論STEM教育的特點(diǎn)?

黃 曉 李揚(yáng)

摘要：STEM教育是綜合了科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)的特點(diǎn)，將知識(shí)的獲取、方法與工具的利用以及創(chuàng)新生產(chǎn)的過(guò)程有機(jī)統(tǒng)一，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)、技術(shù)、工程與教學(xué)綜合素養(yǎng)形成的教育。它重視學(xué)校技術(shù)教育與工程教育。STEM教育具有綜合性、動(dòng)態(tài)性、回歸性、實(shí)踐性與豐富性等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：STEM教育；特點(diǎn)；實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094-C-（2014）05-0005-03

一、STEM教育的內(nèi)涵

美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)20世紀(jì)80年代提出STEM教育的概念。STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)首字母的縮寫(xiě)?？茖W(xué)是建立在實(shí)踐基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)和嚴(yán)密邏輯論證的關(guān)于客觀世界各種事物的本質(zhì)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的知識(shí)體系。技術(shù)是人類為實(shí)現(xiàn)社會(huì)需要而創(chuàng)造和發(fā)展起來(lái)的手段、方法和技能的總和。數(shù)學(xué)側(cè)重研究現(xiàn)實(shí)世界空間形式和數(shù)量關(guān)系，是學(xué)習(xí)和研究現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)必不可少的基本工具。工程是應(yīng)用科學(xué)和數(shù)學(xué)產(chǎn)出成品的過(guò)程。STEM綜合了科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)的特點(diǎn)，將知識(shí)的獲取、方法與工具的利用以及創(chuàng)新生產(chǎn)的過(guò)程進(jìn)行了有機(jī)統(tǒng)一，以系統(tǒng)的、聯(lián)系的思維面對(duì)全球化、多元化文化發(fā)展。

STEM教育是STEM理念在教育中的反映，是付諸教育實(shí)踐的一種思考。STEM教育在美國(guó)受到極大關(guān)注離不開(kāi)對(duì)其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力下降的反思，對(duì)美國(guó)學(xué)生在國(guó)際數(shù)學(xué)、科學(xué)中表現(xiàn)欠佳的審視，它是對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)間關(guān)聯(lián)性的強(qiáng)調(diào)，是對(duì)學(xué)校技術(shù)教育、工程教育的重視，旨在促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)的綜合素養(yǎng)。

二、STEM教育的特點(diǎn)

STEM教育的提出、內(nèi)涵豐富離不開(kāi)系統(tǒng)論的審視，其在教育中的實(shí)踐呈現(xiàn)了與后現(xiàn)代課程觀的密切聯(lián)系，具體表現(xiàn)于綜合性、開(kāi)放與動(dòng)態(tài)性、回歸性、實(shí)踐性、多樣性。

（一）綜合性

“2061計(jì)劃”不僅視基礎(chǔ)的自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)為科學(xué)，還把基礎(chǔ)與實(shí)用的數(shù)學(xué)、工程與技術(shù)等相互交叉的學(xué)科作為科學(xué)，即提出了系統(tǒng)化、整體化的科學(xué)觀。STEM教育正是基于這種整體化、系統(tǒng)化科學(xué)觀在教育事業(yè)中的延伸與發(fā)展而得以提出，它將科學(xué)教育與技術(shù)教育、工程教育、數(shù)學(xué)教育聯(lián)系起來(lái)，以整體、聯(lián)系的思維解決各種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的挑戰(zhàn)，因而呈現(xiàn)了綜合性。STEM教育的綜合性首先表現(xiàn)于教育目標(biāo)上，盡管至今還沒(méi)有形成統(tǒng)一的目標(biāo)，但總體上希望學(xué)生能夠通過(guò)STEM教育，學(xué)習(xí)綜合利用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四方面知識(shí)與技能的能力，具有邏輯思維和技術(shù)能力，能夠創(chuàng)新設(shè)計(jì)并獨(dú)立進(jìn)行調(diào)查研究，有效解決問(wèn)題，并架起學(xué)校與STEM工作場(chǎng)所之間的橋梁[1]。這種綜合性的目標(biāo)關(guān)注了學(xué)科、學(xué)生、社會(huì)間的相互聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生發(fā)展、社會(huì)責(zé)任的整合等。STEM教育的綜合性反映到具體實(shí)踐中，不僅表現(xiàn)于課程內(nèi)容的綜合，如工程課程內(nèi)容中綜合了數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)知識(shí)的應(yīng)用，而且表現(xiàn)于課程教學(xué)方式的多元，即可以是基于問(wèn)題解決的模式，也可以是基于項(xiàng)目的模式。STEM課程的評(píng)價(jià)也朝著綜合性、系統(tǒng)性的方向發(fā)展。由于美國(guó)是個(gè)地方分權(quán)制的國(guó)家，各地區(qū)的課程有著不同的標(biāo)準(zhǔn)與版本。STEM教育及課程的評(píng)價(jià)也試圖以共享標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)清晰的、高質(zhì)量的評(píng)價(jià)系統(tǒng)反映學(xué)生是否達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)內(nèi)容的改革要求既要衡量學(xué)生理解、應(yīng)用核心概念和原則的能力，還要考核學(xué)生進(jìn)入大學(xué)和從事未來(lái)職業(yè)所需的高水平的推理能力、解決問(wèn)題的能力以及科技創(chuàng)新能力。評(píng)價(jià)種類上，除了直接指向通用標(biāo)準(zhǔn)的州評(píng)估，還提倡增加參與如NAEP、TIMSS、PISA這種發(fā)達(dá)國(guó)家及國(guó)際評(píng)估的次數(shù)。STEM教育在課程資源方面也呈現(xiàn)了綜合性，它是一個(gè)有機(jī)的、良好運(yùn)行的整體模式，其資金資助來(lái)自許多不同的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，支持STEM教育發(fā)展的力量還包括非政府組織及科學(xué)家等STEM專業(yè)社群。這種多元合作形成的綜合系統(tǒng)增加了STEM教育的實(shí)踐性和可行性，并有助于增進(jìn)家長(zhǎng)、學(xué)校校長(zhǎng)、州和地區(qū)長(zhǎng)官、公共領(lǐng)導(dǎo)對(duì)STEM學(xué)科的了解和掌握，推動(dòng)STEM教育的實(shí)施和發(fā)展。

（二）動(dòng)態(tài)性

STEM教育在課程內(nèi)容、課程實(shí)施及評(píng)價(jià)中表現(xiàn)的綜合性，凸顯了其開(kāi)放性與動(dòng)態(tài)性。區(qū)別于機(jī)械認(rèn)識(shí)論視知識(shí)為客觀存在，STEM教育認(rèn)為知識(shí)是不斷更新的，是動(dòng)態(tài)與發(fā)展的。不僅表現(xiàn)于其科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)，而且顯現(xiàn)于科學(xué)的社會(huì)應(yīng)用、技術(shù)與工程中的科學(xué)及數(shù)學(xué)原理等維度，即STEM教育從開(kāi)放的知識(shí)觀角度反思了傳統(tǒng)教育的弊端，弱化了對(duì)知識(shí)的記憶，重視了概念理解及應(yīng)用，認(rèn)為對(duì)概念的深層理解有助于學(xué)生靈活應(yīng)用已有知識(shí)，并在與現(xiàn)實(shí)生活世界的接觸中隨時(shí)拓展和完善自己的知識(shí)體系。STEM教育在課程內(nèi)容、實(shí)施方面表現(xiàn)的動(dòng)態(tài)性，離不開(kāi)STEM教育系統(tǒng)的開(kāi)放性及各要素間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。在以STEM教育為重點(diǎn)的學(xué)校里，不僅課程內(nèi)容的選擇關(guān)注了STEM各領(lǐng)域的最新研究成果，而且其教學(xué)場(chǎng)所不再局限于課堂和學(xué)校，這種轉(zhuǎn)變與嘗試使學(xué)生有了更多接觸STEM職業(yè)場(chǎng)所的機(jī)會(huì)，并獲得將科學(xué)探究轉(zhuǎn)化為實(shí)踐以及進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，從而彰顯了STEM課程實(shí)施方式的開(kāi)放與動(dòng)態(tài)性——在課程實(shí)施方式上轉(zhuǎn)變了教師講解、學(xué)生接受的傳統(tǒng)課程實(shí)施模式，建立了學(xué)習(xí)者、教育者與所處情境對(duì)話、交流的平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生內(nèi)在知識(shí)體系的創(chuàng)新生成。如美國(guó)伊利諾伊數(shù)理高中（Illinois Mathematics and Science Academy，簡(jiǎn)稱IMSA）為學(xué)生提供整個(gè)學(xué)年與學(xué)術(shù)界或行業(yè)中的STEM專家共同學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，這一課程研究中涉及了納米顆粒的磁性、嬰兒死亡率、密歇根湖的汞污染和預(yù)測(cè)流感爆發(fā)的模型等內(nèi)容，這一過(guò)程中伴隨著問(wèn)題的解決與探究活動(dòng)的開(kāi)展，開(kāi)放的課程實(shí)施方式及動(dòng)態(tài)的課程內(nèi)容，不僅有助于學(xué)生認(rèn)知能力的提升，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生敏銳的科學(xué)思維習(xí)慣和高效解決現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題的能力。[2]

（三）回歸性

美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)（President's Council of Advisors on Science and Technology，簡(jiǎn)稱PCAST）認(rèn)為，學(xué)生在STEM領(lǐng)域成就上表現(xiàn)出的性別差異并非源于天賦問(wèn)題而是源于學(xué)生的興趣，在國(guó)際科學(xué)與數(shù)學(xué)測(cè)試中美國(guó)學(xué)生整體表現(xiàn)欠佳的內(nèi)在原因是缺乏對(duì)STEM領(lǐng)域的興趣[3]。這一觀點(diǎn)實(shí)質(zhì)上體現(xiàn)了課程理念中學(xué)生觀的轉(zhuǎn)變，從學(xué)習(xí)興趣的歸因來(lái)傳達(dá)學(xué)生是學(xué)習(xí)主體的觀念。后現(xiàn)代課程觀的提出者之一多爾認(rèn)為課程要具有回歸性，指出課程要具有可反思的價(jià)值和余地，這種課程沒(méi)有固定的起點(diǎn)和終點(diǎn)，但它能夠使每一個(gè)人通過(guò)與環(huán)境、他人、文化的反思性相互作用形成自我感。[4]STEM教育的提出及課程實(shí)施實(shí)踐中逐漸凸顯反思的價(jià)值，在STEM課程內(nèi)容的選擇上致力于給學(xué)生提供感興趣的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和校內(nèi)外與STEM有關(guān)的內(nèi)容；在課程實(shí)施中，突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，關(guān)注學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的過(guò)程，激發(fā)學(xué)生對(duì)于STEM領(lǐng)域?qū)W科的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。STEM教育對(duì)學(xué)習(xí)主體的關(guān)注，還表現(xiàn)于對(duì)教育公平問(wèn)題的強(qiáng)調(diào)，表現(xiàn)于2010年美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)與技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)報(bào)告給聯(lián)邦政府的兩個(gè)目標(biāo)中，強(qiáng)調(diào)所有學(xué)生（包括女生和少數(shù)民族學(xué)生）能熟練掌握STEM領(lǐng)域知識(shí)。

（四）實(shí)踐性

STEM教育的實(shí)踐性首先表現(xiàn)于STEM教育提出本身，尤其是把對(duì)技術(shù)、工程學(xué)科的關(guān)注置于科學(xué)、數(shù)學(xué)教育同等重要的地位，這是對(duì)過(guò)程與實(shí)踐的凸顯，工程學(xué)里涉及的工程設(shè)計(jì)和工程思維習(xí)慣將直接影響學(xué)生的問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力。STEM教育的實(shí)踐性還體現(xiàn)在具體的課程實(shí)施中，一方面，有效的課程組織和精良的硬件設(shè)施促進(jìn)了從知識(shí)向?qū)嵺`關(guān)注的轉(zhuǎn)變，如一些學(xué)校已經(jīng)開(kāi)始將微觀裝配實(shí)驗(yàn)室（Fab labs）整合進(jìn)具體的課程中；另一方面，課程強(qiáng)調(diào)以活動(dòng)為基礎(chǔ)、基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)、同時(shí)獲得實(shí)踐的課堂體驗(yàn)[5]。如PLTW（Project Lead The Way）機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的《技術(shù)之門(mén)》課程[6]，旨在通過(guò)“能源與環(huán)境”模塊，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)制作可替代能源的模型，通過(guò)“電子魔力”模塊的實(shí)踐活動(dòng)，探索電與生活的密切關(guān)系。此外，STEM教育通過(guò)實(shí)踐性的課程建立起了師生交往的平臺(tái)，使學(xué)生從平等對(duì)話的交往經(jīng)驗(yàn)中自由地獲得知識(shí)、激發(fā)創(chuàng)造的靈感。

（五）豐富性

豐富性包括了課程的深度、意義的層次、多種可能性或多重解釋。[7]STEM教育的豐富性首先表現(xiàn)于其教育目標(biāo)的不同層次，促進(jìn)不同學(xué)生獲得不同水平的STEM素養(yǎng)，在要求使所有學(xué)生達(dá)到熟練掌握STEM學(xué)科知識(shí)的同時(shí)，給在STEM學(xué)科表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生提供機(jī)遇與挑戰(zhàn)，促進(jìn)其在STEM上獲得杰出成就。正是對(duì)多維目標(biāo)的追求，使得STEM課程內(nèi)容呈現(xiàn)了豐富性——如針對(duì)在STEM領(lǐng)域表現(xiàn)欠佳的西班牙裔學(xué)生，提供其與生活相關(guān)的食物、衣物、藥品等STEM領(lǐng)域知識(shí)；對(duì)于在STEM學(xué)科表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生，開(kāi)展了如《工程之路》課程的頂層課程，如《醫(yī)療干預(yù)》課程模塊等[8]，旨在通過(guò)讓學(xué)生跟蹤虛擬家庭的日常生活來(lái)研究如何預(yù)防、診斷和治療疾病，從而學(xué)習(xí)免疫學(xué)、遺傳學(xué)、藥理學(xué)等知識(shí)，促進(jìn)其科學(xué)思維方式的養(yǎng)成。綜合性的STEM教育將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門(mén)課程聯(lián)系起來(lái)，需要綜合考慮原有課程的各自特點(diǎn)，在課程設(shè)置上需要從多角度來(lái)解釋綜合化課程的豐富性，使學(xué)生通過(guò)多樣化的課程形式獲得自我發(fā)展的多種可能。如以STEM為重點(diǎn)的高中針對(duì)STEM的四門(mén)課程開(kāi)設(shè)了《大學(xué)先修》（AP）和《科研實(shí)習(xí)》等提高型課程，給STEM學(xué)科表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生提供了超越現(xiàn)有水平的機(jī)會(huì)。此外，還設(shè)置包括競(jìng)賽、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、實(shí)地考察等課外活動(dòng)項(xiàng)目及STEM的服務(wù)培訓(xùn)活動(dòng)，以增加STEM類課程與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的融合性，同時(shí)促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)參與度的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]Teaching Institute for Essential Science. TIES STEM Education Monograph Series: Attributes of STEM Education [EB/OL].[2012-06-13].http://www.citizenstogether.com/pdf/stem.pdf.

[2]Illinois Mathematics & Science Academy.ETEM[2013-08-09].[FB/OL].https://www.imsa.edu/sites/default/files/upload/121822%20IMSA%20Hndbk_Bdy.pdf.

[3]PCAST. Prepare and Inspire: K-12 Science, Technology,

Engineering, and Math (STEM) Education for Americas Future [R]. Washington, D.C .2010.

[4][7]多爾.后現(xiàn)代課程觀[M].北京：教育科學(xué)出版社，2009.

[5]趙中建.致力于STEM教育的“項(xiàng)目引路”機(jī)構(gòu)[J].上海教育,2012(11).

[6]PLTW. Middle School Program [EB/OL] .http://www.

pltwcalifornia.org/view-content/13/Middle-School-Program.html.

[8]PLTW. High School Program [EB/OL].http://www.

pltwcalifornia.org/view-content/14/High-School-Program.html.

（責(zé)任編輯：方健華）