黃 曉 李揚

摘要：STEM教育是綜合了科學、技術(shù)、工程與數(shù)學的特點，將知識的獲取、方法與工具的利用以及創(chuàng)新生產(chǎn)的過程有機統(tǒng)一，促進學生科學、技術(shù)、工程與教學綜合素養(yǎng)形成的教育。它重視學校技術(shù)教育與工程教育。STEM教育具有綜合性、動態(tài)性、回歸性、實踐性與豐富性等特點。

關(guān)鍵詞：STEM教育；特點；實踐

中圖分類號：G71 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094-C-（2014）05-0005-03

一、STEM教育的內(nèi)涵

美國國家科學委員會20世紀80年代提出STEM教育的概念。STEM是科學、技術(shù)、工程與數(shù)學首字母的縮寫?？茖W是建立在實踐基礎(chǔ)上經(jīng)過實踐檢驗和嚴密邏輯論證的關(guān)于客觀世界各種事物的本質(zhì)及運動規(guī)律的知識體系。技術(shù)是人類為實現(xiàn)社會需要而創(chuàng)造和發(fā)展起來的手段、方法和技能的總和。數(shù)學側(cè)重研究現(xiàn)實世界空間形式和數(shù)量關(guān)系，是學習和研究現(xiàn)代科學技術(shù)必不可少的基本工具。工程是應(yīng)用科學和數(shù)學產(chǎn)出成品的過程。STEM綜合了科學、技術(shù)、工程與數(shù)學的特點，將知識的獲取、方法與工具的利用以及創(chuàng)新生產(chǎn)的過程進行了有機統(tǒng)一，以系統(tǒng)的、聯(lián)系的思維面對全球化、多元化文化發(fā)展。

STEM教育是STEM理念在教育中的反映，是付諸教育實踐的一種思考。STEM教育在美國受到極大關(guān)注離不開對其國際競爭力下降的反思，對美國學生在國際數(shù)學、科學中表現(xiàn)欠佳的審視，它是對科學、技術(shù)、工程、數(shù)學間關(guān)聯(lián)性的強調(diào)，是對學校技術(shù)教育、工程教育的重視，旨在促進學生形成科學、技術(shù)、工程與數(shù)學的綜合素養(yǎng)。

二、STEM教育的特點

STEM教育的提出、內(nèi)涵豐富離不開系統(tǒng)論的審視，其在教育中的實踐呈現(xiàn)了與后現(xiàn)代課程觀的密切聯(lián)系，具體表現(xiàn)于綜合性、開放與動態(tài)性、回歸性、實踐性、多樣性。

（一）綜合性

“2061計劃”不僅視基礎(chǔ)的自然科學與社會科學為科學，還把基礎(chǔ)與實用的數(shù)學、工程與技術(shù)等相互交叉的學科作為科學，即提出了系統(tǒng)化、整體化的科學觀。STEM教育正是基于這種整體化、系統(tǒng)化科學觀在教育事業(yè)中的延伸與發(fā)展而得以提出，它將科學教育與技術(shù)教育、工程教育、數(shù)學教育聯(lián)系起來，以整體、聯(lián)系的思維解決各種現(xiàn)實問題的挑戰(zhàn)，因而呈現(xiàn)了綜合性。STEM教育的綜合性首先表現(xiàn)于教育目標上，盡管至今還沒有形成統(tǒng)一的目標，但總體上希望學生能夠通過STEM教育，學習綜合利用科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四方面知識與技能的能力，具有邏輯思維和技術(shù)能力，能夠創(chuàng)新設(shè)計并獨立進行調(diào)查研究，有效解決問題，并架起學校與STEM工作場所之間的橋梁[1]。這種綜合性的目標關(guān)注了學科、學生、社會間的相互聯(lián)系，強調(diào)了學生發(fā)展、社會責任的整合等。STEM教育的綜合性反映到具體實踐中，不僅表現(xiàn)于課程內(nèi)容的綜合，如工程課程內(nèi)容中綜合了數(shù)學、科學、技術(shù)知識的應(yīng)用，而且表現(xiàn)于課程教學方式的多元，即可以是基于問題解決的模式，也可以是基于項目的模式。STEM課程的評價也朝著綜合性、系統(tǒng)性的方向發(fā)展。由于美國是個地方分權(quán)制的國家，各地區(qū)的課程有著不同的標準與版本。STEM教育及課程的評價也試圖以共享標準為基礎(chǔ)設(shè)計清晰的、高質(zhì)量的評價系統(tǒng)反映學生是否達到了標準。評價內(nèi)容的改革要求既要衡量學生理解、應(yīng)用核心概念和原則的能力，還要考核學生進入大學和從事未來職業(yè)所需的高水平的推理能力、解決問題的能力以及科技創(chuàng)新能力。評價種類上，除了直接指向通用標準的州評估，還提倡增加參與如NAEP、TIMSS、PISA這種發(fā)達國家及國際評估的次數(shù)。STEM教育在課程資源方面也呈現(xiàn)了綜合性，它是一個有機的、良好運行的整體模式，其資金資助來自許多不同的聯(lián)邦機構(gòu)，支持STEM教育發(fā)展的力量還包括非政府組織及科學家等STEM專業(yè)社群。這種多元合作形成的綜合系統(tǒng)增加了STEM教育的實踐性和可行性，并有助于增進家長、學校校長、州和地區(qū)長官、公共領(lǐng)導對STEM學科的了解和掌握，推動STEM教育的實施和發(fā)展。

（二）動態(tài)性

STEM教育在課程內(nèi)容、課程實施及評價中表現(xiàn)的綜合性，凸顯了其開放性與動態(tài)性。區(qū)別于機械認識論視知識為客觀存在，STEM教育認為知識是不斷更新的，是動態(tài)與發(fā)展的。不僅表現(xiàn)于其科學、技術(shù)、工程與數(shù)學領(lǐng)域內(nèi)的知識，而且顯現(xiàn)于科學的社會應(yīng)用、技術(shù)與工程中的科學及數(shù)學原理等維度，即STEM教育從開放的知識觀角度反思了傳統(tǒng)教育的弊端，弱化了對知識的記憶，重視了概念理解及應(yīng)用，認為對概念的深層理解有助于學生靈活應(yīng)用已有知識，并在與現(xiàn)實生活世界的接觸中隨時拓展和完善自己的知識體系。STEM教育在課程內(nèi)容、實施方面表現(xiàn)的動態(tài)性，離不開STEM教育系統(tǒng)的開放性及各要素間的動態(tài)關(guān)系。在以STEM教育為重點的學校里，不僅課程內(nèi)容的選擇關(guān)注了STEM各領(lǐng)域的最新研究成果，而且其教學場所不再局限于課堂和學校，這種轉(zhuǎn)變與嘗試使學生有了更多接觸STEM職業(yè)場所的機會，并獲得將科學探究轉(zhuǎn)化為實踐以及進行科學創(chuàng)新的機會，從而彰顯了STEM課程實施方式的開放與動態(tài)性——在課程實施方式上轉(zhuǎn)變了教師講解、學生接受的傳統(tǒng)課程實施模式，建立了學習者、教育者與所處情境對話、交流的平臺，促進學生內(nèi)在知識體系的創(chuàng)新生成。如美國伊利諾伊數(shù)理高中（Illinois Mathematics and Science Academy，簡稱IMSA）為學生提供整個學年與學術(shù)界或行業(yè)中的STEM專家共同學習的機會，這一課程研究中涉及了納米顆粒的磁性、嬰兒死亡率、密歇根湖的汞污染和預測流感爆發(fā)的模型等內(nèi)容，這一過程中伴隨著問題的解決與探究活動的開展，開放的課程實施方式及動態(tài)的課程內(nèi)容，不僅有助于學生認知能力的提升，而且有助于培養(yǎng)學生敏銳的科學思維習慣和高效解決現(xiàn)實生活問題的能力。[2]

（三）回歸性

美國總統(tǒng)科學技術(shù)顧問委員會（President's Council of Advisors on Science and Technology，簡稱PCAST）認為，學生在STEM領(lǐng)域成就上表現(xiàn)出的性別差異并非源于天賦問題而是源于學生的興趣，在國際科學與數(shù)學測試中美國學生整體表現(xiàn)欠佳的內(nèi)在原因是缺乏對STEM領(lǐng)域的興趣[3]。這一觀點實質(zhì)上體現(xiàn)了課程理念中學生觀的轉(zhuǎn)變，從學習興趣的歸因來傳達學生是學習主體的觀念。后現(xiàn)代課程觀的提出者之一多爾認為課程要具有回歸性，指出課程要具有可反思的價值和余地，這種課程沒有固定的起點和終點，但它能夠使每一個人通過與環(huán)境、他人、文化的反思性相互作用形成自我感。[4]STEM教育的提出及課程實施實踐中逐漸凸顯反思的價值，在STEM課程內(nèi)容的選擇上致力于給學生提供感興趣的個人經(jīng)驗和校內(nèi)外與STEM有關(guān)的內(nèi)容；在課程實施中，突出學生的學習主體地位，關(guān)注學生主動參與學習的過程，激發(fā)學生對于STEM領(lǐng)域?qū)W科的學習動機。STEM教育對學習主體的關(guān)注，還表現(xiàn)于對教育公平問題的強調(diào)，表現(xiàn)于2010年美國總統(tǒng)科學與技術(shù)顧問委員會報告給聯(lián)邦政府的兩個目標中，強調(diào)所有學生（包括女生和少數(shù)民族學生）能熟練掌握STEM領(lǐng)域知識。

（四）實踐性

STEM教育的實踐性首先表現(xiàn)于STEM教育提出本身，尤其是把對技術(shù)、工程學科的關(guān)注置于科學、數(shù)學教育同等重要的地位，這是對過程與實踐的凸顯，工程學里涉及的工程設(shè)計和工程思維習慣將直接影響學生的問題解決能力和創(chuàng)新能力。STEM教育的實踐性還體現(xiàn)在具體的課程實施中，一方面，有效的課程組織和精良的硬件設(shè)施促進了從知識向?qū)嵺`關(guān)注的轉(zhuǎn)變，如一些學校已經(jīng)開始將微觀裝配實驗室（Fab labs）整合進具體的課程中；另一方面，課程強調(diào)以活動為基礎(chǔ)、基于問題解決的學習、同時獲得實踐的課堂體驗[5]。如PLTW（Project Lead The Way）機構(gòu)開發(fā)的《技術(shù)之門》課程[6]，旨在通過“能源與環(huán)境”模塊，引導學生設(shè)計制作可替代能源的模型，通過“電子魔力”模塊的實踐活動，探索電與生活的密切關(guān)系。此外，STEM教育通過實踐性的課程建立起了師生交往的平臺，使學生從平等對話的交往經(jīng)驗中自由地獲得知識、激發(fā)創(chuàng)造的靈感。

（五）豐富性

豐富性包括了課程的深度、意義的層次、多種可能性或多重解釋。[7]STEM教育的豐富性首先表現(xiàn)于其教育目標的不同層次，促進不同學生獲得不同水平的STEM素養(yǎng)，在要求使所有學生達到熟練掌握STEM學科知識的同時，給在STEM學科表現(xiàn)優(yōu)秀的學生提供機遇與挑戰(zhàn)，促進其在STEM上獲得杰出成就。正是對多維目標的追求，使得STEM課程內(nèi)容呈現(xiàn)了豐富性——如針對在STEM領(lǐng)域表現(xiàn)欠佳的西班牙裔學生，提供其與生活相關(guān)的食物、衣物、藥品等STEM領(lǐng)域知識；對于在STEM學科表現(xiàn)優(yōu)秀的學生，開展了如《工程之路》課程的頂層課程，如《醫(yī)療干預》課程模塊等[8]，旨在通過讓學生跟蹤虛擬家庭的日常生活來研究如何預防、診斷和治療疾病，從而學習免疫學、遺傳學、藥理學等知識，促進其科學思維方式的養(yǎng)成。綜合性的STEM教育將科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四門課程聯(lián)系起來，需要綜合考慮原有課程的各自特點，在課程設(shè)置上需要從多角度來解釋綜合化課程的豐富性，使學生通過多樣化的課程形式獲得自我發(fā)展的多種可能。如以STEM為重點的高中針對STEM的四門課程開設(shè)了《大學先修》（AP）和《科研實習》等提高型課程，給STEM學科表現(xiàn)優(yōu)秀的學生提供了超越現(xiàn)有水平的機會。此外，還設(shè)置包括競賽、實驗室實驗、實地考察等課外活動項目及STEM的服務(wù)培訓活動，以增加STEM類課程與學生經(jīng)驗的融合性，同時促進了學生學習參與度的提升。

參考文獻：

[1]Teaching Institute for Essential Science. TIES STEM Education Monograph Series: Attributes of STEM Education [EB/OL].[2012-06-13].http://www.citizenstogether.com/pdf/stem.pdf.

[2]Illinois Mathematics & Science Academy.ETEM[2013-08-09].[FB/OL].https://www.imsa.edu/sites/default/files/upload/121822%20IMSA%20Hndbk_Bdy.pdf.

[3]PCAST. Prepare and Inspire: K-12 Science, Technology,

Engineering, and Math (STEM) Education for Americas Future [R]. Washington, D.C .2010.

[4][7]多爾.后現(xiàn)代課程觀[M].北京：教育科學出版社，2009.

[5]趙中建.致力于STEM教育的“項目引路”機構(gòu)[J].上海教育,2012(11).

[6]PLTW. Middle School Program [EB/OL] .http://www.

pltwcalifornia.org/view-content/13/Middle-School-Program.html.

[8]PLTW. High School Program [EB/OL].http://www.

pltwcalifornia.org/view-content/14/High-School-Program.html.

（責任編輯：方健華）