非正式STEM學(xué)習(xí)的實(shí)踐與思考

王雨婷　王萍

摘? ?要：大學(xué)預(yù)科卓越研究計(jì)劃（Pre-college Research Excellence Programs，PREP）是美國田納西州中學(xué)生的非正式STEM項(xiàng)目的重要一環(huán)，旨在促進(jìn)全州范圍內(nèi)非正式STEM學(xué)習(xí)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)施以科學(xué)與工程實(shí)踐為基礎(chǔ)的職業(yè)導(dǎo)向計(jì)劃。文章分析了PREP的項(xiàng)目目標(biāo)、項(xiàng)目內(nèi)容和項(xiàng)目特征。PREP項(xiàng)目對(duì)我國推進(jìn)學(xué)習(xí)校外STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)，開展STEM視域下的非正式STEM學(xué)習(xí)研究與實(shí)踐，具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：美國 非正式STEM學(xué)習(xí) PREP 課外學(xué)習(xí)

一、引言

推行STEM教育是美國保持科技領(lǐng)先和國際競爭力的重要戰(zhàn)略之一。多項(xiàng)研究表明，越早發(fā)現(xiàn)學(xué)生的STEM興趣并讓學(xué)生參與STEM學(xué)習(xí)，學(xué)生在未來選擇STEM相關(guān)專業(yè)的可能性越大，在未來科技創(chuàng)新相關(guān)領(lǐng)域取得卓越成就的可能性越大。學(xué)生在校內(nèi)和校外所接受的教育對(duì)于發(fā)展學(xué)生STEM學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣都具有積極影響[1]。2018年，美國的田納西州發(fā)布了修訂后的《STEM戰(zhàn)略：田納西州的K-12 STEM提案》，指出要從課程和教學(xué)、學(xué)生成就、教育工作者的專業(yè)發(fā)展、建立社區(qū)和高等教育的伙伴關(guān)系四個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域推進(jìn)STEM教育[2]。田納西大學(xué)諾克斯維爾分校的大學(xué)預(yù)科卓越研究計(jì)劃（Pre-college Research Excellence Programs，PREP）是其中一項(xiàng)重要的非正式STEM學(xué)習(xí)項(xiàng)目[3]。本文通過分析其項(xiàng)目目標(biāo)、項(xiàng)目內(nèi)容、項(xiàng)目特征，旨在為我國STEM教育在非正式教育領(lǐng)域中的研究和實(shí)踐提供借鑒。

二、PREP概述

PREP是面向田納西州中學(xué)生的研究型計(jì)劃，由田納西大學(xué)諾克斯維爾分校主導(dǎo)，通過政府、企業(yè)、非營利組織、基金會(huì)等不同組織間的相互合作與配合，共同促進(jìn)全州范圍內(nèi)非正式STEM學(xué)習(xí)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)施以科學(xué)與工程實(shí)踐為基礎(chǔ)的職業(yè)導(dǎo)向計(jì)劃。

（一）PREP內(nèi)容框架

PREP由田納西州科學(xué)奧林匹克競賽（Tennessee Science Olympiad）、南阿巴拉契亞科學(xué)與工程博覽會(huì)（Southern Appalachian Science and Engineering Fair）、州長科學(xué)與工程學(xué)院（Governor’s School for the Sciences & Engineering）、田納西州青少年科學(xué)與人文研討會(huì)（Tennessee Junior Science and Humanities Symposium）以及虛擬科學(xué)俱樂部（Virtual Science Club）五個(gè)子項(xiàng)目構(gòu)成，如圖1所示。PREP針對(duì)不同學(xué)段的學(xué)生開展了類型多樣的活動(dòng)。

1. 田納西州科學(xué)奧林匹克競賽

田納西州科學(xué)奧林匹克競賽是美國科學(xué)奧林匹克競賽的州級(jí)錦標(biāo)賽之一，旨在提高科學(xué)教育質(zhì)量，增加學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，并為學(xué)生和教師在科學(xué)教育中的杰出成就提供認(rèn)可。

針對(duì)K-6年級(jí)，小學(xué)奧林匹克科學(xué)競賽（Elementary Science Olympiad）項(xiàng)目為學(xué)生、教師和家庭提供在教室、俱樂部、社區(qū)等環(huán)境中探索STEM世界的機(jī)會(huì)[4]。例如，舉辦科學(xué)奧林匹克趣味日和趣味夜（Science Olympiad Fun Day and Fun Night），父母和孩子共同參加有趣的STEM團(tuán)隊(duì)活動(dòng)，并邀請地質(zhì)學(xué)家、博物學(xué)家、建筑師等，讓父母和孩子近距離接觸科學(xué)家，激發(fā)孩子對(duì)科學(xué)的興趣。針對(duì)K6-12年級(jí)，由15名學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)參與競賽，培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)精神和問題解決能力。競賽科目包括科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。優(yōu)勝者可以參加更高級(jí)別的科學(xué)奧林匹克競賽錦標(biāo)賽。

2. 南阿巴拉契亞科學(xué)與工程博覽會(huì)

南阿巴拉契亞科學(xué)與工程博覽會(huì)是國際科學(xué)與工程博覽會(huì)的官方附屬區(qū)域博覽會(huì)之一[5]，為東田納西州23個(gè)縣的初中和高中學(xué)生提供了展示STEM領(lǐng)域各種類型研究成果的機(jī)會(huì)，并能夠得到專業(yè)科學(xué)家和工程師的指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。在活動(dòng)中，學(xué)生提出一個(gè)可以驗(yàn)證的問題，并開展探究式學(xué)習(xí)。通過實(shí)驗(yàn)收集和分析數(shù)據(jù)，培養(yǎng)批判性思維技能。在此過程中，學(xué)生能夠在一定程度上體驗(yàn)成為科學(xué)家的感覺，有助于培養(yǎng)他們對(duì)STEM學(xué)習(xí)的興趣，并將STEM領(lǐng)域作為其未來職業(yè)發(fā)展方向。

3. 虛擬科學(xué)俱樂部

虛擬科學(xué)俱樂部是南阿巴拉契亞科學(xué)與工程博覽會(huì)和田納西大學(xué)諾克斯維爾分校聯(lián)合舉辦的項(xiàng)目[6]，旨在提供免費(fèi)的虛擬編程活動(dòng)，幫助學(xué)生和教師共同發(fā)展 STEM技能。虛擬科學(xué)俱樂部通常每月舉行兩次會(huì)議。第一次會(huì)議由來自STEM領(lǐng)域的客座演講者主持，演講者包括大學(xué)教師、STEM專業(yè)人員及南阿巴拉契亞科學(xué)與工程博覽會(huì)參與者。第二次會(huì)議則針對(duì)人文科學(xué)、自然科學(xué)、物理科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)研究領(lǐng)域進(jìn)行詳細(xì)的分組討論，每個(gè)研究領(lǐng)域的分組討論室都有導(dǎo)師進(jìn)行指導(dǎo)，包括1名田納西大學(xué)研究生、至少1名科學(xué)和工程相關(guān)專業(yè)人士、至少1名南阿巴拉契亞科學(xué)與工程博覽會(huì)董事會(huì)成員。

4. 田納西州青少年科學(xué)與人文研討會(huì)

田納西州青少年科學(xué)與人文研討會(huì)是一項(xiàng)由美國陸軍、海軍和空軍部門的研究辦公室聯(lián)合發(fā)起、國家科學(xué)教學(xué)協(xié)會(huì)與全國領(lǐng)先的研究型大學(xué)合作管理的項(xiàng)目，旨在通過挑戰(zhàn)和吸引學(xué)生參與 STEM 來推動(dòng)國家的科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步[7]。田納西州青少年科學(xué)與人文研討會(huì)是48 個(gè)區(qū)域性青少年科學(xué)與人文研討會(huì)項(xiàng)目之一，為高中生提供了在公共論壇上展示原創(chuàng)科學(xué)研究并競爭獎(jiǎng)學(xué)金的機(jī)會(huì)，為參與者提供了實(shí)踐研討會(huì)、小組討論、職業(yè)探索和訪問研究實(shí)驗(yàn)室的機(jī)會(huì)。

5. 州長科學(xué)與工程學(xué)院暑期項(xiàng)目

州長科學(xué)與工程學(xué)院項(xiàng)目是一個(gè)為期4周的暑期大學(xué)體驗(yàn)項(xiàng)目，為學(xué)生提供5個(gè)大學(xué)學(xué)分①，并讓他們在田納西大學(xué)諾克斯維爾分校的環(huán)境中接觸科學(xué)學(xué)科，以滿足田納西州公立和私立高中的十一年級(jí)和十二年級(jí)的頂尖學(xué)生的需要。[8]

州長科學(xué)與工程學(xué)院暑期項(xiàng)目的課程包括了公共課程和選修課程兩大類型，既培養(yǎng)了學(xué)生的綜合STEM素養(yǎng)，又滿足了不同學(xué)生的需求與興趣。公共課程包括“STEM技能”和“社會(huì)學(xué)中的STEM”兩門課?！癝TEM技能”以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為載體，包括編程、3D建模、3D打印、移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)等其他支持STEM技能發(fā)展的主題，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維?！吧鐣?huì)學(xué)中的STEM”將人文科學(xué)融到了STEM之中，致力于培養(yǎng)學(xué)生的寫作能力和表達(dá)能力。選修課程包括生物學(xué)、化學(xué)、工業(yè)與系統(tǒng)工程、材料科學(xué)與工程、數(shù)學(xué)、物理等多個(gè)研究領(lǐng)域。課程采用項(xiàng)目式的形式開展，學(xué)生通過“做中學(xué)”獲得理論知識(shí)和實(shí)踐性知識(shí)，以解決現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際存在的問題，在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)發(fā)展創(chuàng)造性思維。

（二）PREP的特征分析

1. 多樣性

PREP為不同年齡和層次的學(xué)生提供了多樣的非正式STEM學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，為K-12課堂學(xué)習(xí)和外部學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)的整合提供教學(xué)和社區(qū)資源，注重以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的動(dòng)手學(xué)習(xí)和應(yīng)用。針對(duì)小學(xué)教育階段，吸引家長和學(xué)生共同參加到STEM的課外活動(dòng)當(dāng)中，為學(xué)生選擇STEM行業(yè)打下基礎(chǔ)。針對(duì)中等教育階段，則以暑假夏令營、多種類型的競賽項(xiàng)目形式開展，力圖把STEM的教育與今后的工作相關(guān)聯(lián)，使學(xué)生初步了解STEM職業(yè)并獲得適當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)培訓(xùn)。

2. 合作性

PREP與很多社會(huì)機(jī)構(gòu)組織保持著良好的合作關(guān)系，聯(lián)合學(xué)生、家長、教師、社區(qū)組織和企業(yè)多方參與，通過信息和資源共享來滿足地區(qū)在STEM教育方面的需求[9]。從功能職責(zé)層面看，PREP 的合作者包括課程開發(fā)者、軟件提供商和經(jīng)費(fèi)捐助者。例如，美國能源部與 PREP合作，為州長科學(xué)與工程學(xué)院暑期項(xiàng)目的開展和課外活動(dòng)探究提供了條件;與Ward’s Science公司合作的課程產(chǎn)品，為小學(xué)奧林匹克競賽的賽事提供了可靠的賽事項(xiàng)目資源。此外，阿爾伯特·愛因斯坦學(xué)會(huì)（Albert Einstein Society）、喬治·華盛頓·卡弗學(xué)會(huì)（George Washington Carver Society）等為南阿巴拉契亞科學(xué)與工程博覽會(huì)提供充足的資金支持。

3. 真實(shí)性

美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（Next Generation Science Standards）強(qiáng)調(diào)真實(shí)的科學(xué)實(shí)踐、科學(xué)核心概念和跨學(xué)科概念的整合，使學(xué)生的科學(xué)探索與真正的科學(xué)家和科學(xué)環(huán)境發(fā)生聯(lián)系。PREP強(qiáng)調(diào)解決現(xiàn)實(shí)生活中存在的問題，將科學(xué)教育嵌入到社會(huì)和文化環(huán)境之中，把學(xué)生的日常經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)理解結(jié)合起來，如環(huán)境問題、倫理和社會(huì)問題的關(guān)注，以及發(fā)展學(xué)生的批判性思維的技能和社會(huì)責(zé)任[10]。通過各種形式的STEM特色項(xiàng)目，為學(xué)生提供多方面的STEM學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使他們能夠掌握復(fù)雜的STEM技能，嘗試設(shè)計(jì)和測試現(xiàn)實(shí)生活中STEM問題的解決方案，并以小組合作的形式開展，在合作中形成良好的社會(huì)交往能力。[11]

三、啟示

我國非正式STEM教育是學(xué)校課堂中科學(xué)教育的一個(gè)有效補(bǔ)充形式。我們應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)校的主渠道作用，積極利用各類社會(huì)資源，適當(dāng)引入校外活動(dòng)資源，構(gòu)建以學(xué)校為主導(dǎo)的多主體協(xié)同體系，促進(jìn)學(xué)生的視野開拓、實(shí)踐鍛煉和全面發(fā)展。

1. 借助高校力量，建立區(qū)域合作體

我國的STEM教育大多是以教育輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)為依托開展，尚且缺少聯(lián)結(jié)學(xué)校教育與非正式教育的橋梁。高校組織本身具有雄厚的科研實(shí)力與優(yōu)質(zhì)的專家資源，有能力開展優(yōu)質(zhì)的課程和教學(xué)資源，可以有效地提升所開展協(xié)作的科學(xué)化、專業(yè)化程度[12]。應(yīng)當(dāng)構(gòu)建大學(xué)—政府—社會(huì)—中小學(xué)多元主體協(xié)同培養(yǎng)的教育模式，鼓勵(lì)更多的高校教育工作者與中小學(xué)進(jìn)行合作項(xiàng)目，為如何在非正式組織中開展教育、如何建立不同組織間的有效協(xié)作作出貢獻(xiàn)。此外，還需要重視當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，對(duì)已有的科學(xué)教育資源、教育機(jī)會(huì)，所具備的優(yōu)勢與劣勢等進(jìn)行系統(tǒng)性分析?；赟TEM課程對(duì)跨學(xué)科、跨人際、跨校際合作的要求，開設(shè)本土化的STEM課程項(xiàng)目。

2. 以真實(shí)性STEM項(xiàng)目為抓手，打開非正式STEM課程新思路

美國非正式STEM項(xiàng)目旨在讓學(xué)生能夠最大程度上感受到科學(xué)家的工作，體驗(yàn)真實(shí)的工作環(huán)境和科學(xué)研究。通過邀請科學(xué)界專業(yè)人士進(jìn)行指導(dǎo)，讓學(xué)生深入了解科學(xué)家開展研究時(shí)的真實(shí)狀態(tài)。通過STEM導(dǎo)師學(xué)徒制，吸引更多的教師參與到導(dǎo)師活動(dòng)中，使教師和學(xué)生形成學(xué)習(xí)共同體。因此，在我們設(shè)計(jì)非正式項(xiàng)目活動(dòng)時(shí)，應(yīng)盡可能打破時(shí)間和空間的限制，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸最真實(shí)的科學(xué)工作者的場景，拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)的渠道。

3. 創(chuàng)建多方合作伙伴關(guān)系，拓展校外STEM教育的不同形式

校外STEM項(xiàng)目是有效拓展STEM教育發(fā)展的重要抓手，能為STEM教育走向社會(huì)提供實(shí)踐土壤。我國可借鑒美國PREP的經(jīng)驗(yàn)，積聚多方力量，尤其是STEM企業(yè)、高校、行業(yè)協(xié)會(huì)、非營利組織以及基金會(huì)等，充分發(fā)揮各組織資金提供、實(shí)踐場所、專業(yè)輔導(dǎo)以及職業(yè)信息指導(dǎo)方面的優(yōu)勢，拓展到高校、社區(qū)、工廠車間以及實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)域。針對(duì)不同年齡階段的學(xué)習(xí)，提供不同類型的STEM活動(dòng)形式，滿足學(xué)生的個(gè)別化學(xué)習(xí)需要。在課堂之外通過組織STEM各類團(tuán)隊(duì)競賽、STEM夏令營和創(chuàng)新與發(fā)明工作坊等活動(dòng)延伸STEM教育。

注釋：

①PREP設(shè)置了大學(xué)預(yù)科學(xué)分認(rèn)證體系，即學(xué)生可以通過在高中階段參與田納西大學(xué)諾克斯維爾分校預(yù)科課程的學(xué)習(xí)，提前獲得大學(xué)相應(yīng)課程的學(xué)分。

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編輯 呂伊雯? ?校對(duì) 娜迪拉·阿不拉江

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