袁 磊 鄭開玲 張 志
(1.廣西師范大學 教育學部,廣西桂林 541004; 2.東北師范大學 信息科學與技術學院,吉林長春 130117)
教育部(2015)頒布的《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見(征求意見稿)》提出,“有效利用信息技術推進‘眾創(chuàng)空間’建設,探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式,使學習者具有較強的信息意識與創(chuàng)新意識”。這標志著STEM教育被正式列入我國政府的工作議事日程。2017年2月,教育部(2017a)頒布的《義務教育小學科學課程標準》也指出,STEM是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織形式,旨在通過科學、技術、工程和數(shù)學四門學科的有機融合,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。同年9月,教育部(2017b)印發(fā)的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》提出,綜合實踐課程與其他學科課程并列作為義務教育階段的必修課程,自小學一年級起全面開設。2019年10月,中國教育科學研究院STEM教育研究中心發(fā)布的《中國STEM教育調(diào)研報告》顯示,81.79%的教師認為開展STEM教育能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神,75.42%的教師認為STEM教育能夠培養(yǎng)學生的實踐能力,69.52%的教師認為通過實施STEM教育,學生能夠掌握科學的研究方法,發(fā)展綜合運用知識的能力。這些數(shù)據(jù)表明,我國大多數(shù)教育者對STEAM教育持肯定態(tài)度。但STEAM教育實踐也暴露出不少值得深思的問題,例如,對STEAM教育目標的認知混亂,缺乏頂層設計,沒有完整的STEAM課程體系,STEAM教師匱乏等。因此,厘清STEAM教育存在的問題,分析解決對策,探索推進STEAM教育健康發(fā)展的路徑,將有助于促進我國STEAM教育的健康和可持續(xù)發(fā)展。
STEAM教育為學生和教育工作者提供了探索材料、設計、社會和自然環(huán)境之間關聯(lián)的機會(Sochacka et al.,2016)。現(xiàn)階段我國STEAM教育存在很多問題,突出表現(xiàn)在以下幾方面。
很多學校都在積極推進STEAM教育,各類示范學校、實驗室(實驗班)、學術會議層出不窮。在STEAM教育飛速發(fā)展的同時,我們必須面對這樣一個問題:STEAM教育的目標到底是什么?我國學者一般認為STEAM教育的本質(zhì)是“跨學科”,目標是利用科學、技術、工程和數(shù)學等學科相互關聯(lián)的知識,跨越學科界限,從多學科知識綜合應用的角度提高學生解決實際問題的能力(余勝泉,2015)。然而,有些學校和機構(gòu)對STEAM教育目標的理解存在偏差,STEAM教育實踐未體現(xiàn)該目標,主要存在三個誤區(qū):一是認為融入動手實踐活動的教學就是STEAM教育,主要培養(yǎng)學生的動手操作能力;二是認為STEAM教育是基于信息技術的教學,目標是培養(yǎng)學生的編程能力,為編程競賽做準備;三是認為開展STEAM教育是為了突出以學生為主體的理念,讓學生自己探索新知識。上述三種對STEAM教育目標的理解都是片面的,忽視了STEAM教育培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、合作能力、問題解決能力等綜合能力的目標。耗費了大量人力物力的STEAM教育實踐一旦脫離了它的真正目標,無論出現(xiàn)多少“明星學?!薄懊餍菆F隊”“明星個人”,也很難對我國教育改革有實質(zhì)性的貢獻。
STEAM教育強調(diào)多學科之間的相互融合,學習過程也是學生以多視角、多維度的方式認識并改造世界的過程。系統(tǒng)學習學科知識是開展STEAM教育的前提,而建立各學科知識之間的聯(lián)系則是STEAM教育的終極目標。改革開放四十年來,我國基礎教育課程改革不斷深化,但仍存在課程設置不能滿足人才培養(yǎng)需要的問題。在教育實踐過程中,STEAM教育的開展還集中在教育機器人、3D打印以及各種創(chuàng)意電子類課程,沒有真正融入中小學課程改革。現(xiàn)有STEAM課程激發(fā)了學生的學習興趣,但沒有改變基礎教育的實質(zhì)。
我國目前的課程體系建立在嚴格的學科分類基礎上,能高效地進行學科知識教學,但知識脫離情境,缺乏綜合性和應用性。STEAM教育最大的特點是“跨學科”,在豐富的情境中使用項目化教學促進學科融合,形成知識網(wǎng)絡,而不是碎片化的知識點。然而,目前的課程改革實踐為了突出STEAM教育的“跨學科特征”,又走向極端將其視為一門獨立的學科。事實上,STEAM教育只是一個綜合的學科領域,既不能替代學科教學,更不能成為新的學科。把STEAM教育學科化,短期內(nèi)可能會促進其發(fā)展,從長遠看,卻摧毀了它的發(fā)展基礎,讓STEAM教育陷入無源之水的境地。為了促進STEAM教育的良性發(fā)展,STEAM教育應融入學科課程體系,開發(fā)更多的“跨學科”課程,形成以項目化學習為主的教學模式。
STEAM教育形式現(xiàn)階段主要有三類:一,基于編程的創(chuàng)意電子類,如Arduino開源軟硬件、Scratch(米思奇)創(chuàng)意編程等;二,基于科學實驗的探究類,如生命科學實驗室、星空實驗室以及3D打??;三,以樂高(LEGO)為代表的綜合類,即既有搭建類課程,也有結(jié)合編程的創(chuàng)意電子課程。很顯然,STEAM教育的開展需要特殊的教具,由此,教育公司推出了系列產(chǎn)品,打包推銷給學校。有的學校建立了豪華氣派的STEAM實驗室或區(qū)角,但大額的資金投入沒有取得理想的效果,原因在于教育公司過分注重產(chǎn)品的研發(fā)和配套,忽視了相關課程和教學方法的研究,教師按照說明書上課,從根本上脫離了STEAM教育的本質(zhì)。
其實,教具可以是普通材料,也可以是高技術材料,關鍵是如何設計課程并創(chuàng)造性地實施。浙江省在這方面做了有益探索,省教育廳與美國印第安納州合作開展了“2017浙江—印州中小學平移課程教學項目”,來自美國的8名教師在杭州市拱墅區(qū)賣魚橋小學和大關中學開課10天,所用教具是紙板、回形針、雪糕棒等常見物品。在實施“100多年前美國西部人口大遷徙”項目時,學生反映“沿著遷徙路線,老師會介紹每個州的風土人情,中途要搭臨時居所,我們就用紙板、吸管、冰棍棒搭房子,非常有意思?!睂τ谪S富的自選教具,美方老師提到,課堂教學會用到很多生活材料,數(shù)學、科學等都是基礎性學科,來源于生活,又回歸生活。
長期以來,我國基礎教育存在 “以教師講授知識為主,學生被動接受知識”的現(xiàn)象,一線教師雖然不斷地參加培訓和進修,但教學實踐仍然強調(diào)學科知識的傳授,較少關注學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),跟不上課程改革倡導的學生“主動參與、樂于探究、勤于思考”的要求。STEAM教育的開展有利于打破這一困局,但也存在改革動力不足和教育資源匱乏的問題。國外STEAM教育改革的動力往往來源于教師自身,而不是政府。教師會不斷地探索新的教學模式,尋找相關支撐資源,避免課程內(nèi)容脫離現(xiàn)實社會(陳曉慧等,2019)。我國STEAM教育改革的動力主要來自于政府部門或?qū)W校,教師在教學方法、課程內(nèi)容等方面的創(chuàng)新意識薄弱。教師應在教學方式創(chuàng)新上多思考,多開發(fā)生活化、綜合性課程,即課程要直接面向社會,與生活融為一體,使課程與學生生活和現(xiàn)實社會建立聯(lián)系,讓實踐和生活成為學生發(fā)展的源泉。
表一 STEAM教育要素
教育資源的匱乏具體表現(xiàn)為優(yōu)質(zhì)課程稀少、專業(yè)教師與專業(yè)教材短缺。STEAM一般開設在科學課、信息技術課、綜合實踐課或者其他校本課程中,課時緊,師資匱乏。許多教育培訓機構(gòu)冠以STEAM教育名稱的樂高課程、兒童編程課程的授課老師多為理工科專業(yè)背景,缺乏專業(yè)的教育素養(yǎng)。此外,我國STEAM教育普遍沒有相應的教材。研究表明,70%的中小學未配備專門的STEAM教材,STEAM教材的獲取途徑主要是自主開發(fā)和從企業(yè)采購。促進STEAM教育的發(fā)展需要編寫配套的STEAM教材,如校本課程、地方性教材。
要促進STEAM教育的健康發(fā)展,我們需要深刻理解STEAM教育的核心價值。STEAM教育包含多個要素(見表一),其課程內(nèi)容包括科學、技術、工程、藝術和數(shù)學學科知識,教學目標可以分為三個層次:使學生掌握跨學科知識是STEAM教育的低層次目標;中等層次的目標是獲得問題解決能力、自主探究能力和合作學習能力等綜合能力;高層次目標是培養(yǎng)學生的計算思維、設計思維等高階思維。STEAM教育的教學環(huán)境不局限于教室,博物館、科技館、社區(qū)都可以開展STEAM教育。在教學評價方面,STEAM教育結(jié)合了形成性評價、總結(jié)性評價、學生自評和同伴互評等多種評價方式。同時,它在培養(yǎng)全面發(fā)展的社會合格公民,實現(xiàn)新時代的教育創(chuàng)新等方面也有重要作用。
1.培養(yǎng)全面發(fā)展的合格公民
在應試教育背景下,社會、學校、家庭將重點放在學生文化課程的學習上,對生活實踐、解決實際問題等關注較少,導致學生的實踐創(chuàng)新能力、問題解決能力、團隊合作能力等欠缺。而STEAM教育要求學生不僅要學習數(shù)學、科學、人文藝術等理論知識,也要具備解決實際問題、知識遷移應用等能力。為消除應試教育的弊端,我國2016年發(fā)布的《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》,將核心素養(yǎng)分為文化基礎、自主發(fā)展、社會參與三個方面,綜合表現(xiàn)為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)。比較STEAM教育與核心素養(yǎng)之間的關系可以發(fā)現(xiàn),兩者之間具有高度一致性(見圖1),開展STEAM教育為學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了途徑,進而培養(yǎng)全面發(fā)展的未來社會合格公民。
2.實現(xiàn)新時代的教育創(chuàng)新
教育創(chuàng)新指打破傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學模式,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。STEAM教育理念滿足了教育創(chuàng)新的這一要求。STEAM教育的教師角色發(fā)生了轉(zhuǎn)變,從知識的給予者變?yōu)閷W生獲取知識的協(xié)助者;教育的目的不僅是學習課本知識,還要以解決真實問題為重要目標;傳統(tǒng)教育活動的情境創(chuàng)設只是作為輔助環(huán)節(jié),面對的問題脫離了現(xiàn)實生活。STEAM教育的真實情境是統(tǒng)整課程的核心概念,也是跨學科課程能夠引發(fā)學生參與動機的關鍵(Bybee,2010);課程內(nèi)容變得越來越綜合性、生活化;學生學習方式以協(xié)作學習、項目化學習為主;教學資源越來越豐富,除數(shù)字化教學資源,還給學生提供探究活動所需的實驗器材;STEAM教育也為實現(xiàn)多元化學習評價提供了契機,學科知識通過融入實踐活動與學生學習結(jié)果相聯(lián)系(Hudson et al., 2015),因此,評價維度應包括學生的知識理解、技能展示、價值觀等,同時關注認知性評價、基于證據(jù)的評價和表現(xiàn)性評價。
圖1 STEAM教育與核心素養(yǎng)關系
STEAM教育實際上是工程技術驅(qū)動下的教育模式,培養(yǎng)學生成為知識的生產(chǎn)者。從工程和技術活動入手,學生既可以獲取技術知識,又可以生動地走進和理解科學知識(任友群,2017)。結(jié)合積累的STEAM教育實踐經(jīng)驗,我們認為,要解決我國STEAM教育發(fā)展問題,推進STEAM教育深化改革,可以從政策支持、教育生態(tài)構(gòu)建、學習模式構(gòu)建、課程開發(fā)、技術助力和教師培養(yǎng)六個方面綜合考慮。問題與對策之間的映射關系見圖2:構(gòu)建STEAM教育生態(tài)與基于統(tǒng)整實踐的學習模式,能夠解決STEAM教育學科知識不交叉的問題;制定政策、運用技術手段可以解決商業(yè)利益的過度介入問題;培養(yǎng)專業(yè)的STEAM教師和開發(fā)特定的STEAM課程,能幫助老師準確理解STEAM教育目標, STEAM教育資源匱乏、開展動力不足問題也能得到有效解決。
圖2 STEAM教育發(fā)展問題與對策
1.政策支持:國家加強頂層設計與整體規(guī)劃
自美國提出STEAM教育概念以來,很多國家相繼發(fā)布了STEAM教育相關政策或發(fā)起相關項目(見表二 ),國家層面出臺的政策是實施STEAM教育的有力保障。
表二 部分國家STEAM教育政策解讀
縱觀各國STEAM教育政策可以發(fā)現(xiàn),美國十分重視STEAM教育公平,力求讓所有青少年都能參與STEAM學習;德國注重提高學生對STEAM教育的興趣,追求STEAM教育的職業(yè)化發(fā)展;澳大利亞除了對學生提出要求,還要求教師具備較高的STEM教學能力;荷蘭發(fā)展STEAM教育的目的是解決科學家和工程師的短缺。
為了培養(yǎng)更多的復合型和創(chuàng)新型人才,我國也開始關注并實施STEAM教育,但缺乏支持STEAM教育全面發(fā)展的專門政策及保障和激勵機制(祝智庭等,2018),現(xiàn)階段的STEAM教育大多以綜合實踐活動或者研究性學習的形式加以實施?;谝陨蠁栴},我國政府部門要加強頂層設計,制定國家層面和區(qū)域?qū)用娴腟TEAM教育政策。STEAM教育政策應明確高等院校、中小學、社會企業(yè)等機構(gòu)應承擔的職責、說明開展STEAM教育的目的和方式、提出專業(yè)STEAM教師培養(yǎng)的措施、從職業(yè)發(fā)展的角度思考STEAM教育的角色定位等內(nèi)容,形成較完善的政策法規(guī)體系,從政策層面保障STEAM教育的實施,最終達到人才強國的目的。
2.教育生態(tài):建立“學校-社區(qū)-企業(yè)”三位一體教育體制
完整的教育體制是開展STEAM教育的重要前提,確保師生對STEAM教育的關注度、學習興趣和重視程度?!睹绹鳶TEM教育戰(zhàn)略2018》提出了構(gòu)建包括政府、企業(yè)、研究機構(gòu)在內(nèi)的STEAM教育生態(tài)系統(tǒng),通過豐富STEAM教育的參與主體,為課程開發(fā)、學習者活動等提供支持(宿慶等,2020)。參考美國教育戰(zhàn)略,我們提出了基于我國STEAM教育現(xiàn)狀的生態(tài)系統(tǒng):“學校-社區(qū)-企業(yè)”三位一體的教育體制,將與STEAM學習相關的學校、企業(yè)和社區(qū)環(huán)境全都囊括其中,通過正式學習、非正式學習與課外學習的融合,真正達到“STEAM教育無處不在”的目的(趙中建等,2015)。為了使STEAM教育得到可持續(xù)發(fā)展,教育機構(gòu)、社會及企業(yè)均需承擔一定的職責:高校和基礎教育學校作為STEAM教育研究和實踐的重要場所,肩負著開發(fā)一系列STEAM項目、探索切實可行的STEAM教學模式、探討STEAM教育教學效果等任務;社區(qū)為學生課外項目提供了場所,同時提供了學生社會實踐的機會。例如,探究社區(qū)植物的種類與生長狀況、調(diào)查小區(qū)垃圾分類情況,使學生做到學以致用,真正培養(yǎng)學生的問題解決能力;企業(yè)負責為STEAM教育資源的開發(fā)、STEAM課程的實施提供經(jīng)濟支持,同時,企業(yè)應與研究機構(gòu)合作開發(fā)STEAM教育項目,提供豐富的STEAM課程?!皩W校-社區(qū)-企業(yè)”三位一體的教育模式,有助于STEAM課程變得生活化,將非正式學習活動融入課程中。
3.學習模式:構(gòu)建基于統(tǒng)整實踐的STEAM學習模式
國內(nèi)學者提出了基于工作坊的STEAM學習模式(STEAM-工作坊學習),該模式包含教育人員、學習方式、學習過程、學習目標等要素,致力于培養(yǎng)學習者的高階思維、核心技能、學科知識、創(chuàng)新能力以及合作精神(李王偉等,2018)?;诠ぷ鞣坏腟TEAM學習的核心是統(tǒng)整與實踐,既整合各學科知識,又提高學生的參與度。
基于統(tǒng)整實踐的STEAM學習,其基本構(gòu)成要素包括小規(guī)模的學習小組、真實的學習情境、精確的學習材料、明確的學習任務、多元的學習評價。學習小組是學生開展協(xié)作學習的基礎,小組成員之間的溝通交流、合作探究等活動有利于提高STEAM學習的效率和質(zhì)量;真實的學習情境對學生的整個學習過程起到支撐作用,包括技術支持、設備支持和學習方法支持;作為學生開展STEAM學習的先前材料,學習材料能夠使學生更好地理解需要完成的學習任務,增加自己的知識儲備;學習任務表現(xiàn)明確了學習小組的團隊任務和小組成員的任務分工,使每位小組成員都能參與團隊任務;學習評價的多元化不僅體現(xiàn)在評價主體的多元,還體現(xiàn)在對學生學習效果評價維度的多元,學生的動手實踐、小組成員的討論、小組作品的創(chuàng)意等都可以作為評價的內(nèi)容。
4.課程開發(fā):培養(yǎng)學生綜合能力的STEAM校本課程
優(yōu)質(zhì)STEAM課程是實施STEAM教育的前提。STEAM課程的開發(fā)是跨學科課程整合的過程,涉及學科知識整合、兒童經(jīng)驗整合和社會生活整合等多個方面(李學書,2019)。開發(fā)STEAM校本課程是解決我國基礎教育STEAM教育資源短缺的重要途經(jīng)。
STEAM校本課程的開發(fā)在整合社會、學校、企業(yè)等多方資源的基礎上進行,鼓勵教師跨學科合作(黃璐,2020)。課程開發(fā)人員可結(jié)合設計思維的過程模式,以培養(yǎng)學生的綜合能力為基本落腳點。通過學習STEAM課程,學生能提高問題解決能力、科學探究能力、動手實踐能力、創(chuàng)新設計能力等(陳鵬等,2019b)。開發(fā)STEAM校本課程的流程一般包括生成課程主題、設計學習活動、優(yōu)化設計三個步驟,其中,設計學習活動是課程開發(fā)的重點,需圍繞特定的學習目標設計,綜合考慮交互過程、學習資源、學習工具和活動規(guī)則等因素(楊開城等,2020)。以培養(yǎng)學生綜合能力為目標的STEAM校本課程能有效提高學生的參與度、培養(yǎng)學生的科學探究精神。中小學教師應充分利用校內(nèi)外教育資源,與校外STEAM教育企業(yè)合作,開發(fā)優(yōu)秀的STEAM校本課程。
5.技術助力:借助技術手段推動STEAM教育發(fā)展
作為STEAM教育中的一門學科,技術發(fā)揮著重要作用。3D打印、虛擬/增強現(xiàn)實、人工智能等技術的發(fā)展為STEAM教育提供了便利。目前,一些國家和機構(gòu)正積極探索3D打印技術和STEAM教育融合。例如,美國斯特塔西有限公司推廣技術與工程教育的3D Printing Curriculum STEAM學習資源包,整合了3D打印技術、工程設計、科學、數(shù)學、藝術等知識,培養(yǎng)學生問題解決、協(xié)作和溝通技能(王娟,2016)。人工智能技術在智能引導、自適應學習環(huán)境創(chuàng)設、實時記錄追蹤、監(jiān)控與反饋、資源推薦和知識共享六個方面為STEAM教育提供支持(唐燁偉等,2017)。借助相關技術開展STEAM教育,既可以培養(yǎng)學生的多項技能,又能夠有效推動STEAM教育的實施。融入虛擬現(xiàn)實技術的STEAM教育能給學習者提供逼真的學習環(huán)境,在虛擬環(huán)境中感受現(xiàn)實生活中難以接觸的場景。STEAM教育與技術的結(jié)合需要教育工作者的不斷實踐,高等教育機構(gòu)、科研部門要與中小學緊密配合,將技術應用于STEAM教育實踐(王卓玉等,2018),使STEAM教育成為常態(tài),從而解決商業(yè)利益過度介入STEAM教育的問題。
6.教師培養(yǎng):加強STEAM教師專業(yè)發(fā)展
STEAM教育的高效開展離不開專業(yè)的STEAM教師。為了培養(yǎng)卓越的STEAM教師,美國推出了UTeach項目。該項目從課程設置原則、培養(yǎng)方案、評價體系、保障系統(tǒng)四個方面作了詳細論述(見表三)(高巍等,2019)。我們可以通過多種途徑解決當前STEAM教育師資不足的問題,例如,美國UTeach項目,注重課程體系構(gòu)建、課程評價體系構(gòu)建、教師專業(yè)培訓及經(jīng)費支持等。其中,教師專業(yè)培訓是加強STEAM教師專業(yè)發(fā)展的重要方式,除了傳統(tǒng)的線下培訓以外,還可以采用在線研討、視頻課程等線上培訓。大學設置STEAM教育相關專業(yè)能夠增強STEAM教師的專業(yè)性,使STEAM教師具備較高的綜合素質(zhì),包括提高STEAM課程研發(fā)、課程活動的把控能力等。高素質(zhì)的STEAM教師是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的重要保障。此外,“雙高合作”(高中和高校合作)也是加強STEAM教師專業(yè)發(fā)展的有效途徑,能促進基礎教育教師學科專業(yè)知識、項目設計與實施技能、跨學科教學實踐能力的發(fā)展(朱征,2018)。卓越的STEAM教師能夠準確把握STEAM教育的概念與內(nèi)涵,突出STEAM教育的“跨學科”特點,帶動STEAM教育的科學發(fā)展。
表三 美國UTeach項目課程體系
2017年4月科技部印發(fā)的《“十三五”國家科技人才發(fā)展規(guī)劃》指出:“科學前沿領域高水平人才、高端研發(fā)人才和高技能人才存在較大的供給缺口”,現(xiàn)在的兒童將為我國下一階段現(xiàn)代化發(fā)展提供重要的人才支撐(科技部,2017)。兒童時期是學生養(yǎng)成良好學習態(tài)度、培養(yǎng)興趣愛好的重要時期。作為一種跨學科教學的理念和培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才的有效模式,STEAM教育應該從兒童時期開始,幼小銜接階段基于項目的STEAM教學模式以低門檻、低成本、普惠性為特點,抓住兒童成長的關鍵期啟發(fā)他們對世界的探究熱情,從生活實際問題出發(fā),圍繞核心概念和關鍵技能培養(yǎng)兒童的STEAM素養(yǎng)。
融入人工智能等科技的STEAM教育將為學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供新的路徑。一方面,在人工智能的推動下,基礎教育教與學的方式發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變,學生能夠隨時隨地在生活中學習,多元化評價、差異化評價的方式也變得容易實現(xiàn)。智能機器可以提高教學效率,使學生有更多的時間用于判斷、交流、合作和創(chuàng)造;另一方面,通過引入虛擬/增強現(xiàn)實等技術,結(jié)合正式學習與非正式學習,可實現(xiàn)STEAM課程、環(huán)境、評價三位一體。因此,在科學技術高速發(fā)展的新時期,我們要充分利用科技的力量推動STEAM教育的發(fā)展,打造涵蓋幼兒、小學、中學乃至大學的全學段STEAM教育體系。