中小學(xué)STEM教師專業(yè)素養(yǎng)模型的理論建構(gòu)

摘 要：21世紀(jì)的挑戰(zhàn)在中小學(xué)催生了全新的學(xué)習(xí)范式，STEM教育是應(yīng)對(duì)的主要路徑之一，STEM教師是其中重要的力量，因此有必要構(gòu)建素養(yǎng)模型為教師的專業(yè)發(fā)展、專業(yè)實(shí)踐賦能。文章在文獻(xiàn)研究和案例研究的基礎(chǔ)上，提出中小學(xué)STEM教育的總體認(rèn)知框架，包括跨學(xué)科整合性、真實(shí)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、各學(xué)科平等性等基本假設(shè)，萊斯轉(zhuǎn)換模型、STEM轉(zhuǎn)換模型等參照系，經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)、具體操作物、多元表征等理論框架和七個(gè)特征的概念框架；梳理了專業(yè)素養(yǎng)研究的發(fā)展脈絡(luò)和重要概念，提出在情景專業(yè)主義視角下構(gòu)建中小學(xué)教師專業(yè)素養(yǎng)模型；最后以美國(guó)州首席教育官員理事會(huì)提出的素養(yǎng)導(dǎo)向的教師核心教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型為藍(lán)本，綜合總體STEM教育認(rèn)知框架和專業(yè)素養(yǎng)理論，構(gòu)建了包含學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)、內(nèi)容知識(shí)、教學(xué)實(shí)踐、專業(yè)責(zé)任四大素養(yǎng)，12個(gè)亞素養(yǎng)的中小學(xué)STEM教師專業(yè)素養(yǎng)模型，并細(xì)化了指標(biāo)體系。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)STEM教育；專業(yè)素養(yǎng)模型；跨學(xué)科整合性；萊斯轉(zhuǎn)換模型；中小學(xué)STEM教師素養(yǎng)模型

中圖分類號(hào)：G451 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2024.09.03

一、引言

21世紀(jì)以來(lái)，全球各國(guó)高度重視STEM教育，其推進(jìn)STEM教育的緊迫感很大程度上源于對(duì)全球安全和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅的環(huán)境和社會(huì)因素，同時(shí)，STEM教育受到“烏卡時(shí)代”①創(chuàng)新性危機(jī)的迫切需求和學(xué)科過(guò)度分化之后進(jìn)入統(tǒng)整發(fā)展期的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)。從這個(gè)意義上說(shuō)，如今STEM教育的意義已經(jīng)超出幫助學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)測(cè)評(píng)中取得高分，或在STEM職業(yè)領(lǐng)域占據(jù)一席之地，更是為了回應(yīng)時(shí)代的重大挑戰(zhàn)。[1]

對(duì)于具有深厚的分科教育傳統(tǒng)的中國(guó)中小學(xué)來(lái)說(shuō)，STEM教育作為一個(gè)以跨學(xué)科整合性作為核心原則的知識(shí)領(lǐng)域[2]，學(xué)術(shù)性和挑戰(zhàn)性都很大。中小學(xué)STEM教師是應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的核心力量，承擔(dān)著多重關(guān)鍵角色：探索情景學(xué)習(xí)（situated learning），實(shí)施跨學(xué)科教學(xué)，提升科學(xué)與數(shù)學(xué)教育質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)。為中小學(xué)STEM教師構(gòu)建作為坐標(biāo)系的專業(yè)素養(yǎng)模型是教育領(lǐng)域的重要任務(wù)。

二、中小學(xué)STEM教育總體認(rèn)知框架

中小學(xué)STEM教育不是在上位理論框架指導(dǎo)下嚴(yán)密地進(jìn)行應(yīng)用和實(shí)踐，而是從行動(dòng)研究、扎根研究中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、提煉規(guī)律、厘清核心要素、凝練有效特征，再進(jìn)一步將其概念化和理論化。將中小學(xué)STEM教育視為一個(gè)新興的知識(shí)領(lǐng)域，可以梳理出其獨(dú)特的基本假設(shè)、參照系、理論框架和概念框架。藉此，中小學(xué)教師可以總體把握其核心要素和關(guān)鍵原則。

（一）基本假設(shè)

第一個(gè)基本假設(shè)是中小學(xué)STEM教育具有跨學(xué)科整合性。但通常STEM各子學(xué)科之間的聯(lián)系并不明顯，需要教師通過(guò)各種教學(xué)法與課堂策略進(jìn)行展示，或支持學(xué)生自行探索。[3]第二個(gè)基本假設(shè)是中小學(xué)STEM教育是通過(guò)解決真實(shí)世界的問(wèn)題來(lái)予以情境化的。第三個(gè)基本假設(shè)是中小學(xué)STEM教育支持學(xué)生21世紀(jì)技能的發(fā)展。第四個(gè)基本假設(shè)是中小學(xué)STEM教育各子學(xué)科間不存在主導(dǎo)學(xué)科、平行學(xué)科之分，應(yīng)當(dāng)同等看待。第五個(gè)基本假設(shè)是中小學(xué)STEM教育應(yīng)當(dāng)融入藝術(shù)、倫理、可持續(xù)發(fā)展等維度，避免落入唯技術(shù)中心主義的窠臼。[4]

（二）參照系

任何一個(gè)知識(shí)領(lǐng)域都有自己的參照系（reference），也就是韋伯所稱的“理想型”。例如，物理學(xué)所創(chuàng)設(shè)的“無(wú)摩擦力學(xué)環(huán)境”，經(jīng)濟(jì)學(xué)提出的“一般均衡市場(chǎng)”。這些“理想型”并非現(xiàn)實(shí)本身，但抓住了核心要素和關(guān)鍵特征，為分析現(xiàn)實(shí)情況提供了起點(diǎn)和參照系。

萊斯轉(zhuǎn)換模型（Lesh Translation Model）和STEM轉(zhuǎn)換模型（STEM Translation Model）[5]可作為中小學(xué)STEM教育的參照系。

萊斯轉(zhuǎn)換模型包含五個(gè)節(jié)點(diǎn)（見圖1），分別是書面符號(hào)、口語(yǔ)表征、圖像或圖表符號(hào)、基于經(jīng)驗(yàn)的隱喻、具體模型，節(jié)點(diǎn)之間的箭頭代表不同的表征、符號(hào)內(nèi)部或者之間的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換是指某個(gè)概念從一種表征到另一種表征的聯(lián)結(jié)或者重構(gòu)。

例如，當(dāng)學(xué)生先用文字描述了某個(gè)物體勢(shì)能變化的狀態(tài)，再用繪圖的方式來(lái)展現(xiàn)該物體高度的變化時(shí)，就完成了從書面符號(hào)到圖表或圖像符號(hào)的轉(zhuǎn)換。萊斯轉(zhuǎn)換模型是一個(gè)理想型的、促進(jìn)學(xué)生概念理解的思維框架，源于迪尼的多元具象表現(xiàn)理論，該理論扎根于其“內(nèi)在規(guī)律通過(guò)厘定一個(gè)概念不同具象表現(xiàn)之間的聯(lián)系才能得以揭示”的理念。[6]教師可以借助萊斯轉(zhuǎn)換模型，要求學(xué)生在不同的表征之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過(guò)觀察學(xué)生在不同表征模式之間轉(zhuǎn)換的流暢性，度量其概念理解的程度。

STEM轉(zhuǎn)換模型（見圖2）由萊斯轉(zhuǎn)換模型衍生而來(lái)。如果將STEM視為一門“超級(jí)學(xué)科”，以貫通性（crosscutting）概念、實(shí)踐或思維方式為“膠水”，將不同的STEM子學(xué)科粘合起來(lái)，那么各子學(xué)科就可以類比為萊斯轉(zhuǎn)換模型的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。數(shù)學(xué)、科學(xué)問(wèn)題及其解決方案就成為STEM問(wèn)題的具體表現(xiàn)形式。[7]

例如，“風(fēng)渦輪設(shè)計(jì)”工程挑戰(zhàn)是個(gè)綜合性STEM問(wèn)題，但學(xué)生一旦破題之后，就會(huì)“分支”到特定數(shù)學(xué)或科學(xué)原理的探究當(dāng)中，如齒輪比率調(diào)整、葉片設(shè)計(jì)、風(fēng)速計(jì)算，每個(gè)“分支”就體現(xiàn)出特定學(xué)科教學(xué)的特征。[8]如何促使學(xué)生感知并建立學(xué)科之間的聯(lián)系？教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用STEM轉(zhuǎn)換模型，在不同的子學(xué)科之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即對(duì)于同一個(gè)STEM問(wèn)題，變換問(wèn)題解決的學(xué)科視角及其采用的概念、方法和技能，并通過(guò)相互對(duì)比、辨析異同、建立聯(lián)系，創(chuàng)造性地整合出最優(yōu)方案。這個(gè)過(guò)程能促使學(xué)生對(duì)各個(gè)學(xué)科的核心概念、對(duì)STEM跨學(xué)科大概念產(chǎn)生更細(xì)微的理解。將重點(diǎn)放在學(xué)科的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換上，將各學(xué)科視為STEM“超級(jí)學(xué)科”的一種具象表現(xiàn)形式[9]，更易理解STEM轉(zhuǎn)換模型。

（三）理論框架

中小學(xué)STEM教育秉承社會(huì)建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論[10]，在這種理論框架下，學(xué)習(xí)不再是靜態(tài)的、個(gè)體的，而是學(xué)習(xí)者在特定的情景下，通過(guò)與同伴、教師、工具、資源、環(huán)境的充分互動(dòng)，共同凝練集體智慧，建構(gòu)知識(shí)以及文化身份的過(guò)程。因此，中小學(xué)STEM教育不能只關(guān)注課程和教學(xué)法，而應(yīng)該系統(tǒng)性地考慮如何創(chuàng)設(shè)有效學(xué)習(xí)環(huán)境。歷史上，杜威、迪尼和萊斯三位學(xué)者通過(guò)持續(xù)的研究、討論和闡述，為STEM學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)奠定了理論基礎(chǔ)。[11]

1.核心概念或探究方式的整合

中小學(xué)STEM教育的核心是整合性，涉及各學(xué)科概念及探究方式的整合。在不同的問(wèn)題情境下，不同學(xué)科有望整合出結(jié)構(gòu)與功能、能量與物質(zhì)、因果關(guān)系等貫通性概念。相比之下，探究方式的整合比較復(fù)雜，如科學(xué)中會(huì)用到科學(xué)探究，技術(shù)領(lǐng)域會(huì)用到計(jì)算思維，工程中會(huì)用到工程設(shè)計(jì)，數(shù)學(xué)中會(huì)用到演繹推理[12]，它們是彼此獨(dú)立、具有不同認(rèn)知論基礎(chǔ)的問(wèn)題解決路徑，其不同整合方式都有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，對(duì)特定種類的問(wèn)題具有特殊的適切性。而真實(shí)世界的問(wèn)題又都是復(fù)雜、綜合的，解決這些問(wèn)題要求最大程度地發(fā)揮每種探究方式的優(yōu)勢(shì)。從這個(gè)視角出發(fā)，STEM的整合性不是簡(jiǎn)單地囊括各學(xué)科的內(nèi)容、技能、思維方式，而是深入理解這些學(xué)科間的互動(dòng)模式，及其互相支持和互補(bǔ)的方式。[13]

2.體現(xiàn)跨學(xué)科性

萊斯提出：“為了讓學(xué)生為解決社會(huì)問(wèn)題做好準(zhǔn)備，有必要為他們提供機(jī)會(huì)，借助整合性STEM教育，通過(guò)豐富、有吸引力、深刻的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)來(lái)理解問(wèn)題?！盵14]杜威早在1899年就提出類似的觀點(diǎn)：“分學(xué)科孤立的教學(xué)會(huì)弱化學(xué)科之間的聯(lián)系，阻礙學(xué)生對(duì)他們希望洞察的現(xiàn)象或解決的問(wèn)題形成整體的認(rèn)識(shí)。”他進(jìn)一步闡述：“啟蒙之初，就為兒童引入涇渭分明的分科教學(xué)，會(huì)造成脫節(jié)和分化，而非協(xié)調(diào)與聯(lián)系。在學(xué)校的人造環(huán)境之外，我們的生活經(jīng)驗(yàn)都是整體化的，只有當(dāng)我們有意識(shí)地對(duì)其進(jìn)行反思時(shí)，才能清晰地從中分解出各個(gè)學(xué)科?！盵15]

萊斯以數(shù)學(xué)學(xué)科為例，指出數(shù)學(xué)教學(xué)掩蓋了真實(shí)世界的情況，如教科書慣例化呈現(xiàn)和描述的圖景在真實(shí)的場(chǎng)景中往往更復(fù)雜、情境化且綜合多門學(xué)科。[16]如此一來(lái)，學(xué)生往往很難將學(xué)校所學(xué)與實(shí)際問(wèn)題建立聯(lián)系。因此，中小學(xué)STEM教育至關(guān)重要的是要在學(xué)科之間進(jìn)行有意義的整合。

3.營(yíng)造真實(shí)世界、問(wèn)題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)環(huán)境

為了減輕乃至根治分科教學(xué)帶來(lái)的學(xué)習(xí)與生活脫節(jié)的弊病，杜威于1916年提出一條“另類”解決思路，即創(chuàng)設(shè)圍繞專業(yè)（occupation）開展課程教學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境，畢竟“唯一充分的專業(yè)訓(xùn)練就是真正地訓(xùn)練專業(yè)技能 ”。但杜威對(duì)專業(yè)或職業(yè)做出了不同于常規(guī)的界定，認(rèn)為專業(yè)是一種有指向性的社會(huì)活動(dòng)，在這種活動(dòng)中取得的成就以及對(duì)下屬的幫助，足以使個(gè)體對(duì)其他人產(chǎn)生切實(shí)可感的重要性。[17]杜威認(rèn)為專業(yè)并非歸屬于某個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，而是真實(shí)、吸引人、有成就感的社會(huì)活動(dòng)?；诖?，杜威提出學(xué)校教育應(yīng)該模仿專業(yè)活動(dòng)而開展。[18]

前文列舉的“風(fēng)渦輪設(shè)計(jì)”工程挑戰(zhàn)，其驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題是“如何在自己學(xué)校的操場(chǎng)上為風(fēng)渦輪挑選一個(gè)最佳的安置場(chǎng)所”。在應(yīng)對(duì)該挑戰(zhàn)的過(guò)程中，學(xué)生探究風(fēng)車設(shè)計(jì)的各種參數(shù)，觀察、記錄天氣變化情況，并對(duì)相關(guān)的科學(xué)工程概念進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。[19]該問(wèn)題情境是STEM整合性的，且該挑戰(zhàn)是為了促進(jìn)社區(qū)的公共利益，也具有真實(shí)世界問(wèn)題導(dǎo)向的顯著特征。

4.STEM學(xué)習(xí)的本質(zhì)是社會(huì)性、合作性

杜威、迪尼和萊斯三位學(xué)者都認(rèn)為學(xué)生應(yīng)當(dāng)進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，但分別從不同的視角進(jìn)行了闡述。杜威認(rèn)為，教育本質(zhì)上是社會(huì)性的，也是民主社會(huì)的一個(gè)重要功能。因此，學(xué)生應(yīng)當(dāng)作為社區(qū)中的成員，對(duì)相關(guān)議題采取行動(dòng)。杜威構(gòu)想中的學(xué)生行動(dòng)應(yīng)當(dāng)是社區(qū)行動(dòng)，要求學(xué)生作為學(xué)習(xí)共同體中的成員進(jìn)行協(xié)作。[20]而萊斯的推導(dǎo)邏輯是，學(xué)校外的真實(shí)生產(chǎn)、生活中的跨學(xué)科問(wèn)題都是由分屬不同專業(yè)領(lǐng)域的人組成團(tuán)隊(duì)來(lái)解決的，因此，學(xué)生也應(yīng)該以團(tuán)隊(duì)的形式來(lái)解決問(wèn)題。[21]迪尼支持合作學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)在于其認(rèn)為學(xué)習(xí)是社會(huì)性的。[22]

總體而言，三位學(xué)者分別從公民素養(yǎng)、專業(yè)實(shí)踐、學(xué)習(xí)本質(zhì)三個(gè)角度進(jìn)行論證，殊途同歸于“合作學(xué)習(xí)”這一交匯點(diǎn)。

5.引入個(gè)人經(jīng)驗(yàn)

杜威和萊斯認(rèn)為學(xué)生將個(gè)人經(jīng)驗(yàn)帶入到真實(shí)情境中的學(xué)習(xí)非常重要。例如，在“風(fēng)渦輪設(shè)計(jì)”案例中，正是因?yàn)閷?wèn)題情境設(shè)置在學(xué)生所在的學(xué)校，學(xué)術(shù)問(wèn)題得以轉(zhuǎn)換為個(gè)人和社區(qū)的有效行動(dòng)，成為杜威所描述的“能夠?yàn)樗朔?wù)的活動(dòng)，并因服務(wù)成就來(lái)獲得個(gè)人權(quán)力”。[23]這些活動(dòng)也符合萊斯所提出的“真實(shí)性原則”[24]，即學(xué)生基于對(duì)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的延展就能理解其所處情境的活動(dòng)。在學(xué)校之外，問(wèn)題往往比較復(fù)雜，涉及人們的偏好、價(jià)值觀和社會(huì)關(guān)系。因此，在中小學(xué)STEM教育中為學(xué)生創(chuàng)設(shè)的挑戰(zhàn)性問(wèn)題也應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)這些特征。

相較而言，迪尼則更注重個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的引入本身。他認(rèn)為只要學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)活動(dòng)和真實(shí)經(jīng)驗(yàn)之間建立有意義的聯(lián)系，學(xué)習(xí)活動(dòng)可以在缺乏真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)的情況下進(jìn)行。對(duì)于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與真實(shí)經(jīng)驗(yàn)之間的關(guān)系，迪尼認(rèn)為：“數(shù)學(xué)知識(shí)是生活經(jīng)驗(yàn)中美妙的、規(guī)律的、結(jié)構(gòu)化的關(guān)系的晶體化（crystallization，即顯性的固化）。這些關(guān)系是從與真實(shí)生活實(shí)際接觸的過(guò)程中提煉出來(lái)的。”[25]拓展迪尼的觀點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)：除了數(shù)學(xué)規(guī)律，學(xué)生還能夠從感知真實(shí)世界中更好地理解相關(guān)科學(xué)概念。例如，兒童在移動(dòng)不同尺寸的物體時(shí)更深刻地理解“力與運(yùn)動(dòng)”的概念。迪尼認(rèn)為，與個(gè)人經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)系不僅在于將學(xué)校學(xué)習(xí)和學(xué)生生活聯(lián)系起來(lái)，更在于幫助學(xué)生抽象出數(shù)學(xué)模型、規(guī)律、結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程對(duì)學(xué)習(xí)至關(guān)重要。為此，他表示：“教師的角色就是將學(xué)生‘帶入’合適的經(jīng)驗(yàn)，來(lái)加速他們對(duì)相關(guān)概念的理解。”[26]

三位學(xué)者都認(rèn)同“概念理解扎根于真實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)”。迪尼稱之為具身知識(shí)（embodiment knowledge）[27]，即知識(shí)和能力是圍繞真實(shí)經(jīng)驗(yàn)來(lái)組織的。杜威對(duì)專業(yè)也有類似論述：“專業(yè)既是磁石，也是膠水，對(duì)于知識(shí)的組織（結(jié)構(gòu)化）至關(guān)重要……而且專業(yè)訴諸于真實(shí)需要，在應(yīng)用中一直被表達(dá)，一直被重新調(diào)整，因此永遠(yuǎn)不會(huì)僵化過(guò)時(shí)?！盵28]可以說(shuō)，專業(yè)知識(shí)是活化的、動(dòng)態(tài)發(fā)展的、以專業(yè)實(shí)踐為核心組織的。萊斯認(rèn)為，該觀點(diǎn)是情景認(rèn)知（situated cognition）的先驅(qū)，并認(rèn)為：“情境（context）至關(guān)重要，因?yàn)閷W(xué)習(xí)者的心智模型植根于具體情境”。[29]

6.概念抽象化需要多元表征

中小學(xué)STEM教育的另一個(gè)關(guān)鍵概念是多元表征（multiple representations）。關(guān)于經(jīng)驗(yàn)支持學(xué)習(xí)的機(jī)制，三位學(xué)者的觀點(diǎn)大體相似，但略有不同。杜威解釋了專業(yè)對(duì)于學(xué)習(xí)的影響，并提到了兩個(gè)核心原則：連續(xù)性與互動(dòng)性。連續(xù)性是指學(xué)生當(dāng)下的體驗(yàn)會(huì)對(duì)其未來(lái)的經(jīng)歷產(chǎn)生影響；互動(dòng)性是指當(dāng)下所處的情境會(huì)影響其此時(shí)此刻的體驗(yàn)。通過(guò)這兩個(gè)機(jī)制，所有經(jīng)驗(yàn)都獲得了教育意義，只是有些經(jīng)驗(yàn)支持未來(lái)發(fā)展而另外一些則會(huì)產(chǎn)生阻力。[30]為此，杜威提出，教師應(yīng)當(dāng)遴選合適的當(dāng)下經(jīng)驗(yàn)，以幫助學(xué)生有成效、創(chuàng)造性地駕馭生活。但杜威并沒有就哪些特定的活動(dòng)通過(guò)何種機(jī)制影響學(xué)生未來(lái)哪方面的表現(xiàn)做出進(jìn)一步論述。

迪尼和萊斯則深入檢視了哪些特定的學(xué)習(xí)活動(dòng)及其之間的聯(lián)系能夠促進(jìn)學(xué)生思維的一般化和抽象化。[31]迪尼植根于對(duì)中小學(xué)生的豐富研究，提出對(duì)于學(xué)生而言，將學(xué)校的物理學(xué)習(xí)與真實(shí)的物理現(xiàn)象或物體建立聯(lián)系至關(guān)重要。這些物體也被稱為具體操作物（concrete manipulatives），因?yàn)閷W(xué)生必須有機(jī)會(huì)實(shí)質(zhì)性地操作，才能對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入探究。迪尼也認(rèn)識(shí)到，僅僅對(duì)這些具體操作物進(jìn)行探索還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)閺耐活惤?jīng)驗(yàn)中無(wú)法抽象出規(guī)律。他指出概念并非從具體的物體當(dāng)中抽離出來(lái)，而是在將該物體與其他具體操作物進(jìn)行對(duì)比、分析以及相互作用的關(guān)系中被發(fā)掘出來(lái)。[32]

基于此，迪尼提出了將學(xué)習(xí)活動(dòng)結(jié)構(gòu)化，以便導(dǎo)向概念發(fā)展和抽象化的四條原則：建構(gòu)原則、動(dòng)態(tài)原則、數(shù)學(xué)可變性原則和感知可變性原則。建構(gòu)原則是指兒童的知識(shí)必須建構(gòu)在原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)之上。動(dòng)態(tài)原則致力于讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)變化中系統(tǒng)的規(guī)律。如果想讓兒童發(fā)現(xiàn)建構(gòu)物隱藏的規(guī)律，必須讓該系統(tǒng)經(jīng)歷變化，才能使相關(guān)概念或原理變得“可視化”。例如，如果不去改變一個(gè)風(fēng)渦輪的葉片角度、齒輪的個(gè)數(shù)及其排布方式，兒童就不會(huì)發(fā)現(xiàn)這些因素對(duì)于風(fēng)渦輪功率的影響。此外，為了促使兒童的概念進(jìn)一步向精微、成熟發(fā)展，教學(xué)活動(dòng)還必須提供變化的數(shù)學(xué)和感覺參數(shù)。對(duì)于任何給定的具體經(jīng)驗(yàn)或者具體操作物，都有許多變量可以調(diào)整。數(shù)學(xué)可變性原則要求對(duì)于某個(gè)變量進(jìn)行系統(tǒng)性的操控，以便暴露內(nèi)在規(guī)律。感知可變性，也稱為多元具身表現(xiàn)，是指每個(gè)概念都應(yīng)以盡可能不同的方式呈現(xiàn)。具身表現(xiàn)的方式于感官而言，應(yīng)該盡可能地充滿變化，才能將學(xué)生的思維導(dǎo)向同一個(gè)概念的抽象化。例如，對(duì)風(fēng)渦輪的齒輪個(gè)數(shù)與功率之間的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查，就是“比率”（ratio）這個(gè)概念的具象表現(xiàn)。如果不經(jīng)過(guò)對(duì)比，學(xué)生很容易將比率視為齒輪的一個(gè)特征。學(xué)生必須通過(guò)與其他的具象表現(xiàn)或表征模式進(jìn)行綜合比較，才能夠抽象出概念。

一個(gè)STEM課程單元往往具有多個(gè)核心概念，如果圍繞某個(gè)概念設(shè)計(jì)了太多的具身表現(xiàn)，雖然創(chuàng)造了以多元表征去探索、抽象該概念的機(jī)會(huì)，但會(huì)造成整個(gè)單元連續(xù)性的中斷，或弱化其他概念。孰優(yōu)孰劣，如何取舍？迪尼認(rèn)為具體操作物是數(shù)學(xué)課堂的必備[33]，萊斯則提出了一個(gè)前面提到的、如今已被廣泛使用的轉(zhuǎn)換模型。

萊斯轉(zhuǎn)換模型不僅是促進(jìn)概念理解的模型，也是指導(dǎo)STEM教學(xué)的框架。為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)大概念的理解，STEM教師可以依據(jù)“促使學(xué)生在不同的表征模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換”的原則來(lái)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)和活動(dòng)。例如，在分析風(fēng)車的葉片構(gòu)型時(shí)，學(xué)生可以用圖表和書面結(jié)合的方式，進(jìn)行調(diào)查規(guī)劃、記錄觀察結(jié)果，并參與小組活動(dòng)，通過(guò)口頭表達(dá)的方式闡釋構(gòu)型、功率、比例等核心概念。教師還可以要求學(xué)生講述相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)，并用不同的隱喻（感性描述或形象的比喻）來(lái)表征不同強(qiáng)度的風(fēng)。[34]

從杜威的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)到迪尼的多元具身體現(xiàn)，再到萊斯STEM轉(zhuǎn)換模型，支撐STEM教育的理論基礎(chǔ)一直在動(dòng)態(tài)發(fā)展。經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)、具體操作物、多元表征是教育實(shí)踐界從三位學(xué)者那里繼承而來(lái)并踐行于課堂的三個(gè)核心理念。[35]將其與STEM教育研究的成果以及一線課堂的教育實(shí)踐進(jìn)行充分整合，提煉特征、要素、維度，可以構(gòu)建出指導(dǎo)中小學(xué)STEM教與學(xué)的概念框架。

（四）概念框架

將上述理論框架進(jìn)行具體化、操作化，構(gòu)建出中小學(xué)STEM教育概念框架，包含整合的本質(zhì)、工程的角色、STEM職業(yè)認(rèn)知三個(gè)維度下的七個(gè)特征。[36]

1.特征一：聚焦真實(shí)世界問(wèn)題

真實(shí)世界問(wèn)題的遴選是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，因?yàn)樵S多因素都與學(xué)生認(rèn)知性和情感性的學(xué)習(xí)成果密切相關(guān)。學(xué)生個(gè)人的種族、性別、興趣、家庭背景、學(xué)術(shù)特長(zhǎng)會(huì)對(duì)其偏好的問(wèn)題種類、范圍或情境產(chǎn)生影響。[37]例如，男生更傾向于參與機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、機(jī)械類產(chǎn)品的制作，而女生更傾向于情感陪伴類應(yīng)用、四季穿衣指南、校園“零碳日”倡議活動(dòng)等兼具科學(xué)性與人文性的STEM任務(wù)。真實(shí)問(wèn)題還必須與學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)齊，確保學(xué)習(xí)活動(dòng)能夠深化學(xué)生的概念理解。情境化是將學(xué)術(shù)內(nèi)容精心嵌入到一個(gè)真實(shí)問(wèn)題情境中的過(guò)程；概念化是從日常生活、自然現(xiàn)象、棘手難題出發(fā)去提取相應(yīng)的學(xué)科概念、研究方法為我所用的過(guò)程。遴選真實(shí)問(wèn)題必須考慮到學(xué)生概念學(xué)習(xí)的潛力。

2.特征二：工程設(shè)計(jì)的中心地位

在中小學(xué)STEM課程中，教師須確保學(xué)生有機(jī)會(huì)完整經(jīng)歷工程設(shè)計(jì)構(gòu)思、制作、測(cè)試的過(guò)程，讓學(xué)生評(píng)估設(shè)計(jì)作品，并基于采集到的效能數(shù)據(jù)以及科學(xué)原理，依據(jù)確定的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行迭代優(yōu)化。工程設(shè)計(jì)不僅要考慮到成本、材料、功能等技術(shù)因素，還要考慮其產(chǎn)生的社會(huì)和倫理影響。[38]

教師須確保學(xué)生帶著對(duì)相關(guān)科學(xué)概念、工程設(shè)計(jì)流程、技術(shù)使用方法的深刻理解參與到作品或方案設(shè)計(jì)中，才能體現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容與真實(shí)生產(chǎn)生活的深度整合。這就要求學(xué)生對(duì)其工程設(shè)計(jì)流程進(jìn)行持續(xù)反思和基于證據(jù)的論證，不斷將一般性科學(xué)原理與情境性的條件、參數(shù)、約束乃至社會(huì)倫理規(guī)則進(jìn)行協(xié)調(diào)、匹配，得出特定情境之下最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的同時(shí)，提煉一般性知識(shí)情境化應(yīng)用的策略。

3.特征三：背景整合

作為背景的真實(shí)世界問(wèn)題和工程實(shí)踐挑戰(zhàn)必須與STEM內(nèi)容充分整合，而非僅提供一個(gè)情境。過(guò)去十幾年中，工程課程、創(chuàng)客空間和數(shù)字制作實(shí)驗(yàn)室在美國(guó)K-12學(xué)?！胺簽E”。相關(guān)研究表明，那些參與了動(dòng)手實(shí)踐、基于項(xiàng)目的工程課程的學(xué)生，對(duì)數(shù)學(xué)和科學(xué)知識(shí)所學(xué)甚少，癥結(jié)就在于學(xué)習(xí)內(nèi)容與項(xiàng)目活動(dòng)之間缺乏顯性、清晰的聯(lián)系。[39]有學(xué)者在系統(tǒng)性文獻(xiàn)綜述中提到，在154篇與中小學(xué)STEM教育相關(guān)的論文中，近40%的研究將課程目標(biāo)聚焦于學(xué)生的職業(yè)選擇和職業(yè)期望，而非學(xué)習(xí)特定的概念。[40]

為了強(qiáng)化工程設(shè)計(jì)活動(dòng)與科學(xué)概念學(xué)習(xí)之間的聯(lián)系，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生在整個(gè)迭代設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不斷探索和應(yīng)用科學(xué)、數(shù)學(xué)知識(shí)，搜集測(cè)試原型的過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，有理有據(jù)地推動(dòng)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)展。

4.特征四：內(nèi)容整合

STEM教育中最關(guān)鍵的是內(nèi)容整合，包括科學(xué)子學(xué)科之間的橫向整合、從科學(xué)到工程到技術(shù)的縱向整合。教師必須為學(xué)生示范跨學(xué)科整合的方法、策略或模型，如STEM轉(zhuǎn)換模型，使學(xué)科之間、問(wèn)題情境和學(xué)術(shù)學(xué)習(xí)之間的整合顯性化，必要時(shí)教師應(yīng)當(dāng)提供知識(shí)整合工具，采用一些概念化思維的學(xué)習(xí)支架或提問(wèn)的策略，促使學(xué)生對(duì)整合性質(zhì)產(chǎn)生深度理解。

教師還可以加入非STEM學(xué)科的內(nèi)容來(lái)擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，或采用社會(huì)性科學(xué)議題教學(xué)法[41]，開發(fā)更體現(xiàn)人文關(guān)懷的設(shè)計(jì)方案。

5.特征五：STEM專業(yè)實(shí)踐

中小學(xué)STEM教育為學(xué)生提供機(jī)會(huì)參與真實(shí)的STEM專業(yè)實(shí)踐，或在創(chuàng)設(shè)的模擬問(wèn)題情境中設(shè)計(jì)針對(duì)特定工程問(wèn)題的解決方案。工程問(wèn)題天然具有綜合性、多面向性，具有多個(gè)解決方案。教師應(yīng)當(dāng)給予學(xué)生自主權(quán)，讓他們勾勒自己的破題路徑。

教師還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)。數(shù)據(jù)實(shí)踐是STEM從業(yè)者知識(shí)建構(gòu)和專業(yè)工作的核心，包括數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、采集、處理、分析和可視化。[42]論證是科學(xué)和工程領(lǐng)域共同的核心實(shí)踐。研究表明，K-12學(xué)生使用證據(jù)和科學(xué)概念來(lái)為其工程設(shè)計(jì)進(jìn)行辯護(hù)的能力較弱。通常情況下，學(xué)生更多聚焦于成本和材料，不會(huì)自發(fā)地使用科學(xué)或數(shù)學(xué)概念來(lái)為自己的工程設(shè)計(jì)方案或作品進(jìn)行解釋。因此，將基于證據(jù)的論證融入到中小學(xué)STEM課程中，對(duì)為學(xué)生提供支架和建立科學(xué)、數(shù)學(xué)概念與工程挑戰(zhàn)之間的聯(lián)系必不可少。[43]

6.特征六：21世紀(jì)技能導(dǎo)向

真實(shí)世界中的工程設(shè)計(jì)問(wèn)題往往是模糊、多義、劣構(gòu)的（沒有現(xiàn)成的解決答案，沒有精確界定的標(biāo)準(zhǔn)流程），為學(xué)生提升21世紀(jì)技能提供了寶貴的機(jī)會(huì)。當(dāng)學(xué)生參與到迭代的工程設(shè)計(jì)過(guò)程中時(shí)，教師應(yīng)對(duì)他們進(jìn)行分組，以支持合作、批判性思維、創(chuàng)造力和高階認(rèn)知任務(wù)的完成。[44]教師還必須精心策劃、組織、實(shí)施小組學(xué)習(xí)活動(dòng)，保證公平參與，推進(jìn)工程設(shè)計(jì)的順利實(shí)施。

7.特征七：STEM相關(guān)職業(yè)認(rèn)知

在中小學(xué)STEM教育中，教師應(yīng)當(dāng)介紹和描述與學(xué)習(xí)主題密切相關(guān)的STEM職業(yè)，以激發(fā)學(xué)生興趣。

越來(lái)越多的研究表明，對(duì)STEM的興趣、態(tài)度和身份認(rèn)同是STEM學(xué)科持續(xù)性深造的預(yù)測(cè)性因素。[45]另有研究表明，絕大多數(shù)學(xué)生到八年級(jí)末已經(jīng)形成對(duì)STEM職業(yè)的興趣和期望。[46]具體的教學(xué)策略方面，雖然教師在引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)工程設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，也會(huì)滲透STEM身份、職業(yè)等信息，但是依然有必要對(duì)STEM相關(guān)職業(yè)進(jìn)行顯性的討論，從而幫助學(xué)生更好地了解特定的職業(yè)機(jī)會(huì)，使其將這些職業(yè)要求與自己的學(xué)術(shù)興趣對(duì)齊。

三、素養(yǎng)運(yùn)動(dòng)發(fā)展中的專業(yè)素養(yǎng)研究

（一）專業(yè)素養(yǎng)的內(nèi)涵與影響因素的變遷

1.專業(yè)素養(yǎng)與效能動(dòng)機(jī)

1959年，能力/素養(yǎng)（competence）概念首次通過(guò)懷特的著作引入到心理學(xué)有關(guān)動(dòng)機(jī)的研究中，隨后成為一個(gè)解釋人類行為的關(guān)鍵構(gòu)念（conception，理論化的概念）。在懷特的定義中，素養(yǎng)是有機(jī)體與環(huán)境進(jìn)行有效互動(dòng)的能力，人類的專業(yè)素養(yǎng)并非自然成熟，而是通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間、多階段的學(xué)習(xí)才能緩慢獲得。[47]

值得注意的是，在懷特的解釋框架中，素養(yǎng)是一個(gè)動(dòng)機(jī)性（motivational）的概念，他稱之為“成為有能力的專業(yè)人士”的動(dòng)機(jī)，即效能（efficant）。這種推理邏輯在素養(yǎng)運(yùn)動(dòng)以及21世紀(jì)技能、核心素養(yǎng)教育改革的話語(yǔ)中盛行：一般來(lái)說(shuō)，學(xué)生、兒童和專業(yè)人士都有理解復(fù)雜現(xiàn)象、掌握特定技能、在特定環(huán)境中有效行使功能的動(dòng)機(jī)。[48]班杜拉提出，當(dāng)一個(gè)問(wèn)題很復(fù)雜或一個(gè)任務(wù)情境要求很高時(shí)，能夠理解問(wèn)題并且在特定情境下有效地決策和行動(dòng)的人往往會(huì)變得十分自信。在此過(guò)程中，他們得到了內(nèi)在獎(jiǎng)勵(lì)，獲得自我效能感。[49]

1916年，杜威在《民主與教育》中強(qiáng)調(diào)了職業(yè)、專業(yè)能力的重要性，用到的術(shù)語(yǔ)是工業(yè)能力（industrial competency）。他說(shuō)：“人的生活離不開生存資料，民主社會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)要求我們都能發(fā)展出選擇或創(chuàng)造自己職業(yè)的能力……將職業(yè)或?qū)I(yè)素養(yǎng)與日常作為良好公民的素養(yǎng)進(jìn)行絕對(duì)區(qū)分當(dāng)然有失武斷，然而在滿足即時(shí)工作的精熟度和對(duì)社會(huì)產(chǎn)生影響力的洞見之間，在高效執(zhí)行他人計(jì)劃和謀劃與啟動(dòng)、推行自己的倡議之間依然存在明顯的能力差距?！盵50]

結(jié)合杜威所提倡的專業(yè)或職業(yè)素養(yǎng)，研究者將專業(yè)素養(yǎng)界定為“在一個(gè)特定的專業(yè)領(lǐng)域、工作、職位、組織環(huán)境或任務(wù)情境下，一般性、整合性、內(nèi)化了的產(chǎn)生有效、有價(jià)值、可持續(xù)表現(xiàn)的能力，包括問(wèn)題解決、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和引領(lǐng)變革”。[51]

2.智力評(píng)價(jià)與素養(yǎng)評(píng)估

在專業(yè)素養(yǎng)的研究歷史上，智力也是核心概念。人們往往認(rèn)為，智商越高的人在專業(yè)或職業(yè)領(lǐng)域中的表現(xiàn)越好。由此，很多工作或職位的能力傾向測(cè)試被設(shè)定為評(píng)估候選人的智力。一方面，多項(xiàng)實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，智商測(cè)試分?jǐn)?shù)和候選人在實(shí)際工作當(dāng)中的表現(xiàn)并沒有太大聯(lián)系；另一方面，受到維度單一（雖然后由加德納擴(kuò)展到多元智能理論）的批判，職業(yè)能力評(píng)估的焦點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向素養(yǎng)評(píng)估。[52]

1973年，麥克蘭德提出了素養(yǎng)評(píng)估的六項(xiàng)原則[53]：原則一，為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供可參照的樣本；原則二，對(duì)候選人知識(shí)或技能習(xí)得的情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試；原則三，公開、明確地闡釋達(dá)到測(cè)試中所要求的職業(yè)或崗位特征的提升路徑；原則四，專業(yè)素養(yǎng)被劃分為若干亞素養(yǎng)，為每個(gè)亞素養(yǎng)提供基于真實(shí)職業(yè)表現(xiàn)的樣本；原則五，評(píng)估不只依賴于對(duì)清晰界定問(wèn)題的應(yīng)答，還包含模糊指令條件下高仿真實(shí)世界劣構(gòu)問(wèn)題的情境題項(xiàng)；原則六，題項(xiàng)樣本應(yīng)聚焦于構(gòu)想典型的行業(yè)領(lǐng)域操作流程，這類題項(xiàng)比微小技能的測(cè)試更能夠引發(fā)高階思考，評(píng)價(jià)候選人的一般化能力或概述能力。這些原則直接影響其后專業(yè)教育和專業(yè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施。

3.專業(yè)表現(xiàn)與專業(yè)素養(yǎng)調(diào)控

1978年，吉爾伯特在《人類素養(yǎng)：提升有價(jià)值的表現(xiàn)》一書中，將專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)表現(xiàn)緊密聯(lián)系在一起，并提出三個(gè)支撐這一論斷的定理。[54]

第一個(gè)定理是：專業(yè)表現(xiàn)是結(jié)果導(dǎo)向行為產(chǎn)生的效應(yīng)，人類素養(yǎng)是有價(jià)值表現(xiàn)的函數(shù)，即有價(jià)值的成就除以為該行為付出的成本。第二個(gè)定理是：專業(yè)表現(xiàn)本身并非專業(yè)素養(yǎng)，專業(yè)素養(yǎng)是一個(gè)社會(huì)建構(gòu)的概念，是特定社會(huì)、特定情境、特定領(lǐng)域中，人們對(duì)表現(xiàn)的相對(duì)評(píng)價(jià)。第三個(gè)定理是管理理論，是與專業(yè)人士的遴選、工作環(huán)境的安排、績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)的確定、工作表現(xiàn)的監(jiān)督、激勵(lì)和問(wèn)題分析相關(guān)的規(guī)則。吉爾伯特強(qiáng)調(diào)，為了讓專業(yè)人士完成高標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)表現(xiàn)，需要特定的專業(yè)素養(yǎng)、一整套專業(yè)行為，以及為有價(jià)值專業(yè)表現(xiàn)提供支持的環(huán)境。

總之，懷特、麥克蘭德、吉爾伯特為理解專業(yè)素養(yǎng)及相關(guān)概念提供了“棱鏡”，籍此可洞悉專業(yè)素養(yǎng)與動(dòng)機(jī)、素養(yǎng)評(píng)估、專業(yè)表現(xiàn)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。

（二）構(gòu)建專業(yè)素養(yǎng)模型，劃分專業(yè)發(fā)展階段

1.任務(wù)導(dǎo)向與一般化的專業(yè)素養(yǎng)模型

專業(yè)素養(yǎng)研究伴隨著素養(yǎng)運(yùn)動(dòng)而興起。格蘭特[55]指出，教育與勞動(dòng)力市場(chǎng)之間的脫節(jié)是素養(yǎng)運(yùn)動(dòng)的起因。當(dāng)時(shí)，行業(yè)協(xié)會(huì)或?qū)I(yè)組織開始對(duì)高校提出績(jī)效要求，并開發(fā)出求職者或資格證書候選人要遵從的素養(yǎng)框架。高校開始重新調(diào)整、設(shè)計(jì)課程，融入行業(yè)協(xié)會(huì)、專業(yè)組織及企業(yè)工業(yè)所看重的知識(shí)和技能。這就要求構(gòu)建專業(yè)素養(yǎng)模型。

1994年，羅斯提出了涵括多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域從業(yè)者的核心素養(yǎng)模型，包括領(lǐng)導(dǎo)者、經(jīng)理、專業(yè)工作者、銷售和市場(chǎng)人員、財(cái)務(wù)人員、信息技術(shù)人員、人力資源顧問(wèn)等，并開發(fā)了配套的素養(yǎng)工具。[56]1996年，托馬遜等人為經(jīng)理開發(fā)了一個(gè)包含8個(gè)維度的專業(yè)能力框架。[57]

這些都是任務(wù)導(dǎo)向的專業(yè)素養(yǎng)的典型代表，包含所在領(lǐng)域的諸多細(xì)節(jié)。但早在1982年，波亞緹斯就從“有效表現(xiàn)”理念出發(fā)，為管理人員提出了一個(gè)一般化專業(yè)素養(yǎng)模型，并把專業(yè)素養(yǎng)界定為“一系列導(dǎo)向在某項(xiàng)工作中的有效或卓越表現(xiàn)的支持性的人格特征”，包括動(dòng)機(jī)、特點(diǎn)、技能，某人自我形象或社會(huì)角色的側(cè)面或者是一系列知識(shí)。[58]

美國(guó)培訓(xùn)與發(fā)展學(xué)會(huì)1989年提出一個(gè)統(tǒng)一的素養(yǎng)模型，包含一般/基礎(chǔ)素養(yǎng)與領(lǐng)域素養(yǎng)，為專業(yè)人士自我評(píng)估和基于工作場(chǎng)所學(xué)習(xí)的自我發(fā)展提供了有力的參考系和評(píng)估框架。[59]

一般/基礎(chǔ)素養(yǎng)和任務(wù)導(dǎo)向的領(lǐng)域素養(yǎng)中，專業(yè)素養(yǎng)都由若干個(gè)亞素養(yǎng)組成，亞素養(yǎng)是能在真實(shí)的專業(yè)情境下使用的一系列知識(shí)、技能、態(tài)度的有機(jī)組合。例如，調(diào)查犯罪現(xiàn)場(chǎng)，需要法醫(yī)出具一份對(duì)某個(gè)證據(jù)的脫氧核糖核酸（DNA）報(bào)告。此任務(wù)既要求知識(shí)（學(xué)科知識(shí)）、技能（運(yùn)用專業(yè)的設(shè)備和工具），也需要態(tài)度（精確性、正直、抗壓），三要素共同構(gòu)成了這名法醫(yī)的專業(yè)素養(yǎng)。[60]

中小學(xué)教師是適用任務(wù)導(dǎo)向，還是一般化的專業(yè)素養(yǎng)模型？從實(shí)踐導(dǎo)向的專業(yè)人員的視角出發(fā)，專業(yè)素養(yǎng)是專業(yè)工作者不可或缺的行為表現(xiàn)，若缺失，則無(wú)法在自己的專業(yè)場(chǎng)域中有效地行使功能。因此，必要的細(xì)節(jié)描述和領(lǐng)域?qū)俚闹R(shí)技能對(duì)于中小學(xué)教師的素養(yǎng)模型來(lái)說(shuō)必不可少，也就是說(shuō)，任務(wù)導(dǎo)向更加適切。

2.專業(yè)發(fā)展階段

構(gòu)建了專業(yè)素養(yǎng)模型后，還要?jiǎng)澐謱I(yè)發(fā)展階段，為專業(yè)學(xué)習(xí)提供洞察。1986年，德累菲斯提出了高技能型人員專業(yè)發(fā)展的五階段：新手、進(jìn)階新手、勝任者、精通者、專家。[61]但由于概念的重合、交叉或模糊性，莫德提出了一個(gè)專業(yè)發(fā)展階段理論：第一個(gè)階段為“無(wú)知”，通過(guò)直接教導(dǎo)才能夠行動(dòng)的新手；第二個(gè)階段為“新生”，能夠在指導(dǎo)下進(jìn)行工作的學(xué)徒；第三個(gè)階段為“勝任者”，能夠獨(dú)立工作，是專業(yè)主義最基礎(chǔ)的層級(jí)；第四個(gè)階段為“優(yōu)秀”，在專業(yè)領(lǐng)域表現(xiàn)卓越，已成為專業(yè)領(lǐng)域的專家或資深從業(yè)者；第五個(gè)階段為“卓越”，具有該行業(yè)領(lǐng)域卓越的才能和高超的表現(xiàn)，是組織內(nèi)、行業(yè)內(nèi)或整個(gè)社會(huì)的明星人物。[62]

（三）理論視角進(jìn)化史：從行為主義—功能主義、整合職業(yè)主義到情景專業(yè)主義

深究不同專業(yè)素養(yǎng)模型的底層邏輯，可劃分為三條學(xué)理路徑。第一條路徑是行為主義—功能主義（Behaviouristic Functionalism）[63]，在這個(gè)理論視角下，專業(yè)素養(yǎng)模型強(qiáng)調(diào)的是確定真實(shí)表現(xiàn)與理想能力之間的差距，由此導(dǎo)向?qū)I(yè)素養(yǎng)進(jìn)行細(xì)分并逐個(gè)訓(xùn)練的培訓(xùn)方式，接近于掌握學(xué)習(xí)的思路?？赡艿谋锥耸撬槠瘜W(xué)習(xí)以及對(duì)微小技能訓(xùn)練的過(guò)分倚重。

第二條路徑是整合職業(yè)主義（Integrated Occupationalism）[64]。整合職業(yè)主義素養(yǎng)模型的核心是職業(yè)、角色或特定領(lǐng)域所需的綜合素養(yǎng)，而非任務(wù)或活動(dòng)。因此，基于素養(yǎng)的教育模式會(huì)強(qiáng)調(diào)知識(shí)、技能和態(tài)度應(yīng)當(dāng)在課程、教學(xué)、學(xué)習(xí)和測(cè)試中進(jìn)行整合性規(guī)劃、設(shè)計(jì)與實(shí)施，而專業(yè)質(zhì)量保障框架則努力將核心角色、工作場(chǎng)域、工作流程與專業(yè)素養(yǎng)聯(lián)系起來(lái)。

第三條路徑是情景專業(yè)主義（Situated Professionalism）。[65]在該理論視角下，專業(yè)素養(yǎng)只有在特定情境當(dāng)中才能體現(xiàn)意義，并沒有獨(dú)立于情境之外抽象的素養(yǎng)可言，這與情景認(rèn)知和社會(huì)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的觀點(diǎn)相契合，對(duì)專業(yè)教育和專業(yè)發(fā)展領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響，其結(jié)果是真實(shí)性學(xué)習(xí)、實(shí)踐共同體的廣泛流行。但該路徑經(jīng)常被批判易于陷入整體主義，即當(dāng)談?wù)摰亩际侨藗兛珙I(lǐng)域的一般性能力時(shí)，特定領(lǐng)域、特定專業(yè)素養(yǎng)的細(xì)節(jié)就難以得到充分表現(xiàn)，因此只能對(duì)個(gè)人的專業(yè)發(fā)展起到指導(dǎo)作用，而無(wú)法用于專業(yè)資質(zhì)鑒定。[66]

綜合分析下來(lái)，情景專業(yè)主義是最適合中小學(xué)教師素養(yǎng)模型的一種理論視角，因?yàn)樗趶?qiáng)調(diào)整合性發(fā)展具有領(lǐng)域?qū)傩缘膶I(yè)角色的同時(shí)，也凸顯了專業(yè)實(shí)踐與專業(yè)情境的社會(huì)互動(dòng)。

四、中小學(xué)STEM教師專業(yè)素養(yǎng)模型

（一）21世紀(jì)核心素養(yǎng)教學(xué)的教師素養(yǎng)模型

2013年，美國(guó)州首席教育官員理事會(huì)（CCSSO）推出了核心教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型（Model Core Teaching Standards，MCTS），是包含四個(gè)領(lǐng)域的中小學(xué)教師專業(yè)素養(yǎng)模型，包括學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)、內(nèi)容知識(shí)、教學(xué)實(shí)踐、專業(yè)責(zé)任，進(jìn)一步細(xì)分為10個(gè)亞領(lǐng)域，包括學(xué)習(xí)者發(fā)展、學(xué)習(xí)差異、學(xué)習(xí)環(huán)境、內(nèi)容知識(shí)、內(nèi)容應(yīng)用、評(píng)估、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)策略、專業(yè)發(fā)展和合乎倫理的實(shí)踐、領(lǐng)導(dǎo)力與合作。[67]

MCTS體現(xiàn)了素養(yǎng)教學(xué)的明顯特征，如學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)包含了學(xué)習(xí)者發(fā)展、學(xué)習(xí)差異和學(xué)習(xí)環(huán)境三個(gè)亞領(lǐng)域，體現(xiàn)出對(duì)學(xué)生發(fā)育、心智成長(zhǎng)、學(xué)習(xí)規(guī)律的尊重；采用情境化、任務(wù)導(dǎo)向、合作學(xué)習(xí)等創(chuàng)新教學(xué)方式，融入數(shù)字技術(shù)，對(duì)課程、教學(xué)法、數(shù)字空間、物理空間進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求教師熟練掌握學(xué)習(xí)科學(xué)規(guī)律，進(jìn)行目標(biāo)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)以及學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)建。

從MCTS的結(jié)構(gòu)來(lái)看，四個(gè)素養(yǎng)領(lǐng)域都是知識(shí)、態(tài)度、專業(yè)表現(xiàn)的有機(jī)融合，在不斷地與專業(yè)情境以及其中的其他主體進(jìn)行互動(dòng)的過(guò)程中，獲得意義、實(shí)現(xiàn)價(jià)值；并根據(jù)多元情境和互動(dòng)對(duì)象的不同而動(dòng)態(tài)演變。專業(yè)素養(yǎng)模型中不僅包含體現(xiàn)靜態(tài)教師角色的內(nèi)容知識(shí)、教學(xué)實(shí)踐，也包含嵌入在專業(yè)情境中的互動(dòng)主體——學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)者以及專業(yè)情境下長(zhǎng)期發(fā)展的專業(yè)責(zé)任，完全契合“專業(yè)實(shí)踐與專業(yè)情境相互建構(gòu)”的情景專業(yè)主義理論視角。

（二）中小學(xué)STEM教師專業(yè)素養(yǎng)模型

中小學(xué)STEM教育以21世紀(jì)技能為培養(yǎng)目標(biāo)。[68]在情景專業(yè)主義理論指導(dǎo)下，以倡導(dǎo)21世紀(jì)素養(yǎng)教學(xué)的MCTS為“骨架”，以中小學(xué)STEM教育的總體認(rèn)知框架為“血肉”，筆者初步構(gòu)建出包含學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)、內(nèi)容知識(shí)、教學(xué)實(shí)踐、專業(yè)責(zé)任四大素養(yǎng)和12個(gè)亞素養(yǎng)的中小學(xué)STEM教師專業(yè)素養(yǎng)模型（見圖3）。

學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)包含學(xué)習(xí)者發(fā)展、學(xué)習(xí)差異、學(xué)習(xí)環(huán)境3個(gè)亞素養(yǎng)[69]；內(nèi)容知識(shí)包含元認(rèn)知、STEM知識(shí)、知識(shí)應(yīng)用3個(gè)亞素養(yǎng)；教學(xué)實(shí)踐包含教學(xué)評(píng)估、課程設(shè)計(jì)、教學(xué)法與教學(xué)策略3個(gè)亞素養(yǎng)；專業(yè)責(zé)任包含專業(yè)發(fā)展、STEM倫理、領(lǐng)導(dǎo)力與合作3個(gè)亞素養(yǎng)。

確定素養(yǎng)和亞素養(yǎng)之后，結(jié)合前文提到的中小學(xué)STEM教育總體認(rèn)知框架，筆者進(jìn)一步細(xì)化了典型行為表現(xiàn)，構(gòu)建了中小學(xué)STEM教師專業(yè)素養(yǎng)模型指標(biāo)體系（見表1）。

綜上，本文在對(duì)中小學(xué)STEM教育相關(guān)的理論基礎(chǔ)和概念框架進(jìn)行總結(jié)提煉的基礎(chǔ)上，以素養(yǎng)導(dǎo)向的MCTS為藍(lán)本，構(gòu)建了中小學(xué)STEM教師專業(yè)素養(yǎng)模型；并對(duì)大量文獻(xiàn)中的優(yōu)秀案例進(jìn)行剖析，萃取每個(gè)亞素養(yǎng)的若干教師典型行為表現(xiàn)，構(gòu)建細(xì)化的指標(biāo)體系。一方面為中小學(xué)STEM教師專業(yè)發(fā)展提供指引，另一方面為后續(xù)實(shí)證研究奠定基礎(chǔ)。

注釋：

①“烏卡時(shí)代”意指人類社會(huì)進(jìn)入一個(gè)具有易變性（Volatility）、不確定性（Uncertainty）、復(fù)雜性（Complexity）、模糊性（Ambiguity）的時(shí)代，四個(gè)單詞的首字母組成“VUCA”，音譯為“烏卡”。

參考文獻(xiàn)：

[1]Partnership for 21st Century Learning. Framework for 21st century learning[EB/OL]．（2016-05-04）[2024-03-05]．http：//www.p21.org/about-us/p21-framework.

[2]方兆玉.素養(yǎng)本位的STEM教育：理念、目標(biāo)與實(shí)踐模式——美國(guó)、法國(guó)、新加坡比較研究[J].世界教育信息，2024，37（1）：60-70.

[3]KIM K. The creativity crisis： the decrease in creative thinking scores on the Torrance tests of creative thinking[J]. Creativity research journal， 2011， 23（4）： 285-295.

[4]WALKER III W S， MOORE T J， GUZEY S S， et al. Frameworks to develop integrated STEM curricula[J]. K-12 STEM education， 2018， 4（2）： 331-339.

[5][6][7][29]GLANCY A W， MOORE T J. Theoretical foundations for effective STEM learning environments[C]. West Lafayette： School of Engineering Education Working Papers， 2013.

[8]CRAMER K. Using a translation model for curriculum development and classroom instruction[M] // RICHARD A J L， DOERR H M （Eds）. Beyond constructivism： models and modeling perspectives on mathematics problem solving， learning， and teaching. Mahwah， NJ： Lawrence Erlbaum Associates， 2003：449-463.

[9]LESH R A， POST T R， BEHR M J. Dienes revisited： multiple embodiments in computer environments[M] // WIRSUP I， STREIT R （Eds）. Development in school mathematics education around the world. Reston， VA： National Council of Teachers of Mathematics， 1987：647-680.

[10]BROWN J S， COLLINS A， DUGUID S. Situated cognition and the culture of learning[J]. Educational researcher， 1989， 18（1）： 32-42.

[11][12][13][35][36][37][38]ROEHRIG G H， DARE E A， ELLIS J A， et al. Beyond the basics： a detailed conceptual framework of integrated STEM[J]. Disciplinary and interdisciplinary science education research， 2021， 3（11）：2-22.

[14][16][24]LESH R A， HOOVER M， HOLE B， et al. Principles for developing thought-revealing activities for students and teachers[M] // KELLY A， LESH R A（Eds）. Research design in mathematics and science education. Mahwah， NJ： Lawrence Erlbaum Associates， 2000：591-646.

[15]DEWEY J. Lectures in the philosophy of education： 1899[M]. New York： Random House， 1966：33-52.

[17][18][20][21][22]DEWEY J. Democracy and education： an introduction to the philosophy of education[M]. New York： Macmillan， 1916：12-25.

[19]CAPOBIANCO B M， RUPP M. STEM teachers’ planned and enacted attempts at implementing engineering design-based instruction[J]. School science mathematics， 2014， 114（6）： 258-270.

[23][28][30]DEWEY J. Experience and education[M]. New York： Taylor & Francis， 1938：57-72.

[25]LESH R A， DOERR H M. Foundations of a models and modeling perspective on mathematics teaching， learning， and problem solving[M] // LESH R A， DOERR H M（Eds）. Beyond constructivism： models and modeling perspectives on mathematics problem solving， learning， and teaching. Mahwah， NJ： Lawrence Erlbaum Associates， 2003：3-33.

[26][27]DIENES Z P. Building up mathematics[M]. London： Hutchinson Educational， 1960：10-15.

[31]LESH R A， HAREL G. Problem solving， modeling， and local conceptual development[J]. Mathematical thinking and learning， 2003， 5（2）： 157-189.

[32][33]DIENES Z P， GOLDING E W. Approach to modern mathematics[M]. New York： Herder & Herder， 1971：6-52.

[34]LESnO7ImhUCMw/LZrEhP+TH0w==H R A， ZAWOJEWSKI J. Problem solving and modeling[M] // LESTER F K （Ed）. Second handbook of research on mathematics teaching and learning. Greenwich， CT： Information Age Publishing， 2007：763-804.

[39]ADAMS B S， FREEMAN A， GIESINGER H C， et al. NMC/CoSN horizon report： 2016 K-12 edition[M]. Austin： The New Media Consortium， 2016：11-45.

[40]TAKEUCHI M A， SENGUPTA P， SHANAHAN M C， et al. Transdisciplinarity in STEM education： a critical review[J]. Studies in science education， 2020， 56（2）： 213-253.

[41]ROEHRIG G H， KERATITHAMKUL K， HIWATIG B. Intersections of integrated STEM and socio-scientific issues[M]//POWELL W（Ed）. Socioscientific issues based instruction for scientific literacy development. Hershey： IGI Global， 2020：121-176.

[42]BECKER N M， RUPP C A， BRANDRIET A. Engaging students in analyzing and interpreting data to construct mathematical models： an analysis of students’ reasoning in a method of initial rates task[J]. Chemistry education research and practice， 2017，18（4）：798-810.

[43][74]ASUNDA P A， MATIVO J. Integrated STEM： a new primer for teaching technology education[J]. Technology & engineering teacher， 2017， 76（5）： 14-19.

[44]AMINGER W， HOUGH S， ROBERTS S A， et al. Preservice secondary science teachers’ implementation of an NGSS practice： using mathematics and computational thinking[J]. Journal of science teacher education， 2021，32（2）：188-209.

[45][46]KITCHEN J A， SONNERT G， SADLER P M. The impact of college-and university-run high school summer programs on students’end of high school STEM career aspirations[J]. Science education， 2018， 102（3）： 529-547.

[47][51][60][62][63]MULDER M. Conceptions of professional competence[M]//BILLETT S， HARTEIS C， GRUBER H（Eds）. International handbook of research in professional and practice-based learning. Dordrecht： Springer， 2014：107-137.

[48][49]WHITE R W. Motivation reconsidered： the concept of competence[J]. Psychological review， 1959， 66（5）： 297-333.

[50]DEWEY J. Democracy and education： an introduction to the philosophy of education[M]. New York： Macmillan， 1916：3-42.

[52]GARDNER H. Frames of mind： the theory of multiple intelligences[M]. New York： Basic Books， 1983：60-72.

[53]MCLELLAND D C. Testing for competence rather than for ‘Intelligence’[J]. American psychologist， 1973， 28（1）： 423-447.

[54]GILBERT T F. Human competence： engineering worthy performance[M]. New York： McGrawHill， 1978：60-110.

[55]RIESMAN D. Society’s demand for competence[M]// GRANT G， et al. On competence： a critical analysis of competence-based reforms in higher education. San Francisco： Jossey Bass， 1979：18-65.

[56]ROSIER R. Competency model handbook， Volume I-IV[M]. Lexington： Linkage， 1994：72-90.

[57]QUINN R E， FAERMAN S F， THOMPSON M P， et al. Becoming a master manager： a competency framework-second edition[M]. New York： Wiley， 1996：43-67.

[58]BOYATZIS R E. The competent manager： a model for effective performance[M]. New York： Wiley， 1982：65-70.

[59]ASTD. ASTD competency model[M]. Alexandria： American Society for Training & Development， 2013：70-93.

[61]DREYFUS H L， DREYFUS S E. Mind over machine： the power of human intuition and experience in the era of the computer[M]. Oxford： Basil Blackwell， 1986：55-90.

[64]OONK C， BEERS P J， WESSELINK R， et al. Roles and tasks of higher education teachers in the regional atelier[C]// DEITMER L， GESSLER M， MANNING S（Eds）. Proceedings of the ECER VETNET Conference 2011 ‘Urban Education’. Berlin： Wissenschafts forum Bildung und Gesellschaft， 2011.

[65][66]WENGER E， MCDERMOTT R， SNYDER W M. Cultivating communities of practice[M]. Harvard： Harvard Business Press， 2002：62-79.

[67][69]Council of Chief State School Officers. Interstate Teacher Assessment and Support Consortium in TASC Model Core Teaching Standards and learning progressions for teachers 1.0： a resource for ongoing teacher development[M]. Washington， DC： Author， 2013：8-57.

[68]DARE E A， KERATITHAMKUL K， HIWATIG B M， et al. Beyond content： the role of STEM disciplines， real-world problems， 21st century skills， and STEM careers within science teachers’ conceptions of integrated STEM education[J]. Education sciences， 2021， 11（11）： 737.

[70]BLACKLEY S， SHEFFIELD R， MAYNARD N， et al. Makerspace and reflective practice： advancing pre-service teachers in STEM education[J]. Australian journal of teacher education， 2017， 42（3）： 22-37.

[71]BILLINGTON B， BRITSCH B， KARL R， et al. SciGirls Seven-how to engage girls in STEM[EB/OL]. （2013）[2024-03-10]. http：//www.scigirlsconnect.org/scigirls.

[72]Inquiry-based science education competencies of primary school teachers： a literature study and critical review of the American National Science Education Standards[J]. International journal of science education， 2012，34（17）：2-15.

[73]BERLAND L K， MCNEILL K L. A learning progression for scientific argumentation： understanding student work and designing supportive instructional contexts[J]. Science education， 2010， 94（5）： 765-793.

A Theoretical Framework for K-12 STEM Teachers’ Professional Competence Model

FANG Zhaoyu1，2

（1.Institut Suprieur des Sciences， Techniques et Economie Commerciales， Paris 75015， France;

2.Shanghai Education Magazine， Shanghai Educational Press Group， Shanghai 200032， China）

Abstract： In the 21st century， the challenges in primary and secondary schools have given rise to a new model of learning， and K-12 STEM education is the major approach to address these challenges， while K-12 STEM teachers make the cornerstone workforce in this regard. Therefore， it’s imperative to formulate a professional competence framework to empower their professional development and professional practice. Based on literature research and case studies， this article proposes an overall cognitive framework for K-12 STEM education， including the fundamental assumptions （interdisciplinary， real-world problems， equality for S-T-E-M）， benchmarks or reference （Lesh Translation Model， STEM Translation Model）， theoretical framework （Experiential Learning， concrete manipulatives， multiple representations） as well as conceptual framework （7 characteristics）. Secondly， it summarizes the development trajectory of professional competence researches in order to extract critical concepts. In light of which， we have decided to adopt Situated Professionalism as theoretical perspective to construct K-12 teachers’ professional competence model. Lastly， it takes MCTS which initiated by US CCSSO as blueprint， enriched by the overall STEM education cognitive framework and professional competence theoretical perspective， to construct the STEM-KDP K-12 teachers’ professional competence framework， including four competencies， namely Learning and Learner， Content Knowledge， Teaching Practice and Professional Responsibility. Also， 12 sub-competencies as well as a variety of indicators are proposed.

Keywords：K-12 STEM education; Professional competence model; Interdisciplinarity; Lesh translation model; K-12 teachers’ competence model

編輯 朱婷婷 校對(duì) 呂伊雯