優(yōu)化科學(xué)中心對(duì)STEM教育的貢獻(xiàn)

馬克·哈克林

任 杰②編譯

優(yōu)化科學(xué)中心對(duì)STEM教育的貢獻(xiàn)

馬克·哈克林①

任 杰②編譯

STEM教育能夠發(fā)展學(xué)科知識(shí)和智力技能，這對(duì)于推動(dòng)創(chuàng)新從而應(yīng)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境挑戰(zhàn)是十分重要的。在全球化和數(shù)字技術(shù)顛覆傳統(tǒng)科學(xué)教育的情況下，STEM教育的能力也是年輕人掌控就業(yè)主動(dòng)權(quán)的關(guān)鍵。科學(xué)中心在直接實(shí)施STEM教育以及間接提升社區(qū)對(duì)STEM重要性認(rèn)識(shí)的方面發(fā)揮著重要作用。本文主要闡述三個(gè)問題:亞太地區(qū)國家實(shí)行STEM教育的現(xiàn)狀如何?新的就業(yè)環(huán)境如何影響年輕人對(duì)STEM教育能力方面的預(yù)期和他們的要求是什么?科學(xué)中心如何優(yōu)化其對(duì)STEM的貢獻(xiàn)?

STEM教育；科學(xué)中心；全球化

我們國家正面臨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的重大挑戰(zhàn)，只有通過良好的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育才能克服這些挑戰(zhàn)。由于這些現(xiàn)實(shí)問題是典型的結(jié)構(gòu)差異，我們要求從事這一工作的人員借鑒來自多個(gè)學(xué)科的知識(shí)和技能，并逐漸將重點(diǎn)放在 STEM教育上。STEM指的是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，目前已獨(dú)立成為一個(gè)專門的教育學(xué)科，使學(xué)生能夠從中獨(dú)立學(xué)習(xí)其中的每一學(xué)科。人們不僅越來越多地關(guān)注學(xué)生在科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)教育中的成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)和參與度，還關(guān)注學(xué)生如何將其學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行跨學(xué)科應(yīng)用來解決實(shí)際問題。由于我們的農(nóng)業(yè)和采礦業(yè)經(jīng)濟(jì)從低技術(shù)制造轉(zhuǎn)型為高科技制造，服務(wù)和產(chǎn)品以專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，青少年又可以改變工作性質(zhì)，許多就業(yè)形式已經(jīng)被自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)化和數(shù)字化類型所替代，并且出現(xiàn)了支持和推動(dòng)新技術(shù)發(fā)展的新型工作形式。人們廣泛認(rèn)為這種新工作形式需要通過SETM教育來發(fā)展個(gè)人能力。

科學(xué)中心如何應(yīng)對(duì)不斷變化的經(jīng)濟(jì)環(huán)境?如何在提高整個(gè)社會(huì)對(duì)STEM教育的認(rèn)識(shí)和參與的廣泛議程中發(fā)揮作用?回應(yīng)這一呼吁的首要表現(xiàn)即是將科學(xué)中心的使命與愿景從科技層面擴(kuò)展到 STEM教育中。比如說，Scitech①譯者注:Scitech是由西澳大利亞州政府所支持的從事STEM教育的非盈利機(jī)構(gòu)。的使命修改后成為了“提高所有西澳人對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的認(rèn)識(shí)、興趣、能力和參與度”(www.scitech.org.au)。但是，科學(xué)中心如何將這一意向落實(shí)到STEM進(jìn)程中?就像正規(guī)教育一樣，非正規(guī)教育正面臨著側(cè)重于STEM教育的挑戰(zhàn)。本文將探討三個(gè)主題:STEM教育的學(xué)科成績(jī)和參與度，青少年進(jìn)入勞動(dòng)力市場(chǎng)必需的新能力，以及科學(xué)中心如何提高對(duì)STEM的認(rèn)知和參與。

一、STEM教育的學(xué)科成績(jī)和參與度

由于科學(xué)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)對(duì)于個(gè)人的人生際遇以及國家的繁榮和幸福度至關(guān)重要，科學(xué)和數(shù)學(xué)的成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)將定期通過國際評(píng)估計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估，比如數(shù)學(xué)及科學(xué)趨勢(shì)研究(TIMSS)②譯者注:TIMSS是由國際教育成就評(píng)價(jià)協(xié)會(huì)(the International Association for the Evaluation of Educational Achievement，簡(jiǎn)稱IEA)發(fā)起和組織的國際教育評(píng)價(jià)研究和評(píng)測(cè)活動(dòng)。以及國際學(xué)生評(píng)估計(jì)劃(PISA)③譯者注:PISA是Program for International Student Assessment(國際學(xué)生評(píng)估項(xiàng)目)的縮寫，該項(xiàng)目是一項(xiàng)由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織統(tǒng)籌的學(xué)生能力國際評(píng)估計(jì)劃。主要對(duì)接近完成基礎(chǔ)教育的15歲學(xué)生進(jìn)行評(píng)估，測(cè)試學(xué)生們能否掌握參與社會(huì)所需要的知識(shí)與技能。。這些國際計(jì)劃可以使國家將其作為基準(zhǔn)互相監(jiān)督，并監(jiān)控這些結(jié)果隨著時(shí)間而產(chǎn)生的變化。對(duì)這些數(shù)據(jù)(例如Martin等，2012；OECD，2014)[1，2]和 教 育 領(lǐng) 域 的(OECD，2015)[3]大學(xué)畢業(yè)生匯總結(jié)果為科學(xué)和數(shù)學(xué)教育提供了寶貴的參考信息。

(一)較低的教育標(biāo)準(zhǔn)

一些國家的STEM教育標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于其他國家的水平，從而限制了這些國家的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。比如說，新加坡和新西蘭15歲學(xué)生的數(shù)學(xué)成績(jī)?cè)?012 PISA評(píng)估中的差異相當(dāng)于兩年的學(xué)校教育。

(二)太早失去國際競(jìng)爭(zhēng)力

2011年的4年級(jí)TIMSS評(píng)估數(shù)據(jù)表明亞太地區(qū)各個(gè)國家的平均分?jǐn)?shù)差距很大，即便是早入學(xué)的4年級(jí)學(xué)生也是如此。例如，韓國平均分為587(第1名)，比泰國平均分472(第36名)高出了115分。

(三)個(gè)別國家學(xué)生在STEM教育方面的素質(zhì)較差

在一些國家中，很少有學(xué)生獲得高標(biāo)準(zhǔn)成績(jī)，還有太多學(xué)生甚至未能達(dá)到最低成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)。在2011年的TIMSS評(píng)估中，新加坡是4年級(jí)學(xué)生成績(jī)最高的國家，其中43%的學(xué)生達(dá)到了最高標(biāo)準(zhǔn)，只有6%的學(xué)生低于國際標(biāo)準(zhǔn)。成績(jī)較差的國家中，低分?jǐn)?shù)學(xué)生較多而高分?jǐn)?shù)學(xué)生較少，因此，這些國家的人們?cè)赟TEM教育方面的素質(zhì)較差，而只有少數(shù)高成就人群可以推動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展。

(四)STEM教育存在性別差異

男生和女生在小學(xué)和中學(xué)的科學(xué)和數(shù)學(xué)成績(jī)存在差異，以及STEM大學(xué)畢業(yè)生中的女性代表人數(shù)不足。為什么在2012 PISA評(píng)估中英國的女生在科學(xué)成績(jī)上平均超過英國男生13%，但是在數(shù)學(xué)成績(jī)方面日本的男生又平均超過日本女生18%呢?這些男生和女生的天賦和人力資本是否得到了充分開發(fā)?不可避免地，我們看到了STEM大學(xué)教育層面反映出的不同表現(xiàn)。2012年，日本的自然科學(xué)和工程類畢業(yè)生只有14%為女生。男生和女生在STEM學(xué)校教育和科學(xué)中心的學(xué)習(xí)中有不同的機(jī)遇嗎?

(五)弱勢(shì)群體缺乏天分開發(fā)

這在2012 PISA數(shù)據(jù)分析中可以得到證明。在數(shù)學(xué)方面，澳大利亞的原住民和非原住民學(xué)生的平均分?jǐn)?shù)差異約等于2.75年的學(xué)校教育；而在科學(xué)方面，社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位最低和最高的學(xué)生之間的平均分?jǐn)?shù)差異約等于2.5年的學(xué)校教育。在澳大利亞等國家，為了增加職業(yè)培訓(xùn)和高等教育中的STEM畢業(yè)生數(shù)量，需要在社會(huì)群體的弱勢(shì)地區(qū)提供大量的教育機(jī)會(huì)。

(六)對(duì)數(shù)學(xué)的享受和興趣缺失越來越受限于參與性和成績(jī)

數(shù)學(xué)是一門入門學(xué)科，因?yàn)閿?shù)學(xué)能力是在職業(yè)培訓(xùn)和高等教育等領(lǐng)域獲得成功的先決條件。盡管各個(gè)國家的學(xué)生認(rèn)識(shí)到了數(shù)學(xué)在深造學(xué)習(xí)和職業(yè)規(guī)劃中的重要性，還是只有一些成績(jī)較低國家的15歲學(xué)生對(duì)此感興趣(2012 PISA評(píng)估中美國有37%的學(xué)生)并享受(50%的美國學(xué)生)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)(內(nèi)在動(dòng)機(jī))。如何讓數(shù)學(xué)變得更加有趣和令人享受呢?如何提高這些學(xué)生，尤其是女生對(duì)數(shù)學(xué)的參與度呢?

科學(xué)和數(shù)學(xué)成績(jī)數(shù)據(jù)提出了重要問題，比如男生和女生以及成功接受STEM教育的弱勢(shì)群體在這方面的機(jī)會(huì)，以及科學(xué)中心如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。TIMSS和PISA是科學(xué)和數(shù)學(xué)學(xué)科在成績(jī)和素養(yǎng)方面相對(duì)傳統(tǒng)的方式；但是，我們必須提出“對(duì)學(xué)科知識(shí)的把握是否是青少年在亞太地區(qū)新興經(jīng)濟(jì)體中尋求穩(wěn)定未來最重要的學(xué)習(xí)成果”這一問題。

二、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和“新基準(zhǔn)”

澳大利亞最近的三項(xiàng)報(bào)告顯示職場(chǎng)的快速轉(zhuǎn)型已經(jīng)影響到了我們當(dāng)前教育體制下的學(xué)生(CEDA，2015；Deloitte AccessEconomics，2015；PriceWaterhouseCooper，2015)。[4，5，6]在這些學(xué)生畢業(yè)后可能從事的大部分工作中，職業(yè)教育和高等教育已經(jīng)不復(fù)存在。這些報(bào)告的結(jié)果非常引人注目，要求我們深刻反思如果這些學(xué)生能夠成功駕馭不斷變化的就業(yè)環(huán)境和越來越依賴于科學(xué)和技術(shù)的社會(huì)環(huán)境，他們需要的是什么樣的能力。

新數(shù)字技術(shù)可以讓自動(dòng)化、電腦化設(shè)備和機(jī)器人來執(zhí)行各種常規(guī)和重復(fù)性工作。對(duì)顛覆性數(shù)字化職場(chǎng)的建模顯示澳大利亞“幾乎有500萬種工作很有可能在接下來的10年或20年間被替代，進(jìn)一步研究顯示，其中大約18.4%的職業(yè)有可能不再發(fā)揮其作用”。[4]Price Waterhouse Cooper的分析顯示:目前澳大利亞有44%的工作很可能在接下來的20年內(nèi)受到數(shù)字技術(shù)的影響。[6]而能夠在接下來的幾十年存活的工作大都是要求有高水平的社交能力、技術(shù)能力和創(chuàng)造性智慧的工作。

Price Waterhouse Cooper認(rèn)為，增長(zhǎng)最快的職業(yè)中有75%要求具備STEM能力，澳大利亞雇主在選擇具備STEM能力的員工時(shí)最有可能選中那些最具創(chuàng)新性的人員。廣義的STEM能力包括:“批判性思維和解決問題、分析能力，好奇心和想象力”，這些都是未來進(jìn)入職場(chǎng)所需的關(guān)鍵性“生存技能”。[6]

這一系列更普遍的能力通常就是我們?cè)诮逃?1世紀(jì)技能中所指的“新基準(zhǔn)”，這一技能還包括高階思維能力。Brookhart認(rèn)為高階思維能力還有一般形式，也是我們所謂的21世紀(jì)技能的核心:

1.轉(zhuǎn)移技能:掌握所學(xué)內(nèi)容并將其應(yīng)用在新形勢(shì)中的能力；

2.批判性思維技能:判斷信息和參數(shù)的可信度并對(duì)其做出正確決斷或決策的能力；

3.問題解決技能:借鑒已有知識(shí)和高階思維能力找出解決問題的方法的能力。

其它具有重要意義的數(shù)字化能力不僅僅是評(píng)估和傳播信息，還包括控制系統(tǒng)的能力，這就要求有計(jì)算邏輯和編碼能力，澳大利亞現(xiàn)在超過90%的工作都要求有傳播和查詢信息的數(shù)字化能力，至少50%的工作需要配置和構(gòu)建系統(tǒng)的高級(jí)技能。Owens還強(qiáng)調(diào)了企業(yè)技能的重要性:自2012年以來，OECD的報(bào)告①譯者注:OECD是Organization for Economic Co-operation and Development(經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織，簡(jiǎn)稱經(jīng)合組織)的縮寫。OECD是由35個(gè)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)國家組成的政府間國際經(jīng)濟(jì)組織，旨在共同應(yīng)對(duì)全球化帶來的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和政府治理等方面的挑戰(zhàn)，并把握全球化帶來的機(jī)遇。OECD成立于1961年，目前成員國總數(shù)35個(gè)，總部設(shè)在巴黎。就顯示出企業(yè)技能的發(fā)展比特定學(xué)科技術(shù)型知識(shí)在長(zhǎng)期的工作成就和表現(xiàn)方面的預(yù)測(cè)能力更為強(qiáng)大。除了這些智力技能外，有效的溝通和協(xié)作對(duì)工作團(tuán)隊(duì)的表現(xiàn)來說也是至關(guān)重要的。[7]

三、科學(xué)中心如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)?

我們已經(jīng)了解到:隨著經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和工作性質(zhì)的變化，相應(yīng)的職場(chǎng)能力也發(fā)生了變化。“新基準(zhǔn)”包括:推動(dòng)創(chuàng)新思維的一般高階思維能力和推理能力，高級(jí)數(shù)字化能力、企業(yè)溝通和協(xié)作能力，以及具體的學(xué)科素養(yǎng)和STEM學(xué)科的理解能力。也出現(xiàn)了對(duì)正規(guī)教育改革的建議，比如澳大利亞首席科學(xué)家Ian Chubb教授就認(rèn)為我們應(yīng)該優(yōu)先考慮以好奇心驅(qū)動(dòng)和問題解決為基礎(chǔ)的STEM學(xué)習(xí)——基于實(shí)踐的 STEM 教育[8]。Hackling提出STEM教育的改革要注意三個(gè)問題:

能夠使我們的學(xué)生駕馭新的就業(yè)環(huán)境中最有價(jià)值的STEM能力是什么?

學(xué)生們?cè)谂囵B(yǎng)這些能力的過程中需要怎樣的STEM實(shí)踐?

以及老師在確保學(xué)生在有意義和真實(shí)情景下參與STEM學(xué)科實(shí)踐過程中應(yīng)該完成怎樣的任務(wù)和采取什么樣的教學(xué)方法?[9]

以解決問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)[10]為那些需要在真實(shí)情境下解決實(shí)際問題的青少年提供了創(chuàng)造機(jī)遇的方法，這些問題要求青少年以跨學(xué)科方式將知識(shí)和技能應(yīng)用到團(tuán)隊(duì)協(xié)作中，尤其是現(xiàn)代化工作場(chǎng)所?？茖W(xué)中心的問題則是如何將這些已經(jīng)提出的問題傳達(dá)給非正規(guī)教育部門。

根據(jù)分析，科學(xué)中心應(yīng)該得到以下啟示:

(一)繼續(xù)重點(diǎn)關(guān)注有吸引力的、可激發(fā)STEM興趣的交互式體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)STEM研究和職業(yè)規(guī)劃的參與度，這是比只關(guān)注科學(xué)而言更廣泛的關(guān)注。

(二)確保展品設(shè)置在真實(shí)情境下，并向到訪觀眾提出STEM學(xué)科進(jìn)展中的現(xiàn)實(shí)問題，提高其高階思維和推理能力，以產(chǎn)生新職場(chǎng)所需的結(jié)果。您的展品:

1.是否展示了一個(gè)亟待解決的問題?

2.是否會(huì)引起對(duì)科學(xué)、數(shù)學(xué)以及技術(shù)學(xué)科相關(guān)的優(yōu)先思考?

3.是否要求到訪觀眾以新方式應(yīng)用這一優(yōu)先思考來更好地理解展品?

4.是否要求到訪觀眾想出解決展品問題的方案以便更好地理解科學(xué)、數(shù)學(xué)或工程學(xué)科?

5.是否能讓到訪觀眾想出如何將這些新的理解應(yīng)用到他們的日常生活體驗(yàn)中?

(三)把學(xué)生和STEM專業(yè)人士整合到一起，以便男生和女生都能在STEM領(lǐng)域內(nèi)找到適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃蜋C(jī)會(huì)，以便我們可以開發(fā)所有人的天分和能力。

(四)傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課程缺少內(nèi)在動(dòng)機(jī)，所以科學(xué)中心有機(jī)會(huì)將重點(diǎn)更多地放在有興趣的學(xué)生和有吸引力的數(shù)學(xué)學(xué)科上，以增加高層次數(shù)學(xué)科目的參與度，打開STEM學(xué)習(xí)和職業(yè)規(guī)劃的大門。

(五)注重學(xué)校的推廣以及教師專業(yè)能力的提升活動(dòng)，提高弱勢(shì)群體和少數(shù)民族的入學(xué)率；弱勢(shì)群體可以增加 STEM的畢業(yè)生人數(shù)。

(六)意在提高STEM參與度的干預(yù)措施需要從幼童時(shí)期抓起；若早期缺失國際競(jìng)爭(zhēng)力，后期的干預(yù)措施缺少成本效益。

四、結(jié)語

高層次的STEM認(rèn)知能力解放了青少年，使他們可以更加自主地控制人生，并為他們提供了進(jìn)入全球化和數(shù)字經(jīng)濟(jì)顛覆性社會(huì)的新就業(yè)機(jī)會(huì)。優(yōu)化科學(xué)中心對(duì)STEM教育的貢獻(xiàn)對(duì)鞏固教育基礎(chǔ)有著顯著而廣泛的影響，提高了創(chuàng)新能力和生產(chǎn)力；減少了青少年就業(yè)和對(duì)技術(shù)移民的依賴性；同時(shí)培養(yǎng)了應(yīng)對(duì)氣候變化和人口增長(zhǎng)等全球性挑戰(zhàn)的能力。

[1]Martin M.O.Mullis，I.V.S.Foy，P.＆Stanco G.M.(2012).TIMSS 2011 international results in science.Amsterdam，The Netherlands:IEA.

[2]OECD(2014).PISA 2012 results in focus:What 15-year olds know and what they can do with what they know.Retrieved from:https://www.oecd. org/pisa/keyfindings/pisa-2012-resultsoverview.pdf.

[3]OECD(2015).OECD science，technology and industry scorecard 2015.Retrieved from:http:// www.oecd-ilibrary.org/science-and-technology/ oecd-science-technology-and-industry-scoreboard-2015/tertiary-education-graduates-in-naturalsciences-and-engineering-2012.

[4]CEDA(2015)Australia's future workforce. Retrieved from http://www.ceda.com.au/ research-and-policy/policy-priorities/workforce

[5]Deloitte Access Economics(2015).Australia's digital pulse.A report prepared for the Australian Computer Society.Retrieved from http://www.acs.org.au/_data/assets/pdf_file/ 0006/69720/02062015-Australias-Digital-Pulse-FINAL.PDF.

[6]PriceWaterhouseCooper(April 2015)A smart move.Future-proofing Australia'sworkforce by growing skills in science，technology，engineering and maths(STEM).Available at:www.pwc. docalytics.com/v/a-smart-move-pwc-stem-reportapril-2015.

[7]Owens，J.(2015).Media release:Young people hardest hit in the new work order.Retrieved from http://www.fya.org.au/2015/08/23/mediarelease-young-people-hardest-hit-by-new-workorder/.

[8]Office of the Chief Scientist(2014).Science，technology，engineering and mathematics:Australia's future.Canberra:Australian Government.Retrieved from:http://www.chiefscientist.gov.au/wp-content/ uploads/FINAL_STEMAUSTRALIASFUTURE_ WEB.pdf.

[9]Hackling，M.W.(2015)Preparing today's children for the workplace of tomorrow:The critical role of STEM education.International Journal of Innovations in Science and Mathematics Education，23(3)，59－62.

[10]Savery，J.R.(2006).Overview of problem-based learning:Defnitions and distinctions.Interdisciplinary JournalofProblem-BasedLearning，1(1)，9－20.Available at:http://dx.doi.org/10.7771/ 1541-5015.1002.

Optimising Science Centres'Contribution to STEM Education

Mark W Hackling
Translated by Ren Jie

Science，Technology，Engineering and Mathematics(STEM)education develops the disciplinary knowledge and intellectual skills that are critical for driving the innovation required to address global economic，social and environmental challenges.STEM capability is also the key for young people to navigate the employment landscape changed by globalization and digital disruption.Science centres play a key role directly in STEM education and indirectly through raising community awareness of the importance of STEM.The paper will address three questions:How well are Asia-Pacific countries performing in STEM education?How is the new employment landscape impacting on young people's prospects and requirements for STEM capabilities?How can science centers optimize their contribution to STEM education?

STEM education，science center，globalization

① 馬克·哈克林:西澳大利亞州埃迪斯科文教育研究院名譽(yù)教授，澳大利亞主要的科學(xué)教育家之一，曾與他人合著過三篇國家科學(xué)教育現(xiàn)狀評(píng)論，并領(lǐng)導(dǎo)了多個(gè)課程、評(píng)價(jià)、專業(yè)學(xué)習(xí)和評(píng)估項(xiàng)目。

② 任 杰:中國科學(xué)技術(shù)館科研管理部助理研究員；研究方向:科技館與大眾媒體、科技館的社會(huì)語境、國際科技館組織；通訊地址:北京市朝陽區(qū)北辰東路5號(hào)；郵編:100012；Email:rj2010fzj＠hotmail.com。