美國STEM教育及其對(duì)我國小學(xué)教育改革的啟示

張思宇　朱成科

摘 要 美國STEM教育已經(jīng)成為世界科學(xué)教育的重要形式，通過對(duì)美國STEM教育在政府大量投入、學(xué)科課程的整合、系統(tǒng)性地培養(yǎng)STEM教師、組建教育聯(lián)盟等方面的分析，對(duì)我國小學(xué)教育改革帶來諸多的啟示：我國小學(xué)教育應(yīng)整合各學(xué)科課程建立“STEM教育本土化模式”，培養(yǎng)具有“STEM科學(xué)素養(yǎng)”的復(fù)合式教師隊(duì)伍，政府、社會(huì)與學(xué)校形成合力培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)STEM的興趣。

關(guān)鍵詞STEM教育 小學(xué)教育 課程整合

STEM教育將科學(xué)、技術(shù)學(xué)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)四門學(xué)科（Science、Technology、Engineering、Mathematics）組成一個(gè)全新的教育形式，把這四門不同領(lǐng)域的學(xué)科整合在一起，課程之間相互融合、相互滲透，是旨在培養(yǎng)復(fù)合式人才的跨學(xué)科整合教育模式。美國在K—12教育階段改革進(jìn)程中，越來越看重STEM教育的融入，并逐漸作為國家發(fā)展的一個(gè)重要策略。從奧巴馬的講話中可見一斑：“我們?nèi)绾谓逃孟乱淮?，尤其是如何提高科學(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)的教育水平，直接關(guān)系到未來企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者、科學(xué)家和教師的人才造就問題。”[1] 本文對(duì)美國STEM教育的發(fā)展進(jìn)程及其實(shí)施特點(diǎn)進(jìn)行剖析，并指出對(duì)我國小學(xué)教育改革的啟示。

一、美國STEM教育的發(fā)展歷程

在20世紀(jì)80年代，美國為了提高對(duì)世界的領(lǐng)導(dǎo)地位，建議加強(qiáng)K-12教育階段的各門學(xué)科素養(yǎng)，尤其強(qiáng)調(diào)應(yīng)更多關(guān)注技術(shù)素養(yǎng)和工程素養(yǎng)在K-12教育階段的滲透，更新了對(duì)STEM 教育的認(rèn)識(shí)，美國國家科學(xué)委員會(huì)為此發(fā)表了被視為STEM教育開端的《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》報(bào)告，該報(bào)告對(duì)“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)教育”提出總體性建議，同時(shí)也為美國STEM教育未來的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2007年是美國STEM教育發(fā)展的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對(duì)美國的整個(gè)教育系統(tǒng)有很深的影響，美國各個(gè)層面的部門都提出了與STEM教育相關(guān)的法案、報(bào)告以及行動(dòng)綱領(lǐng)，將STEM教育提到前所未有的高度。如，美國國家科學(xué)委員會(huì)頒布的《國家行動(dòng)計(jì)劃：應(yīng)對(duì)美國科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育系統(tǒng)的緊急需要》報(bào)告，提出了STEM教育在中小學(xué)教育階段國家層面的主導(dǎo)作用，尤其提出加強(qiáng)提高美國STEM教師的專業(yè)水平、科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和與之相關(guān)的研究投入，希望從K-12階段就開始實(shí)施STEM教育。同時(shí)，美國國家科學(xué)院研究委員會(huì)發(fā)布了《成功的K-12階段STEM教育：確認(rèn)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的有效途徑》報(bào)告，在此報(bào)告中提出了在K-12階段關(guān)于STEM教育的主要目標(biāo)。這些報(bào)告及法案足以證明美國對(duì)K-12教育階段融入STEM教育的重視程度。

2011年2月，奧巴馬總統(tǒng)在關(guān)于2012年預(yù)算的法案中對(duì)中小學(xué)教育作了進(jìn)一步的明確，加大了對(duì)STEM教育的投入，并加強(qiáng)美國在21世紀(jì)對(duì)世界的領(lǐng)導(dǎo)力。他指出，21世紀(jì)是知識(shí)與經(jīng)濟(jì)時(shí)代，當(dāng)我們的學(xué)生離開高中時(shí)，應(yīng)該有扎實(shí)的STEM基礎(chǔ)及各個(gè)領(lǐng)域的基本素養(yǎng)，為他們的下一階段教育以及就業(yè)做好準(zhǔn)備。除了以上這些以外，還有很多重要的報(bào)告及法案，對(duì)教師科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)、STEM教育等諸多方面都提出了明確的建議，也為STEM教育發(fā)展傾注了動(dòng)力。

二、美國STEM教育的實(shí)施特點(diǎn)

1.通過政策與財(cái)政兩方面著手推動(dòng)STEM教育的發(fā)展

縱觀美國STEM教育的發(fā)展歷程，無論是在政策上還是在財(cái)政方面，美國政府在STEM教育的投入上都是巨大的。政府從政策和財(cái)政兩個(gè)宏觀層面著手，綜合地、動(dòng)態(tài)地、全面地、發(fā)展地通過理論聯(lián)系實(shí)踐步步推進(jìn)STEM教育改革。在此過程中可以看出，自1986年之后的二十幾年間，STEM教育持續(xù)不斷地出現(xiàn)在美國政府的報(bào)告及法案中。在財(cái)政方面，2006年，美國總統(tǒng)簽署發(fā)布了一個(gè)金額高達(dá)1360億美元的報(bào)告——《國家競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃：在創(chuàng)新中領(lǐng)導(dǎo)世界》，2007年美國頒布了《國家競(jìng)爭(zhēng)力法》，該法案提出從2008年到2010年將投入433億美元到STEM教育及相關(guān)研究中。奧巴馬政府在2014年關(guān)于2015年STEM教育的預(yù)算同比2014年增添了3.7%，金額為29億美元。其預(yù)算投入到中小學(xué)教育的金額為3.2億，占總數(shù)的11.034%。

2.通過整合課程培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

美國以STEM為核心的基礎(chǔ)教育階段的學(xué)校正在全面、快速地發(fā)展。綜合來看，以STEM為核心的主要有精英、全納和職業(yè)技術(shù)教育三類學(xué)校。美國中小學(xué)的課程主要是核心課程和選修課程，其與STEM相關(guān)的核心課程主要通過數(shù)學(xué)、科學(xué)以及信息技術(shù)課來實(shí)現(xiàn)，而職業(yè)技術(shù)類主要是在高中開設(shè)AP和IB這兩個(gè)數(shù)學(xué)和科學(xué)方面的課程。STEM教育區(qū)別于傳統(tǒng)教育獨(dú)立學(xué)科的教學(xué)，其STEM教育的課程設(shè)置強(qiáng)調(diào)將各個(gè)學(xué)科之間交叉整合，強(qiáng)調(diào)提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、合作能力、解決問題能力等，以綜合、聯(lián)系的思維方式解決各種現(xiàn)實(shí)問題，還表現(xiàn)于教學(xué)方式的多樣化，既可基于問題解決的模式，也可以是基于項(xiàng)目的模式。因此，在課程各個(gè)方面都體現(xiàn)了動(dòng)態(tài)性、綜合性的特點(diǎn)，如生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地球科學(xué)和綜合實(shí)踐活動(dòng)等課程。而且STEM課程是不斷發(fā)展與更新的，體現(xiàn)在學(xué)科整合與其他方面，如數(shù)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)與科學(xué)、技術(shù)、工程等整合應(yīng)用的多維度，如科學(xué)與數(shù)學(xué)整合，科學(xué)、數(shù)學(xué)與技術(shù)等課程整合，這樣開放了知識(shí)，反對(duì)知識(shí)的機(jī)械性，有助于學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)，在現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)踐并拓寬和不斷完善自己的知識(shí)體系。

3.通過政策調(diào)控系統(tǒng)地培養(yǎng)STEM教師

美國教師教育大學(xué)協(xié)會(huì)提出了一份報(bào)告——《準(zhǔn)備STEM教師：全球競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵》，該報(bào)告所收集的62所大學(xué)中有31所大學(xué)針對(duì)STEM的數(shù)學(xué)和科學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行培養(yǎng)，占總數(shù)的50%。奧巴馬在2012預(yù)算法案中聲明，在未來十年里將投入8千萬美元培養(yǎng)10萬高質(zhì)量的復(fù)合式STEM教師。由此可見美國對(duì)教師的培養(yǎng)已形成一定的規(guī)模，特別是對(duì)數(shù)學(xué)和科學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域教師的培養(yǎng)投入大量資金，并系統(tǒng)性地、全面地提高教師的STEM專業(yè)素養(yǎng)及科學(xué)素養(yǎng)，打造一支全新的STEM教師隊(duì)伍。

4.關(guān)注面向過程的STEM教育學(xué)習(xí)結(jié)果測(cè)評(píng)將成為趨勢(shì)

美國的分權(quán)式教育體制決定了每個(gè)州的評(píng)價(jià)體系都各不相同。美國眾多STEM教育學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)價(jià)報(bào)告中都注重對(duì)科學(xué)和數(shù)學(xué)成績的評(píng)價(jià)。如，PISA、TIMSS、NEAP等，其中NEAP是美國國家教育進(jìn)展評(píng)估委員會(huì)（The National Assessment of Educational Progress），是唯一一個(gè)在國家層面上持續(xù)地對(duì)小學(xué)學(xué)生數(shù)學(xué)、科學(xué)能力水平進(jìn)行STEM教育結(jié)果評(píng)估和測(cè)量的部門。當(dāng)前，美國仍然無法對(duì)STEM教育的結(jié)果進(jìn)行全面而有效的測(cè)評(píng)。由于學(xué)科高度整合，面向結(jié)果的評(píng)價(jià)難度較大，因此在教學(xué)過程中是否能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)更重視過程的測(cè)評(píng)，這種全面的、綜合的測(cè)評(píng)將成為STEM教育測(cè)評(píng)的重要趨勢(shì)。

5.通過組建教育聯(lián)盟共同促進(jìn)STEM教育的發(fā)展

美國STEM教育中最大的亮點(diǎn)是企業(yè)界、工商界、科研機(jī)構(gòu)等社會(huì)各界力量共同推進(jìn)STEM教育的發(fā)展。奧巴馬在2010年9月指出：“國家的成功取決于美國在世界創(chuàng)新中的作用，它取決于今天我們?cè)趺唇逃龑W(xué)生——尤其是在STEM方面。我們的成功不能單靠政府的支撐，還依賴教師、家長、企業(yè)、非盈利機(jī)構(gòu)和更廣泛的社區(qū)等。”[1] 如，美國社會(huì)各界領(lǐng)軍人物組建了一個(gè)教育大聯(lián)盟，主要致力于推動(dòng)K-12階段STEM教育的發(fā)展。

三、美國STEM教育對(duì)我國小學(xué)教育改革的啟示

如今我國面臨著提升國際競(jìng)爭(zhēng)力的巨大挑戰(zhàn)，而STEM教育強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合式人才的特點(diǎn)可以給我們帶來很多啟發(fā)。

1.整合各學(xué)科課程建立“STEM教育本土化模式”

美國STEM教育主要突出課程整合，而如今我國小學(xué)階段設(shè)置的課程仍主要以單學(xué)科課程為主。學(xué)科課程有利于傳承和發(fā)展人類文化遺產(chǎn)，便于師生學(xué)習(xí)，但是它割裂了學(xué)科之間的聯(lián)系，不利于對(duì)知識(shí)的整體認(rèn)識(shí)與各學(xué)科間的綜合運(yùn)用。對(duì)此，課程應(yīng)更加注重各個(gè)學(xué)科之間的聯(lián)系，以學(xué)生年齡及心理特點(diǎn)為依托，通過對(duì)課程進(jìn)行整合，加強(qiáng)學(xué)科間的互相滲透與融合，課程內(nèi)容要與現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。對(duì)于課程形式，教育教學(xué)場(chǎng)所不局限于課堂和學(xué)校，可以采用校內(nèi)和校外相結(jié)合的、開放式的教育教學(xué)方式，讓學(xué)生多參加實(shí)踐活動(dòng)，如參觀科技館、博物館等，不斷拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，開發(fā)學(xué)生對(duì)STEM的興趣。在此過程中可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)，使課堂教學(xué)模式更加多元化。我們可以從小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)等各方面的興趣，設(shè)置STEM的相關(guān)課程，如科技課、種植實(shí)踐課、環(huán)境科學(xué)課、綜合實(shí)踐課等，同時(shí)還可開設(shè)網(wǎng)絡(luò)課堂。國家可以創(chuàng)建類似美國的STEM教育學(xué)習(xí)網(wǎng)站，網(wǎng)站上可以開發(fā)一些適合小學(xué)生年齡特點(diǎn)、思維方式等的課程供學(xué)生學(xué)習(xí)，組織相關(guān)機(jī)構(gòu)開發(fā)STEM課程項(xiàng)目?？梢越⑾嚓P(guān)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，并鼓勵(lì)地方學(xué)校與一線教師開發(fā)STEM課程和進(jìn)行一些相關(guān)的教育研究。

2.培養(yǎng)具有“STEM科學(xué)素養(yǎng)”的復(fù)合式教師隊(duì)伍

教師的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)素養(yǎng)對(duì)學(xué)生起著至關(guān)重要的作用，甚至可能影響孩子的一生。因此，首先要培養(yǎng)一支優(yōu)秀精良的STEM教師隊(duì)伍，重點(diǎn)培養(yǎng)教師的科學(xué)素養(yǎng)，建議在師范院校開展STEM專業(yè)，進(jìn)行STEM專項(xiàng)培養(yǎng)，開設(shè)STEM課程，其課程模式與修業(yè)年限可以靈活設(shè)置。加強(qiáng)對(duì)在職教師進(jìn)行STEM相關(guān)培訓(xùn)，選修STEM相關(guān)課程，鼓勵(lì)教師參與創(chuàng)客教育，提高教師的STEM 基本素養(yǎng)及科學(xué)素養(yǎng)。其次，教師之間多進(jìn)行教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的交流與實(shí)踐，建議政府及教育有關(guān)部門可開展城鄉(xiāng)教師之間的交流會(huì)，定期組織名師下鄉(xiāng)開展一些教學(xué)觀摩課，與農(nóng)村教師面對(duì)面交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。成立“教師一幫一”活動(dòng)，這樣可帶動(dòng)教師相互學(xué)習(xí)，相互促進(jìn)，同時(shí)使其教育教學(xué)觀念不斷的更新，緊跟時(shí)代變化的步伐，形成一種共同成長的氛圍。再次，可以讓一線教師與高校專家共同合作開發(fā)STEM項(xiàng)目，有利于教師實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的訓(xùn)練有素的STEM教師，為我國培養(yǎng)更多的創(chuàng)新型復(fù)合式人才，并且使其在STEM領(lǐng)域脫穎而出，以適應(yīng)全球教育的發(fā)展變化。

3.政府、社會(huì)與學(xué)校合力培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)STEM的興趣

美國STEM教育是一項(xiàng)巨大的教育改革工程，它所涉及的課程間的整合、學(xué)科間的融合與重組、學(xué)業(yè)測(cè)評(píng)的變革、各個(gè)學(xué)段的銜接等都需要進(jìn)行扎實(shí)的系統(tǒng)研究。為此，我們可以借鑒美國的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國教育的實(shí)際情況發(fā)動(dòng)社會(huì)各界力量共同推進(jìn)STEM教育發(fā)展?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確指出，要“充分調(diào)動(dòng)全社會(huì)力量關(guān)心和支持教育，完善社會(huì)力量出資興辦教育的體制和政策，不斷提高社會(huì)資源對(duì)教育的投入”[1] 。我們已經(jīng)意識(shí)到不能單靠政府去辦教育，需要調(diào)動(dòng)社會(huì)各界力量，發(fā)揮社會(huì)資源的教育功能，讓社會(huì)各界力量參與到STEM教育中。首先，我國應(yīng)大力倡導(dǎo)社會(huì)各界以本土化的方式組建一個(gè)教育大聯(lián)盟。由于我國的教育是由教育主管部門主導(dǎo)的，因此我們?cè)诮M建教育聯(lián)盟時(shí)必須考慮我國的實(shí)際情況，不能完全照搬美國的經(jīng)驗(yàn)。可以由教育主管部門來成立STEM教育工作小組帶動(dòng)社會(huì)各界參與，推動(dòng)我國教育的發(fā)展，共同關(guān)注我國的教育需求，通過媒體大力宣傳STEM教育的重要性，凝聚社會(huì)各界力量，重視 STEM教育。還可以通過科技及各界領(lǐng)袖人物、科研機(jī)構(gòu)等與學(xué)校開展合作，推動(dòng)學(xué)生通過活動(dòng)進(jìn)行實(shí)踐操作，激發(fā)其創(chuàng)造思維，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)STEM的興趣。政府及有關(guān)部門應(yīng)多組織一些與STEM教育相關(guān)的活動(dòng)，讓小學(xué)生通過多種方式增強(qiáng)他們的實(shí)踐操作能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力等。

一個(gè)國家要想提高綜合國力、推動(dòng)科技進(jìn)步，提高教育質(zhì)量是主要的途徑。我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到STEM教育在未來全球競(jìng)爭(zhēng)中的決定性作用，當(dāng)然近幾年我國也在以多種方式對(duì)STEM教育中的人才培養(yǎng)模式進(jìn)行探索，如2014年8月，上?？茖W(xué)教育中心在上海市科協(xié)的支持下打造了上海STEM云中心等[2]。這種新的教育模式注重學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新意識(shí)，是我國教育領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨向，不僅對(duì)我國小學(xué)教育改革有諸多啟示，還對(duì)整個(gè)教育創(chuàng)新有著極其重要的意義。

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