英美STEM教育的異同

21世紀(jì)是知識與經(jīng)濟(jì)全球化的時代，各國為了應(yīng)對競爭壓力和創(chuàng)新人才的需求，越來越重視基礎(chǔ)教育改革，尤其是始于上個世紀(jì)80年代的STEM教育。歐美一些國家正在大力提高STEM教育的質(zhì)量，為未來世界競爭儲備足夠的專業(yè)人才。近年來，已有較多文獻(xiàn)關(guān)注美國STEM教育的相關(guān)分析，但是對其他國家STEM教育的分析還不多。本文從STEM教育的內(nèi)涵入手，重點對英美兩國STEM教育的發(fā)展現(xiàn)狀、課程改革、組織和實施進(jìn)行異同分析，據(jù)此對我國科學(xué)教育改革提出幾點啟示。

一、STEM教育的內(nèi)涵

隨著STEM教育的發(fā)展和日趨成熟，對其內(nèi)涵的解釋也逐步清晰。STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)首字母的縮寫，該學(xué)科的建立是基于與其他學(xué)科的融合而形成一個新的整體。有研究者總結(jié)，STEM教育倡導(dǎo)各學(xué)科之間的互動和跨學(xué)科的聯(lián)系，其教學(xué)重點放在真實的內(nèi)容和問題上，采用融合的教育方法，幫助解決人類現(xiàn)實世界存在的問題。國際學(xué)生評估的科學(xué)專家組計劃主席Rodger W. By?bee認(rèn)為一個真正的STEM教育應(yīng)該增加學(xué)生對工作發(fā)展的理解，并提高其對技術(shù)利用的能力，因此他倡導(dǎo)STEM教育在基礎(chǔ)教育階段應(yīng)當(dāng)介紹更多的工程教育。也有研究者認(rèn)為，STEM教育是綜合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的特點，將知識的獲取、方法與工具的利用，以及創(chuàng)新產(chǎn)生的過程有機(jī)統(tǒng)一，促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)形成的教育?？傊?，STEM教育集成了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科，注重實踐與探究，在綜合學(xué)習(xí)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)和21世紀(jì)技能。

二、英美兩國STEM教育的發(fā)展現(xiàn)狀

1.英國STEM教育的發(fā)展現(xiàn)狀

工程和科學(xué)行業(yè)是影響英國整個經(jīng)濟(jì)的一個重要因素，相關(guān)技能的不足，將一定程度上威脅到英國整體實力的提升。

約克大學(xué)的工業(yè)化學(xué)中心對學(xué)生科學(xué)態(tài)度評估的研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生16歲以后對科學(xué)的興趣漸漸降低，并缺少參與科學(xué)活動和選擇科學(xué)職業(yè)的良好意識。STEM技能對英國經(jīng)濟(jì)來說是根本，英國工商業(yè)聯(lián)合會（CBI）報告指出，40%的雇主很難招募STEM技能人才。英國的工程教育也存在不足，工程師數(shù)量緊缺。2005年P(guān)ISA評估結(jié)果顯示，英國中學(xué)生科學(xué)能力遠(yuǎn)高于國際平均水平，但很多學(xué)生的成就較低，英國所面臨的挑戰(zhàn)是確?？茖W(xué)的教學(xué)能夠滿足所有層次學(xué)生的需求。2012年P(guān)ISA結(jié)果顯示，英國學(xué)生的數(shù)學(xué)表現(xiàn)處于平均水平，科學(xué)表現(xiàn)略高于平均水平。2011 年TIMSS評估結(jié)果顯示，在數(shù)學(xué)和科學(xué)上，10歲、14歲學(xué)生的表現(xiàn)與2007年相比都有明顯退步，英國教育部認(rèn)為這與數(shù)學(xué)和科學(xué)在義務(wù)教育中長期不被重視有關(guān)。因此，在最近一次課程改革中，英國加大資金支持以改善這兩個科目的教學(xué)。

2.美國STEM教育的發(fā)展現(xiàn)狀

美國擁有的科技人力資源占全球的比例逐步縮小，國際競爭力正在下降。為了應(yīng)對這種危機(jī)，聯(lián)邦政府、國會、大學(xué)、公司、非營利性組織和咨詢機(jī)構(gòu)積極參與，一系列重要的法案、議案、研究報告紛紛出臺，支持STEM教育改革。奧巴馬上臺之后，對教育進(jìn)行了一系列改革，尤其重視K-12及本科階段的STEM教育，教育改革的方向也從政策制定更多地走向如何開展教育實踐和教師發(fā)展等核心問題上?？梢?，STEM教育已是美國教育的重中之重。

雖然備受重視，但是STEM教育、STEM人才的現(xiàn)狀卻讓人擔(dān)憂。目前美國培養(yǎng)具有STEM專業(yè)知識的學(xué)生、教師和專家數(shù)量不足。STEM學(xué)位授予率保持在17%左右，在24國中排在第20位。

2005年全國教育進(jìn)步評價（NAEP）評估結(jié)果顯示，美國總體上只有三分之一的中學(xué)生數(shù)學(xué)和科學(xué)水平達(dá)到了國家要求。2007 年TIMSS評估結(jié)果是數(shù)學(xué)水平?jīng)]有提高，科學(xué)水平略有提高。2009 年P(guān)ISA測試結(jié)果顯示，美國學(xué)生的科學(xué)和數(shù)學(xué)由中下水平提升到中等位置，這跟美國不斷提高STEM教育是分不開的。2012年P(guān)ISA測試結(jié)果顯示，美國學(xué)生的數(shù)學(xué)和科學(xué)水平均低于OECD的平均水平，美國工程和技術(shù)人才缺口大，K-12工程和教育發(fā)展不足，而工程教育又能夠充分利用科學(xué)和數(shù)學(xué)知識，因此美國特別重視科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育。2011年最新發(fā)布的TIMSS數(shù)據(jù)顯示，美國學(xué)生的數(shù)學(xué)與科學(xué)表現(xiàn)持續(xù)超過全球平均水平，排名優(yōu)于平均值，但仍比不上新加坡、韓國等亞洲國家與地區(qū)。

3.英美STEM教育發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)與分析

STEM教育關(guān)系到國家在世界經(jīng)濟(jì)市場中的競爭力，英美兩國都意識到STEM教育的重要性，尤其是通過國家、學(xué)校和社會的共同努力來提高基礎(chǔ)教育階段STEM教育的質(zhì)量。綜合兩國的現(xiàn)狀，STEM教育對提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實踐探究能力的水平將產(chǎn)生深刻的影響，雖然仍存在技術(shù)和工程教育不足、STEM人才匱乏等挑戰(zhàn)，但兩國在STEM教育方面都積累了豐富的實踐經(jīng)驗。因此，我們需要對英美兩國的STEM教育改革進(jìn)行分析比較，為我國基礎(chǔ)教育改革總結(jié)更多的經(jīng)驗。

三、課程改革方面的異同

1.英美兩國課程改革的相同點：教學(xué)理念與方法上的一致性

（1）教學(xué)理念以大概念為標(biāo)準(zhǔn)。大概念就是構(gòu)成一個知識領(lǐng)域的核心概念。用準(zhǔn)確的邏輯依據(jù)和框架來發(fā)展學(xué)校課程，包括STEM課程。最終實現(xiàn)STEM教育目標(biāo)：STEM素養(yǎng)、21世紀(jì)技能、STEM的工作愿景、興趣和參與性以及連接STEM學(xué)科的能力。

（2）注重在真實情境下的實踐性教學(xué)。STEM教學(xué)注重將實際生活中的實例引入課堂，在科學(xué)探究過程中通過問題引發(fā)科學(xué)、工程和技術(shù)的實踐。美國廣大的STEM學(xué)校也一直踐行突出實踐的真實情境教學(xué)，與世界頂級名校及本地知名企業(yè)建立長期合作關(guān)系。2013年美國新一代科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的顯著特點就是將科學(xué)和工程的實踐部分提到顯要位置，主張減少K-12科學(xué)教育理論知識的覆蓋，增加學(xué)生動手操作的機(jī)會，以利于科學(xué)探究和工程設(shè)計的融會貫通。在英國新的課程改革中，也運用探究式教學(xué)模式和情境化課程來增加學(xué)生的科學(xué)興趣。教師和講師與企業(yè)達(dá)成合作課題，加強(qiáng)和豐富學(xué)校課程，促進(jìn)現(xiàn)實生活與科學(xué)的溝通。綜合實踐課程可以使學(xué)生獲得對每個基礎(chǔ)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力和有效解決問題的能力，提高學(xué)生科學(xué)水平和在STEM領(lǐng)域的學(xué)習(xí)成就，推進(jìn)對STEM領(lǐng)域職業(yè)的追求。

（3）均采用“集成式STEM”的教學(xué)方法。STEM教育的本質(zhì)是在眾多孤立的學(xué)科中建立一個新的橋梁，為學(xué)生提供整體認(rèn)識世界的機(jī)會，通過把這4個領(lǐng)域內(nèi)學(xué)科知識和技能的教與學(xué)整合到一種教學(xué)范例中，使學(xué)生學(xué)習(xí)的零碎知識變成一個互相聯(lián)系統(tǒng)一的整體，這樣就消除了傳統(tǒng)教學(xué)中各學(xué)科知識割裂、不利于學(xué)生綜合使用解決實際問題的障礙，形成一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方法。2014年，由美國國家工程院和國家研究委員會發(fā)布《STEM與k-12教育的整合》，依據(jù)實證研究，指出綜合的教育模式是K-12教育中開展STEM教育的有效方式。2008年，英國提出的“新課程標(biāo)準(zhǔn)”則體現(xiàn)學(xué)科內(nèi)部、學(xué)科之間的平衡與一致性的特點。

2.英美兩國課程改革的不同點：在課程設(shè)置的關(guān)注點上有所差異

根據(jù)大概念，STEM教育課程的設(shè)置根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)階逐漸加深，英國強(qiáng)調(diào)將STEM職業(yè)規(guī)劃編入中小學(xué)的課程結(jié)構(gòu)中，美國則強(qiáng)調(diào)中小學(xué)的課程設(shè)置分為核心課程和選修課程，高中增設(shè)大學(xué)預(yù)備課程，打造數(shù)字化校園。

在英國，國家課程將學(xué)生學(xué)習(xí)的4個關(guān)鍵階段和12個基礎(chǔ)科目組織起來，數(shù)學(xué)和科學(xué)被安排在整個基礎(chǔ)教育階段，注重科學(xué)探究的特點，一旦學(xué)生建立對科學(xué)的足夠了解，“科學(xué)工作”將進(jìn)一步在關(guān)鍵階段3和4中發(fā)展，以增加設(shè)計和技術(shù)課程來鼓勵學(xué)生大膽想象，設(shè)計和制作出能夠解決實際問題的產(chǎn)品。STEM發(fā)展是全校戰(zhàn)略的問題，STEM規(guī)劃工具的設(shè)計能夠幫助學(xué)生在整學(xué)年中構(gòu)建自己的計劃，平衡跨越STEM課程。

在美國，與STEM相關(guān)的核心課程主要是數(shù)學(xué)、科學(xué)和信息技術(shù)，技術(shù)類課程主要在高中開設(shè)。在推行數(shù)字化校園上，通過使用數(shù)字化工具、專業(yè)渠道的學(xué)習(xí)資源、業(yè)內(nèi)專家學(xué)者的親身指導(dǎo)，學(xué)生就能夠?qū)?shù)字化資源以專業(yè)的方式融入到自己的學(xué)習(xí)活動之中，有望成為新一代STEM專業(yè)人才。

四、STEM戰(zhàn)略的組織與實施方面的異同

1.英美兩國STEM戰(zhàn)略的組織與實施的相同點

（1）有力的政策支持。英國在2002年出臺了加雷思·羅伯茨爵士評論報告《為了成功的SET》，該報告重點關(guān)注大學(xué)科學(xué)與工程技術(shù)教育對人才的培養(yǎng)。2004年由英國教育與技能部發(fā)布《2004-2014科學(xué)與創(chuàng)新的投資框架》，將STEM教育重心拓展到科學(xué)教師和講師的質(zhì)量、學(xué)生在GCSE階段的學(xué)習(xí)等內(nèi)容上。2006出臺《STEM項目報告》，提升資金分配和利用。2007年還發(fā)布了《科學(xué)與創(chuàng)新的評論報告》，激勵年輕人從事科學(xué)和工程事業(yè)。

美國的立法部門、行政部門以及多個咨詢機(jī)構(gòu)，均積極參與STEM戰(zhàn)略的制定和實施，表現(xiàn)出“全國一盤棋”的高度統(tǒng)一。早在1986年，美國國家科學(xué)委員會發(fā)布《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》（又稱尼爾報告），被譽為STEM教育的開端。2007年國會頒布《國家競爭力法》，為美國科技人力資源開發(fā)和促進(jìn)國家創(chuàng)新與競爭力提供了堅實的法律依據(jù)。2009年和2012年，奧巴馬政府相繼實施了“為創(chuàng)新而教計劃”和“新科技教育十年計劃”。美國國家科學(xué)院、國家研究委員會和各種專業(yè)協(xié)會等作為咨詢機(jī)構(gòu)提供研究咨詢服務(wù)。

（2）注重教師專業(yè)發(fā)展。英美兩國都面臨教師資源匱乏的問題，注重教師專業(yè)發(fā)展就成為推進(jìn)STEM教育的當(dāng)務(wù)之急。

在英國，招募教師和講師來培訓(xùn)STEM科目，國家科學(xué)教育中心為教師和技工提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)機(jī)會，STEM職業(yè)發(fā)展中心支持雇主和教育之間持續(xù)的知識交流。在美國，增加中小學(xué)數(shù)學(xué)和科學(xué)的教師編制，提升現(xiàn)有STEM教師技能，組建教師院校聯(lián)盟，分別進(jìn)行傳統(tǒng)型STEM教師培養(yǎng)和混合型STEM教師培養(yǎng)，啟動“尊重項目”，打造一流教師隊伍。

（3）構(gòu)建資源的集合。資源能夠給STEM教育提供有力的保障。在英國，國家STEM中心、物理實驗室和電子圖書館，為教師開放優(yōu)秀的教學(xué)資源、研發(fā)材料和專業(yè)發(fā)展的機(jī)會。在美國，國家科學(xué)基金會（NSF）提供STEM人力資源，眾多科學(xué)院和協(xié)會、高技能公司和組織提供廣泛的STEM教育咨詢服務(wù)，與STEM相關(guān)的各學(xué)院與教育學(xué)院通力合作，資源共享。

2.英美兩國STEM戰(zhàn)略的組織與實施的不同點

（1）資金投入量。由于英美兩國STEM教育的發(fā)展現(xiàn)狀和政策不同，導(dǎo)致資金投入量不同。不斷加大STEM的投入是美國扶持科技人力資源開發(fā)的重要手段。2008年度財政預(yù)算5000萬美元，2009年度申請1億美元，2010年度計劃1.5億美元，2014財政年度投入28億美元，旨在提高STEM領(lǐng)域本科生和研究生的入學(xué)率和教育水平。相比美國的巨額投入，英國則略少，在2015年之前，英國教育部將提供1.53億英鎊用于改善教學(xué)，包含提供大量的獎學(xué)金，吸引成績優(yōu)秀的大學(xué)生及研究生進(jìn)入校園從事數(shù)學(xué)及科學(xué)科目的教學(xué)。

（2）支持策略。STEM教育的發(fā)展離不開社會支持，英美兩國都付出很大努力。英國注重企業(yè)支持，二千多家不同規(guī)模的企業(yè)與STEM學(xué)校合作，鼓勵員工成為STEM大使和學(xué)校理事并贊助STEM俱樂部，強(qiáng)化并豐富了學(xué)校和學(xué)院的STEM教育活動，為教師和青少年提供工作實習(xí)的機(jī)會。美國不僅加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)系，還注重項目支持。例如，2006年聯(lián)邦STEM項目——來自學(xué)術(shù)競爭力委員會報告的研究，由美國國家衛(wèi)生基金會（NSF)和美國教育部（ED)共同開發(fā)數(shù)學(xué)和科學(xué)合作項目。

美國STEM戰(zhàn)略的實施推行的是“自上而下”的結(jié)構(gòu)，團(tuán)結(jié)全國力量加大STEM教育的影響力，注重資金的投入。相比美國的狂熱，英國雖有相似之處，但更重視資源集合利用和教師專業(yè)的發(fā)展，從基礎(chǔ)水平來提升國民的STEM素養(yǎng)。

五、對我們的啟示

1.對教育思想的啟示

STEM教育的每一個分項在我國都具有很強(qiáng)的硬實力。很多大學(xué)也在國家的支持下開設(shè)了許多重點實驗室，將技術(shù)、工程的理論知識融于實踐。但對于K-12年齡階段的學(xué)生，在課程之余，他們?nèi)鄙賹こ?、技術(shù)的接觸，從而導(dǎo)致實際解決問題的能力不足。在STEM教育提出之初，人們就意識到STEM教育不僅對國家未來的創(chuàng)新能力和競爭力有決定性影響，而且是社會進(jìn)步的必要基礎(chǔ)，公民的科學(xué)素質(zhì)直接關(guān)系著21世紀(jì)的社會文化、價值取向和民主政治的實現(xiàn)。對兒童學(xué)習(xí)能力的科學(xué)研究表明：兒童生而具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，兒童缺乏的是知識和經(jīng)驗，并不缺乏推理能力；兒童是主動的學(xué)習(xí)者，可以在有效的引導(dǎo)下，學(xué)習(xí)更多的基本知識和技能。因此，我國需要借鑒西方集成式STEM教學(xué)方法，注重真實情境的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生探究與實踐的能力。

2.對課程改革的啟示

中國目前的課程體制是分科課程，基礎(chǔ)教育普遍重視科學(xué)類課程卻忽視技術(shù)與工程教育，結(jié)合上述英美兩國在課程上的差異比較，我們認(rèn)為，我國的基礎(chǔ)教育改革需要注意以下幾點：

（1）注重各學(xué)科之間的集成，將工程和技術(shù)的思想融入數(shù)學(xué)和科學(xué)課程中；

（2）在關(guān)注學(xué)科之間集成的過程中，可以增設(shè)工程操作與設(shè)計內(nèi)容，增加學(xué)生對技術(shù)和工程的接觸機(jī)會；

（3）注重真實情境的學(xué)習(xí)，采用探究式的教學(xué)方法。

3.對實施策略的啟示

相比國外的“全民總動員”，國內(nèi)對STEM的認(rèn)可度和參與度還不高。筆者認(rèn)為，我國在進(jìn)行基礎(chǔ)教育改革過程中可以結(jié)合英美兩國的經(jīng)驗，在以下方面做出努力：

（1）鼓勵校外教育組織和部門對STEM教育的研究和宣傳；

（2）國家增加資金支持，鼓勵開發(fā)新的課程資源，并為學(xué)校配備相關(guān)的設(shè)施；

（3）加強(qiáng)學(xué)校與企業(yè)、博物館之間的聯(lián)系，提高企業(yè)的關(guān)注度，為真實情境學(xué)習(xí)提供條件。

（本文由教育部人文社會科學(xué)研究專項任務(wù)項目——“基礎(chǔ)教育階段加強(qiáng)工程技術(shù)教育的國際科學(xué)教育比較研究與實踐”資助，項目號：14JDGC021）

江蘇省南京市東南大學(xué)學(xué)習(xí)科學(xué)中心

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