美國(guó)本科STEM教育改革系統(tǒng)性策略
——基于美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)《本科STEM教育計(jì)劃》分析

林姬佺，卓澤林

（華南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510631）

當(dāng)今世界正處于一個(gè)大發(fā)展大變革的時(shí)期，知識(shí)經(jīng)濟(jì)和第四次工業(yè)革命加劇了科技與人力資源的競(jìng)爭(zhēng)。在此背景下，美國(guó)將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)（Science，Technology，Engineer，Mathematics，簡(jiǎn)稱STEM）教育提升到維護(hù)國(guó)家安全的高度，以期通過(guò)培養(yǎng)更多本土的科技人才來(lái)拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和維持美國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。本科階段的STEM教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系著企業(yè)未來(lái)STEM勞動(dòng)力的素質(zhì)。近年來(lái)，在強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)更多基礎(chǔ)教育階段STEM教師和提升學(xué)生STEM素養(yǎng)以外，美國(guó)社會(huì)也開始廣泛關(guān)注本科STEM教學(xué)改革，希望通過(guò)轉(zhuǎn)變STEM課堂的傳統(tǒng)教學(xué)模式來(lái)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。2011年9月，由美國(guó)頂尖研究型大學(xué)組成的大學(xué)聯(lián)盟——美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)（Association of American Universities）發(fā)布了《本科STEM教育計(jì)劃》（Undergraduate STEM Education Initiative），啟動(dòng)了一系列改革活動(dòng)[1]，計(jì)劃在五年時(shí)間內(nèi)改善其成員大學(xué)的STEM教育質(zhì)量，以使基于證據(jù)的教學(xué)模式成為本科STEM教育的共識(shí)。該項(xiàng)目探索大學(xué)協(xié)會(huì)組織在推動(dòng)大學(xué)進(jìn)行規(guī)模性改革上的作用，同時(shí)嘗試在制度層面變革以增強(qiáng)STEM教學(xué)改革的持續(xù)性。[2]《本科STEM教育計(jì)劃》在實(shí)施中整合了研究型大學(xué)內(nèi)外部的資源，促使美國(guó)本科STEM教育改革從分散化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)化。由此可見，該計(jì)劃不僅對(duì)美國(guó)本科STEM教育改革具有重要的指導(dǎo)作用，也將對(duì)美國(guó)高等教育發(fā)展產(chǎn)生重要影響，本研究將較為全面地分析《本科STEM教育計(jì)劃》開展的動(dòng)因、舉措及其對(duì)美國(guó)本科STEM教育產(chǎn)生的影響。

一、《本科STEM教育計(jì)劃》實(shí)施的動(dòng)因

（一）教學(xué)方式弊端消解學(xué)生對(duì)STEM 課程的學(xué)習(xí)興趣

本科STEM 教育是美國(guó)STEM 教育戰(zhàn)略的重要組成部分，學(xué)生在進(jìn)入企業(yè)工作時(shí)需要高水平的STEM知識(shí)與素養(yǎng)，如定量與信息素養(yǎng)、探究與分析能力、批判性思維、進(jìn)行跨學(xué)科的溝通與協(xié)作能力等。這些高水平的知識(shí)和素養(yǎng)需要通過(guò)學(xué)習(xí)STEM課程來(lái)習(xí)得，因此美國(guó)高校通過(guò)提供高質(zhì)量的STEM 課程來(lái)培養(yǎng)更多STEM專業(yè)人才，這是美國(guó)保持經(jīng)濟(jì)世界主導(dǎo)地位的現(xiàn)實(shí)路徑。然而在現(xiàn)實(shí)中，美國(guó)本科學(xué)生對(duì)于STEM專業(yè)學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)并不強(qiáng)，且缺乏持續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，美國(guó)STEM學(xué)科的保有率低，即選擇主修與實(shí)際取得學(xué)位的學(xué)生數(shù)量差大，就是其最好的注腳。例如，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委（National Research Foundation）的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在過(guò)去10年里美國(guó)本科一年級(jí)選擇主修STEM專業(yè)的學(xué)生在同屆所有學(xué)生中的占比一直維持在25%左右，而最終能獲得STEM學(xué)科學(xué)士學(xué)位的學(xué)生比例一直維持在15%～17%之間[3]；長(zhǎng)期追蹤大學(xué)生態(tài)度與大學(xué)規(guī)劃的《美國(guó)大一新生調(diào)查》報(bào)告中同樣發(fā)現(xiàn)，50%物理或生物專業(yè)的一年級(jí)學(xué)生和60%數(shù)學(xué)專業(yè)的一年級(jí)學(xué)生將會(huì)從這些專業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)到其他專業(yè)[4]；總統(tǒng)科學(xué)與技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)(President’s Council of Advisors on Science and Technology)在《致力于卓越：再培養(yǎng)100萬(wàn)具有STEM學(xué)位的大學(xué)畢業(yè)生》中也提供了相應(yīng)的證據(jù)，在打算攻讀STEM專業(yè)的學(xué)生中，僅有不到40%的人能取得STEM學(xué)位，而大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)了STEM專業(yè)的一、二年級(jí)課程后選擇轉(zhuǎn)去非STEM專業(yè)[5]。該報(bào)告同時(shí)指明，美國(guó)STEM專業(yè)長(zhǎng)期存在難以吸引和保留人才的問(wèn)題主要體現(xiàn)在本科基礎(chǔ)課程階段。伊萊恩·西摩(Elaine Seymour）和南?！ば菀撂兀∟ancy M.Hewitt）兩位學(xué)者對(duì)學(xué)生本科早期轉(zhuǎn)出STEM專業(yè)的原因進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)主要影響因素有很多，但缺少或喪失STEM專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣是最主要的原因，同時(shí)高達(dá)90.2%的轉(zhuǎn)出者把無(wú)效的教學(xué)列為他們的考慮因素。[6]究其原因，本科階段STEM基礎(chǔ)課程往往都在人數(shù)多的大教室上課，教學(xué)模式也普遍以知識(shí)傳授為主，教師多關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶，而忽略了對(duì)學(xué)生能力和情感的培養(yǎng)以及學(xué)生個(gè)體差異對(duì)學(xué)習(xí)的影響。

（二）教師缺乏有效支持進(jìn)行STEM 教學(xué)改革

隨著本科STEM 教育質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越凸顯，STEM學(xué)科的教育者在近三四十年內(nèi)形成了專門的研究領(lǐng)域，并在物理學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)、生物學(xué)、地球科學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科積累了大量的教學(xué)研究成果。這些研究結(jié)合了認(rèn)知科學(xué)、教育心理學(xué)、教育學(xué)的理論和方法，系統(tǒng)深入地驗(yàn)證了學(xué)生對(duì)于STEM學(xué)科知識(shí)概念的建構(gòu)模式以及能有效促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)STEM學(xué)習(xí)的教學(xué)法。[7]盡管已被證實(shí)是有效的教學(xué)法早已由公共渠道發(fā)布，但研究型大學(xué)STEM學(xué)科的教師在課堂上仍然使用傳統(tǒng)的講授法，很少去實(shí)踐這些研究成果。[8]事實(shí)上，研究型大學(xué)和其他專業(yè)組織開發(fā)了眾多針對(duì)本科STEM教學(xué)創(chuàng)新的專業(yè)發(fā)展項(xiàng)目，但調(diào)查顯示這些項(xiàng)目在行動(dòng)層面上的效果甚微。[9]造成這個(gè)問(wèn)題的主要原因是大部分本科STEM教學(xué)改革將教師個(gè)體視為唯一的行動(dòng)者，但當(dāng)教師缺乏資源和政策上的支持時(shí)，就無(wú)法精準(zhǔn)地實(shí)施教學(xué)創(chuàng)新。

基于教師個(gè)體層面的改革忽視了高校的榮譽(yù)和考評(píng)機(jī)制、專業(yè)人員的支持、部門資源協(xié)同等因素對(duì)教師的影響，因此隨著項(xiàng)目結(jié)束或項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的調(diào)離，一些短時(shí)間內(nèi)取得的改革成果最終都因缺乏學(xué)校制度的支持而失敗。[10]這些改革經(jīng)驗(yàn)使聯(lián)邦政府、大學(xué)以及其他相關(guān)利益人開始尋求更為系統(tǒng)的改革策略，期望通過(guò)協(xié)同不同層次的要素來(lái)增強(qiáng)本科STEM教育改革的動(dòng)力和持續(xù)性，從而擴(kuò)大改革的影響力和規(guī)模。[11]在此背景下，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在國(guó)家科學(xué)基金委的資助下發(fā)起了以研究型大學(xué)為改革對(duì)象的《本科STEM教育計(jì)劃》，探索系統(tǒng)改革本科STEM教學(xué)的路徑?！侗究芐TEM教育計(jì)劃》強(qiáng)調(diào)通過(guò)綜合改變?cè)合?、大學(xué)和國(guó)家層面的環(huán)境要素來(lái)促進(jìn)教師持續(xù)地使用已被證實(shí)是有效的教學(xué)法。

二、美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在推行改革中的舉措

美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在改革中發(fā)揮著中介調(diào)控的作用，通過(guò)識(shí)別提升教學(xué)質(zhì)量的不同層次的核心要素來(lái)凝聚相關(guān)改革人士，加強(qiáng)研究型大學(xué)的合作與溝通，促進(jìn)改革經(jīng)驗(yàn)在大學(xué)間的傳播。

（一）設(shè)立明確的改革目標(biāo)體系

為了確保不同大學(xué)都可以響應(yīng)和支持改革，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在正式推行改革項(xiàng)目前非常注重對(duì)目標(biāo)的設(shè)立。首先從目標(biāo)特征上看，改革是清晰明確的，因此高?？梢栽趯?shí)際執(zhí)行中根據(jù)本校特點(diǎn)將總目標(biāo)轉(zhuǎn)化為各個(gè)層級(jí)的行動(dòng)目標(biāo)。其次，改革目標(biāo)需要是可測(cè)量和成果導(dǎo)向的，因此在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)可以運(yùn)用證據(jù)說(shuō)明改革的有效性。最后，參與改革的高校需要在總目標(biāo)的設(shè)置上達(dá)成共識(shí)，使美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)可以對(duì)不同高校的共性策略進(jìn)行評(píng)估，使改革成果可以在同一指標(biāo)下進(jìn)行比較。

在制定改革目標(biāo)的過(guò)程中，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)組建了一個(gè)由本科STEM 教育專家組成的技術(shù)咨詢委員會(huì)，并協(xié)同美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)和成員大學(xué)校長(zhǎng)或管理人員共同制定具體目標(biāo)。一是建立一個(gè)用以評(píng)估和提高STEM 教學(xué)質(zhì)量的分析框架，其效力尤其要適用于本科一、二年級(jí)的教學(xué)；二是選取美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)的成員大學(xué)作為試點(diǎn)和示范，并通過(guò)開發(fā)評(píng)估工具來(lái)說(shuō)明STEM課程教學(xué)質(zhì)量的提升、院系使用有效教學(xué)方法的程度以及改進(jìn)教學(xué)對(duì)STEM專業(yè)保有率和學(xué)位授予量的影響；三是探索大學(xué)可以用來(lái)培訓(xùn)、認(rèn)證和獎(jiǎng)勵(lì)STEM教學(xué)人員的機(jī)制；四是通過(guò)加強(qiáng)與聯(lián)邦研究機(jī)構(gòu)的合作來(lái)建立提升本科教學(xué)的認(rèn)證和激勵(lì)機(jī)制；五是建立一個(gè)高效的信息反饋和評(píng)價(jià)平臺(tái)，促進(jìn)有效的本科STEM教育改革經(jīng)驗(yàn)的共享和學(xué)習(xí)。[12]總目標(biāo)經(jīng)過(guò)與成員大學(xué)的協(xié)商后，又被轉(zhuǎn)化成名為《本科教學(xué)系統(tǒng)變革框架》（以下簡(jiǎn)稱《框架》）更為系統(tǒng)的執(zhí)行指標(biāo)，用以進(jìn)一步指導(dǎo)成員大學(xué)的實(shí)踐。[13]

《 框架》 將改革目標(biāo)分為教授法（pedagogy）、腳手架支撐（scaffolding）和文化變革（cultural change）三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的層次。教授法內(nèi)部包含了教學(xué)目標(biāo)、教育實(shí)踐、評(píng)估、通路四個(gè)維度和更為具體的指標(biāo)。教授法的特征是將教學(xué)視為動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，教師基于學(xué)生的學(xué)習(xí)特質(zhì)設(shè)立明確的教學(xué)目標(biāo)，并通過(guò)精確的反饋及時(shí)調(diào)整教學(xué)過(guò)程。腳手架支撐包含了教師專業(yè)發(fā)展、資源支持、數(shù)據(jù)分享、設(shè)施規(guī)劃四個(gè)維度，強(qiáng)調(diào)院校應(yīng)該為教師提供充足的資源和指導(dǎo)。文化變革包含了領(lǐng)袖承諾、卓越教學(xué)評(píng)價(jià)和激勵(lì)制度三個(gè)維度，強(qiáng)調(diào)院校應(yīng)該將教學(xué)創(chuàng)新制度化，并推動(dòng)STEM教育文化機(jī)制的產(chǎn)生，使改革成果可以被傳承。其中教授法是系統(tǒng)改革中的核心層次，腳手架支撐和文化變革是成功執(zhí)行教授法的必要途徑。

（二）選取具有代表性的研究型大學(xué)作為試點(diǎn)

在改革方案推出后，共有31個(gè)成員大學(xué)申請(qǐng)成為試點(diǎn)，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)依據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)從中選取了8所學(xué)校，分別是布朗大學(xué)、密歇根州立大學(xué)、亞利桑那大學(xué)、加州大學(xué)戴維斯分校、科羅拉多大學(xué)博爾德分校、北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校、賓夕法尼亞大學(xué)和圣路易斯華盛頓大學(xué)。各試點(diǎn)大學(xué)以年撥款的方式總共獲得50萬(wàn)美金的資助。對(duì)試點(diǎn)大學(xué)的選拔主要基于兩個(gè)考慮。首先，校本改革內(nèi)容要符合《框架》的目標(biāo)，申請(qǐng)者需要說(shuō)明學(xué)校實(shí)施計(jì)劃與《框架》三個(gè)層次目標(biāo)之間的關(guān)系，并承諾在預(yù)期時(shí)間內(nèi)完成改革。其次，申請(qǐng)大學(xué)要具有更廣泛的代表性，即反映不同大學(xué)類型的特征（公立或私立、學(xué)生規(guī)模、地域等）。除此之外，申請(qǐng)大學(xué)教師的參與度、機(jī)構(gòu)承諾、組織變革的可持續(xù)性以及對(duì)教師激勵(lì)制度改革的承諾也是選拔考慮的重要因素。試點(diǎn)大學(xué)從2013年秋季學(xué)期開始改革，在2017年春季完成所有的計(jì)劃項(xiàng)目。美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在改革期間對(duì)試點(diǎn)大學(xué)的工作進(jìn)行評(píng)估和反饋，并于改革結(jié)束后向社會(huì)發(fā)布《STEM本科教育計(jì)劃》的總成果報(bào)告。

（三）建立STEM 教育改革網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大影響力

美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在改革計(jì)劃啟動(dòng)時(shí)成立了一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)作為統(tǒng)籌的組織機(jī)構(gòu)，并在每一個(gè)成員大學(xué)設(shè)立了專門的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，組成了美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)與成員大學(xué)的STEM網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)成為成員大學(xué)與其他改革相關(guān)利益人交流的主要平臺(tái)，以年會(huì)的形式傳播試點(diǎn)大學(xué)的改革經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)大學(xué)之間的組織學(xué)習(xí)。除了年會(huì)這個(gè)交流機(jī)制外，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)還根據(jù)改革中的關(guān)鍵性問(wèn)題召開專題討論，與社會(huì)各界共商應(yīng)對(duì)策略。例如，協(xié)會(huì)在2015年召開了“提升本科STEM教與學(xué)：學(xué)院院長(zhǎng)的角色”專題討論會(huì)。參會(huì)者不僅來(lái)自成員大學(xué)，還有其他非成員高校的管理人員，使改革取得了更廣泛的影響力。另外，協(xié)會(huì)利用STEM網(wǎng)絡(luò)與其他STEM教育平臺(tái)建立合作關(guān)系，為成員大學(xué)的改革提供更多、更專業(yè)的資源。例如，協(xié)會(huì)在2014年參與組織了“支持本科STEM教育的策略整合”會(huì)議，與來(lái)自STEM學(xué)科領(lǐng)域的專家、基金投資人、美國(guó)學(xué)院與大學(xué)協(xié)會(huì)（Association of American Colleges and Universities）、美國(guó)公立與贈(zèng)地大學(xué)協(xié)會(huì)（Association of Public and Land-Grant Universities）一同商討將全國(guó)性STEM教育項(xiàng)目與局部改革融合的路徑，尤其是要讓專業(yè)協(xié)會(huì)的教師發(fā)展資源可以支撐大學(xué)改革。[14]

（四）加強(qiáng)數(shù)據(jù)在推動(dòng)系統(tǒng)改革中的作用

美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在改革進(jìn)程中使用兩種信息來(lái)源用以判斷改革的有效性，并依據(jù)這些反饋來(lái)決定資源的進(jìn)一步配置。[15]第一種數(shù)據(jù)來(lái)自對(duì)試點(diǎn)大學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)考察，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在改革實(shí)施中對(duì)試點(diǎn)大學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、學(xué)院院長(zhǎng)和教務(wù)長(zhǎng)、校長(zhǎng)進(jìn)行訪談，以識(shí)別校本改革中遇到的阻礙和可能的解決方案，同時(shí)了解微觀層面上教學(xué)變革與學(xué)校制度變革之間的相關(guān)性。第二種數(shù)據(jù)來(lái)自對(duì)所有參與改革的教師的問(wèn)卷調(diào)查，這部分量化數(shù)據(jù)關(guān)注全部試點(diǎn)大學(xué)改革前后的效益差別。調(diào)查在2014 年和2016 年分別收集了基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與后期追蹤數(shù)據(jù)，內(nèi)容包含教師課堂行為、教學(xué)態(tài)度、專業(yè)發(fā)展質(zhì)量和機(jī)構(gòu)環(huán)境四個(gè)方面。問(wèn)卷的設(shè)計(jì)考量了與《框架》指標(biāo)的契合度，但因?yàn)閷?duì)深層次學(xué)習(xí)的測(cè)量并不存在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)并未檢測(cè)這一要素，而是要求試點(diǎn)大學(xué)自行提供相關(guān)信息，并要特別說(shuō)明保有率與弱勢(shì)群體學(xué)生學(xué)習(xí)情況的關(guān)系。美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在三個(gè)方面運(yùn)用數(shù)據(jù)推動(dòng)改革的進(jìn)程，一是為投資機(jī)構(gòu)提供信息，闡明改革總體效益；二是通過(guò)數(shù)據(jù)聚合來(lái)促進(jìn)關(guān)于本科STEM教育改革的國(guó)家對(duì)話，包括與聯(lián)邦政策制定者和其他國(guó)家協(xié)會(huì)的對(duì)話；三是為每個(gè)試點(diǎn)大學(xué)提供反饋信息，使試點(diǎn)大學(xué)可以及時(shí)調(diào)整不足之處。美國(guó)研究型大學(xué)的治理具有很強(qiáng)的自主性，因此推進(jìn)校際的數(shù)據(jù)分享并不容易。通過(guò)這次STEM教育的規(guī)模性改革，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)探索建構(gòu)了研究型大學(xué)的數(shù)據(jù)互通機(jī)制，積累了大學(xué)間信息流通的經(jīng)驗(yàn)。

三、試點(diǎn)大學(xué)執(zhí)行改革目標(biāo)的策略

改革的預(yù)期目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)取決于試點(diǎn)大學(xué)對(duì)目標(biāo)體系的執(zhí)行力度，而試點(diǎn)大學(xué)執(zhí)行的成功與否取決于基層STEM學(xué)科教師的支持和配合程度。一方面，對(duì)于不熟悉新的STEM教學(xué)法的教師來(lái)說(shuō)，將一系列的目標(biāo)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為教學(xué)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)；另一方面，讓具有自己教育信念的大學(xué)教師接受新理念下的教學(xué)本身就是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。因此，研究型大學(xué)執(zhí)行改革的重難點(diǎn)是如何吸引和維持教師參與改革。因此，試點(diǎn)大學(xué)通過(guò)一些具體的策略來(lái)擴(kuò)大改革在大學(xué)內(nèi)部的影響力。

（一）在轉(zhuǎn)變STEM 基礎(chǔ)課程中探索建構(gòu)學(xué)科融合課程

所有參與STEM教學(xué)改革的學(xué)院都轉(zhuǎn)變了其基礎(chǔ)課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式，運(yùn)用基于證據(jù)的教學(xué)法來(lái)促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)式學(xué)習(xí)。這些有別于傳統(tǒng)講座式教學(xué)的方法，包括設(shè)立問(wèn)題解決環(huán)節(jié)和小組合作項(xiàng)目、開設(shè)工作室式教學(xué)（studio course）、運(yùn)用課堂上互動(dòng)答題器（clicker）技術(shù)、改造實(shí)驗(yàn)流程、設(shè)立學(xué)生導(dǎo)師等。一些試點(diǎn)大學(xué)通過(guò)改造學(xué)習(xí)空間來(lái)支持新教學(xué)法的有效開展。另外，一些試點(diǎn)大學(xué)不但在單個(gè)學(xué)院內(nèi)轉(zhuǎn)變了STEM課程，還通過(guò)跨學(xué)科的合作來(lái)重新設(shè)計(jì)STEM的課程體系。例如，密歇根州立大學(xué)的物理、化學(xué)和生物學(xué)院構(gòu)建了3D課程模式，將學(xué)院內(nèi)的基礎(chǔ)課程分成科學(xué)實(shí)踐、跨學(xué)科概念、學(xué)科核心概念三個(gè)模塊。3D課程的實(shí)施需要三個(gè)不同學(xué)院的教師達(dá)成合作，在識(shí)別與區(qū)分跨學(xué)科知識(shí)、技能以及學(xué)科專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上構(gòu)建教學(xué)目標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。[16]除此之外，加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的生物科學(xué)學(xué)院、農(nóng)學(xué)院、環(huán)境科學(xué)學(xué)院和化學(xué)學(xué)院為生命科學(xué)學(xué)院的學(xué)生開發(fā)了五門共享課程。這個(gè)新的課程序列需要來(lái)自這些不同學(xué)科的教職工協(xié)同合作，但它的實(shí)施效果仍有待評(píng)估和研究。[17]

多學(xué)科的合作模式顯現(xiàn)了STEM教育學(xué)科融合理念在本科教育階段的實(shí)踐。需注意的是，改革的目標(biāo)體系中并未明確提出STEM學(xué)科融合，因而此理念是在STEM教學(xué)改革的實(shí)踐中自然衍生出來(lái)的。院校層面的改革目的并不是直接下達(dá)STEM學(xué)科融合理念下的執(zhí)行目標(biāo)，因?yàn)樵趯W(xué)界和其他社會(huì)群體內(nèi)并未對(duì)STEM學(xué)科融合理念下的相關(guān)概念和實(shí)踐達(dá)成共識(shí)。院校制度上的改革目的是為多樣化的STEM學(xué)科融合實(shí)踐提供支持和適宜的環(huán)境，鼓勵(lì)更多教師主動(dòng)參與和積累經(jīng)驗(yàn)，為本科階段STEM教育學(xué)科融合的系統(tǒng)化打下基礎(chǔ)。

（二）提升教師的參與程度

在教師層面，是否參與改革是基于教師個(gè)人意愿的行動(dòng)選擇。為了吸引更多教師認(rèn)同和持續(xù)參與，各試點(diǎn)大學(xué)共同實(shí)行了三項(xiàng)策略：一是聘任STEM教育專家，二是組建教師學(xué)習(xí)共同體，三是改革教師的獎(jiǎng)勵(lì)和晉升機(jī)制。STEM教育專家在院系層面的改革中發(fā)揮了重要作用。在招聘資格上，STEM教育專家既需要通曉STEM學(xué)科專業(yè)知識(shí)，又需要掌握基于證據(jù)的教學(xué)模式和教育研究范式。在工作職責(zé)上，STEM教育專家按照所在院校的實(shí)際情況，在幫助教師重置課程、參與教學(xué)相關(guān)決策和對(duì)外發(fā)表教學(xué)學(xué)術(shù)成果等方面發(fā)揮領(lǐng)袖作用。加強(qiáng)STEM教育專家在學(xué)院內(nèi)部有關(guān)教學(xué)和課程決策方面的話語(yǔ)權(quán)，并為他們建立清晰的職業(yè)發(fā)展通道，可以加深他們與學(xué)校管理人員和有較強(qiáng)影響力的終身教師的合作，減小改革因在STEM學(xué)科教師群體中難以被認(rèn)可而產(chǎn)生的阻力。[18]

在推廣新教學(xué)法時(shí)，大部分試點(diǎn)大學(xué)都采取了教師學(xué)習(xí)共同體的組織方式。共同體一般是由6～15位成員組成的跨學(xué)科小組，由STEM教育專家負(fù)責(zé)組織。活動(dòng)形式一般為短期系統(tǒng)性課程、系列研討會(huì)和其他形式的培訓(xùn)。學(xué)習(xí)共同體的有效性體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先，共同體通過(guò)形成強(qiáng)有力的社會(huì)學(xué)習(xí)環(huán)境來(lái)塑造教師的教學(xué)信念和行為，為教師提供情感支持；其次，共同體成員來(lái)自不同的STEM院系，成員之間的互動(dòng)有利于促進(jìn)更多跨學(xué)科的溝通和合作；最后，共同體成員是基層教師中最好的宣傳員，他們所轉(zhuǎn)換的STEM課程可以成為最有效的范例，吸引更多教師加入改革。

改革的主要目標(biāo)之一是通過(guò)改變研究型大學(xué)的制度環(huán)境來(lái)推進(jìn)教師行動(dòng)模式的改變。試點(diǎn)大學(xué)在結(jié)合激勵(lì)機(jī)制與推行基于證據(jù)的教學(xué)方面作出了努力，主要表現(xiàn)為STEM院系在原有的教師考核中增加教學(xué)權(quán)重，設(shè)置更多針對(duì)基于證據(jù)的教學(xué)模式的考核和評(píng)價(jià)指標(biāo)。一些試點(diǎn)大學(xué)在教師晉升和終身聘任方面也考慮加入這一要素。對(duì)教師制度作出調(diào)整并不是要減弱科研工作的重要性，而是要在研究型大學(xué)STEM學(xué)科中將教學(xué)提升到與科研同等的地位，從而使教師將建立教育質(zhì)量文化內(nèi)化為教師的身份認(rèn)同。但是，這一策略在實(shí)施過(guò)程中往往更易遭遇阻力，因?yàn)橐勋@得終身職位的教師在晉升標(biāo)準(zhǔn)的決策方面享有更大權(quán)力，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式也持有更強(qiáng)的信念。

（三）開發(fā)教學(xué)評(píng)估工具

有效的教學(xué)評(píng)價(jià)工具可以使試點(diǎn)大學(xué)更全面精確地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和評(píng)價(jià)教師的教學(xué)成效，從而支撐大學(xué)和院系針對(duì)教學(xué)事務(wù)作出合理決策。[19]在測(cè)量學(xué)習(xí)成果方面，評(píng)價(jià)更關(guān)注學(xué)生對(duì)核心科學(xué)概念的理解以及學(xué)習(xí)的增益。在評(píng)估教師方面，試點(diǎn)大學(xué)按照STEM教育的理念開發(fā)了多種教學(xué)觀摩方案，以幫助教師理解課堂行為與學(xué)習(xí)成果的關(guān)系。一些試點(diǎn)大學(xué)還通過(guò)開發(fā)可視化分析工具來(lái)整合校內(nèi)分散的教學(xué)數(shù)據(jù)，揭示有關(guān)教學(xué)的不同數(shù)據(jù)信息中蘊(yùn)含的共同模式，如加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校開發(fā)了“認(rèn)識(shí)你的學(xué)生”（Know Your Student）和“色帶”（Ribbon）兩個(gè)工具?！罢J(rèn)識(shí)你的學(xué)生”將學(xué)生當(dāng)前和以前所學(xué)課程的數(shù)據(jù)集成在一個(gè)儀表盤里進(jìn)行分析，并以此為教師提供相應(yīng)的教學(xué)指導(dǎo)、教育文獻(xiàn)和其他教學(xué)資源，以支持教師真正做到因材施教。“色帶”可以將學(xué)生在專業(yè)之間的遷移數(shù)據(jù)可視化為路徑圖。它可以根據(jù)用戶定義的特征來(lái)分析影響學(xué)生流動(dòng)的因素，并顯示特定時(shí)間段內(nèi)的學(xué)科流動(dòng)情況，使教師和管理人員可以追蹤學(xué)生的長(zhǎng)期發(fā)展。[20]

（四）協(xié)同校內(nèi)資源

除了有效反饋學(xué)生和教師的教學(xué)情況外，試點(diǎn)大學(xué)成功地整合了已有的平臺(tái)和信息來(lái)提高STEM教學(xué)資源的供給效率。例如，加利福尼亞戴維斯分校將2012 年設(shè)立的iAMSTEM中心（該中心通過(guò)數(shù)據(jù)分析研究STEM 學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況）與學(xué)校的教學(xué)中心合并成新的機(jī)構(gòu)——有效教育中心（ Center for Education Effectiveness）。通過(guò)與其他行政部門的合作，該中心運(yùn)用多元的數(shù)據(jù)來(lái)支撐教學(xué)的政策制定。一些試點(diǎn)大學(xué)將STEM教育改革融入校內(nèi)更廣泛的教育計(jì)劃中。例如，北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的中央行政部門推出了質(zhì)量提升計(jì)劃（The Quality Enhancement Program），該項(xiàng)計(jì)劃將提升本科STEM教學(xué)質(zhì)量納入其中，使STEM教育改革成為大學(xué)的優(yōu)先發(fā)展事項(xiàng)。STEM教育改革和大學(xué)總體規(guī)劃之間的一致性是實(shí)現(xiàn)校內(nèi)資源協(xié)同的先決條件。部門間的協(xié)同和快速的信息流通使校內(nèi)行政部門、教輔機(jī)構(gòu)與STEM 學(xué)院取得高度一致的教學(xué)改革理念，極大地促進(jìn)了改革的執(zhí)行效率。

四、系統(tǒng)性本科STEM教育改革產(chǎn)生的影響

（一）較大地提升了學(xué)生在STEM 領(lǐng)域的認(rèn)知和學(xué)習(xí)成效

在試點(diǎn)大學(xué)改革的3年中，共有39個(gè)學(xué)院、230 名教師和1676 名助教參與了改革，162 門課程實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換，超過(guò)10萬(wàn)名學(xué)生修習(xí)了轉(zhuǎn)換后的課程。學(xué)生取得學(xué)習(xí)成果的顯著性因不同大學(xué)和學(xué)院而有所不同，但試點(diǎn)大學(xué)提供的數(shù)據(jù)顯示轉(zhuǎn)換的STEM課程普遍提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。女性、少數(shù)族裔以及第一代大學(xué)生與白人男性學(xué)生的成就差距明顯縮小。另外，STEM課程的不及格率，完成基礎(chǔ)STEM課程后又繼續(xù)選修STEM高級(jí)課程的學(xué)生也有所增加。例如，北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校在轉(zhuǎn)換STEM課程后，學(xué)生的不及格率由2013年的11.5%減少到2016年的9.5%，而學(xué)生的學(xué)習(xí)增益與傳統(tǒng)講座式課程相比提高了13%?？屏_拉多大學(xué)博爾德分校的物理學(xué)院在5 個(gè)學(xué)期里將4 門轉(zhuǎn)換課程和非轉(zhuǎn)換課程進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在轉(zhuǎn)換課程學(xué)習(xí)后的概念測(cè)量成績(jī)要比非轉(zhuǎn)換課程學(xué)習(xí)平均高出25%～30%。[21]除了提高學(xué)習(xí)成效外，一些試點(diǎn)大學(xué)還發(fā)現(xiàn)教學(xué)改革影響了學(xué)生的心理因素，如提高學(xué)生在學(xué)習(xí)STEM課程中的自我效能感、元認(rèn)知和對(duì)科學(xué)的積極態(tài)度。由于STEM課程轉(zhuǎn)換周期并不長(zhǎng)，試點(diǎn)大學(xué)需要在未來(lái)提供更多的追蹤性數(shù)據(jù)來(lái)證明改革對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的長(zhǎng)期影響。

（二）加強(qiáng)了研究型大學(xué)STEM 教育改革的持續(xù)性

試點(diǎn)大學(xué)在推動(dòng)校內(nèi)教學(xué)改革時(shí)普遍采取自上而下和自下而上相結(jié)合的模式，強(qiáng)調(diào)教師自發(fā)性與政策規(guī)定性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。一方面，改革強(qiáng)調(diào)了對(duì)新教學(xué)法的執(zhí)行力度，通過(guò)調(diào)整教師激勵(lì)制度來(lái)形成較強(qiáng)的改革動(dòng)力，促使更廣泛的人員參與其中。另一方面，改革在多層面的實(shí)施過(guò)程中將不同群體對(duì)教學(xué)的隱含信念，尤其是不同信念間的矛盾外顯化。教師群體與行政管理人員之間、已獲得終身職位的教授與短聘教師之間對(duì)教學(xué)持有不同的觀念，這種理解差異使不同群體在行動(dòng)和制度決策上較難達(dá)成一致。[22]但是，矛盾的外顯化同時(shí)也強(qiáng)化了改革的動(dòng)力，因?yàn)樵谡邔用鎱f(xié)商矛盾可以增進(jìn)不同群體對(duì)STEM教學(xué)問(wèn)題的關(guān)注。目前，所有試點(diǎn)大學(xué)的STEM教育改革都獲得了學(xué)校對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期投資的承諾。除此之外，試點(diǎn)大學(xué)的改革成效和經(jīng)驗(yàn)使美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)獲得了更多的社會(huì)資助，并在2017年開始進(jìn)行第二輪的試點(diǎn)改革。

（三）成為美國(guó)本科STEM 教育改革的引擎

美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)作為一個(gè)富有聲望的研究型大學(xué)聯(lián)盟，在推動(dòng)美國(guó)本科STEM教育改革上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?！侗究芐TEM教育計(jì)劃》試圖通過(guò)多所研究型大學(xué)的同時(shí)改革來(lái)促進(jìn)大學(xué)之間的組織學(xué)習(xí)。研究發(fā)現(xiàn)，大學(xué)之間的相互競(jìng)爭(zhēng)是推動(dòng)學(xué)校內(nèi)部持續(xù)改革的重要因素。[23]首先，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)的成員大學(xué)都是全美乃至全球的頂尖大學(xué)，成員之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)促使各個(gè)大學(xué)時(shí)刻關(guān)注著其他對(duì)手的改革動(dòng)向。其次，研究型大學(xué)的改革具有風(fēng)向標(biāo)的作用，會(huì)成為其他類型高校模仿的對(duì)象，從而吸引更多協(xié)會(huì)外的機(jī)構(gòu)推行STEM教育改革。美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)對(duì)全美高校的影響主要有兩種途徑：一是當(dāng)高質(zhì)量的本科STEM教育成為美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其他希望加入該組織的大學(xué)會(huì)相應(yīng)提升STEM教育質(zhì)量以達(dá)到入會(huì)標(biāo)準(zhǔn)；二是美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)定義了什么是美國(guó)卓越的高等教育，當(dāng)它強(qiáng)調(diào)STEM教育的重要性時(shí)，會(huì)讓其他高校產(chǎn)生壓力，擔(dān)心不采取行動(dòng)會(huì)讓學(xué)校與卓越教育的標(biāo)準(zhǔn)漸行漸遠(yuǎn)。[24]最后，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在改革的過(guò)程中加強(qiáng)了與其他大學(xué)組織和專業(yè)組織在STEM教育上的合作，進(jìn)一步整合了全國(guó)的教育資源。例如，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)在改革后期與美國(guó)學(xué)院與大學(xué)協(xié)會(huì)開展的萬(wàn)花筒計(jì)劃（Project Kaleidoscope）進(jìn)行合作，該計(jì)劃在暑期為STEM職業(yè)生涯早期和中期的大學(xué)教師提供關(guān)于提升STEM教學(xué)質(zhì)量的培訓(xùn)，這為更大規(guī)模的教師實(shí)踐課程轉(zhuǎn)變提供了專業(yè)支持。美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)與其他國(guó)家組織的協(xié)同有助于美國(guó)本科STEM教育改革項(xiàng)目從分散化的狀態(tài)轉(zhuǎn)入系統(tǒng)化的模式，加速了本科STEM教育改革的整體進(jìn)程。