指美術(shù)、音樂等學(xué)科；廣義上則包括美術(shù)、音樂、社會、語言等人文藝術(shù)[4]。STEAM的課堂常常是基于真實(shí)問題解決的探究學(xué)習(xí)、基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)。它強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生在看似雜亂無章的學(xué)習(xí)情境中發(fā)展設(shè)計(jì)能力與問題解決能力，因?yàn)檎鎸?shí)的問題是劣構(gòu)、錯(cuò)構(gòu)的問題。STEAM的學(xué)習(xí)包括兩個(gè)基本循環(huán)：探究學(xué)習(xí)循環(huán)和設(shè)計(jì)制作循環(huán)。探究學(xué)習(xí)循環(huán)從學(xué)生源自真實(shí)世界的興趣和困惑出發(fā)，到問題澄清、假設(shè)檢驗(yàn)，再到交流分享。設(shè)計(jì)制作循環(huán)同樣從學(xué)生的興趣和困惑出發(fā)，到分析解釋、建模檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)制造，再到交流分享，最后作用于真實(shí)世界。每個(gè)循環(huán)都涉及寫作、反思與公開展示，以幫助學(xué)生闡釋經(jīng)驗(yàn)，澄清所學(xué)的知識，并將行動與目標(biāo)聯(lián)結(jié)起來。在兩個(gè)循環(huán)并行或串行展開的過程中，學(xué)生逐步完善設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而提高對科學(xué)概念的理解，充分發(fā)展實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

在中小學(xué)，STEAM的踐行離不開課程這個(gè)概念，主要涉及數(shù)學(xué)、科學(xué)（理化生等）、技術(shù)（通用技術(shù)、信息技術(shù)）、藝術(shù)（語言、音樂、美術(shù)）等四大領(lǐng)域的核心課程，并包含了各類豐富的相關(guān)選修課程。

美國學(xué)者桑德斯曾指出，在實(shí)施STEM和STEAM教育時(shí)，技術(shù)和工程應(yīng)必選其一，再綜合科學(xué)、數(shù)學(xué)及藝術(shù)方面的內(nèi)容，構(gòu)建相關(guān)選修科目。需要指出的是，這里的“技術(shù)”，主要是指人與技術(shù)手段的相互關(guān)系，而在我們此前的研究中[5]，“技術(shù)”一詞的界定已經(jīng)包括了此處狹義的“技術(shù)”概念與“工程”概念。

STEM、STEAM思想在大陸的實(shí)踐反映

盡管STEAM這個(gè)名詞是舶來品，但是它所蘊(yùn)涵的思想和實(shí)踐一樣在大陸有所反映。

1. 政府決策與國家層面關(guān)于青少年創(chuàng)新能力的項(xiàng)目

我國政府一直重視青少年科技創(chuàng)新能力的發(fā)展。在2001年頒布的《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》中明確提出要全面推進(jìn)素質(zhì)教育，并實(shí)現(xiàn)五個(gè)“改變”：課程結(jié)構(gòu)走向綜合、均衡、選擇；課程內(nèi)容關(guān)注學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗(yàn)與終身發(fā)展；課程實(shí)施倡導(dǎo)探究學(xué)習(xí)；課程評價(jià)更注重發(fā)展性功能；課程管理變國家統(tǒng)一為國家、地方、學(xué)校三級管理?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》強(qiáng)調(diào)：基礎(chǔ)教育要著力提高學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實(shí)踐能力，探索發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的途徑；職業(yè)教育要形成適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整要求，滿足經(jīng)濟(jì)社會對高素質(zhì)勞動者和技能型人才的需要；高等教育著力培養(yǎng)高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才。

在普通高校，國家層面開展的科技競賽至少有22項(xiàng)，平均每年舉辦17項(xiàng)左右。其中，“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽由共青團(tuán)中央、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會、教育部、全國學(xué)聯(lián)和地方政府共同主辦。如今，每年有1000多所高校、200多萬大學(xué)生參與競技，是大學(xué)生參與科技創(chuàng)新活動的重要平臺。競賽獲獎?wù)咧幸呀?jīng)產(chǎn)生了兩位長江學(xué)者，6位國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，20多位教授和博士生導(dǎo)師。全國職業(yè)院校技能大賽是教育部發(fā)起的，專業(yè)覆蓋面最廣、參賽選手最多、社會影響最大、聯(lián)合主辦部門最全的國家級職業(yè)院校技能賽事。全國青少年科技創(chuàng)新大賽由中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會、教育部、科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委等共同主辦。大賽的競賽系列活動包括青少年科技創(chuàng)新成果競賽和優(yōu)秀科技教師評選兩項(xiàng)內(nèi)容。大賽的展示系列活動包括優(yōu)秀科技實(shí)踐活動展覽、少年兒童科學(xué)幻想繪畫獲獎作品展覽等。

普通高?？萍几傎惖慕M織一般是“國家-院校”兩級機(jī)構(gòu)，職業(yè)院校一般是“國家-省市-院?！比墮C(jī)構(gòu)，K12學(xué)段則一般是“國家-省市（教育行政+省市青少年科技中心等校外教育業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)）-區(qū)域青少年科技中心-學(xué)?！彼募墮C(jī)構(gòu)。我國關(guān)于STEM領(lǐng)域通常以“科技創(chuàng)新”、“創(chuàng)新能力”、“實(shí)踐技能”等為關(guān)鍵詞。國家在該領(lǐng)域的決策過于原則，系統(tǒng)思考不明顯、行動細(xì)節(jié)不夠清晰；工作策略上則主要以賽促教。就基層實(shí)踐的角度來看，拔尖的功能更強(qiáng)于普及功能，沒有從課程建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)聚焦、著力。K12領(lǐng)域中的青少年科技競賽有功利主義的苗頭，普及性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；業(yè)務(wù)管理歸屬區(qū)域校外教育機(jī)構(gòu)，沒有深度滲透到課程建設(shè)與實(shí)施的核心業(yè)務(wù)流程中。

2. 高校、地區(qū)、學(xué)校的行動

華東師大、華南師大、廣西師大等高校從課程建設(shè)的角度關(guān)注這一領(lǐng)域，南京大學(xué)、浙江大學(xué)等高校也有相關(guān)的研究，研究成果比較豐富。但是大陸就STEM為主題的研究總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，論文大部分發(fā)表于2010年以后，篇名、關(guān)鍵詞中含有“STEM課程”、“STEM教育”的相關(guān)文獻(xiàn)僅有20余篇。以“創(chuàng)新能力”、“實(shí)踐能力”等為關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)不少，但是能夠系統(tǒng)性思考課程的建設(shè)與實(shí)施，能夠提出系統(tǒng)行動方案的不多。

在各省、市、自治區(qū)政府中，北京市金鵬科技團(tuán)項(xiàng)目、上海市創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目是較為突出的兩項(xiàng)。金鵬科技團(tuán)項(xiàng)目始于1998年，為發(fā)揮其在中小學(xué)科技教育中的引領(lǐng)和龍頭作用，北京市教委于2005年、2010年兩次深化項(xiàng)目的推進(jìn)工作。目前，在北京市中小學(xué)形成了近50個(gè)金鵬科技團(tuán)。早在2007年，上海市就頒布了《關(guān)于深化教育綜合改革進(jìn)一步加強(qiáng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的若干意見》。2010年，上海市市教委決定在部分高中開展“學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)培育實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”，并同期推出了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目。學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新基地建設(shè)工程列為《上海市中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》2012年之前啟動實(shí)施的十項(xiàng)重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目[6]。

各地的示范性、實(shí)驗(yàn)性高中的特色科技實(shí)驗(yàn)室和特色校本課程建設(shè)，內(nèi)容非常豐富，領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。而小學(xué)學(xué)段的校本科技課程，據(jù)筆者了解，深圳南山實(shí)驗(yàn)學(xué)校麒麟部的游戲化小學(xué)低段科技課程、北京東城區(qū)東四九條小學(xué)各類科技實(shí)驗(yàn)校本科目、上海虹口區(qū)曲陽第四小學(xué)虛實(shí)融合的小學(xué)科學(xué)校本課程等是較為成型的案例。

此外，也有以科學(xué)技術(shù)為主題的學(xué)校，如上海市徐匯區(qū)康寧科技實(shí)驗(yàn)小學(xué)，邀請了多位中科院院士擔(dān)任名譽(yù)院長，將科技教育與人文教育相結(jié)合，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。深圳科學(xué)高中是中國第一所科學(xué)高中，旨在培養(yǎng)以科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)見長的創(chuàng)新型高中學(xué)生。

3. 教師個(gè)人自主的探索與民間的創(chuàng)客運(yùn)動

每個(gè)時(shí)代，能動進(jìn)取的教師總是會順應(yīng)社會發(fā)展，主動變革教學(xué)。圍繞STEM教育理念，依托綜合實(shí)踐課程，北京的吳俊杰老師研發(fā)了《人工智能》、《Scratch編程》課程，廣州吳向東老師和武漢毛愛萍老師依托Scratch軟件，研發(fā)了《兒童數(shù)字文化創(chuàng)作》課程。常州管雪沨老師研發(fā)實(shí)施了《小學(xué)生趣味編程》課程，溫州謝作如老師依托Arduino、Scratch軟件開發(fā)并實(shí)施了《互動媒體技術(shù)》課程。在傳統(tǒng)科技創(chuàng)新領(lǐng)域的教師，如上海復(fù)旦大學(xué)附中吳強(qiáng)老師，在自己的學(xué)科領(lǐng)域做出了獨(dú)立思考與主動探索。

“創(chuàng)客”一詞來源于英文單詞“hacker”，它并非指電腦領(lǐng)域的黑客，而是指不以贏利為目標(biāo)，努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的人?？死锼埂ぐ驳律陆岢龅母拍钍恰癕akers”。他指出：驅(qū)動第三次工業(yè)革命的是一群叫創(chuàng)客的人，他們運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)和最新的工業(yè)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)造，引領(lǐng)了個(gè)體制造時(shí)代的到來[7]。李大維是這本書中提到的中國創(chuàng)客。他創(chuàng)立的新車間位于上海，是中國第一個(gè)創(chuàng)客空間，成立于2010年9月。李大維曾經(jīng)從事Facebook社交應(yīng)用開發(fā)工作，現(xiàn)在正推動著中國民間創(chuàng)客文化的發(fā)展。創(chuàng)客空間是一個(gè)人們能分享興趣（多數(shù)是電腦、技術(shù)、科學(xué)、數(shù)字或者電子藝術(shù)）、合作、動手、創(chuàng)造的地方。目前，大陸在上海、北京、成都、南京、深圳等地已經(jīng)成立了創(chuàng)客空間。

STEM、STEAM在大陸可能的實(shí)踐路線

1. 宏觀層面：國家、高校、科研機(jī)構(gòu)

在國家層面，建議重新開展對技術(shù)類課程的深度研究，以期推出符合社會發(fā)展要求的中小學(xué)技術(shù)類課程標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)類課程教師職前培養(yǎng)方案、技術(shù)類課程教室裝備標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)類課程師資配備的人事編制方案等工作，并建議國家通過立法制定規(guī)則，以激發(fā)社會各界參與課程建設(shè)活動的內(nèi)在動力。同時(shí)，建議對修訂數(shù)學(xué)、科學(xué)類、藝術(shù)類等核心課程的標(biāo)準(zhǔn)開展預(yù)研究。

建議各類科研機(jī)構(gòu)、社會機(jī)構(gòu)與企業(yè)組織，通過各種方式支持相關(guān)領(lǐng)域的分項(xiàng)研究，通過各個(gè)側(cè)面的努力，豐富完善整個(gè)STEM、STEAM教育實(shí)施系統(tǒng)所需要的認(rèn)識與探索。

囿于K12師資成長周期的限制，除了高等教育需要為培養(yǎng)STEM教育合格師資作出努力以外，建議各類高校開設(shè)周末與暑期STEM科目，一是緩解師資匱乏的困難，二是能夠更好地推進(jìn)STEM教育可持續(xù)發(fā)展。與此同時(shí)，基礎(chǔ)教育需要調(diào)整選修課認(rèn)定方式，以容納相應(yīng)的課程實(shí)施新形態(tài)。

2. 微觀層面：基層學(xué)校、教師個(gè)人自主的探索

在學(xué)校層面，STEM、STEAM課程的實(shí)施，可以圍繞著學(xué)校辦學(xué)特色建設(shè)、特色綜合實(shí)踐板塊（國家課程方案）校本課程建設(shè)、特色拓展探究板塊（上海課程方案）校本課程建設(shè)來開展，嘗試將它們與數(shù)學(xué)、科學(xué)類和藝術(shù)類核心課程對接融合。

在教師層面，可以根據(jù)自己原有任教學(xué)科與STEM、STEAM可能的交集，尋求可能的突破方向。依托特色綜合實(shí)踐板塊校本課程、特色拓展探究板塊校本課程建設(shè)，實(shí)施相關(guān)的自我研發(fā)科目。更建議教師們根據(jù)興趣相投的原則，組合成團(tuán)隊(duì)，共同研發(fā)實(shí)施相應(yīng)的校本課程科目。我們建議教師們借助校本課程的研發(fā)實(shí)施，更新自己的相關(guān)知識、發(fā)展相應(yīng)的教育教學(xué)能力，在實(shí)踐中發(fā)展，在發(fā)展中推動實(shí)踐。