美國STEAM課程的實(shí)踐和啟示

美國的實(shí)踐：從STEM到STEAM到STREAM

STEM源于四個(gè)學(xué)科的縮寫，S代表科學(xué)（Science），T代表技術(shù)（Technology），E代表工程（Engineering），M代表數(shù)學(xué)（Mathematics）。這四個(gè)學(xué)科的整合，相近于我國教育教學(xué)領(lǐng)域的“理工科”。

STEM的重點(diǎn)在科學(xué)教育。美國的科學(xué)教育主要是指生物、化學(xué)、物理、地球或環(huán)境。21世紀(jì)以前，美國50個(gè)州中只有40個(gè)州對科學(xué)課有要求，而且要求只學(xué)兩年。2001年頒布《不讓一個(gè)孩子掉隊(duì)》法案以后，美國教育部門開始重視科學(xué)教育課程。以前美國的技術(shù)教學(xué)與中國的勞技課相似，小學(xué)里的技術(shù)課也類似于中國課堂情境下的手工勞動(dòng)。現(xiàn)在加入了越來越多高科技的內(nèi)容。在工程方面，原來中小學(xué)課程沒有工程內(nèi)容，現(xiàn)在工程教育進(jìn)入中小學(xué)。2010年，已有九個(gè)州把工程正式列入課程標(biāo)準(zhǔn)，目前這個(gè)數(shù)字已經(jīng)大增，但并不是所有州的課程里都有工程。在數(shù)學(xué)方面，美國中小學(xué)數(shù)學(xué)內(nèi)容領(lǐng)域包含了我們熟悉的算術(shù)、幾何、代數(shù)、三角的內(nèi)容，最大的不同是美國的高中有微積分。美國有43個(gè)州規(guī)定學(xué)生必須學(xué)習(xí)兩年的數(shù)學(xué)必修課。

近年來，美國教育研究者和實(shí)踐者愈加認(rèn)識到藝術(shù)教育對科學(xué)教育的重要影響，特別是藝術(shù)教育對于學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造思維的培養(yǎng)能夠在很大程度上轉(zhuǎn)化、融通并促進(jìn)科學(xué)教育中的創(chuàng)造力。因此，在原有STEM基礎(chǔ)之上添加了藝術(shù)Arts（簡寫為A），發(fā)展成為STEAM。最近在美國教育界一些學(xué)者和實(shí)踐者們開始倡導(dǎo)STREAM的理念，其中新添加的R代表寫作（wRiting）。寫作為什么重要？美國做過一項(xiàng)研究，把我們認(rèn)為的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者和科學(xué)院士等最頂尖的科學(xué)家和一般的科學(xué)家做比較，發(fā)現(xiàn)他們在寫作方面存在著巨大的差別，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，大約有20倍的差異。因此人們逐漸認(rèn)識寫作的重要性。

STEAM課程的特點(diǎn)和內(nèi)容

強(qiáng)調(diào)學(xué)科的整合。美國提倡的STEM到STEAM，再到STREAM，最核心的概念就是學(xué)科的整合。用整合取代分科，學(xué)科界限漸漸消失。

美國從1894年十個(gè)著名哈佛教授成立的十人教授委員會對美國學(xué)校的課程進(jìn)行評價(jià)以來，一直在關(guān)于分科還是整合學(xué)科的問題上爭鳴不斷、改革不斷，分久必合，合久必分。目前提倡的STEAM課程是最典型的整合學(xué)科的實(shí)踐代表。STEAM強(qiáng)調(diào)知識和技能的整合，但是分兩層，一層是原有特定學(xué)科的知識和技能，一層是跨學(xué)科的知識和技能。多學(xué)科和跨學(xué)科的課程組織方法是不一樣的。多學(xué)科課程組織方法是，以特定主題為中心，不管有多少門學(xué)科，例如語文、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等，所有課程都圍繞這個(gè)主題開展教學(xué)?？鐚W(xué)科的課程組織方法更加強(qiáng)調(diào)各個(gè)學(xué)科之間的連接和交叉，而不是把一個(gè)學(xué)科和另外一個(gè)學(xué)科分開來講授。學(xué)科整合根據(jù)不同學(xué)科知識和技能融合的方式與程度分為幾種水平：序列式、平行式、部分式、提升式和總體融合式。其中總體融合式的水平最高。

美國新一代的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)很好地回答了“學(xué)什么”這個(gè)問題。該標(biāo)準(zhǔn)提出了學(xué)科核心概念和跨學(xué)科核心概念這兩個(gè)維度。學(xué)科核心概念指的是，每個(gè)學(xué)科有本身的核心概念。以生命科學(xué)為例，其核心概念包括：LS1（從分子到器官：結(jié)構(gòu)與過程）、LS2（生態(tài)系統(tǒng)：相互作用，能量和變化）、LS3（遺傳：特質(zhì)的遺傳與變異）、LS4（生物進(jìn)化：單一性與多樣性）。跨學(xué)科核心概念指的是，各個(gè)學(xué)科之間有共同的跨學(xué)科核心概念。例如，STEAM課程的跨學(xué)科核心概念包括：模式，因果關(guān)系——方式及其解釋，度量、比例和數(shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能源和物質(zhì)——流動(dòng)、循環(huán)和儲存，結(jié)構(gòu)和功能，穩(wěn)定性和變化。

STEAM課程的內(nèi)容還要緊跟科技的發(fā)展趨勢。目前科學(xué)技能領(lǐng)域的一個(gè)新趨勢是特別強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維。現(xiàn)在人類已經(jīng)進(jìn)入人工智能（Artificial Intelligence，AI）時(shí)代，而人工智能的背后是計(jì)算思維。因此，這一趨勢帶來的啟示是，學(xué)校的STEAM課程設(shè)置中從低年級起就應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。所謂的計(jì)算思維教育，就是要讓孩子理解AI背后的計(jì)算思維，要讓孩子們像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思考問題，將來能夠理解機(jī)器人是怎樣構(gòu)造以及如何運(yùn)作的。最近，哈佛大學(xué)與麻省理工學(xué)院合作把計(jì)算思維課程內(nèi)容模塊化，提供給中小幼學(xué)生。未來的課程組織趨勢是整合，因?yàn)楫?dāng)前信息時(shí)代的知識量非常龐大，而很多的知識都是碎片化的，處理碎片化知識的最有效途徑就是整合。

強(qiáng)調(diào)綜合能力的培養(yǎng)。另一方面，STEAM課程理念與目前國際上倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵品格的教育形勢緊密關(guān)聯(lián)。在中國，人們將這些關(guān)鍵品格稱為核心素養(yǎng)；在美國，稱為21世紀(jì)的能力。這些能力本身就是復(fù)合性的，必須通過跨學(xué)科的、整合的課程設(shè)置來培養(yǎng)。世界經(jīng)濟(jì)論壇提到，應(yīng)對未來必須具備三大塊核心素養(yǎng)：一塊是基礎(chǔ)素養(yǎng)；另一塊是勝任力，包括一些基本的、很重要的創(chuàng)造能力、溝通能力；第三塊是個(gè)性特質(zhì)，如領(lǐng)導(dǎo)力和適應(yīng)社會的個(gè)性品質(zhì)。無論中國、美國，還是世界經(jīng)濟(jì)論壇都強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新思維、合作能力，而STEAM課程為發(fā)展這些素養(yǎng)、能力和品質(zhì)提供了很好的基礎(chǔ)。

世界經(jīng)濟(jì)論壇提出的21世紀(jì)技能

STEAM課程的實(shí)施

STEAM課程的教學(xué)特點(diǎn)可以歸納為：學(xué)習(xí)環(huán)境是探究式的，學(xué)習(xí)內(nèi)容是跨學(xué)科的，學(xué)習(xí)方法是基于項(xiàng)目的，教師角色是支架式的。

STEAM課程的學(xué)習(xí)環(huán)境是探究式的，學(xué)習(xí)內(nèi)容是跨學(xué)科的?？茖W(xué)教育教學(xué)容易陷入一個(gè)誤區(qū)，就是把抽象的科學(xué)概念以抽象的方法教給學(xué)生。然而科學(xué)概念的發(fā)展是從具體到抽象的，要破解這個(gè)誤區(qū)，就要回到原本的、真實(shí)的情境中。因此，STEAM課程的教學(xué)強(qiáng)調(diào)真實(shí)情境。復(fù)雜的真實(shí)世界中的問題幾乎都是需要多學(xué)科的、跨學(xué)科的知識和技能去解釋和解決的。教學(xué)如果要促進(jìn)跨學(xué)科的知識運(yùn)用，必須對真實(shí)情境的現(xiàn)象進(jìn)行探究、抽象和歸納；教師不應(yīng)該期望學(xué)生在運(yùn)用單一具體的例子解決問題時(shí)，能從背后的抽象表征中做出推斷。探究式的跨學(xué)科的學(xué)習(xí)有助于長期及短期的概念遷移和知識運(yùn)用。

STEAM的學(xué)習(xí)方法是基于項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)。理想的探究式學(xué)習(xí)要借助于項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)，而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，在于項(xiàng)目活動(dòng)的設(shè)計(jì)。STEAM學(xué)習(xí)中結(jié)合了工程，這為項(xiàng)目學(xué)習(xí)提供了很好的途徑。中國教師可能最不熟悉的是工程，因?yàn)橹行W(xué)沒有這一門課。過去在美國也是只在大學(xué)才開始教授工程這門學(xué)科，后來發(fā)現(xiàn)大學(xué)生學(xué)習(xí)工程已經(jīng)為時(shí)太晚，工程教育應(yīng)該從小的時(shí)候就開始。理解工程設(shè)計(jì)的特征，有助于教師們更好地開展STEAM教學(xué)。工程設(shè)計(jì)的流程是：提出問題、調(diào)查現(xiàn)狀、構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制作、測試、改進(jìn)成果和成果展示。工程本質(zhì)上就是設(shè)計(jì)、構(gòu)造一個(gè)物品或物件，是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的具體化。

STEAM教學(xué)過程中教師的作用是支架式的。STEAM學(xué)習(xí)結(jié)果很大程度上取決于教師的經(jīng)驗(yàn)和教師有效支持學(xué)生問題解決的能力。高水平STEAM教師的角色是提供協(xié)助，如悉心安排社會支持、監(jiān)控學(xué)習(xí)、幫助學(xué)生保持在達(dá)成目標(biāo)的軌道上。STEAM教師還要使跨學(xué)科的整合學(xué)習(xí)過程更加清晰。學(xué)生一般不能做到即時(shí)整合和深刻理解他們所學(xué)的各個(gè)學(xué)科的概念，或不能整合包括各個(gè)學(xué)科的跨學(xué)科的核心概念。STEAM教師要清楚地把學(xué)生注意力吸引到不同學(xué)科之間的深層結(jié)構(gòu)關(guān)系，要把這些關(guān)系講清楚，幫助學(xué)生深刻地理解跨學(xué)科的核心概念。

STEAM教師還要強(qiáng)調(diào)科學(xué)學(xué)習(xí)過程中的社會學(xué)習(xí)。社會學(xué)習(xí)的過程是觀察、模仿、合作、展示、塑造。社會學(xué)習(xí)的最好形式就是組成學(xué)習(xí)共同體。STEAM的學(xué)習(xí)共同體有如下特征：小組的每個(gè)成員要承擔(dān)有意義的角色；對所有參與者都要求最大程度的參與；輪換角色和互換同伴指導(dǎo)；為每個(gè)學(xué)生，不論組內(nèi)還是組外，制定清晰具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)和評估方式。此外，教師們熟悉的一些理論，如認(rèn)知理論、建構(gòu)理論、情境理論、支架理論等都能有效促進(jìn)STEAM教學(xué)及培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

STEAM課程在美國和中國面臨的共同挑戰(zhàn)和障礙，不是缺少學(xué)習(xí)材料或適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，而是缺少能教好STEAM課程的師資隊(duì)伍。老師必須自身具備STEAM素養(yǎng)才能成為有效的STEAM老師。要解決這一困境，第一個(gè)辦法是邀請高校教師到中小學(xué)教STEAM；第二個(gè)辦法是開展多學(xué)科教師的團(tuán)隊(duì)合作，但這一途徑中最稀缺的是工程學(xué)科教師。幸而，在中國有很多工科學(xué)生和工程人員，因此可能的解決方案之一是中小學(xué)校與高校和工廠企業(yè)開展合作。中小學(xué)STEAM課程的教學(xué)不能離開大學(xué)，要充分利用大學(xué)的資源，與大學(xué)建立緊密聯(lián)系。

STEAM課程的評價(jià)

如何了解學(xué)生在STEAM課程中學(xué)會了什么，這是評價(jià)的問題。通常教師們熟悉的是特定學(xué)科的評價(jià)，但不熟悉整合型、項(xiàng)目型學(xué)習(xí)的評價(jià)方法。解決途徑之一就是要求教師設(shè)計(jì)對于具體學(xué)科和整合學(xué)習(xí)均有效的評價(jià)，及運(yùn)用多種形式的評價(jià)，如形成性評價(jià)、臨時(shí)性評價(jià)、總結(jié)性評價(jià)等，也就是綜合評價(jià)，來評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。設(shè)計(jì)STEAM綜合評價(jià)需要回答兩個(gè)重要的問題：一是什么才能算是學(xué)習(xí)的證據(jù)，二是什么類型的情境和任務(wù)才能引出這些證據(jù)。因?yàn)镾TEAM的課程學(xué)習(xí)過程實(shí)際上是工程設(shè)計(jì)的過程，其結(jié)果就是學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品，產(chǎn)品就是一種核心證據(jù)。另外還要收集有關(guān)學(xué)生設(shè)計(jì)過程的證據(jù)，即學(xué)生學(xué)習(xí)和思維過程的評價(jià)證據(jù)。

在此舉一個(gè)STEAM課程整合信息技術(shù)的評價(jià)案例。波士頓科學(xué)博物館開發(fā)了一個(gè)為期8周的關(guān)于能源概念的項(xiàng)目。每位參加這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)生都可以在手機(jī)上或電腦上使用一個(gè)名叫“工程師筆記本”的App。這個(gè)App會把學(xué)生所有的操作步驟記錄下來，包括最初的草稿、歷次修訂的版本，以及學(xué)生的互動(dòng)。在形成性評價(jià)方面，新開發(fā)的嵌入式評價(jià)任務(wù)和題目是自動(dòng)計(jì)分的；有些設(shè)計(jì)和畫圖可以被同伴評價(jià)；對于自動(dòng)計(jì)分的任務(wù)和題目，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供個(gè)性化的反饋，并生成評估報(bào)告；學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)展報(bào)告可錄入“工程師筆記本”中，也可以作為教師所教班級成績的記錄。在終結(jié)性評價(jià)方面，學(xué)生可以打印自我評價(jià)、概念圖，教師使用等級量表對此進(jìn)行評價(jià)。此外，項(xiàng)目結(jié)束后可實(shí)施機(jī)考，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化計(jì)分。

最后分享一個(gè)關(guān)于STEAM教學(xué)的案例。這是東波士頓小學(xué)和其他幾個(gè)小學(xué)合作設(shè)計(jì)的項(xiàng)目。該案例以鄭和下西洋的故事為背景。鄭和到達(dá)非洲后，帶回來一個(gè)非洲的長頸鹿獻(xiàn)給了當(dāng)時(shí)的明朝皇帝，明皇帝覺得長頸鹿是一個(gè)吉祥物，會給大明朝帶來福氣，于是請畫家給長頸鹿畫畫，請?jiān)娙藶樗髟?。美國東波士頓小學(xué)的STEAM教師們覺得這個(gè)故事很有趣，于是在2001年參加了與絲綢之路有關(guān)的研討會，閱讀了大量相關(guān)資料，并在2004年去到長頸鹿的家鄉(xiāng)非洲，請當(dāng)?shù)氐陌贇q老人參與訪談，做了關(guān)于長頸鹿的口述史研究。教師們非常努力地通過不同途徑積累收集了相當(dāng)豐富的材料，但不可能把所有這些材料都呈現(xiàn)給學(xué)生，且必須要有一個(gè)核心主題貫穿整個(gè)STEAM課程項(xiàng)目，因此最后確定主題為“非洲長頸鹿到中國的旅行”，因?yàn)殚L頸鹿被視為中非友誼的象征。在這個(gè)整合型的課程中，各門學(xué)科都結(jié)合工程設(shè)計(jì)，設(shè)置了相應(yīng)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)內(nèi)容，如通過圖形、測量等學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的知識與技能，通過建筑設(shè)計(jì)和構(gòu)造船只學(xué)習(xí)工程學(xué)科的知識與技能，通過建筑繪圖加強(qiáng)藝術(shù)學(xué)科的知識與技能等。評價(jià)的內(nèi)容和方法也是以學(xué)生的項(xiàng)目學(xué)習(xí)成果展示為主。