STEM整合課程的歷史、價(jià)值與趨勢

張銀榮　楊剛　徐佳艷

摘要：本文作者從STEM整合課程的發(fā)展歷程著手，系統(tǒng)梳理了STEM整合課程的MT、SMT、SMET和STEM四個(gè)整合階段，從中探析STEM整合課程打破理工人才培養(yǎng)困境、培養(yǎng)21世紀(jì)核心素養(yǎng)、助力教師專業(yè)發(fā)展、促進(jìn)教育性別公平等時(shí)代價(jià)值和課程發(fā)展多元化、課程實(shí)施以學(xué)習(xí)者為中心、課程開展融合新興技術(shù)等發(fā)展趨勢，以期為STEM一線教師和研究人員提供借鑒。

關(guān)鍵詞：STEM教育;教育價(jià)值;課程整合

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）17-0000-05

隨著STEM課程的不斷發(fā)展，其研究重點(diǎn)已經(jīng)從單科課程如何實(shí)施轉(zhuǎn)移到具有跨學(xué)科性質(zhì)的整合課程如何實(shí)施。研究表明，綜合的STEM經(jīng)驗(yàn)可以為學(xué)生提供在STEM各學(xué)科之間建立聯(lián)系的寶貴機(jī)會[1]，這些機(jī)會使學(xué)生處于學(xué)科融合的交界處，從而提高他們變革性發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新創(chuàng)造行為發(fā)生的幾率。[2]同時(shí)，STEM整合課程也有利于學(xué)生批判思維、分析性思維、解決問題能力和溝通能力等21世紀(jì)技能的發(fā)展。[3]然而，關(guān)于如何有效實(shí)施STEM整合課程，教育界還存在許多爭議，尚未有規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。[4]另外，我國STEM整合課程的具體實(shí)施也有“雷聲大雨點(diǎn)小”的傾向，收效甚微。[5]我國STEM整合課程實(shí)施效果不盡如人意的原因在于一線教師對STEM整合課程的認(rèn)識尚不清晰。因此，筆者系統(tǒng)梳理了STEM整合課程的發(fā)展歷程，并從中探尋STEM整合課程的價(jià)值與未來發(fā)展趨勢，以期幫助一線教師更加清晰地認(rèn)識STEM整合課程，從而有效開展STEM整合課程。

● STEM整合課程的歷史

早在20世紀(jì)70年代美國就已經(jīng)出現(xiàn)了課程整合的實(shí)例，如包含科學(xué)、技術(shù)、社會（Science， Technology and Society）的STS課程就是美國教育界為打破知識中心和分科課程而做的一次課程整合嘗試[6]，盡管那時(shí)還沒有課程整合的定義，但是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)之間進(jìn)行某種程度上的整合已經(jīng)達(dá)成共識。[7]20世紀(jì)50年代，因蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星，美國開始重視本國科學(xué)教育狀況并先后頒布了《國防教育法》和《中學(xué)科學(xué)和數(shù)學(xué)教師預(yù)備課程指南》以支持科學(xué)和數(shù)學(xué)專業(yè)建設(shè)以及在兩者之間建立橋梁。[8]然而，美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期，美國開發(fā)的大量科學(xué)課程和實(shí)行的干預(yù)措施并未產(chǎn)生預(yù)期效果，美國學(xué)習(xí)科學(xué)課程的學(xué)生人數(shù)并沒大幅增長。為此國家教育卓越委員會（NCEE）在1983年做了《處于危險(xiǎn)中的國家》的調(diào)查報(bào)告，該報(bào)告為改善數(shù)學(xué)和科學(xué)教育提供了建議。[9]首先，從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策著手，建立嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)用以指導(dǎo)課程的發(fā)展，包括“2061項(xiàng)目：全民科學(xué)”[10]和“學(xué)校數(shù)學(xué)課程與評估標(biāo)準(zhǔn)”。[11]同時(shí)，美國國家科學(xué)委員會建議制定國家目標(biāo)和課程框架并提供一份全面的文檔用以明確學(xué)生應(yīng)該了解并接受的數(shù)學(xué)和科學(xué)教育內(nèi)容。這些要求進(jìn)行國家教育改革的呼吁不斷地強(qiáng)調(diào)課程整合或建立學(xué)科之間的聯(lián)系[12]，為STEM整合課程的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。STEM課程整合共經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，分別是MT（數(shù)學(xué)和技術(shù)）整合、SMT（科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)）整合和SMTE（科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程）整合，如下圖所示。美國國家科學(xué)基金會的教育與人力資源部在2001年將“SMET”重新排列為更加引人注目的“STEM”，圍繞學(xué)科知識之間的內(nèi)在聯(lián)系開發(fā)整合課程并實(shí)施。

隨著對STEM整合課程關(guān)注度的上升，研究者對什么是STEM整合課程越來越好奇。Tamara Moore等人曾將STEM整合課程界定為“基于學(xué)科和真實(shí)世界問題之間的聯(lián)系，把STEM的一些特定學(xué)科或全部學(xué)科內(nèi)容納入到某一課堂、某一單元或某一節(jié)課之中”。[13]美國整合性STEM教育框架認(rèn)為，STEM整合課程通過整合相關(guān)技術(shù)的工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐，來進(jìn)行科學(xué)或數(shù)學(xué)的學(xué)科知識內(nèi)容與實(shí)踐的教學(xué)。[14]我國學(xué)者謝麗等認(rèn)為STEM整合課程是以建構(gòu)主義和認(rèn)知科學(xué)為基礎(chǔ)，以問題或項(xiàng)目為核心，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，要求他們自行設(shè)計(jì)問題解決的方案，并通過實(shí)踐檢驗(yàn)方案的合理性，最后對自己的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行多元評價(jià)的課程。[15]盡管學(xué)者們對STEM整合課程定義的表述和側(cè)重點(diǎn)有所不同，但對STEM整合課程本質(zhì)的認(rèn)識卻具有異曲同工之妙。不難發(fā)現(xiàn)，STEM整合課程是在真實(shí)的問題情境中，通過整合多學(xué)科知識與經(jīng)驗(yàn)完成綜合性的項(xiàng)目或者任務(wù)，并在此過程中發(fā)展STEM素養(yǎng)和能力的課程。

● STEM整合課程的價(jià)值

STEM整合課程是綜合四大學(xué)科知識的新型課程，學(xué)生在其中將學(xué)習(xí)如何把單一學(xué)科的零散知識元素整合到綜合項(xiàng)目中。學(xué)科整合不僅可以幫助學(xué)生了解到課程與他們的生活息息相關(guān)，還能夠使其獲得計(jì)算思維等21世紀(jì)必備能力。具體而言，STEM整合課程不僅能夠通過創(chuàng)設(shè)仿真環(huán)境完善計(jì)算思維培養(yǎng)過程，而且能夠通過跨學(xué)段、跨年級的聯(lián)動(dòng)作用構(gòu)建計(jì)算思維的培養(yǎng)體系。[16]此外，STEM整合課程還有助于打破國內(nèi)理工人才培養(yǎng)的困境，培養(yǎng)學(xué)生21世紀(jì)核心素養(yǎng)，開啟STEM教師專業(yè)發(fā)展之門，促進(jìn)教育性別平等。

1.打破國內(nèi)理工人才培養(yǎng)困境

國內(nèi)針對高考制度的改革，使得學(xué)生可以自主選擇自己感興趣的科目作為高考科目，這是對國民素質(zhì)提高和人才培養(yǎng)的長遠(yuǎn)考量，但也帶來了一些“副作用”。例如，浙江和上海兩地實(shí)施高考改革后，浙江高考選擇物理科目的人數(shù)不足9萬，不到全省高考人數(shù)的三分之一，上海也面臨同樣的問題，直接導(dǎo)致理工類的生源數(shù)量銳減。[17]而STEM整合課程的出現(xiàn)不僅能夠從小培養(yǎng)青少年的理工科思維，而且能夠增加他們對理工學(xué)科的熱情，為理工人才的培養(yǎng)打下了良好的生源基礎(chǔ)。

2.培養(yǎng)學(xué)生21世紀(jì)核心素養(yǎng)

STEM整合課程有效地組織起學(xué)科零碎化的知識和技能，打破原學(xué)科情境的局限性，有助于學(xué)生將其應(yīng)用于各種學(xué)科情境當(dāng)中。當(dāng)學(xué)生在思考從STEM學(xué)習(xí)主題中引出的可遷移觀念和問題時(shí)，其思維就能超越現(xiàn)有的事實(shí)和活動(dòng)，達(dá)到更高的層次。21世紀(jì)核心素養(yǎng)具有很強(qiáng)的包容性和概括性，體現(xiàn)在學(xué)生解決各類真實(shí)問題之中。因此，21世紀(jì)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不應(yīng)該局限于某些特定學(xué)科情境，而應(yīng)滲透在多樣化的情境中。從這一角度來看，STEM整合課程因其多樣性和整合性特質(zhì)而具有天然的優(yōu)勢，能夠與21世紀(jì)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)互相融合。

3.開啟新型教師專業(yè)發(fā)展之門

STEM整合課程不僅是一種教師專業(yè)發(fā)展的形式，更是一個(gè)融合STEM綜合實(shí)踐、綜合知識和人際關(guān)系的復(fù)雜教師學(xué)習(xí)體系。STEM整合課程融入傳統(tǒng)教師教育體系是教師專業(yè)發(fā)展創(chuàng)新的應(yīng)然之舉。[18]近年來關(guān)于一線學(xué)科教師如何突破其發(fā)展瓶頸期的討論愈加愈烈，筆者認(rèn)為學(xué)科教師專業(yè)發(fā)展不應(yīng)該僅是縱向發(fā)展，還應(yīng)該注重橫向發(fā)展，即教師專業(yè)發(fā)展需要均衡其深度和廣度，而STEM整合課程將學(xué)科知識深度和廣度相結(jié)合，為教師專業(yè)化發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變提供了契機(jī)。

4.關(guān)注女性，促進(jìn)教育公平

在由技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)社會發(fā)展的時(shí)代，使用、創(chuàng)造技術(shù)和科學(xué)解決問題的能力對于提高年輕人的社會地位至關(guān)重要，對于促進(jìn)女性健康提高其教育地位和發(fā)言權(quán)也至關(guān)重要。由于社會分工不同，許多產(chǎn)品和技術(shù)方案主要是由男性設(shè)計(jì)并制作完成的，他們并不能設(shè)身處地地為女性著想，因此許多產(chǎn)品和技術(shù)不能滿足女性的需求。并且，在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等理工科領(lǐng)域，女性人數(shù)占比微乎其微。而STEM整合課程則為她們提供了各種機(jī)會，讓她們對理工科產(chǎn)生濃厚的興趣。例如，通過讓女學(xué)生在STEM整合課程中參與識別不同模式，測量、比較和創(chuàng)建不同模型來解決現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)問題，從而幫助她們發(fā)展理工科思維和計(jì)算思維。這些思維技能有利于女學(xué)生學(xué)習(xí)理工類科目。這對女性來說是至關(guān)重要的，她們可能因此在理工科領(lǐng)域占有一席之地，為實(shí)現(xiàn)性別平等貢獻(xiàn)自身力量。[19]

● STEM整合課程的趨勢

1.STEM整合課程發(fā)展多元化

未來的STEM社會文化環(huán)境將是多元化并伴隨著多重機(jī)遇的，因此STEM整合課程的多元化發(fā)展是必然趨勢。STEM整合課程發(fā)展的多元化包括課程內(nèi)容多元化、教學(xué)方法多元化、整合模式多元化和價(jià)值取向多元化。課程內(nèi)容多元化不僅有利于因材施教，而且能夠吸引學(xué)生的注意力，盡可能避免學(xué)習(xí)枯燥感的產(chǎn)生。教學(xué)方法多元化能夠針對不同的課程類型采用不同的教學(xué)方法，主要包括STEM探究教學(xué)法、STEM設(shè)計(jì)教學(xué)法、STEM項(xiàng)目教學(xué)法和STEM計(jì)算教學(xué)法。整合模式多元化是按照學(xué)科之間相互依存和聯(lián)系級數(shù)進(jìn)行層次劃分的，主要包括學(xué)科整合、多學(xué)科整合、科際整合和跨學(xué)科整合。[20]STEM課程多元化發(fā)展既保留了各學(xué)科的核心內(nèi)容，又能夠利用多樣化的學(xué)習(xí)活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力的發(fā)展，對豐富和深化STEM課程大有裨益。

2.STEM整合課程實(shí)施以學(xué)習(xí)者為中心

未來的STEM教育將使每一位學(xué)生都能有效參與學(xué)習(xí)與生產(chǎn)活動(dòng)，而學(xué)生也必須學(xué)會終身學(xué)習(xí)并訓(xùn)練能夠適應(yīng)世界快速發(fā)展的應(yīng)變能力才能在未來的生產(chǎn)活動(dòng)中占得一席之地。要在STEM整合課程中鍛煉學(xué)生的這些能力，就必須讓學(xué)生處于STEM整合課程中所有學(xué)習(xí)計(jì)劃和學(xué)習(xí)活動(dòng)的中心位置。因此，STEM整合課程的實(shí)施不再以教師提出探究問題或給定學(xué)習(xí)內(nèi)容為唯一主線，而是更多地以學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好自主調(diào)查社會現(xiàn)象或問題、發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致問題的原因并解決問題為主要實(shí)施途徑。[21]實(shí)施以學(xué)生為中心的STEM整合課程可以有效增強(qiáng)學(xué)生的成就感、激發(fā)學(xué)生對科學(xué)探究的好奇心與積極性，同時(shí)它對學(xué)生問題發(fā)現(xiàn)和問題解決能力的培養(yǎng)也頗有成效。

3.結(jié)合新興技術(shù)開展STEM整合課程

未來的STEM教育將會利用技術(shù)為所有的學(xué)生提供平等學(xué)習(xí)的機(jī)會，在一定程度上促進(jìn)教育公平。在STEM課程中，成熟技術(shù)的應(yīng)用可以克服因?qū)W生社會經(jīng)濟(jì)背景或STEM基礎(chǔ)導(dǎo)致的學(xué)習(xí)障礙，如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。目前來看，類似于人工智能或虛擬現(xiàn)實(shí)的新技術(shù)，都是以特定的方式在正式和非正式環(huán)境中使用，用來確保學(xué)生獲得相應(yīng)的能力和STEM知識。在這種相對平等的技術(shù)環(huán)境中，所有的學(xué)習(xí)都以學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為基石，如學(xué)生可以根據(jù)喜好在虛擬實(shí)驗(yàn)室和在線課堂中體驗(yàn)不同類型的學(xué)習(xí)活動(dòng)。另外，STEM本身就包括技術(shù)這一學(xué)科領(lǐng)域，因此新技術(shù)的熟悉與使用并不會額外增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)，反而能夠創(chuàng)造更多的機(jī)會促進(jìn)STEM整合課程的教與學(xué)。[22]

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作者簡介：張銀榮（1995.10—），女，河南省信陽市人，溫州大學(xué)教育學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)榫幊探逃?。楊剛?979—），通訊作者，男，湖南省懷化市人，溫州大學(xué)教育學(xué)院副教授，碩導(dǎo)，研究方向?yàn)閿?shù)字化學(xué)習(xí)，信息技術(shù)教學(xué)。徐佳艷（1996—），女，浙江省東陽市人，溫州大學(xué)教育學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算思維。

本文為2020年浙江省教育廳項(xiàng)目“面向計(jì)算思維發(fā)展的青少年可視化編程教育實(shí)證研究”（項(xiàng)目編號：Y202044281）、2020年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃課題“可視化編程教育促進(jìn)青少年計(jì)算思維發(fā)展的實(shí)證研究”（項(xiàng)目編號：2020R434047）的階段性研究成果。