基于微認證的STEM 教育生態(tài)模式構建

劉冠伊，于 琦

（遼寧師范大學 計算機與信息技術學院，遼寧 大連 116081）

一、引言

澳大利亞教育委員會于2015 年12 月頒布了《國家STEM 學校教育戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略確定了國家行動的五個關鍵領域：一是提高學生的STEM 能力、參與度和參與意愿；二是提高教師能力和STEM 教學質量；三是支持學校系統(tǒng)內的STEM 教育機會；四是促進與高等教育、企業(yè)和工業(yè)界的有效伙伴關系；五是建立強有力的證據基礎[1]。

對比來看，我國STEM 教育生態(tài)模式缺乏整體方案，各級教育之間的銜接有待增強；且我國STEM 教育研究多處于理論思辨階段，有待從實踐著手對STEM 教育過程進行評估領域的探索與發(fā)現(xiàn)。

基于此，本文重點對比國際STEM 教育發(fā)展趨勢，結合我國教育的優(yōu)勢、特色以及人才培養(yǎng)目標，借鑒國外STEM 評價領域的先進經驗，提出構建基于微認證的STEM 教育生態(tài)模式，以期對我國STEM 教育的健康持續(xù)發(fā)展提供參考依據。

二、研究背景

1.各國STEM 教育的發(fā)展策略

STEM 教育的主要目標是培養(yǎng)創(chuàng)新人才以及培養(yǎng)學生分析問題、利用跨學科知識和工程思想解決現(xiàn)實生活中真實存在問題的綜合能力。在學習型社會體系下，創(chuàng)新能力顯然成為衡量世界各國競爭能力高低的重要因素，世界各國對于創(chuàng)新型人才的需求愈發(fā)增加，我國亦然。

各國為推進STEM 教育發(fā)展采取了不同的戰(zhàn)略。從1986 年提出STEM 教育至今，美國全國都大力且持續(xù)地推進STEM 教育，包括制定《STEM 教育五年戰(zhàn)略計劃》，制定K-12 階段的STEM 教育目標，改革傳統(tǒng)學校教育，制定并完善符合STEM 教育目標的教材；大力推進博物館STEM 教育，加強館校合作；依靠社會組織建立“變革方程”，開展非正式環(huán)境下的STEM 教育研究，開展OECD“催化劑項目”等等。英國為解決STEM 技能缺乏的問題，通過國家科學學習網絡專門開展STEM 教育專業(yè)教師的培養(yǎng)。德國2008 年制定的《德累斯頓決議》文件將MINT（同STEM 教育）教育列為教育發(fā)展的重要目標。雖然國外的STEM 教育已經產生了一定有意義、有價值的研究成果和教學模式，但我國的STEM 教育仍處于發(fā)展階段，在STEM 教育的本質、本土化、課程發(fā)展、人才培養(yǎng)[2]、發(fā)展策略、模式等問題上，國內學者之間還存在著眾多爭議。所以我國的STEM 教育需要在各國的發(fā)展經驗上不斷總結、創(chuàng)新，結合我國現(xiàn)有國情和時代發(fā)展背景，創(chuàng)建我國STEM 教育新生態(tài)模式。

2.微認證（數(shù)字徽章、電子徽章、電子勛章）

微認證面向需求，明確標識每個微認證對應的能力要求和所需提供的證據材料，學習者可以選擇他們希望獲得的微認證，創(chuàng)建自己的微認證歷程，并直接在社交媒體上展示。[3]

美國于2014 年提出建立STEM 學習生態(tài)系統(tǒng)，結合正規(guī)教育、非正規(guī)教育和課外活動三種形式，重視學生非正式學習的教學過程、開展模式與評價方式，并發(fā)揮各社會機構在STEM 教育中的協(xié)調作用，從政策和制度層面為學習成果認證提供了初步保障與支持。在“大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)”的時代背景下，學習者個性化學習成果源源不斷地涌現(xiàn)出來且豐富多樣。目前，我國用于非正式學習成果認證的方法主要是檔案袋評估法、能力測試法、觀測法、陳述法和模擬法等[4]。2017 年的《地平線報告》也肯定了數(shù)字徽章等微認證方式對推動高校教育改革的積極影響[5]。在創(chuàng)新時代和終身學習的大背景下，學習成果認證制度已成為銜接各級各類學習形式的橋梁。基于此，通過微認證方式實現(xiàn)STEM 教育生態(tài)模式建構具有重要意義。

三、基于微認證的STEM 教育生態(tài)模式構建

STEM 教育生態(tài)系統(tǒng)具有終身性、整體性（Life-long Holistic），而非一種分散式、階段性的學習活動。應思考采用何種有效的成果認證方式使之與正規(guī)教育相銜接，并將其融入個人能力評價體系，成為未來第三方對個人職業(yè)能力考察的依據。本文構建了基于微認證的STEM教育生態(tài)模式（見圖1），提出以數(shù)字徽章作為能力微認證手段推進STEM 教育健康可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)建STEM 教育生態(tài)開放空間，進而形成在國家政策指導下和諧穩(wěn)定的教育生態(tài)系統(tǒng)。

圖1 基于微認證的STEM 教育生態(tài)模式圖

1.將STEM 教育游戲競賽作為具體實施方式

數(shù)字徽章是一種新型的評估認證手段，具有易保存、免維護的優(yōu)勢。使用數(shù)字徽章進行微認證項目開發(fā)對認證對象和認證渠道的要求是具體而明確的，因此本文提出將具有基礎性、創(chuàng)造性、綜合性和經濟性等特征的STEM 教育游戲競賽作為具體實施方式。

（1）現(xiàn)有的STEM 教育相關競賽

國內的STEM 教育正在不斷發(fā)展，在東南沿海等發(fā)達地區(qū)陸續(xù)成立了類似上海STEM 云中心、柴火創(chuàng)客空間、機器人教育等STEM 教育機構。從上海STEM 云中心官網（http://www.stemcloud.cn）提供的競賽資源來看，國外的STEM 教育相關競賽主要分為綜合類和學科類兩種：學科類的諸如環(huán)境類的美國ISWEEEP 國際可持續(xù)發(fā)展項目，發(fā)明類的如日內瓦發(fā)明項目展覽，綜合類的則有（俄羅斯）“東方號”科學博覽會、西班牙國際青少年科研博覽會等。我國國內的競賽主要包括全國青少年科技創(chuàng)新大賽、“明天小小科學家”獎勵活動、上海市青少年科技創(chuàng)新大賽和中國青少年機器人競賽等。

以“STEM 競賽”為關鍵詞在百度搜索后發(fā)現(xiàn)，國內STEM 競賽的內容主要在于科學技術研究的比拼，內容包括創(chuàng)意賽、工程類挑戰(zhàn)賽、科技挑戰(zhàn)賽和機器人挑戰(zhàn)賽，而專門針對STEM 教育游戲的競賽基本屬于空白，作為強實踐性的STEM 能力培養(yǎng)方式，將STEM 教育游戲競賽作為具體實施微認證生態(tài)途徑，不僅有利于改變我國STEM 教育“重思辨，輕實踐”的現(xiàn)狀，更為學習者個人終身學習能力評價體系提供了切實可行的載體。

（2）STEM 教育與游戲

游戲設計是學習STEM 技術、掌握STEM 素養(yǎng)的創(chuàng)新領域[6]，越來越多的研究表明，設計電子游戲可以作為一種吸引學生掌握STEM 技能的方法。在游戲的設計中，學生能夠通過使用諸如Scratch、Adobe Flash、C 語言等編程軟件，在學習技術的同時發(fā)展創(chuàng)新性思維；同時，游戲的設計需要跨學科的思維、工程的思想、發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力……而這些都是STEM 教育的目標。此外在國內STEM 教育資源貧瘠的背景下，設計成功的STEM 教育游戲可以作為STEM 課程的輔助教學資源，增強課程的趣味性，促進STEM 教育生態(tài)模式的構建。

（3）STEM 教育游戲競賽評價認證標準

祝智庭[7]教授指出，“我國的STEM 教育研究和實踐有兩大特點：一是受美國已有STEM 研究實踐的啟發(fā)和影響，二是我國處于大力提倡創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力的經濟轉型關鍵時期。這兩點決定了我國STEM 教育發(fā)展不能一味地模仿美國已有經驗，而要走更適合我國基本國情的道路?！币虼嗽O計STEM 教育游戲競賽機制，除了借鑒美國國家STEM 電子游戲競賽之外，還應具有中國特色，即其設計理念要遵循教育性、趣味性、協(xié)作性以及創(chuàng)新性等原則。

為了保證STEM 教育生態(tài)的健康持續(xù)發(fā)展，需為競賽提供清晰、簡潔的規(guī)則，并為參賽選手提供健全的競賽環(huán)境，競賽規(guī)則設計如下：

①作品主題STEM 化

STEM 教育重視的是學生跨學科綜合能力的培養(yǎng)，鍛煉的是學生靈活運用知識解決實際問題的能力[8]，為了保證通過STEM 教育游戲競賽的方式推進STEM 教育生態(tài)模式的順利實施，參與競賽的作品主題必須符合STEM 教育的特征，其內容要包含跨學科的知識應用，必須具有教育性和STEM 跨學科的特性。同時STEM 教育不應該是簡單的科學、技術、工程和數(shù)學的整合，也應該包含社會、環(huán)境和夢想等人文“STEM”內容。不同學齡段的STEM 教育在具體操作方面的相關問題有待我國研究者進行深入且持續(xù)的探究。

為具體化和標準化STEM 能力認證，本文將STEM教育游戲競賽按照年級進行分組，如表1 所示：第一組為小學組（4-6 年），由于其科學知識和技術掌握較少，所以其作品主題限制在課本內容上。例如，游戲的主題可以設定為數(shù)學類的四則運算，內容是將數(shù)學運算融入到真實的生活情境中，其主要目的是讓游戲用戶明白知識與生活是相互關聯(lián)、密不可分的。第二組為初中組，初中生具有一定的科學知識基礎，并且具有一定的自學基礎，所以將其作品主題定位在跨學科知識的應用上。例如其游戲的主題可以是構建科學實驗室，教育內容可以集中在物理、化學等科學知識上。第三組是高中組，高中生的學習風格和知識儲備已經相對完備，具備深入思考的能力，所以將其作品主題定位在利用跨學科知識解決現(xiàn)實問題上。例如作品主題可以是科學類的知識應用，如雨的產生，內容是讓學生在游戲中了解雨的形成過程，嘗試“人工降雨”，同時游戲可以引導學生思考如何建立城市水循環(huán)，實現(xiàn)水資源合理利用等現(xiàn)實問題和環(huán)保等社會核心問題，該組的重點在于將跨學科知識與社會熱點、待解決問題相關聯(lián)。

表1 STEM 教育游戲競賽評價認證標準

②作品類型自由化

STEM 教育游戲競賽的三個競賽小組都不限制作品類型，動作類、探險類、休閑類、音樂類、智力類、策略類等均可，鼓勵學生創(chuàng)新。

③作品類別多樣化

在此基礎之上，設置了A、B、C 三種作品類別，其中A 組為PC 類，B 組為移動終端類，C 組為文檔類。由于三組的技術難度不同，所以STEM 教育游戲競賽對于小學組、初中組和高中組開放不同的作品類別。小學組競賽開放A、C 兩類，其中A 組鼓勵學生采用Scratch 軟件進行編譯，因為Scratch 不需要逐行寫代碼，而是通過拖拽已定義好的程序模塊，采用搭積木的方式快速實現(xiàn)程序的編寫，這樣就降低了游戲開發(fā)的難度，為學生的創(chuàng)作提供良好支持[9]；C 組參賽選手只需以書面文檔形式提交游戲設計，并在文檔中對游戲進行詳細描述，包括游戲的內容、環(huán)節(jié)、受眾和美工等等。初中組競賽僅開放A 組，鼓勵參賽學生利用不同的編程軟件進行游戲制作。高中組開放A、B 兩類，鼓勵參賽選手技術創(chuàng)新。

2.將數(shù)字徽章作為評價與認證手段

數(shù)字徽章包含學習過程、能力等級等信息，使得學習歷程可追蹤驗證。在在線教育領域中，其通常是游戲化學習的組成部分，教師通過徽章中記載的信息追溯了解學習者的學習過程。與傳統(tǒng)學位和課程學分相比，數(shù)字徽章作為一種科學的認證手段可以全面查看持有者能力，將非正式學習過程中累積的能力成果加以認證與記錄具有重要意義。制定與數(shù)字徽章體系相銜接的評價方式是實現(xiàn)STEM 教育能力和成果認證的關鍵，當越來越多的組織參與微認證的開發(fā)和實施時，需要設計審查標準與保護機制來保障認證評價系統(tǒng)的嚴謹性、有效性和公信力。

（1）科學的專家評審標準

余勝泉認為，STEM 教育要具備跨學科、趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設計性、藝術性、實證性和技術增強性這九大特征，[10]學習者的能力培養(yǎng)也應具有以上特征。STEM 教育游戲競賽中所頒發(fā)的數(shù)字徽章主要審查作品的設計理念和內容是否具備以上特征。本文參考2017年中國教育游戲作品大賽的評價標準，保留了教育性、游戲性、藝術性和技術性四大指標，結合STEM 九大特征，制定了STEM 能力數(shù)字徽章的審查標準，如表2 所示。

（2）靈活的體驗式評價

專家評審標準具有一定的局限性，難以對持有者能力進行全面考察，筆者提出增加體驗式評價方式。有學者指出，在非正式場館的STEM 教育中，通過展示展品幫助學生在STEM 學科上學習，除了評估學生對展品的情感態(tài)度外，還可以檢測學生參觀后的學習感受[11]。由此STEM 能力體驗式評價可以從各個學校中通過自愿報名、資格篩選的形式選取適齡學生作為游戲用戶組成學生評審團，邀請學生評審體驗作品。入圍競賽的STEM教育游戲作者進行現(xiàn)場交流展示，專業(yè)評審根據作品展示進行提問，對每個作品進行打分，學生評審團根據自身對游戲的親身體驗投票。每個作品總分由專業(yè)評審團得分和學生評審團投票相加而成，并記錄在參賽者的數(shù)字徽章內。

（3）集公信力與豐富資源為一體的認證平臺

作為數(shù)字徽章認證標準與查證依據，用以輔助學習者豐富徽章內容，STEM 能力資源與認證平臺有待開發(fā)。①與游戲開發(fā)公司合作，提供有關游戲開發(fā)設計的學習資料及設計流程資源。②提供國內外優(yōu)秀的STEM 教育游戲資源供學習者學習。③公布具體數(shù)字徽章能力認證標準規(guī)范。④公開顯示各階段學習者所獲得徽章，供第三方機構進行核實查證。

表2 STEM 能力數(shù)字徽章的審查標準

（4）嚴格的保護機制

在DPD（Design Principles Documentation）項目結論中也認為，當學習者能控制他們的數(shù)字徽章是否公開顯示時，數(shù)字徽章的積極作用將更突出[12]。

數(shù)字徽章認證平臺具有一定的經驗分享功能，要著重保護作品的版權，要求分享作品必須保證原創(chuàng)性，不得侵犯他人的版權。平臺有發(fā)布并使用參賽作品作為教學、科研等非營利用途的使用權。微認證評價過程往往具備徽章組合靈活化、學習過程可溯化、學習結果具備循證性等特征，在一定程度上可化解非正式學習中的評價難題，但需設立嚴格的保護機制。

3.認證結果可滿足第三方雇主需要

STEM 學習生態(tài)是構建包括校外機構、企業(yè)、學校、社區(qū)、場館、基金會等機構的學習者協(xié)同互助系統(tǒng)。學校具有突出的教育功能，因此目前開展STEM 教育的主要陣地是學校。很多國家增加大學STEM相關學科專業(yè)，將學術研究和產業(yè)發(fā)展聯(lián)系在一起，為未來就業(yè)市場奠定扎實基礎。為將數(shù)字徽章認證方式融入終身學習體系，對認證結果的認可采納是推動系統(tǒng)形成閉環(huán)的關鍵。

STEM 教育游戲競賽機制的建立應該是循序漸進、逐步完善的，競賽可以先從各級學校試運行。隨著中國STEM 教育發(fā)展大會、中國教育信息化STEM 教育&創(chuàng)客教育學術論壇等的舉辦，越來越多的社會組織、科學協(xié)會可以作為STEM 教育游戲競賽舉辦的依托機構。

微認證是面向需求的能力認證方式，明確標識每個微認證項目對應的能力要求和證據材料，學習者可以自由安排學習進度，持續(xù)積累認證證據。我國目前正處于STEM 教育發(fā)展階段，一系列STEM 教育機構正在崛起，競賽可以與這些STEM 相關企業(yè)建立起合作關系，借助社會組織的力量，社會化競賽資源，使其作為社會STEM教育的資源。同時注重對于STEM 人才發(fā)展的培養(yǎng)，向社會組織輸送STEM 人才，參賽者可以真實地接觸STEM 職業(yè)，培養(yǎng)興趣，支持并助力STEM 人才的后續(xù)發(fā)展。在成績單上，我們往往列出某門專業(yè)課程分數(shù)，但是并沒有顯示與非正式學習或與個人能力有關的真正信息。數(shù)字徽章的認證體系可充分滿足雇主需要，STEM 教育游戲競賽中產生的多元性評價、生成性評價、面向學習過程的評價都被記錄在數(shù)字徽章之內，雇主可通過學生在學習過程中的態(tài)度、興趣、參與程度、任務完成情況以及形成的作品等了解學生。

四、意義與挑戰(zhàn)

1.意義

（1）學習成果的有效認證對于構建終身學習體系具有關鍵作用

通過STEM 教育游戲競賽方式和依據九大特征設定的評價標準，有助于建立學習者能力發(fā)展圖譜，將綜合能力分解為微能力，并使學習過程可溯化。數(shù)字徽章可激勵學習、記錄學習軌跡與進度、認可和認證學習成就，這將改變教育的認證和記錄方式，并在一定程度上輔助學習者的自步調學習。

（2）微認證有望成為STEM 教育融入正規(guī)教育的直通橋

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》指出，要“建立繼續(xù)教育學分積累與轉換制度，實現(xiàn)不同類型學習成果的互認和銜接”。STEM 教育的目標就是培養(yǎng)學生分析問題、利用跨學科思維解決現(xiàn)實生活中真實存在問題的綜合能力，但表現(xiàn)軟技能的相關數(shù)據難以收集。以STEM 教育游戲競賽作為能力認證通道，數(shù)字徽章作為多重學習環(huán)境邊界的理想節(jié)點，不僅能為認可學習者通過非正式學習渠道發(fā)展的能力提供合理的記錄方式，還能夠讓非正式學習與正式學習無縫連接。

（3）權威的認證體系能提高學習者參與非正式學習的動力

STEM 教育在我國已展現(xiàn)出了一種蓬勃的發(fā)展趨勢，然而數(shù)據文獻表明，女性和偏遠地區(qū)的人較少參與STEM 活動[13]。使用數(shù)字徽章進行能力微認證能夠有效增強學習者參與STEM 活動的動力。有研究表明，越來越多的退休人員、居家女性和殘疾人正在參加開放學習。因此，如果在自主活動中融入學習成果認證功能，可以吸引對于成果認證需求非常強烈的群體，特別是缺少受教育機會的弱勢群體。

2.挑戰(zhàn)

認知心理學的觀點認為，給予外部回報會降低內部動機，而內在學習動機比外在學習動機能帶來更多的學習收益[14][15]。從徽章的激勵作用看，將徽章概念應用于教學，可能會導致學習者只專注徽章的積累，而不注重學習活動本身或者徽章所蘊含的相關知識材料。此外，應用數(shù)字徽章實施學習者STEM 能力認證還面臨著是否會削弱高等教育地位、數(shù)據隱私如何保護等方面的爭議。

五、結束語

采用數(shù)字徽章認證學習者STEM 能力的重要性和意義不言而喻，但就現(xiàn)狀而言，無論是STEM 教育生態(tài)模式的理論研究，還是將STEM 教育游戲競賽作為具體實施方式的實踐探索，都是相對淺層面的，使用微認證進行STEM 教育生態(tài)模式制度設計與實施層面尚未真正起步。在如何加強和深化認證機制的研究，創(chuàng)新使用數(shù)字徽章記錄能力的方式方法，構建第三方審查與接收STEM 專業(yè)人才體系等方面，仍然有待進一步探索發(fā)現(xiàn)。