全面解读中国和国外青少年STEM教育

来源：搜学搜课     时间：2022/1/6 15:37:29

　　对STEM的定义，或者更进一步，对STEM教育的定义，存在着非常广泛且开放的不同理解。随着STEM在世界各国的推进，许多模式用不同的描述解释类似的概念，加剧了STEM教育定义的泛化。美国瓦利市3州立大学这样定义STEM教育：“STEM教育是关于学生参与的学习，是基于项目的学习，它运用科学探究过程和工程设计过程，是跨的，是关于积极学习的，是关于合作与团队工作的，是关于解决实际问题的。它连接抽象知识与学生的生活，整合过程和内容。”余胜泉教授认为，STEM教育不是科学、技术、工程和数学四门的简单叠加，而是强调多的交叉融合，要将四门内容组合形成有机的整体，以更好地培养学生的创新精神和实践能力。任友群教授认为，STEM教育是为了更好地帮助学生不被单一的知识体系所束缚，促进教师在教学过程中更好地进行跨融合，鼓励学生跨地解决问题。在国内，由于创客教育来源于美国车库文化而具有实践性强等优势，其概念先于STEM概念流行起来。但引入学校教育后，由于没有多少研究理论作为支撑，很多早年接触创客教育的研究者和教师，在STEM教育引入中国以后，一直在寻找二者的重合点，以期借鉴美国STEM教育30多年的丰富理论和实践研究成果，试图将创客教育的概念加以丰富和完善。因而，国内的STEM教育和创客教育在理论上有一定的重合区域，在动手做和工程实践方面也貌似有重合的特征，但是两者因为起源、动机和目标不同，仍属于两个不同的研究和实践领域。

　　跨整合STEM教育推进教学理念的更新

　　国内较早比较全面地介绍美国STEM教育的学者，是华东师范大学的赵中建教授。他推动和亲自任主编的“中学STEM教育丛书”忠实还原了STEM教育的发展历程，详细介绍了美国STEM教育的理论研究和各种实践推进形式。早于该套丛书的是中国科协青少年科技中心编译的《STEM项目学生研究手册》，作者是美国的达西?哈兰德。但该书特别关注学生科学探究的过程，主要针对科学实验的设计、动手以及科学论文的写作和发表，而很少关注工程与技术的实践过程。该书为STEM教育领域中的科学探究部分，提供了比较翔实的理论和工具，给较早接触STEM教育的教师提供了方便的实施建议，从而鼓舞了国内的物理、化学甚至生物教师率先开展STEM教育的勇气，因为这些的课程中天然就有动手实验部分。STEM教育加强了学校和教师对动手实验的重视程度，对教育起到了积极的促进作用。但是这种只重视科学探究的学习手册，也误导了一部分教师，他们以为只要设计了动手做的科学实验、开展了探究式学习就是STEM教育，从而限制了他们理解STEM教育更广泛的教改意义。后来的教师培训实践证明，在从科学实验到STEM工程实践的转变过程中，早期通过该手册接触STEM教师的理念更新相比直接以工程技术驱动STEM项目学习的教师更加困难。

　　在STEM的发源地美国，STEM教育的推进先从科学、数学等开始，以课程标准为引导在各自独立的中引入项目学习、以学生为中心等STEM学习的特征，待教师和学生对STEM教育有更深理解后，再推行要求更高的整合的STEM教育。比较有代表性的例子是美国德克萨斯州公办民营学校联盟“和谐公立学校”所推进的STEM教育模式“STEM SOS”（STEM Students On the Stage）。该模式从各自独立的领域出发，关注核心知识和大概念并与课标要求对接，将STEM教育按照三级渐进式模式开展，即内整合的I级STEM学习、间整合的II级STEM项目学习，以及完全由学生负责的III级STEM项目学习，来帮STEM教师和学生循序渐进地进入“学生主导，教师辅助”的STEM-PBL学习之中。

　　在我国，由于华东师范大学任友群教授和北京师范大学余胜泉教授都以整合的视角介绍该理论，因此国内的理论界也基本以整合的视角来研究STEM教育。对于整合的STEM教育，理论研究方面主要是和跨研究相联系，同时和21世纪人才需求相挂钩，形成了一个有大量重叠的广阔研究领域。相对于传统的教学中，教师总是喜欢特别关注教授一个特定的概念，跨整合的STEM教育，通过项目学习的方式，解决实际问题，关注的是教授给学生应用概念、技能解决问题，寻找彼此之间联系发现一般规律的能力，培养的是跨的综合素养以及21世纪技能。这与我国正在进行的教育改革不谋而合，因此在中学开展STEM教育大多以跨整合的形式实施。

　　对于还不能脱离教学大纲和课程标准的学校教育来说，笔者比较倾向于循序渐进地推进STEM学习的推进方式。这样，对于已经适应了传统讲授式学校教育的教师和学生来说，给了STEM教师成长的缓冲机会，也有利于学生渐进掌握自主学习的方法，同时也能够掌控学习的内容不偏离课程标准的范围，从而有助于提高学生的考试成绩和几率，也会得到校长和家长更广泛的支持。同时，当教师和学生在STEM教育中得到成长后，再进行深入的STEM-PBL学习，提高竞赛成绩等，同样收获学生的成长和社会各方的支持。例如，北京市教委推进的“北京市初中开放性科学实践活动项目”，强制要求从每个中拿出10%的课时，作为学生实践活动时间，可以说就是一个很好的契机。

　　不可否认，无论采取哪种形式的跨整合模式，STEM教育解决真实世界问题、在应用中促进融合、在解决问题中提生21世纪技能的教学理念，已经深入人心，为中国教育改革注入了活力。

　　基于项目学习的STEM教育促进教学方式变革

　　基于项目的学习（Project-Based Learning，PBL）是一种学习目标明确、师生共同参与，从而能够实现STEM教育目标的教学方法。通过PBL学习STEM的过程是自主学习的过程，都必须有一系列的社会调查经历以及多样的学习成果。另外，它倡导学生主导、教师辅助的教学模式，通过具有复杂任务的挑战性项目，在明确的自主学习和小组合作学习目标指引下，制定决策并针对实际问题提出可行性解决方案，较后回到真实的情境下进行评估。STEM教育推行基于项目的学习在实施中遇到了很大的挑战，STEM教师的缺乏以及对学生的表现性评价是首要问题，同时可操作的项目标准、项目在课程中的作用、时间的限制以及精心设计的任务缺乏也是普遍存在的现实问题。

　　STEM教育基于项目学习的代表是美国的“项目引路”（PLTW）计划，它指出STEM教育课程计划旨在使学生参与以活动、项目和问题解决为基础的学习，提供了一种动手做的课堂体验。学生在应用所学到的知识来应对世界重大挑战时，他们创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。在该项目中，教师的角色和作用是非常重要的推动力，教师事先给学生布置不明确的任务，并在PBL教学过程中不断指导学生，减少解决方案过于简单的可能性。

　　STEM教育课程的发展

　　STEM教育理念引进我国初期，国内有学校和教师进行了本地化的探索，他们将现有课程，在不偏离教学内容和课程标准的前提下，努力寻找课程的联系，按照STEM教育的要求进行了改变或改进，开发了许多注重学生动手探究、课内小项目的课堂教学案例。在国外课程进入中国后，一些学校也引进了国外培训课程。

　　随着国际交流加深，一些来自加拿大、美国的STEM教育课程以及来自英国的培生STEM教育项目、芬兰的基于现象的学习项目等纷纷进入中国，国内的STEM教育理论和实践内容逐渐丰富起来。国内的STEM培训机构纷纷成长起来，在浙江、江苏等教育发达地区也开展了比较丰富的STEM教师培训和教学改革。

　　值得注意的是，国际培训的涌入加上一些社会培训机构的推波助澜，也为学校STEM教育带来了副作用，较主要的就是拿来主义流行。所谓“原汁原味”的STEM教育课程，抑制了本土教师开发课程的热情和精力。其实在发源地美国本土，STEM教育也仍处于研究和探索阶段，并没有所谓的一种固定模式的“原汁原味”STEM教育模式能顺手拿来，对于STEM教育的概念和理解也处于百家争鸣的教育改革之中。只是美国的STEM教育已经经过了30多年的研究，有丰富的教育理论支撑，也有丰富的实践案例，加之美国教育的善于活动、尊重学生、重视社区联系等特点，的确是当代中国教育可以学习的地方。但是千万别忘了，引进的东西必须经过消化和吸收，才能真正发挥作用。

　　2017年修订的义务教育阶段课程标准，在、中学综合实践活动、高中信息技术、通用技术以及其他科目中，都特别指出推进STEM教育和应用STEM教育理念推进教育的指导意见，为中学推进STEM教育起到了政策引领和内容导向的作用。要想真正通过STEM教育推动中国教育教学的改革，还需要本土学者在借鉴移植国外成熟的课程内容和项目的基础上，帮助中学开发出具有理论指导意义的本土STEM项目内容，在传承中发展发扬中国的传统文化中先进的部分，推动文化传承和科技创新。

　　教师培训及师资标准研究

　　STEM教育推动了中学教育教学改革，这种与传统教育完全不同的教育理念和教学方式面临着师资严重不足的问题。学生STEM知识与兴趣的提升、项目化的学习与探究式整合以及自我主动学习与自我调整学习的培养，要求STEM教师必须有能力在学生探索知识时提供支持、完善内容并提供有效的技术途径。全新的教育模式对教师提出了很高的要求，教师不仅要学习新知识和新理念，还要熟悉课程的定制和实施的意义，较终制定教学计划，开发课程。针对新的形势和问题，需要大力培养K-12教育系统中科学、数学、工程和技术的师资队伍。美国的一些学校探索出STEM教师协作组的模式，通过成立课程编写组、组、群辅导组以及STEM群辅导组等，将有教学经验和专长的老师组织起来进行类似学习共同体的研究和实践。国内相比国外，有教研组的特色，所以各区域教研员或教研组长担负起了这样的任务。

　　为建设高素质的STEM教育专业队伍，促进我国STEM教育的有效有序开展，拓展STEM教育，深化教育，提供跨研究和实践，培养学生思维，以及促进创新型人才培养的作用，解决STEM教师专业发展缺少依据的问题，中国教育科学院发布了《中国STEM教育发展白皮书》《中国STEM教育2029》等文件，组织相关制定了《STEM教师能力等级标准》，为国内从事科学、技术、工程、数学及相关的教育工作并进行跨整合教学的专业人员提供了专业发展标准和指导意见。在国内推行STEM领航学校和STEM种子教师的评选和培训，对国内的STEM教育有一定的引领作用。

　　STEM教育已经成为影响未来孩子事业成功和我国经济状况的关键因素。培养学生对STEM的兴趣，从而提高他们的学业成绩，促进他们的职业生涯，是STEM教育的普适性目标。开展STEM教育，对于教师来说，是“为未来而教”，对学生来说，是“为未来而学”，只有培养学生基本的分析能力，解决问题的能力以及批判性思维的能力等21世纪人才能力，才能让今天的学生适应不确定的未来，推动社会创新和发展。