STEM教育的國內外研究與實踐

STEM教育起源于美國，但其重要性和價值已經成為教育改革和發展的重要部分，“今天的創新，明天的成功”正成為世界各國教育改革的熱點研究問題之一。

對STEM的定義，或者更進一步，對STEM教育的定義，存在著非常廣泛且開放的不同理解。隨著STEM在世界各國的推進，許多模式用不同的描述解釋類似的概念，加劇了STEM教育定義的泛化。美國瓦利市州立大學官網這樣定義STEM教育：“STEM教育是關于學生參與的學習，是基于項目的學習，它運用科學探究過程和工程設計過程，是跨學科的，是關于積極學習的，是關于合作與團隊工作的，是關于解決實際問題的。它連接抽象知識與學生的生活，整合過程和內容?！庇鄤偃淌谡J為，STEM教育不是科學、技術、工程和數學四門學科的簡單疊加，而是強調多學科的交叉融合，要將四門學科內容組合形成有機的整體，以更好地培養學生的創新精神和實踐能力。任友群教授認為，STEM教育是為了更好地幫助學生不被單一學科的知識體系所束縛，促進教師在教學過程中更好地進行跨學科融合，鼓勵學生跨學科地解決問題。在國內，由于創客教育來源于美國車庫文化而具有實踐性強等優勢，其概念先于STEM概念流行起來。但引入學校教育后，由于沒有多少研究理論作為支撐，很多早年接觸創客教育的研究者和一線教師，在STEM教育引入中國以后，一直在尋找二者的重合點，以期借鑒美國STEM教育30多年的豐富理論和實踐研究成果，試圖將創客教育的概念加以豐富和完善。因而，國內的STEM教育和創客教育在理論上有一定的重合區域，在動手做和工程實踐方面也貌似有重合的特征，但是兩者因為起源、動機和目標不同，仍屬于兩個不同的研究和實踐領域。

跨學科整合STEM教育推進教學理念的更新

國內最早比較全面地介紹美國STEM教育的學者，是華東師范大學的趙中建教授。他推動和親自任主編的“中小學STEM教育叢書”忠實還原了STEM教育的發展歷程，詳細介紹了美國STEM教育的理論研究和各種實踐推進形式。早于該套叢書的是中國科協青少年科技中心編譯的《STEM項目學生研究手冊》，作者是美國的達西·哈蘭德。但該書特別關注學生科學探究的過程，主要針對科學實驗的設計、動手以及科學論文的寫作和發表，而很少關注工程與技術的實踐過程。該書為STEM教育領域中的科學探究部分，提供了比較翔實的理論和工具，給最早接觸STEM教育的教師提供了方便的實施建議，從而鼓舞了國內的物理、化學甚至生物學科教師率先開展STEM教育的勇氣，因為這些學科的課程中天然就有動手實驗部分。STEM教育加強了學校領導和教師對動手實驗的重視程度，對教育起到了積極的促進作用。但是這種只重視科學探究的學習手冊，也誤導了一部分一線學科教師，他們以為只要設計了動手做的科學實驗、開展了探究式學習就是STEM教育，從而限制了他們理解STEM教育更廣泛的教改意義。后來的教師培訓實踐證明，在從科學實驗到STEM工程實踐的轉變過程中，早期通過該手冊接觸STEM教師的理念更新相比直接以工程技術驅動STEM項目學習的教師更加困難。

在STEM的發源地美國，STEM教育的推進先從科學、數學等學科開始，以學科課程標準為引導在各自獨立的學科中引入項目學習、以學生為中心等STEM學習的特征，待教師和學生對STEM教育有更深理解后，再推行要求更高的整合的STEM教育。比較有代表性的例子是美國德克薩斯州公辦民營學校聯盟“和諧公立學?！彼七M的STEM教育模式“STEM SOS”（STEM Students On the Stage）。該模式從各自獨立的學科領域出發，關注核心知識和大概念并與國家課標要求對接，將STEM教育按照三級漸進式模式開展，即學科內整合的I級STEM學習、學科間整合的II級STEM項目學習，以及完全由學生負責的III級STEM項目學習，來幫STEM教師和學生循序漸進地進入“學生主導，教師輔助”的STEM-PBL學習之中。

在我國，由于華東師范大學任友群教授和北京師范大學余勝泉教授都以學科整合的視角介紹該理論，因此國內的理論界也基本以整合的視角來研究STEM教育。對于整合的STEM教育，理論研究方面主要是和跨學科研究相聯系，同時和21世紀人才需求相掛鉤，形成了一個有大量重疊的廣闊研究領域。相對于傳統的教學中，教師總是喜歡特別關注教授一個特定的概念，跨學科整合的STEM教育，通過項目學習的方式，解決實際問題，關注的是教授給學生應用概念、技能解決問題，尋找彼此之間聯系發現一般規律的能力，培養的是跨學科的綜合素養以及21世紀技能。這與我國正在進行的教育改革不謀而合，因此在中小學開展STEM教育大多以跨學科整合的形式實施。

對于還不能脫離教學大綱和課程標準的學校教育來說，筆者比較傾向于循序漸進地推進STEM學習的推進方式。這樣，對于已經適應了傳統講授式學校教育的教師和學生來說，給了STEM教師成長的緩沖機會，也有利于學生漸進掌握自主學習的方法，同時也能夠掌控學習的內容不偏離國家課程標準的范圍，從而有助于提高學生的考試成績和升學幾率，也會得到校長和家長更廣泛的支持。同時，當教師和學生在STEM教育中得到成長后，再進行深入的STEM-PBL學習，提高競賽成績等，同樣收獲學生的成長和社會各方的支持。例如，北京市教委推進的“北京市初中開放性科學實踐活動項目”，強制要求從每個學科中拿出10%的課時，作為學生實踐活動時間，可以說就是一個很好的契機。

不可否認，無論采取哪種形式的跨學科整合模式，STEM教育解決真實世界問題、在應用中促進學科融合、在解決問題中提升學生21世紀技能的教學理念，已經深入人心，為中國教育改革注入了活力。

基于項目學習的STEM教育促進教學方式變革

基于項目的學習（Project-Based Learning，PBL）是一種學習目標明確、師生共同參與，從而能夠實現STEM教育目標的教學方法。通過PBL學習STEM的過程是自主學習的過程，都必須有一系列的社會調查經歷以及多樣的學習成果。另外，它倡導學生主導、教師輔助的教學模式，通過具有復雜任務的挑戰性項目，在明確的自主學習和小組合作學習目標指引下，制定決策并針對實際問題提出可行性解決方案，最后回到真實的情境下進行評估。STEM教育推行基于項目的學習在實施中遇到了很大的挑戰，STEM教師的缺乏以及對學生的表現性評價是首要問題，同時可操作的項目標準、項目在課程中的作用、時間的限制以及精心設計的任務缺乏也是普遍存在的現實問題。

STEM教育基于項目學習的代表是美國的“項目引路”（PLTW）計劃，它指出STEM教育課程計劃旨在使學生參與以活動、項目和問題解決為基礎的學習，提供了一種動手做的課堂體驗。學生在應用所學到的知識來應對世界重大挑戰時，他們創造、設計、建構、發現、合作并解決問題。在該項目中，教師的角色和作用是非常重要的推動力，教師事先給學生布置不明確的任務，并在PBL教學過程中不斷指導學生，減少解決方案過于簡單的可能性。

STEM教育課程的發展

STEM教育理念引進我國初期，國內有學校和教師進行了本地化的探索，他們將現有課程，在不偏離教學內容和課程標準的前提下，努力尋找學科課程的聯系，按照STEM教育的要求進行了改變或改進，開發了許多注重學生動手探究、課內小項目的課堂教學案例。在國外課程進入中國后，一些學校也引進了國外培訓課程。

隨著國際交流加深，一些來自加拿大、美國的STEM教育課程以及來自英國的培生STEM教育項目、芬蘭的基于現象的學習項目等紛紛進入中國，國內的STEM教育理論和實踐內容逐漸豐富起來。國內的STEM培訓機構紛紛成長起來，在浙江、江蘇等教育發達地區也開展了比較豐富的STEM教師培訓和教學改革。

值得注意的是，國際培訓的涌入加上一些社會培訓機構的推波助瀾，也為學校STEM教育帶來了副作用，最主要的就是拿來主義流行。所謂“原汁原味”的STEM教育課程，抑制了本土教師開發課程的熱情和精力。其實在發源地美國本土，STEM教育也仍處于研究和探索階段，并沒有所謂的一種固定模式的“原汁原味”STEM教育模式能順手拿來，對于STEM教育的概念和理解也處于百家爭鳴的教育改革之中。只是美國的STEM教育已經經過了30多年的研究，有豐富的教育理論支撐，也有豐富的實踐案例，加之美國教育的善于活動、尊重學生、重視社區聯系等特點，的確是當代中國教育可以學習的地方。但是千萬別忘了，引進的東西必須經過消化和吸收，才能真正發揮作用。

2017年教育部修訂的義務教育階段課程標準，在小學科學、中小學綜合實踐活動、高中信息技術、通用技術以及其他科目中，都特別指出推進STEM教育和應用STEM教育理念推進學科教育的指導意見，為中小學推進STEM教育起到了政策引領和內容導向的作用。要想真正通過STEM教育推動中國教育教學的改革，還需要本土學者在借鑒移植國外成熟的課程內容和項目的基礎上，幫助中小學開發出具有理論指導意義的本土STEM項目內容，在傳承中發展發揚中國的傳統文化中先進的部分，推動文化傳承和科技創新。

教師培訓及師資標準研究

STEM教育推動了中小學教育教學改革，這種與傳統教育完全不同的教育理念和教學方式面臨著師資嚴重不足的問題。學生STEM知識與興趣的提升、項目化的學習與探究式整合以及自我主動學習與自我調整學習的培養，要求STEM教師必須有能力在學生探索知識時提供支持、完善學科內容并提供有效的技術途徑。全新的教育模式對教師提出了很高的要求，教師不僅要學習新知識和新理念，還要熟悉課程的定制和實施的意義，最終制定教學計劃，開發課程。針對新的形勢和問題，需要大力培養K-12教育系統中科學、數學、工程和技術學科的師資隊伍。美國的一些學校探索出STEM教師協作組的模式，通過成立課程編寫組、領導組、學科群輔導組以及STEM學科群輔導組等，將有教學經驗和專長的老師組織起來進行類似學習共同體的研究和實踐。國內相比國外，有教研組的特色，所以各區域教研員或教研組長擔負起了這樣的任務。

為建設高素質的STEM教育專業隊伍，促進我國STEM教育的有效有序開展，拓展STEM教育，深化學科教育，提供跨學科研究和實踐，培養學生高級思維，以及促進創新型人才培養的作用，解決STEM教師專業發展缺少依據的問題，中國教育科學院發布了《中國STEM教育發展白皮書》《中國STEM教育2029》等文件，組織相關專家制定了《STEM教師能力等級標準》，為國內從事科學、技術、工程、數學及相關學科的教育工作并進行跨學科整合教學的專業人員提供了專業發展標準和指導意見。在國內推行STEM領航學校和STEM種子教師的評選和培訓，對國內的STEM教育有一定的引領作用。

STEM教育已經成為影響未來孩子事業成功和我國經濟狀況的關鍵因素。培養學生對STEM的興趣，從而提高他們的學業成績，促進他們的職業生涯，是STEM教育的普適性目標。開展STEM教育，對于教師來說，是“為未來而教”，對學生來說，是“為未來而學”，只有培養學生基本的分析能力，解決問題的能力以及批判性思維的能力等21世紀人才能力，才能讓今天的學生適應不確定的未來，推動社會創新和發展。

（作者系北京教育學院信息科學與技術教育學院創客教育研究中心主任）