關(guān)于發(fā)展STEM教育的思考與建議

黃皓 馬宇澄

[摘 要]基于科教興國(guó)的戰(zhàn)略，有必要對(duì)STEM教育的前期經(jīng)驗(yàn)和復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行分析。STEM師資培養(yǎng)是STEM教育破局的重中之重，基于國(guó)情和教育實(shí)踐情況，要想進(jìn)行全方位的課程整合難度太大。因此，項(xiàng)目教師和單科綜合教師兩種師資培養(yǎng)方式都有可取之處。STEM教育順應(yīng)了社會(huì)發(fā)展和個(gè)人成長(zhǎng)需要，它的力量值得關(guān)注。

[關(guān)鍵詞]STEM；師資培養(yǎng)；項(xiàng)目教師；單科綜合教師；教育試點(diǎn)

一、問(wèn)題的提出

基于科教興國(guó)的戰(zhàn)略，STEM教育已成為一個(gè)熱門話題。2016年頒布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中指出，“在有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在眾創(chuàng)空間、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力”。顯然，基于國(guó)情和教育實(shí)踐的不同，STEM教育的落地?zé)o法生搬硬套。

二、英美兩國(guó)STEM教育現(xiàn)狀

1.美國(guó)STEM教育現(xiàn)狀

（1）政府引導(dǎo)和頂層設(shè)計(jì)

由于政府的高度重視和嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)劃，美國(guó)的STEM教育近年來(lái)迅猛發(fā)展并取得了明顯效果。近三十年來(lái)，美國(guó)歷屆政府連續(xù)發(fā)布多項(xiàng)關(guān)于發(fā)展STEM教育的指導(dǎo)性文件，強(qiáng)調(diào)STEM教育對(duì)于增強(qiáng)美國(guó)綜合國(guó)力的重要戰(zhàn)略地位，并在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、資金保障等各方面給予大力支持。

（2）師資培養(yǎng)

2016年，美國(guó)發(fā)布了《STEM 2026：STEM 教育創(chuàng)新愿景》報(bào)告，指出需要整合各學(xué)科，開展與真實(shí)世界有關(guān)的任務(wù)探究。為了這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，具有跨學(xué)科背景的師資力量急需加強(qiáng)，迫切需要通過(guò)有針對(duì)性的師資培訓(xùn)，幫助教師獲得跨學(xué)科STEM學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，提倡教師將STEM教育融入課堂教學(xué)，而不僅限于課外拓展范圍。

（3）核心課程

在美國(guó)，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)。雖然備受重視，但這些課程的開展依然困難重重。2005年，全國(guó)教育進(jìn)步評(píng)估（National Assessment of Educational Progress，NAEP）的結(jié)果顯示，美國(guó)總體上只有1/3的中學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)能力方面達(dá)到了國(guó)家要求。美國(guó)工程和技術(shù)人才缺口較大，K-12階段工程教育的發(fā)展嚴(yán)重不足，而工程教育又特別依賴科學(xué)和數(shù)學(xué)知識(shí)。

2.英國(guó)STEM教育現(xiàn)狀

（1）政策支持

英國(guó)在2002年出臺(tái)了加雷思·羅伯茨爵士評(píng)論報(bào)告《為了成功的SET》，該報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注大學(xué)科學(xué)與工程技術(shù)教育對(duì)人才的培養(yǎng)。2004年，英國(guó)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教育的重心拓展到科學(xué)教師和講師的質(zhì)量上。2007年還發(fā)布了《科學(xué)與創(chuàng)新的評(píng)論報(bào)告》，激勵(lì)年輕人從事科學(xué)和工程事業(yè)。

（2）師資培養(yǎng)

在英國(guó)，國(guó)家科學(xué)教育中心為教師提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，STEM職業(yè)發(fā)展中心支持工商界和教育界之間持續(xù)的知識(shí)交流。增加中小學(xué)數(shù)學(xué)和科學(xué)教師的編制，提升現(xiàn)有教師STEM技能，分別進(jìn)行傳統(tǒng)型和混合型STEM教師的培養(yǎng)，打造STEM教師隊(duì)伍。

（3）核心課程

英國(guó)STEM教育課程的設(shè)置與中小學(xué)的課程結(jié)構(gòu)相一致。在英國(guó)，國(guó)家課程將學(xué)生學(xué)習(xí)的4個(gè)關(guān)鍵階段（第一階段為5～7歲，第二階段為8～11歲，第三階段為12～14歲，第四階段為15～16歲）和12個(gè)基礎(chǔ)科目（英語(yǔ)、數(shù)學(xué)、科學(xué)、設(shè)計(jì)和技術(shù)、信息和交流技術(shù)、 歷史、地理、現(xiàn)代外語(yǔ)、藝術(shù)和設(shè)計(jì)、音樂(lè)、體育、公民）組織起來(lái)，數(shù)學(xué)和科學(xué)被安排在整個(gè)基礎(chǔ)教育階段，待學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)有了一定了解，科學(xué)探究能力的培養(yǎng)將在第三和第四階段進(jìn)一步展開。

三、STEM師資培養(yǎng)困境的破局

中學(xué)STEM教育的目的并非培養(yǎng)STEM專業(yè)人才，而是關(guān)注“在海量的信息流和飛速發(fā)展的當(dāng)下，我們的青少年是否能夠在真實(shí)情景中像‘科學(xué)家或者工程師那樣思考和實(shí)踐”。跨學(xué)科師資的培養(yǎng)不可偏離這個(gè)方向。

1.一級(jí)培訓(xùn)的局限性

依靠英美的STEM培訓(xùn)機(jī)構(gòu)（如英國(guó)CLEAPSS機(jī)構(gòu)）為我國(guó)培養(yǎng)合格師資很難滿足現(xiàn)實(shí)需要。筆者分別在2015年和2017年兩次接受了英國(guó)STEM專業(yè)培訓(xùn)師的培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容幾乎完全相同。這種培訓(xùn)有以下特點(diǎn)。

（1）培訓(xùn)費(fèi)用較高

STEM培訓(xùn)機(jī)構(gòu)開發(fā)課程并通過(guò)多種渠道向各級(jí)學(xué)校推廣，所展示的內(nèi)容覆蓋了從小學(xué)到大學(xué)的各個(gè)學(xué)段。學(xué)校付費(fèi)成為會(huì)員后，可直接使用現(xiàn)有課程并接受相應(yīng)培訓(xùn)。但這筆費(fèi)用，我國(guó)的絕大多數(shù)學(xué)校難以承擔(dān)。

（2）教育體系不同

英美的教育體系和我國(guó)差別較大，所開發(fā)的課程直接用于中國(guó)難免水土不服。例如，英方教師認(rèn)為：“由‘簡(jiǎn)單機(jī)械組成的復(fù)雜機(jī)械”是大學(xué)才學(xué)習(xí)的內(nèi)容，為什么你們?cè)诔踔芯蛯W(xué)了？”又如，英美的STEM教育多以拓展課程的形式來(lái)落實(shí)，我們則更希望探索與常規(guī)課程的滲透與融合。

（3）STEM教育理念有差別

英方教師認(rèn)為STEM教育重在理念，只要能主動(dòng)應(yīng)用科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)來(lái)進(jìn)行教育實(shí)踐，就是STEM教育，至于具體形式是數(shù)理化生的跨學(xué)科綜合還是單一學(xué)科內(nèi)部的綜合，那都不是問(wèn)題。如在培訓(xùn)中，英方的兩位培訓(xùn)師，一位是跨學(xué)科綜合的專業(yè)培訓(xùn)師，另一位是物理學(xué)科內(nèi)部綜合的專業(yè)培訓(xùn)師。我國(guó)學(xué)者目前普遍認(rèn)為，STEM教育應(yīng)是更提倡用跨學(xué)科方法解決真實(shí)世界的具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，要打破學(xué)科之間的壁壘，使學(xué)生獲得多學(xué)科解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。有的人認(rèn)為STEM教育是為了國(guó)民科學(xué)與技術(shù)素養(yǎng)的提升；有的認(rèn)為是為了促進(jìn)我國(guó)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域拔尖人才的生長(zhǎng)，亦為填補(bǔ)我國(guó)基礎(chǔ)教育中學(xué)科融合理念及科研方法培養(yǎng)的缺失等。對(duì)這些理解，英方教師表示“可能是文本翻譯時(shí)的理解問(wèn)題，因此不便置評(píng)”。推崇應(yīng)建立在真實(shí)了解的基礎(chǔ)上，借鑒必須依賴具體國(guó)情。可見(jiàn)，依靠英美STEM培訓(xùn)機(jī)構(gòu)為我國(guó)大量培養(yǎng)合格師資存在局限性。

2.二級(jí)培訓(xùn)的可能路徑

如果將一級(jí)培訓(xùn)的目標(biāo)定位與STEM教育理念的接軌，培訓(xùn)將卓有成效。接受一級(jí)培訓(xùn)的學(xué)員如能在自己的教育實(shí)踐中不斷探索和總結(jié)，便有可能成為合格的二級(jí)培訓(xùn)教員。

（1）項(xiàng)目教師培養(yǎng)的可能路徑

以北京市八一學(xué)校（以下簡(jiǎn)稱八一學(xué)校）的探索與實(shí)踐為例，培養(yǎng)項(xiàng)目教師要考慮兩方面的問(wèn)題。

一是如何培養(yǎng)教師進(jìn)行課程整合設(shè)計(jì)與實(shí)施。STEM的技術(shù)性、體驗(yàn)性乃至實(shí)證性與學(xué)校現(xiàn)有課程體系中的通用技術(shù)課有相似之處；而跨學(xué)科、協(xié)作性等又符合研究性學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。于是，學(xué)校以通用技術(shù)為切入點(diǎn)，整合研究性學(xué)習(xí)，以項(xiàng)目研究的方式開始了STEM教學(xué)的嘗試。并以通用技術(shù)學(xué)科的選修模塊為載體，開設(shè)了7門課程供學(xué)生選擇。在教學(xué)內(nèi)容上，先對(duì)學(xué)生進(jìn)行研究方法的通識(shí)培訓(xùn)，繼而是基于任務(wù)的模塊基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。學(xué)生在該模塊領(lǐng)域內(nèi)自主選題，以項(xiàng)目研究的方式完成接下來(lái)的學(xué)習(xí)。例如電子控制與單片機(jī)模塊，涉及電子技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)及計(jì)算機(jī)編程等內(nèi)容，將硬件平臺(tái)和軟件程序相結(jié)合，整合物理學(xué)、電路原理、計(jì)算機(jī)等跨學(xué)科知識(shí)。學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)多樣化、個(gè)性化的電子控制項(xiàng)目方案。

二是如何培養(yǎng)教師進(jìn)行日常教學(xué)與活動(dòng)設(shè)計(jì)。八一學(xué)校的課程實(shí)踐采取師生共同參與培訓(xùn)的策略。比如在3D打印機(jī)制作項(xiàng)目中，學(xué)校有三十多位教師參加了學(xué)習(xí)。通過(guò)歷年培訓(xùn)結(jié)合實(shí)踐項(xiàng)目，STEM逐漸作為一種教學(xué)方法滲透到日常教學(xué)。隨著實(shí)踐的不斷深入，八一學(xué)校探索出了一個(gè)可行的方向，即以項(xiàng)目為引導(dǎo)，通過(guò)做中學(xué)的方式進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和實(shí)踐。在這個(gè)過(guò)程中，一批勝任STEM項(xiàng)目教學(xué)的教師也逐步成長(zhǎng)起來(lái)。

（2）單科綜合教師培養(yǎng)的可能路徑

以無(wú)錫市第一女子中學(xué)的探索和實(shí)踐為例。2013年起，學(xué)校開始進(jìn)行本土化的STEM教育探索，結(jié)合校情，選擇了以物理綜合實(shí)踐活動(dòng)為突破口。

一是概念界定。中學(xué)物理綜合實(shí)踐活動(dòng)是一種應(yīng)用STEM教育的思想方法組織物理教學(xué)，以提高學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的物理教育教學(xué)活動(dòng)。研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到物理綜合實(shí)踐活動(dòng)不應(yīng)局限于課外活動(dòng)范圍，因此將研究深入到課堂教學(xué)。

二是如何培養(yǎng)教師進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容整合設(shè)計(jì)與實(shí)施。以“綜合實(shí)踐活動(dòng)——設(shè)計(jì)制作一個(gè)由簡(jiǎn)單機(jī)械組成的機(jī)械模型”為例。學(xué)生自主設(shè)計(jì)使用兩種簡(jiǎn)單機(jī)械組合成復(fù)雜的機(jī)械模型。教師將實(shí)踐設(shè)計(jì)成課前實(shí)踐和課上實(shí)踐。課前實(shí)踐主要完成有興趣的操作和思考，課上實(shí)踐主要完成有意義的交流和總結(jié)。筆者曾與英方教師分享了所在學(xué)校研究團(tuán)隊(duì)將STEM教育本土化的實(shí)例（見(jiàn)表1），獲得了他們的高度認(rèn)同和贊賞。

三是如何培養(yǎng)教師進(jìn)行日常教學(xué)與活動(dòng)設(shè)計(jì)?？茖W(xué)離每個(gè)人都很近。每個(gè)學(xué)生都能擁有科學(xué)素養(yǎng)、運(yùn)用科學(xué)知識(shí)，并擁有自己的“科學(xué)夢(mèng)”。呵護(hù)每個(gè)學(xué)生的科學(xué)夢(mèng)，應(yīng)從改變學(xué)生的固有認(rèn)知、激發(fā)興趣開始。應(yīng)使學(xué)生保持對(duì)科學(xué)的好奇心，擁有基本的科學(xué)知識(shí)、思維方式、操作技術(shù)，并適應(yīng)多元化的社會(huì)環(huán)境。現(xiàn)階段，執(zhí)教者期望結(jié)合中學(xué)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)適合學(xué)生實(shí)施的系列活動(dòng)。因此，研究團(tuán)隊(duì)采取以下做法。其一，面向全體學(xué)生。STEM教育面向全體學(xué)生，但由學(xué)生自主選擇做什么和怎么做。目的是讓全體學(xué)生享有平等的教育機(jī)會(huì)。其二，少數(shù)既有興趣又有能力的學(xué)生，可自主選取教材的部分內(nèi)容進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，并向全班匯報(bào)活動(dòng)成果，獲得師生的反饋。其三，根據(jù)多數(shù)學(xué)生的實(shí)際情況，選取教材的部分章節(jié)改編成集體活動(dòng)，活動(dòng)的共同點(diǎn)包括：探究任務(wù)和目標(biāo)比較明確，情境創(chuàng)設(shè)有適度的障礙，背景資料、探究方法等比較容易獲得。其四，選擇合適的教學(xué)載體。如將物理綜合實(shí)踐活動(dòng)與日常教學(xué)融合，課堂教學(xué)在某種意義上就成了更大范圍內(nèi)的綜合實(shí)踐活動(dòng)，活動(dòng)自然就做到了常態(tài)實(shí)施，學(xué)科教師也就自然成了單科綜合教師。

（3）兩種路徑的比較

“提倡用跨學(xué)科方法”是一個(gè)更好的理念，但實(shí)施起來(lái)更困難，尤其是培養(yǎng)對(duì)“跨學(xué)科”沒(méi)有限制的“全科教師”，難度很大。因此，與八一學(xué)校的實(shí)踐路徑相比，物理綜合實(shí)踐活動(dòng)的探索更貼近課堂學(xué)習(xí)，學(xué)科性更強(qiáng)，更適合植入目前的課程體系。物理綜合實(shí)踐活動(dòng)基于學(xué)科，但不打破學(xué)科的原有安排，把學(xué)科知識(shí)和跨學(xué)科知識(shí)連接起來(lái)，從小切口進(jìn)入，是一種“微創(chuàng)式”的創(chuàng)新，不需要耗費(fèi)大量資源，可操作性較強(qiáng)。對(duì)于課程整合、課程統(tǒng)整來(lái)說(shuō)，起到了牽一發(fā)而動(dòng)全身的作用。

3.因地制宜，因校制宜

德國(guó)理論物理學(xué)家馬克斯·普朗克曾說(shuō)：“科學(xué)是內(nèi)在的整體，被分解為單獨(dú)的部門，不是取決于事物的本質(zhì)，而是取決于人類認(rèn)識(shí)能力的局限性。實(shí)際上存在著由物理學(xué)到化學(xué)，通過(guò)生物學(xué)和人類學(xué)到社會(huì)科學(xué)的鏈條。這是一個(gè)任何一處都不能被打斷的鏈條?！?STEM教育的本質(zhì)是要推動(dòng)不同領(lǐng)域特別是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四大領(lǐng)域知識(shí)之間的整合。它是要使學(xué)生學(xué)習(xí)到的多學(xué)科零碎的知識(shí)與機(jī)械的過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴澜绲南嗷ヂ?lián)系，多角度看待世界的復(fù)雜事物，并把它轉(zhuǎn)化為探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過(guò)程。每個(gè)學(xué)校都有不同的情況，因地制宜、因校制宜是應(yīng)有之意。基于我國(guó)的國(guó)情，對(duì)普通學(xué)校來(lái)說(shuō)，要想進(jìn)行全方位的課程整合存在較大難度。因此，兩種師資培養(yǎng)方式都有其可取之處。

四、對(duì)試點(diǎn)工作的建議

1.建議小學(xué)和職業(yè)院校全面試點(diǎn)

對(duì)小學(xué)生學(xué)習(xí)能力的科學(xué)研究表明，小學(xué)生具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，他們可能缺乏知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，但并不缺乏推理能力。小學(xué)生是主動(dòng)的學(xué)習(xí)者，可以在恰當(dāng)方法的有效引導(dǎo)下，學(xué)習(xí)更多基本知識(shí)和技能。同時(shí)，小學(xué)生的學(xué)業(yè)壓力較小，有利于STEM教育在小學(xué)全面試點(diǎn)。

職業(yè)教育在我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程中的作用越來(lái)越凸顯。STEM教育的發(fā)展，對(duì)職業(yè)院校（包括職業(yè)高中）教師的素質(zhì)提升、教學(xué)質(zhì)量的改善是一個(gè)重要的抓手，有利于建設(shè)一支素質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、專兼結(jié)合的高素質(zhì)、專業(yè)化教師隊(duì)伍。此外，職業(yè)院校與其它學(xué)段相比較，在文化、機(jī)制、體制、師資等方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。職業(yè)院校全面推進(jìn)STEM教育，符合國(guó)家、社會(huì)和個(gè)人的利益。

2.建議初高中學(xué)段的試點(diǎn)精選并緩行

在初高中階段教學(xué)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，客觀地講，任何改革和嘗試都有一定的風(fēng)險(xiǎn)，并需要一個(gè)長(zhǎng)期的漸進(jìn)過(guò)程，這從中高考制度改革便可見(jiàn)一斑。如果在初三、高二和高三學(xué)段進(jìn)行試點(diǎn)，必定會(huì)遇到很多阻礙。因此，建議在初一、初二和高一學(xué)段精選能力和勇氣兼?zhèn)涞慕處?，兼顧各個(gè)層次的學(xué)校，在小范圍內(nèi)試點(diǎn)，并需要在行政、學(xué)術(shù)和生活等方面給予相應(yīng)的扶持，待取得一定的成效，得到多方認(rèn)可后再逐次推廣，不宜用行政手段強(qiáng)力推行。

綜上所述，為什么要發(fā)展STEM教育？是因?yàn)樗槕?yīng)了社會(huì)發(fā)展和個(gè)人成長(zhǎng)的需要，有利于學(xué)科教育回歸科學(xué)的更真實(shí)的自然狀態(tài)；它不拘泥于單一學(xué)科的實(shí)際應(yīng)用，可以有機(jī)整合多學(xué)科的知識(shí)加以綜合應(yīng)用。STEM教育很可能對(duì)核心素養(yǎng)的落地給出一個(gè)更具操作性的解答，也很有可能成為撬動(dòng)傳統(tǒng)課堂教學(xué)轉(zhuǎn)型的一個(gè)支點(diǎn)，因此具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。STEM教育的力量值得關(guān)注。

參考文獻(xiàn)（編者略）

（責(zé)任編輯 郭向和）