中小學(xué)STEAM教育體系的建構(gòu)與實踐*

胡衛(wèi)平 首 新 陳勇剛

(1.陜西師范大學(xué)現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)教育部重點實驗室，西安 710062; 2. 中國基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100875)

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中小學(xué)STEAM教育體系的建構(gòu)與實踐*

胡衛(wèi)平1,2首 新1陳勇剛1

(1.陜西師范大學(xué)現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)教育部重點實驗室，西安 710062; 2. 中國基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100875)

STEAM教育已成為當前國際教育研究與改革普遍關(guān)注的熱點問題，其有效實施是一個系統(tǒng)的工程，需要通過制定STEAM教育政策，加強STEAM學(xué)科課程滲透，實施STEAM有效課堂教學(xué)，促進STEAM教師專業(yè)發(fā)展，開設(shè)STEAM活動課程，開展STEAM教育科學(xué)評價，從而構(gòu)建具有中國特色的STEAM教育體系。

STEAM教育；教育體系；實踐；核心素養(yǎng)

STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué))教育理念的提出已有30余年時間，其最初的目的是提升大學(xué)本科生的STEM整合性能力，為科技行業(yè)輸送綜合性人才。20世紀末，STEM教育將關(guān)注重點轉(zhuǎn)移至中小學(xué)。由于STEM教育倡導(dǎo)問題解決驅(qū)動的跨學(xué)科整合學(xué)習(xí)，其很快被中小學(xué)接納，成為許多國家基礎(chǔ)教育改革政策的主導(dǎo)，同時也逐漸成為研究熱點。21世紀初，藝術(shù)(Art)在發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性和批判性思維、21世紀技能方面的作用也受到重視，它主要是指社會研究(social studies)、語言(language)、形體(physical)、音樂(musical)、美學(xué)(fine)和表演(performing)等(Yakman, 2010)，STEM+Art發(fā)展了STEM教育理念，形成了“以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過工程和藝術(shù)理解科學(xué)和技術(shù)”的跨學(xué)科的、整合的STEAM教育。STEM教育的內(nèi)涵還在不斷發(fā)展完善，在強調(diào)合作交流的21世紀，讀寫能力(Reading and Writing ability)被賦予了新的內(nèi)涵，具有創(chuàng)新素質(zhì)的STEAM人才還應(yīng)該學(xué)會如何與人交流、溝通和合作，能夠清晰地表達自己的觀點，撰寫規(guī)范的行業(yè)報告等等，這就是21世紀的讀寫能力。融合讀寫能力的STEAM教育形成了STREAM教育，本質(zhì)上是對STEAM教育活動中合作問題解決的重視。2015年，奧馬巴簽署《STEM教育法(2015)》，將計算機科學(xué)也納入STEM教育，進一步拓展了STEM教育的內(nèi)涵，這也標志著STEM教育在美國的全面發(fā)展。

近年來，隨著制造技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)在教育中的創(chuàng)新性運用，我國很多中小學(xué)也開展了機器人、3D打印、創(chuàng)客等一系列STEAM活動，取得了一定的效果，但由于缺少政策支持、學(xué)科滲透、教學(xué)創(chuàng)新、教師發(fā)展、整合活動、有效評價等方面的系統(tǒng)建構(gòu)和有效實施，學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和STEAM整合性能力的發(fā)展都受到很大的限制?；趪HSTEAM教育的經(jīng)驗，以及我們多年的研究實踐，為有效提高STEAM教育的效果，需要從政策、課程、教學(xué)、師資、活動、評價等方面著手，構(gòu)建具有中國特色的STEAM教育體系。

一、制定STEAM教育政策體系

制定全面的STEAM教育政策是STEAM教育持續(xù)健康發(fā)展的前提。20世紀末，各國對科技創(chuàng)新的迫切需求同STE(A)M人才匱乏之間的矛盾日益顯著，紛紛將矛頭指向STE(A)M教育，認為K-12、高等教育階段的STE(A)M教育沒有培養(yǎng)出適應(yīng)科技創(chuàng)新需要的創(chuàng)新型人才。加之PISA、TIMSS等項目測評結(jié)果的影響，以及STEM教育理念本身的發(fā)展，各國紛紛根據(jù)具體國情制定了發(fā)展STEAM教育的政策?？v觀各國不同時期制定的STE(A)M教育政策，主要包括了目標規(guī)劃、財政支持、標準發(fā)布、利益相關(guān)方協(xié)調(diào)等方面內(nèi)容，下面主要以美國STEAM教育為例加以說明。

STEAM教育目標規(guī)劃是STEAM教育政策的基本內(nèi)容。早在1996年，美國國家科學(xué)基金會(NSF)就發(fā)布了《塑造未來：透視科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)的本科教育》這一政策報告，提出了未來的“行動指南”：一是建議將關(guān)注的重點轉(zhuǎn)移至K-12階段，二是加強K-12階段STEM師資力量的培養(yǎng)。21世紀初，STEAM運動席卷美國，在“科學(xué)和技術(shù)改變20世紀經(jīng)濟，藝術(shù)和設(shè)計改變21世紀經(jīng)濟”這一口號的鼓舞下，藝術(shù)和設(shè)計融入到了STEM教育。STEAM運動的目的是發(fā)展創(chuàng)新精神、促進經(jīng)濟發(fā)展、提高職業(yè)人員的創(chuàng)新素質(zhì)，這與STEM教育理念本質(zhì)上是一致的。2011年，美國國家科學(xué)院研究委員會發(fā)表了《成功的K-12階段STEM教育：確認科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的有效途徑》的報告，又確立了提高學(xué)生對STEM興趣、擴張STEM人才(如女性、少數(shù)民族裔)、全面提升公民STEM素養(yǎng)等目標。2013年，美國聯(lián)邦政府又頒布了《五年STEM教育戰(zhàn)略計劃(2013)》，提出了5個戰(zhàn)略目標和2個協(xié)調(diào)目標，探討如何培養(yǎng)STEM人才，增強國家綜合競爭力。由此可見，STEAM教育政策的目標規(guī)劃功能是非常明顯的，即為STEAM教育總體發(fā)展戰(zhàn)略服務(wù)，確立近期和遠期規(guī)劃目標。

財政支持計劃是STEAM教育政策的重要組成部分。在21世紀第一個10年，STEAM教育在各國財政引導(dǎo)下穩(wěn)健發(fā)展。如美國國會一致通過了《國家競爭力法(2007)》，批準從2008年到2010年間為聯(lián)邦層次的STEAM研究和教育計劃投資43億美元；2010年又修訂成為《美國競爭再授權(quán)法》，在第5章專門論述“STEM支持計劃”。《聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略規(guī)劃(2013)》計劃追加1.15億美元用于新教師、名師團隊培養(yǎng)，國家科學(xué)基金會也擬定用4.48億美元經(jīng)費吸引大學(xué)生涉足STEAM領(lǐng)域。2015年，奧巴馬政府撥款29億美元建設(shè)STEAM教育體系，包括教師的培養(yǎng)、招聘和培訓(xùn)、學(xué)區(qū)建設(shè)、本科教育質(zhì)量提升、教育研究等。美國STEAM教育財政預(yù)算在穩(wěn)步增長，加大財政支持并發(fā)展優(yōu)質(zhì)的STEAM教育，不僅意味著STEAM人力資源的增長，還意味著STEAM優(yōu)質(zhì)人才的擴張。

標準是STEAM教育政策的具體化，起著建立參照點和確立評估指標的作用。各項STEAM教育標準的制定，必然會導(dǎo)致兩種教育變革傾向：一是對教師而言，標準能對教學(xué)過程、評價方式產(chǎn)生深遠影響，這也是20世紀末STEM教育變革的重要原因；二是對學(xué)生而言，隨著學(xué)習(xí)過程更加多元化，教育的品質(zhì)、類型和形式由于標準的規(guī)范更有利于創(chuàng)新人才的培育。美國STEAM教育政策體現(xiàn)了上述兩種變革傾向，《K-12年級STEM整合教育：現(xiàn)狀、前景和研究議程(2014)》指出，標準是影響K-12年級實施STEAM教育的重要因素之一，《創(chuàng)新美國：制定一個科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的議程》綱領(lǐng)則從更廣泛的課程、內(nèi)容標準、評價、教師等方面進行了詳細論述。

協(xié)調(diào)多個利益相關(guān)者的作用是保障STEAM教育政策施行的重要舉措。美國有影響力的教育、政策和企業(yè)團體已發(fā)表了多篇報告，建議擴大和改進STEAM教育，如卡內(nèi)基公司發(fā)布的《機會方程：公民素養(yǎng)和全球經(jīng)濟導(dǎo)向的數(shù)學(xué)和科學(xué)教育》建議(Griffiths, 2009)，無論是否從事STEAM相關(guān)領(lǐng)域工作，公民需具備一定程度的STEAM素養(yǎng)?！禟-12年級STEM整合教育：現(xiàn)狀、前景和研究議程(2014)》也提出了多個利益方跟進STEAM教育的兩條建議：一是開發(fā)和建立教育研究者、項目設(shè)計者、實踐者，以及專業(yè)組織共通的話語體系，以便交流、描述各項工作；二是STEAM整合教育方案的設(shè)計者、負責(zé)實施人員、干預(yù)組織等應(yīng)該明確的將其工作歸入一種教育改進的迭代模型，以便更新和評價。在“協(xié)調(diào)為主，自主發(fā)展”這一功能觀的指導(dǎo)下，STEAM教育政策的重點開始從“利益分配”向“利益共贏”轉(zhuǎn)變，其目的是創(chuàng)造一種開放的、積極的合作環(huán)境，發(fā)揮各利益相關(guān)者的最大功用推進STEAM教育。

針對我國STEAM教育政策薄弱的現(xiàn)狀，需制定全面的STEAM教育政策促進STEAM教育健康發(fā)展的前提條件。第一，依據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》、《國家教育事業(yè)發(fā)展5年規(guī)劃》等綱領(lǐng)性文件整體制定STEAM教育中長期發(fā)展目標；第二，加大STEAM學(xué)科建設(shè)和研究的資金投入，如在國家自然基金中設(shè)立STEAM教育研究項目，鼓勵相關(guān)研究者投入其中；第三，制定并發(fā)布STEAM教育各項標準，包括STEAM教師準入資格、課程標準、培訓(xùn)大綱、考核細則等；第四，制定激勵措施，協(xié)調(diào)各方力量共推STEAM教育。STEAM教育并非只是政府和教育系統(tǒng)之事，政府應(yīng)制定“共贏”的激勵政策，協(xié)調(diào)公司、社會團體、第三方教育組織、基金會等社會力量投入STEAM教育，共建STEAM教育生態(tài)自給體系。

二、加強STEAM學(xué)科課程滲透

目前大多數(shù)國家和地區(qū)的STEAM課程方案是以學(xué)科課程為主，這些國家和地區(qū)都嘗試將STEAM融入到基于學(xué)段、學(xué)科、主題的課程內(nèi)容中，從而實現(xiàn)學(xué)科內(nèi)綜合、學(xué)科間輻射、跨學(xué)科整合的STEAM學(xué)習(xí)路徑。STEAM課程主要是基于已有的學(xué)科主題發(fā)展而來，存在于現(xiàn)有課程之中，我們并非要針對STEAM而重新設(shè)計全新的跨學(xué)科整合課程，而是要明晰現(xiàn)有學(xué)科課程內(nèi)容與STEAM之間的關(guān)聯(lián)和邏輯，從學(xué)科整合、學(xué)段進階、主題聯(lián)系指向STEAM能力，從而實現(xiàn)基于現(xiàn)有課程體系發(fā)展STEAM課程的夙愿。我們認為，學(xué)科課程中融入STEAM是目前最適切的整合方式，這種形式有助于發(fā)展學(xué)科核心概念，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。21世紀以來，隨著學(xué)習(xí)理論和學(xué)習(xí)科學(xué)研究的不斷深入，核心概念和學(xué)習(xí)進階的研究得到重視，基于核心概念和學(xué)習(xí)進階，實現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、工程和藝術(shù)等的整合，是STEAM教育蓬勃發(fā)展的驅(qū)動力。

(一)制定融入STEAM的學(xué)科課程標準

目前，國際上的STEAM課程標準主要以學(xué)科為主，在學(xué)科課程標準中集成STEAM跨學(xué)科理念。美國新頒布的《州共同核心數(shù)學(xué)標準》(CCSSM)、《下一代科學(xué)教育標準》(NGSS)都旨在幫助學(xué)生建立STEAM學(xué)科間的聯(lián)系，尤其是NGSS更凸顯了技術(shù)、工程在整個K-12科學(xué)教育中的地位，將其和傳統(tǒng)科學(xué)內(nèi)容進行了有力的整合，為STEAM與學(xué)科整合提供了范式。

我國最新頒布的“小學(xué)科學(xué)課程標準”首次納入“技術(shù)與工程”內(nèi)容，將其列為與物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)并列的四大課程內(nèi)容之一。STEAM教育的核心是工程設(shè)計，因此，新課標突出“技術(shù)與工程”本質(zhì)上是體現(xiàn)STEAM教育理念。原有課標也規(guī)定了一些STEAM跨學(xué)科內(nèi)容，主要表現(xiàn)為一些制作活動，且建議以了解為主。新標準將其上升至工程設(shè)計、探究活動的高度，注重通過“動手做”、“做中學(xué)”、“學(xué)中思”培養(yǎng)學(xué)生的解決問題能力?？梢哉f，這是對以往科學(xué)課程中的制作活動的根本性變革，以往的制作活動設(shè)計成分少、工程意味淡、技術(shù)趣味小，而STEAM理念下的工程設(shè)計、技術(shù)應(yīng)用活動則更能從統(tǒng)整的視角將知識的掌握、方法與工具的使用以及創(chuàng)造性設(shè)計過程進行有機統(tǒng)一。

(二)圍繞核心概念整合STEAM內(nèi)容

基于核心概念，整合學(xué)科知識，實現(xiàn)對重要原理的深入探索，發(fā)展學(xué)生對知識的深度理解，促進學(xué)生參與工程實踐，并提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，已經(jīng)成為國際STEAM學(xué)科教育研究者的共識，這也是STEAM教育研究和課程整合的發(fā)展方向。

核心概念是一種教師希望學(xué)生理解并能遷移運用的概念性知識，這些知識在生活中運用廣泛，經(jīng)得起時間的檢驗，能幫助學(xué)生解釋日常生活現(xiàn)象。核心概念分為兩類：科學(xué)概念(big ideas of science)，如物質(zhì)的原子、分子說，能量的轉(zhuǎn)化等；關(guān)于科學(xué)的概念(big ideas about science)，如解釋、理論和模型,技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品,科學(xué)對倫理、社會、經(jīng)濟等的影響等。

STEAM教育不僅重視“科學(xué)概念”，而且重視“關(guān)于科學(xué)的概念”的學(xué)習(xí)，期望學(xué)生在設(shè)計模型、利用技術(shù)、探索工程原理中理解相關(guān)概念，并進行問題解決，達成知識和能力協(xié)調(diào)的、螺旋式的發(fā)展。隨著課程研究的不斷深入，研究者也在不斷賦予核心概念新的內(nèi)涵，并開展對各領(lǐng)域中核心概念的研究和分析，如物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的核心概念(Cooper, 2013)、天文學(xué)的核心概念(Lelliott, 2010)、地震工程概念(Cavlazoglu, 2017)等。

(三)基于學(xué)習(xí)進階確定STEAM內(nèi)容的年級分布

學(xué)習(xí)進階是對學(xué)生連貫且逐漸深入的思維方式的描述。學(xué)習(xí)進階與核心概念密不可分，就STEAM學(xué)科而言，學(xué)習(xí)進階實質(zhì)上是對核心概念理解的逐級深入和持續(xù)發(fā)展，通過整合某一主題的概念體系，可以圍繞少數(shù)概念進行深入的進階學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生對核心概念、內(nèi)容結(jié)構(gòu)、知識演變路徑的理解。因此，學(xué)習(xí)進階可以系統(tǒng)地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)核心概念的內(nèi)涵，最終為學(xué)生比較全面、系統(tǒng)而深入地理解核心概念打下扎實的基礎(chǔ)。21世紀以來，學(xué)習(xí)進階成為研究熱點，基于研究成果，一些國家的STEAM學(xué)科課程標準已體現(xiàn)了學(xué)習(xí)進階的思想。如英國《國家科學(xué)課程標準(2014)》劃分了四個關(guān)鍵階段，對五個主題在不同學(xué)段的學(xué)習(xí)內(nèi)容、深度、廣度進行了系統(tǒng)論述。美國《下一代科學(xué)教育標準(2013)》同樣吸收了學(xué)習(xí)進階的研究成果，為學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念、科學(xué)實踐、STSE和科學(xué)本質(zhì)構(gòu)建了各自的進階矩陣，為工程設(shè)計構(gòu)建了進階關(guān)系圖。

目前研究者們正在拓展學(xué)習(xí)進階的研究范疇，如科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)能力和科學(xué)態(tài)度等核心素養(yǎng)進階的研究。結(jié)合我國STEAM學(xué)科整合與課程改革趨勢，建議成立包括物理、化學(xué)、生物、工程等領(lǐng)域?qū)＜医M成的STEAM學(xué)科課程專家委員會，統(tǒng)一課程理念、教學(xué)理念、學(xué)科核心概念、跨學(xué)科核心概念和工程實踐，在此基礎(chǔ)上，再研制各個學(xué)科的課程標準，以實現(xiàn)循序漸進培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目標。

(四)構(gòu)建體現(xiàn)STEAM能力的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

最近發(fā)布的《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》報告，是“立德樹人”基本要求的具體化，是建構(gòu)學(xué)科核心素養(yǎng)的主要依據(jù)。STEAM教育只有以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為目標才能適應(yīng)國家教育需求。本質(zhì)上講，STEAM能力和核心素養(yǎng)是統(tǒng)一的、相互促進的，STEAM能力是一種跨學(xué)科整合性的能力，旨在提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，而學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)也指向培養(yǎng)全面發(fā)展的人，二者的教育目的是一致的。

基于對學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)報告的系統(tǒng)分析(林崇德，2016)、國際科學(xué)教育研究和課程改革的系統(tǒng)綜述(韓葵葵，胡衛(wèi)平，王碧梅，2014)，以及我們長期研究和實踐的系統(tǒng)總結(jié)，提出體現(xiàn)STEAM能力的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)主要由“科學(xué)觀念與應(yīng)用”、“科學(xué)思維與創(chuàng)新”、“科學(xué)探究與交流”、“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面構(gòu)成(胡衛(wèi)平，2016a)?？茖W(xué)觀念與應(yīng)用代表知識的內(nèi)化，是其它核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，科學(xué)思維與創(chuàng)新、科學(xué)探究與交流是關(guān)鍵能力，科學(xué)態(tài)度和責(zé)任是必備品格，四個方面相互依賴、共同發(fā)展。在“科學(xué)觀念與應(yīng)用”素養(yǎng)中，要強調(diào)應(yīng)用這些觀念解決真實情景中的復(fù)雜問題，保證科學(xué)概念和規(guī)律的內(nèi)化，形成科學(xué)學(xué)科的思想。在“科學(xué)思維與創(chuàng)新”素養(yǎng)中，要關(guān)注模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等思維能力的發(fā)展。在“科學(xué)探究與交流”素養(yǎng)中，要善于啟發(fā)學(xué)生在真實情境中提出問題、分析問題和基于證據(jù)地解決問題。在“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”素養(yǎng)中，要引導(dǎo)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)以及科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境(簡稱STSE)關(guān)系的認識，樹立嚴謹認真、實事求是、持之以恒、質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)精神。

三、實施STEAM有效課堂教學(xué)

研究者普遍認為，STEAM教學(xué)有別于傳統(tǒng)教學(xué)過程，其倡導(dǎo)的教學(xué)過程是探究性教學(xué)、基于項目的教學(xué)、基于設(shè)計的教學(xué)、基于證據(jù)的教學(xué)過程，是學(xué)生綜合利用STEAM知識解決現(xiàn)實問題的過程，是教師教的活動和學(xué)生學(xué)的活動協(xié)同發(fā)展過程。分析國內(nèi)外有關(guān)STEAM教學(xué)過程和模式的論述，概括起來主要有3種教學(xué)觀點：第一，基于項目的STEAM教學(xué)過程。STEAM項目是圍繞一個具體問題而進行計劃、設(shè)計、改進、解決問題的過程，要求學(xué)生有批判性思維并且要善于分析，強化更高水平的思維技能。第二，基于證據(jù)的STEAM教學(xué)過程。STEAM各學(xué)科主要屬于經(jīng)驗分析科學(xué)，而不屬于理論思辯科學(xué)，因此其教學(xué)過程也需基于證據(jù)。至于如何獲取證據(jù)，Yakman(2010)提出以“教學(xué)過程卡”的形式向?qū)W生展示項目活動要素，引導(dǎo)學(xué)生選擇需要的材料與工具，組織與實施活動程序。第三，CDIO理念下的STEAM教學(xué)過程。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和操作(Operate)，是最新的工程教育理念。CDIO理念下的STEAM教學(xué)強調(diào)工程設(shè)計，一般包括識別問題和制約因素、調(diào)查研究、形成概念、分析觀點、建立模型、測試和優(yōu)化、溝通和反思等過程，這一過程與科學(xué)教學(xué)廣泛使用的5E模型本質(zhì)上是一致的，學(xué)生主要經(jīng)歷參與、探索、解釋、遷移(延伸)、評價等五個過程。

我們發(fā)現(xiàn)，三種STEAM教學(xué)觀點有一個共同的特征，其過程和目標都離不開思維的參與。因此，STEAM教學(xué)的本質(zhì)是師生的思維活動，STEAM教學(xué)過程要引發(fā)學(xué)生積極思維。依據(jù)我們長達十余年的思維型教學(xué)研究，STEAM有效教學(xué)需要遵循動機激發(fā)、認知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控、反思與遷移等五個基本原理(Hu, 2015)?；谶@些原理，其基本教學(xué)操作程序包括：

第一，創(chuàng)設(shè)情境。在情境中產(chǎn)生疑難，在疑難中產(chǎn)生問題，激發(fā)學(xué)生的認知沖突，引起學(xué)生積極思維，這是創(chuàng)設(shè)情境的目的。在STEAM教學(xué)中，教師要設(shè)計一些能夠使學(xué)生產(chǎn)生認知沖突的“兩難情境”，或者看似與現(xiàn)實生活和已有經(jīng)驗相矛盾的情境，以此激發(fā)學(xué)生的參與欲望，啟發(fā)學(xué)生積極思維，主動完成知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

第二，提出問題。問題最好是在教師創(chuàng)設(shè)的基于生活實際、接近真實案例、緊扣教學(xué)內(nèi)容的情境中由學(xué)生自己提出，以激發(fā)積極思維和內(nèi)在動機。我們歸納了優(yōu)秀問題標準：問題的設(shè)計有思維性和挑戰(zhàn)性、開放性和探索性、準確性和適切性、層次性和條理性。對教師而言，要留足思考時間，給予恰當引導(dǎo)；反饋要具有針對性，并鼓勵自我評價。

第三，自主探究。已有研究表明，教師引導(dǎo)下的自主探究能更好地促進學(xué)生知識和技能的發(fā)展(王碧梅，韓葵葵，胡衛(wèi)平，2015)。在STEAM教學(xué)中，教師一方面要加強與學(xué)生心理或行為的情景互動，基于項目、創(chuàng)新設(shè)計、任務(wù)探索等過程完成認知(思維)互動、情感互動、行為互動；一方面還應(yīng)恰當?shù)亓信e生活中的典型事例，喚起學(xué)生已有的感性認識，將自主探究映射至校外活動。

第四，合作交流。隨著探究教學(xué)理論的發(fā)展，探究教學(xué)和合作學(xué)習(xí)已經(jīng)有機結(jié)合起來，形成了合作探究學(xué)習(xí)。合作交流與自主探究本質(zhì)上沒有明確的時間序列界限，合作探究學(xué)習(xí)階段就是探究中交流、交流中積極思維的過程。有關(guān)合作交流的形式，主要有三種觀點(韓葵葵，胡衛(wèi)平，王碧梅，2014)：一是社會認知學(xué)習(xí)觀，強調(diào)個體、行為和環(huán)境之間的相互作用，而不考慮法規(guī)、政治和文化等社會文化因素；二是社會文化觀，聚焦于合作學(xué)習(xí)過程中的社會加工，強調(diào)學(xué)習(xí)是任務(wù)、情境和文化的相互作用；三是將社會認知和社會文化觀點結(jié)合起來，理解合作學(xué)習(xí)(包括認知和社會加工)中知識的增長。在STEAM課堂教學(xué)中，教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容接受合適的觀點指導(dǎo)學(xué)生進行有效的合作交流。

第五，總結(jié)反思?？偨Y(jié)反思本質(zhì)上是思維的自我監(jiān)控，是教師教學(xué)能力和學(xué)生學(xué)習(xí)能力的核心，是對合作探究學(xué)習(xí)過程和結(jié)果的自我意識表達。在此階段，教師要引導(dǎo)學(xué)生對知識和方法、技術(shù)與過程、思維方式等進行總結(jié)和反思，使學(xué)生加深對知識、技能、方法、過程的理解，提煉而形成自己的認知策略。

第六，應(yīng)用遷移。在STEAM教學(xué)末期，教師應(yīng)注重兩方面應(yīng)用遷移：一是將知識和方法運用到真實情境和其它領(lǐng)域，解決實際問題；一是將學(xué)習(xí)過程中形成的行為規(guī)范和價值觀以不同形式遷移到日常生活中，形成良好的伙伴關(guān)系。良好的應(yīng)用遷移應(yīng)是與所學(xué)內(nèi)容相關(guān)的，能夠激發(fā)學(xué)生積極思維，能引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系實際而自主解決問題。

四、促進STEAM教師專業(yè)發(fā)展

STEAM教師是STEAM教育的實踐者，是STEAM教育有效實施和發(fā)展的重要保障。目前，世界各國都面臨著STEAM教師短缺問題，如美國企業(yè)與高等教育論壇(BHEF)報告顯示，截止到2015年，美國中學(xué)數(shù)學(xué)和科學(xué)教師的缺口累計達到28000多名；澳大利亞教育聯(lián)合會(AEU)調(diào)查顯示，合格的數(shù)學(xué)、科學(xué)教師嚴重缺乏，超過一半學(xué)校的數(shù)學(xué)、科學(xué)教師未經(jīng)過師資訓(xùn)練；BBC也報道，由于大學(xué)沒有培養(yǎng)足夠的職前教師，英國的數(shù)學(xué)、科學(xué)教師短缺問題或已出現(xiàn)。因此，培養(yǎng)STEAM教師已成為各國STEAM教育必不可少的成分。我國STEAM教師同樣嚴重短缺，最近我們采用分層抽樣法對我國東中西部7省小學(xué)STEAM教師的調(diào)查顯示，農(nóng)村小學(xué)STEAM教師的缺口比例為37.3%，城市小學(xué)為14.5%，可見，全國STEAM師資力量普遍薄弱。80.5%的STEAM教師沒有經(jīng)歷系統(tǒng)的理科學(xué)習(xí)，40.63%在過去一年中沒有參加過教研活動，52.7%沒有參加過教師培訓(xùn)(2010年以來)，反映出教師PCK知識和科學(xué)素質(zhì)的缺失。大多數(shù)STEAM教師任教科學(xué)、綜合實踐、藝術(shù)等學(xué)科的教齡在5年以下，顯示STEAM教師流動性較大，缺乏穩(wěn)定。另外還發(fā)現(xiàn)教師在課程資源、教學(xué)實施、課程開發(fā)、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、專業(yè)發(fā)展等方面存在顯著的城鄉(xiāng)差異。

制定STEAM教師發(fā)展政策是彌補STEAM教師短缺、專業(yè)素質(zhì)不高的有效措施，教育政策能為職前教師開發(fā)培養(yǎng)計劃、職后教師制定培訓(xùn)項目提供堅實的保障。STEAM教師培養(yǎng)和培訓(xùn)項目主要是探析項目促進STEAM教師的功效及意義，旨在解決目前STEAM教師質(zhì)量不高、流動性大、專業(yè)不對口、教師準入標準不一、缺乏專業(yè)發(fā)展機會等現(xiàn)實困境，并為STEAM教師發(fā)展提供可行性路徑。

針對我國現(xiàn)行STEAM教師職前培養(yǎng)、職后培訓(xùn)中諸如缺乏系統(tǒng)規(guī)劃、理論和實踐脫節(jié)、缺少基于能力的實訓(xùn)等問題，我們構(gòu)建了STEAM教師專業(yè)能力結(jié)構(gòu)模型，搭建了培養(yǎng)基本能力、教學(xué)能力、教育能力、教研與發(fā)展能力、教學(xué)改革與創(chuàng)新能力等五大教師專業(yè)能力實訓(xùn)平臺，探索出了“理論指導(dǎo)、案例分析、情境模擬、自主反思、行為反饋”的系統(tǒng)實訓(xùn)模式和“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、自主反思、教師指導(dǎo)、能力測評”的混合式實訓(xùn)模式。對試點學(xué)校的研究表明(胡衛(wèi)平，2016b，第141-143頁)，職前STEAM教師一般經(jīng)過6個專題的實訓(xùn)，會達到初級專業(yè)水平；職后STEAM教師系統(tǒng)實訓(xùn)3年，可以達到高級專業(yè)水平。兩種實訓(xùn)模式已被教育部在“國培計劃”中推廣。

針對教學(xué)過程本身，在滿足科學(xué)性(教學(xué)內(nèi)容正確、教學(xué)方法科學(xué))、適切性(教學(xué)難度和教學(xué)方法等適合學(xué)生特點)、思維性(學(xué)生能夠圍繞教學(xué)目標積極思維)和自主性(學(xué)生自主參與、合作互動，具有內(nèi)在動機和興趣)的基礎(chǔ)上，結(jié)合思維型教學(xué)理論(Hu, 2015)，制定了旨在促進學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的課堂評價體系。該評價體系包括教學(xué)目標和內(nèi)容、教學(xué)過程與方法、教師基本素質(zhì)等3個一級指標，11個二級指標，45個具體標準(胡衛(wèi)平，2016b，第141-143頁)。我們運用該課堂評價體系對實驗學(xué)校STEAM學(xué)科教師的課堂教學(xué)過程進行了長期跟蹤評價，有效促進了教師專業(yè)素質(zhì)的提高。

五、開設(shè)STEAM系統(tǒng)活動課程

目前國際上的STEAM活動課程主要是以項目的形式圍繞問題解決而展開?；陧椖?PBL)的STEAM活動是將分散的學(xué)科領(lǐng)域融合進應(yīng)對具有挑戰(zhàn)性問題和難題的活動，項目中的問題驅(qū)使學(xué)生去面對并力爭理解學(xué)科的核心概念和原則。

近年來國內(nèi)STEAM活動課程的開發(fā)與實施也成為熱點，尤其是借助創(chuàng)客教育，STEAM活動與新技術(shù)(如3D打印、智能機器人、開源硬件)融合在一起，成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的新途徑。學(xué)生STEAM整合能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展是循序漸進的，一方面要經(jīng)歷從“單一知識的學(xué)習(xí)，到綜合性知識的學(xué)習(xí)，再到跨學(xué)科知識的學(xué)習(xí)”等階段；另一方面，要經(jīng)歷“從方法訓(xùn)練，到科學(xué)探究，再到科學(xué)創(chuàng)造”等過程，沒有學(xué)科知識和思維方法的支撐，僅僅通過STEAM綜合活動，是不可能有很好的培養(yǎng)效果。在多年的研究和實踐中，我們不僅重視學(xué)科課程的滲透和學(xué)科教學(xué)的創(chuàng)新，而且構(gòu)建了“學(xué)思維——學(xué)探究——學(xué)創(chuàng)新”三層級STEAM活動課程。

第一，“學(xué)思維”活動?；谒季S能力的三維立體結(jié)構(gòu)模型( TASM)(Hu, Adey, Jia, Liu, Zhang, Li,& Dong, 2011)，我們開發(fā)了“學(xué)思維”活動課程(包括“學(xué)思維”網(wǎng)絡(luò)游戲)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維能力。該課程共有8冊，每個年級1冊，每冊有二十四個活動，活動內(nèi)容涉及STEAM學(xué)科及日常生活等領(lǐng)域。學(xué)思維活動以發(fā)展思維為主線，以STEAM學(xué)科為主體，以探究、合作、項目學(xué)習(xí)為過程。從2003年至今，200多所學(xué)校的20多萬學(xué)生參加了學(xué)思維活動課程的實驗和推廣，跟蹤研究結(jié)果表明：經(jīng)過一年半左右的學(xué)習(xí)，實驗組學(xué)生的思維能力、創(chuàng)造力、學(xué)業(yè)成績、學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)動機、自我效能等得到明顯提高(Hu, Jia, Plucker, Shan, 2016)，教師的教學(xué)行為也有明顯的改善(Hu, Wu, Jia, et al, 2013)。學(xué)思維活動課程促進學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展的神經(jīng)機制研究表明，經(jīng)過一年半的訓(xùn)練，學(xué)生大腦的功能有顯著的改善。

第二，“學(xué)探究”活動?！皩W(xué)探究”是“學(xué)思維”的發(fā)展，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。以項目形式開展的“學(xué)探究”活動主要是同伴之間探究、合作學(xué)習(xí)過程。這一過程包括學(xué)生個體的認知建構(gòu)過程和同伴間的社會建構(gòu)過程。認知建構(gòu)主要是探究過程中建立概念、規(guī)律，形成分析問題、解決問題的方法；社會建構(gòu)是同伴合作互動過程所建立的團結(jié)友愛、互幫互助的正向情感。認知建構(gòu)和社會建構(gòu)往往交織在探究、合作學(xué)習(xí)過程中，有效促進項目活動的進行。我們開發(fā)了100多個科學(xué)探究活動，在“學(xué)思維”活動基礎(chǔ)上，讓學(xué)生參與這些探究活動，有效提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

第三，“學(xué)創(chuàng)新”活動?！皩W(xué)創(chuàng)新”是“學(xué)探究”的深化，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新素質(zhì)。我們對學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在兩個方面，一是新技術(shù)引領(lǐng)的STEAM活動課程，我們團隊研發(fā)了智能機器人活動課程、虛擬現(xiàn)實教育活動平臺，從高中生和大學(xué)生的反饋來看，新技術(shù)便于學(xué)生感知、體驗、探究和互動，促進了創(chuàng)造性思維的發(fā)展；二是開發(fā)“學(xué)創(chuàng)新”活動模式，基于對陜西省部分中學(xué)的學(xué)校環(huán)境、師生創(chuàng)新素質(zhì)的調(diào)查，實施了大學(xué)與中學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的“春筍計劃”，選拔少數(shù)具有創(chuàng)造性潛質(zhì)的中學(xué)生參加綜合實踐活動，進入高校實驗室參加課題研究；組建專家組指導(dǎo)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)；高校重點實驗室面向中學(xué)生施行開放日活動，在實驗室開展實地研究指導(dǎo)。我們采用觀察、訪談、問卷、測驗等方式，發(fā)現(xiàn)一年期間學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新素質(zhì)得到顯著提高(胡衛(wèi)平，韓葵葵，2015)。

六、設(shè)計STEAM教育評價方案

國際性的STEAM教育質(zhì)量評價主要以PISA、TIMSS等國際測評項目為主，其優(yōu)勢是依托大數(shù)據(jù)分析能了解整個國家或地區(qū)乃至全球?qū)W生的STEAM能力。但正由于其全球化擴張的趨勢，而忽視了各國社會文化背景等差異，我們應(yīng)該辯證地看待其結(jié)果，如PISA(2012)測試結(jié)果顯示，上海學(xué)生在數(shù)學(xué)、閱讀、科學(xué)素養(yǎng)等三個領(lǐng)域的平均成績?nèi)课痪拥谝?，這只能說明上海STEAM教育水平，不能簡單的認為我國STEAM教育處于世界領(lǐng)先水平。另一方面，各國還實施了國家層面的STEAM教育評價，如美國NAEP學(xué)業(yè)評價，加拿大PCAP成就評價，新西蘭NEMP監(jiān)測項目，澳大利亞NAP素養(yǎng)評價等等。

我國的科學(xué)質(zhì)量監(jiān)測框架包括科學(xué)理解與應(yīng)用、科學(xué)思維與實踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任三個一級指標(胡衛(wèi)平，2016a)，體現(xiàn)了科學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)，重視學(xué)生在真實情境中解決STEAM問題的能力。監(jiān)測題目設(shè)計與開發(fā)是科學(xué)教育質(zhì)量監(jiān)測的關(guān)鍵工作，包括系統(tǒng)理解素養(yǎng)內(nèi)涵、創(chuàng)設(shè)真實問題情境、具體設(shè)計問題等三步。全面理解監(jiān)測框架是設(shè)計測試題的前提和基礎(chǔ)，如針對“科學(xué)理解與應(yīng)用”這一指標，命題者要摒棄只重視概念記憶和知識演算的傳統(tǒng)，而要將概念、知識等融入到具體情境中，考查學(xué)生應(yīng)用知識的能力。這一指標還包括對科學(xué)探究本身的理解、跨學(xué)科內(nèi)容，這些要點都應(yīng)在具體題目中有所描述和體現(xiàn)。真實問題情境的設(shè)計也是衡量題目好壞的重要指標，縱觀國際上大型測評項目的試題，問題情境總是來源于生活，且基于現(xiàn)實問題，只有讓學(xué)生解決真實情境下的問題，才能有效地挖掘?qū)W生真實的學(xué)業(yè)水平。真實問題情境的選取和設(shè)計不是一蹴而就的事，是命題者長期教學(xué)實踐和經(jīng)驗積累的結(jié)果?；趯ΡO(jiān)測框架的理解進行具體設(shè)計是一項復(fù)雜的、繁瑣的工程，命題者需要考慮試題的難度、信效度，內(nèi)容的廣度，以及整個試題群的完整性等。

另外，表現(xiàn)性評價也是STEAM教育評價不可缺少的組成部分，它可以評價學(xué)生的操作、技術(shù)運用、技術(shù)規(guī)范、術(shù)語表達、批判性、創(chuàng)新等能力。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，基于計算機的表現(xiàn)性測評成為必然發(fā)展趨勢，學(xué)生可以在人機交互的虛擬環(huán)境中完成基于問題解決的測評。

七、構(gòu)建中小學(xué)STEAM教育體系

《教育大辭典》認為，教育體系是指為達到一定的教育目的，實現(xiàn)一定的教育、教學(xué)功能的教育組織形式整體，具體可分為教育目的、教育內(nèi)容、教育方法、教育活動、教育媒體、教育設(shè)施、教育環(huán)境、學(xué)生、教師、教學(xué)管理人員等要素(顧明遠，1992)?！督逃蟀倏迫珪氛J為教育體系的基本內(nèi)容包括：基本背景、教育政策與目標、正規(guī)教育體系、行政管理的結(jié)構(gòu)與運行、教育財政、師資、課程開發(fā)與教學(xué)方法、考試和升級以及證書體系、教育評價和評估以及教育研究、主要改革、主要問題等(T.胡森，2006)。STEAM教育體系是教育體系的一個子系統(tǒng)，是對21世紀課程理念改革和教學(xué)形式變革的積極回應(yīng)，是教育體系自我發(fā)展和完善的新事物、新理念，它涵蓋的基本內(nèi)容應(yīng)是教育體系內(nèi)的要素和內(nèi)容，并對其內(nèi)涵有新的發(fā)展和詮釋。由此，STEAM教育體系可理解為：為提高學(xué)生核心素養(yǎng)，按照跨學(xué)科、學(xué)科整合等形式而培養(yǎng)全面發(fā)展的人的不同層次、不同類型、不同形態(tài)的組織整體。具體而言，中小學(xué)STEAM教育體系的基本內(nèi)容如下圖1所示。模型表達的一個基本含義是STEAM教育體系需要教育政策、學(xué)科課程、活動課程、教師、有效教學(xué)、評價等共同發(fā)揮作用。政策是前提，學(xué)科課程、活動課程與有效教學(xué)是關(guān)鍵，教師發(fā)展是保障，科學(xué)評價是引領(lǐng)。這六個基本內(nèi)容在不同條件下相互作用、牽制而形成交互狀態(tài)，經(jīng)彼此拉動、牽引、碰撞、擴張而產(chǎn)生既相對閉合又獨立開放的合力，促進STEAM教育體系的發(fā)展。

圖1 中小學(xué)STEAM教育體系模型

STEAM教育政策是STEAM教育持續(xù)良好發(fā)展的前提，對STEAM教育背景、目的、結(jié)構(gòu)、財政、設(shè)施、環(huán)境等起基礎(chǔ)指導(dǎo)和宏觀調(diào)控作用，如規(guī)劃目標、撥發(fā)財政、發(fā)布標準、協(xié)調(diào)各利益相關(guān)方等。當STEAM教育政策匱乏時，STEAM教育發(fā)展將受到嚴重阻礙。STEAM教師是STEAM教育的保障，教師在其中主要起著實踐和推動的作用，其師資力量及專業(yè)化水平直接影響政策落實、課程建設(shè)、教學(xué)過程的好壞。STEAM教師發(fā)展要著重從入職培養(yǎng)、教學(xué)過程、教學(xué)理念、專業(yè)素質(zhì)等方面進行不斷規(guī)范和完善。STEAM學(xué)科課程、活動課程及其有效教學(xué)是STEAM教育的關(guān)鍵，STEAM學(xué)科課程源于傳統(tǒng)的學(xué)科內(nèi)容，它主要尋求學(xué)科課程標準中的STEAM內(nèi)容，圍繞學(xué)科核心概念、基于學(xué)習(xí)進階進行STEAM學(xué)科課程建設(shè)。STEAM活動課程強調(diào)“做中學(xué)”和“學(xué)中思”，它往往借助新技術(shù)(如3D打印、開源硬件等)作為媒介開發(fā)課程內(nèi)容。目前，STEAM學(xué)科課程與活動課程有相互融合之勢，主要是吸納各自的優(yōu)勢而促進教與學(xué)。STEAM有效教學(xué)主要是通過基于項目的、證據(jù)的、CDIO工程教育理念的教學(xué)過程激發(fā)認知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控等思維活動，實現(xiàn)遷移運用的高層次思維發(fā)展。STEAM教育評價引領(lǐng)STEAM教育的發(fā)展，評價方案一方面要監(jiān)測學(xué)生的STEAM學(xué)習(xí)過程，形成過程性評價方案；另一方面還要監(jiān)測學(xué)生的STEAM學(xué)業(yè)，評估核心素養(yǎng)水平，形成階段性評價方案。STEAM評價主要體現(xiàn)診斷、監(jiān)督、管理功能，它有利于教育決策者了解群體STEAM能力狀況，進而基于證據(jù)進行教育決策。

STEAM教育體系是動態(tài)的、開放的，各要素對該體系都會產(chǎn)生影響，促進或者抑制其健康發(fā)展。在STEAM教育推進過程中，要整合政府、研究人員及教師、社會團體等力量，促進STEAM教育體系的可持續(xù)發(fā)展。政府要在制定規(guī)劃、出臺政策、提供經(jīng)費、完善制度、培訓(xùn)師資等方面提供支持；研究人員及教師要在STEAM政策研究、課程建設(shè)、教學(xué)模式探索、評價體系構(gòu)建等方面發(fā)揮科研引領(lǐng)和實踐示范作用；社會團體要主導(dǎo)非正式STEAM教育協(xié)同發(fā)展，提供校外學(xué)習(xí)和活動的場所、資源等。

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(責(zé)任編輯 陳振華)

10.16382/j.cnki.1000-5560.2017.04.003

國家社科基金“十二五”規(guī)劃2012年度教育學(xué)重點課題(AHA120008);陜西省重點科技創(chuàng)新團隊項目(2014KTC-18);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資助(2016CBY017);北京師范大學(xué)中國基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測協(xié)同創(chuàng)新中心自主課題。