美國的實踐：從STEM到STEAM到STREAM

STEM源于四個學(xué)科的縮寫，S代表科學(xué)（Science），T代表技術(shù)（Technology），E代表工程（Engineering），M代表數(shù)學(xué)（Mathematics）。這四個學(xué)科的整合，相近于我國教育教學(xué)領(lǐng)域的“理工科”。

STEM的重點在科學(xué)教育。美國的科學(xué)教育主要是指生物、化學(xué)、物理、地球或環(huán)境。21世紀(jì)以前，美國50個州中只有40個州對科學(xué)課有要求，而且要求只學(xué)兩年。2001年頒布《不讓一個孩子掉隊》法案以后，美國教育部門開始重視科學(xué)教育課程。以前美國的技術(shù)教學(xué)與中國的勞技課相似，小學(xué)里的技術(shù)課也類似于中國課堂情境下的手工勞動。現(xiàn)在加入了越來越多高科技的內(nèi)容。在工程方面，原來中小學(xué)課程沒有工程內(nèi)容，現(xiàn)在工程教育進入中小學(xué)。2010年，已有九個州把工程正式列入課程標(biāo)準(zhǔn)，目前這個數(shù)字已經(jīng)大增，但并不是所有州的課程里都有工程。在數(shù)學(xué)方面，美國中小學(xué)數(shù)學(xué)內(nèi)容領(lǐng)域包含了我們熟悉的算術(shù)、幾何、代數(shù)、三角的內(nèi)容，最大的不同是美國的高中有微積分。美國有43個州規(guī)定學(xué)生必須學(xué)習(xí)兩年的數(shù)學(xué)必修課。

近年來，美國教育研究者和實踐者愈加認識到藝術(shù)教育對科學(xué)教育的重要影響，特別是藝術(shù)教育對于學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造思維的培養(yǎng)能夠在很大程度上轉(zhuǎn)化、融通并促進科學(xué)教育中的創(chuàng)造力。因此，在原有STEM基礎(chǔ)之上添加了藝術(shù)Arts（簡寫為A），發(fā)展成為STEAM。最近在美國教育界一些學(xué)者和實踐者們開始倡導(dǎo)STREAM的理念，其中新添加的R代表寫作（wRiting）。寫作為什么重要？美國做過一項研究，把我們認為的諾貝爾獎獲得者和科學(xué)院士等最頂尖的科學(xué)家和一般的科學(xué)家做比較，發(fā)現(xiàn)他們在寫作方面存在著巨大的差別，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，大約有20倍的差異。因此人們逐漸認識寫作的重要性。

STEAM課程的特點和內(nèi)容

強調(diào)學(xué)科的整合。美國提倡的STEM到STEAM，再到STREAM，最核心的概念就是學(xué)科的整合。用整合取代分科，學(xué)科界限漸漸消失。

美國從1894年十個著名哈佛教授成立的十人教授委員會對美國學(xué)校的課程進行評價以來，一直在關(guān)于分科還是整合學(xué)科的問題上爭鳴不斷、改革不斷，分久必合，合久必分。目前提倡的STEAM課程是最典型的整合學(xué)科的實踐代表。STEAM強調(diào)知識和技能的整合，但是分兩層，一層是原有特定學(xué)科的知識和技能，一層是跨學(xué)科的知識和技能。多學(xué)科和跨學(xué)科的課程組織方法是不一樣的。多學(xué)科課程組織方法是，以特定主題為中心，不管有多少門學(xué)科，例如語文、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等，所有課程都圍繞這個主題開展教學(xué)?？鐚W(xué)科的課程組織方法更加強調(diào)各個學(xué)科之間的連接和交叉，而不是把一個學(xué)科和另外一個學(xué)科分開來講授。學(xué)科整合根據(jù)不同學(xué)科知識和技能融合的方式與程度分為幾種水平：序列式、平行式、部分式、提升式和總體融合式。其中總體融合式的水平最高。

美國新一代的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)很好地回答了“學(xué)什么”這個問題。該標(biāo)準(zhǔn)提出了學(xué)科核心概念和跨學(xué)科核心概念這兩個維度。學(xué)科核心概念指的是，每個學(xué)科有本身的核心概念。以生命科學(xué)為例，其核心概念包括：LS1（從分子到器官：結(jié)構(gòu)與過程）、LS2（生態(tài)系統(tǒng)：相互作用，能量和變化）、LS3（遺傳：特質(zhì)的遺傳與變異）、LS4（生物進化：單一性與多樣性）?？鐚W(xué)科核心概念指的是，各個學(xué)科之間有共同的跨學(xué)科核心概念。例如，STEAM課程的跨學(xué)科核心概念包括：模式，因果關(guān)系——方式及其解釋，度量、比例和數(shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能源和物質(zhì)——流動、循環(huán)和儲存，結(jié)構(gòu)和功能，穩(wěn)定性和變化。

STEAM課程的內(nèi)容還要緊跟科技的發(fā)展趨勢。目前科學(xué)技能領(lǐng)域的一個新趨勢是特別強調(diào)計算思維?，F(xiàn)在人類已經(jīng)進入人工智能（Artificial Intelligence，AI）時代，而人工智能的背后是計算思維。因此，這一趨勢帶來的啟示是，學(xué)校的STEAM課程設(shè)置中從低年級起就應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。所謂的計算思維教育，就是要讓孩子理解AI背后的計算思維，要讓孩子們像計算機科學(xué)家那樣去思考問題，將來能夠理解機器人是怎樣構(gòu)造以及如何運作的。最近，哈佛大學(xué)與麻省理工學(xué)院合作把計算思維課程內(nèi)容模塊化，提供給中小幼學(xué)生。未來的課程組織趨勢是整合，因為當(dāng)前信息時代的知識量非常龐大，而很多的知識都是碎片化的，處理碎片化知識的最有效途徑就是整合。

強調(diào)綜合能力的培養(yǎng)。另一方面，STEAM課程理念與目前國際上倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵品格的教育形勢緊密關(guān)聯(lián)。在中國，人們將這些關(guān)鍵品格稱為核心素養(yǎng)；在美國，稱為21世紀(jì)的能力。這些能力本身就是復(fù)合性的，必須通過跨學(xué)科的、整合的課程設(shè)置來培養(yǎng)。世界經(jīng)濟論壇提到，應(yīng)對未來必須具備三大塊核心素養(yǎng)：一塊是基礎(chǔ)素養(yǎng)；另一塊是勝任力，包括一些基本的、很重要的創(chuàng)造能力、溝通能力；第三塊是個性特質(zhì)，如領(lǐng)導(dǎo)力和適應(yīng)社會的個性品質(zhì)。無論中國、美國，還是世界經(jīng)濟論壇都強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新思維、合作能力，而STEAM課程為發(fā)展這些素養(yǎng)、能力和品質(zhì)提供了很好的基礎(chǔ)。

世界經(jīng)濟論壇提出的21世紀(jì)技能

STEAM課程的實施

STEAM課程的教學(xué)特點可以歸納為：學(xué)習(xí)環(huán)境是探究式的，學(xué)習(xí)內(nèi)容是跨學(xué)科的，學(xué)習(xí)方法是基于項目的，教師角色是支架式的。

STEAM課程的學(xué)習(xí)環(huán)境是探究式的，學(xué)習(xí)內(nèi)容是跨學(xué)科的。科學(xué)教育教學(xué)容易陷入一個誤區(qū)，就是把抽象的科學(xué)概念以抽象的方法教給學(xué)生。然而科學(xué)概念的發(fā)展是從具體到抽象的，要破解這個誤區(qū)，就要回到原本的、真實的情境中。因此，STEAM課程的教學(xué)強調(diào)真實情境。復(fù)雜的真實世界中的問題幾乎都是需要多學(xué)科的、跨學(xué)科的知識和技能去解釋和解決的。教學(xué)如果要促進跨學(xué)科的知識運用，必須對真實情境的現(xiàn)象進行探究、抽象和歸納；教師不應(yīng)該期望學(xué)生在運用單一具體的例子解決問題時，能從背后的抽象表征中做出推斷。探究式的跨學(xué)科的學(xué)習(xí)有助于長期及短期的概念遷移和知識運用。

STEAM的學(xué)習(xí)方法是基于項目式的學(xué)習(xí)。理想的探究式學(xué)習(xí)要借助于項目式的學(xué)習(xí)，而項目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，在于項目活動的設(shè)計。STEAM學(xué)習(xí)中結(jié)合了工程，這為項目學(xué)習(xí)提供了很好的途徑。中國教師可能最不熟悉的是工程，因為中小學(xué)沒有這一門課。過去在美國也是只在大學(xué)才開始教授工程這門學(xué)科，后來發(fā)現(xiàn)大學(xué)生學(xué)習(xí)工程已經(jīng)為時太晚，工程教育應(yīng)該從小的時候就開始。理解工程設(shè)計的特征，有助于教師們更好地開展STEAM教學(xué)。工程設(shè)計的流程是：提出問題、調(diào)查現(xiàn)狀、構(gòu)思、設(shè)計、制作、測試、改進成果和成果展示。工程本質(zhì)上就是設(shè)計、構(gòu)造一個物品或物件，是項目式學(xué)習(xí)的具體化。

STEAM教學(xué)過程中教師的作用是支架式的。STEAM學(xué)習(xí)結(jié)果很大程度上取決于教師的經(jīng)驗和教師有效支持學(xué)生問題解決的能力。高水平STEAM教師的角色是提供協(xié)助，如悉心安排社會支持、監(jiān)控學(xué)習(xí)、幫助學(xué)生保持在達成目標(biāo)的軌道上。STEAM教師還要使跨學(xué)科的整合學(xué)習(xí)過程更加清晰。學(xué)生一般不能做到即時整合和深刻理解他們所學(xué)的各個學(xué)科的概念，或不能整合包括各個學(xué)科的跨學(xué)科的核心概念。STEAM教師要清楚地把學(xué)生注意力吸引到不同學(xué)科之間的深層結(jié)構(gòu)關(guān)系，要把這些關(guān)系講清楚，幫助學(xué)生深刻地理解跨學(xué)科的核心概念。

STEAM教師還要強調(diào)科學(xué)學(xué)習(xí)過程中的社會學(xué)習(xí)。社會學(xué)習(xí)的過程是觀察、模仿、合作、展示、塑造。社會學(xué)習(xí)的最好形式就是組成學(xué)習(xí)共同體。STEAM的學(xué)習(xí)共同體有如下特征：小組的每個成員要承擔(dān)有意義的角色；對所有參與者都要求最大程度的參與；輪換角色和互換同伴指導(dǎo)；為每個學(xué)生，不論組內(nèi)還是組外，制定清晰具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)和評估方式。此外，教師們熟悉的一些理論，如認知理論、建構(gòu)理論、情境理論、支架理論等都能有效促進STEAM教學(xué)及培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

STEAM課程在美國和中國面臨的共同挑戰(zhàn)和障礙，不是缺少學(xué)習(xí)材料或適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，而是缺少能教好STEAM課程的師資隊伍。老師必須自身具備STEAM素養(yǎng)才能成為有效的STEAM老師。要解決這一困境，第一個辦法是邀請高校教師到中小學(xué)教STEAM；第二個辦法是開展多學(xué)科教師的團隊合作，但這一途徑中最稀缺的是工程學(xué)科教師。幸而，在中國有很多工科學(xué)生和工程人員，因此可能的解決方案之一是中小學(xué)校與高校和工廠企業(yè)開展合作。中小學(xué)STEAM課程的教學(xué)不能離開大學(xué)，要充分利用大學(xué)的資源，與大學(xué)建立緊密聯(lián)系。

STEAM課程的評價

如何了解學(xué)生在STEAM課程中學(xué)會了什么，這是評價的問題。通常教師們熟悉的是特定學(xué)科的評價，但不熟悉整合型、項目型學(xué)習(xí)的評價方法。解決途徑之一就是要求教師設(shè)計對于具體學(xué)科和整合學(xué)習(xí)均有效的評價，及運用多種形式的評價，如形成性評價、臨時性評價、總結(jié)性評價等，也就是綜合評價，來評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。設(shè)計STEAM綜合評價需要回答兩個重要的問題：一是什么才能算是學(xué)習(xí)的證據(jù)，二是什么類型的情境和任務(wù)才能引出這些證據(jù)。因為STEAM的課程學(xué)習(xí)過程實際上是工程設(shè)計的過程，其結(jié)果就是學(xué)習(xí)、設(shè)計出的產(chǎn)品，產(chǎn)品就是一種核心證據(jù)。另外還要收集有關(guān)學(xué)生設(shè)計過程的證據(jù)，即學(xué)生學(xué)習(xí)和思維過程的評價證據(jù)。

在此舉一個STEAM課程整合信息技術(shù)的評價案例。波士頓科學(xué)博物館開發(fā)了一個為期8周的關(guān)于能源概念的項目。每位參加這個項目的學(xué)生都可以在手機上或電腦上使用一個名叫“工程師筆記本”的App。這個App會把學(xué)生所有的操作步驟記錄下來，包括最初的草稿、歷次修訂的版本，以及學(xué)生的互動。在形成性評價方面，新開發(fā)的嵌入式評價任務(wù)和題目是自動計分的；有些設(shè)計和畫圖可以被同伴評價；對于自動計分的任務(wù)和題目，計算機系統(tǒng)提供個性化的反饋，并生成評估報告；學(xué)生學(xué)習(xí)進展報告可錄入“工程師筆記本”中，也可以作為教師所教班級成績的記錄。在終結(jié)性評價方面，學(xué)生可以打印自我評價、概念圖，教師使用等級量表對此進行評價。此外，項目結(jié)束后可實施機考，并實現(xiàn)自動化計分。

最后分享一個關(guān)于STEAM教學(xué)的案例。這是東波士頓小學(xué)和其他幾個小學(xué)合作設(shè)計的項目。該案例以鄭和下西洋的故事為背景。鄭和到達非洲后，帶回來一個非洲的長頸鹿獻給了當(dāng)時的明朝皇帝，明皇帝覺得長頸鹿是一個吉祥物，會給大明朝帶來福氣，于是請畫家給長頸鹿畫畫，請詩人為它作詩。美國東波士頓小學(xué)的STEAM教師們覺得這個故事很有趣，于是在2001年參加了與絲綢之路有關(guān)的研討會，閱讀了大量相關(guān)資料，并在2004年去到長頸鹿的家鄉(xiāng)非洲，請當(dāng)?shù)氐陌贇q老人參與訪談，做了關(guān)于長頸鹿的口述史研究。教師們非常努力地通過不同途徑積累收集了相當(dāng)豐富的材料，但不可能把所有這些材料都呈現(xiàn)給學(xué)生，且必須要有一個核心主題貫穿整個STEAM課程項目，因此最后確定主題為“非洲長頸鹿到中國的旅行”，因為長頸鹿被視為中非友誼的象征。在這個整合型的課程中，各門學(xué)科都結(jié)合工程設(shè)計，設(shè)置了相應(yīng)的項目學(xué)習(xí)內(nèi)容，如通過圖形、測量等學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的知識與技能，通過建筑設(shè)計和構(gòu)造船只學(xué)習(xí)工程學(xué)科的知識與技能，通過建筑繪圖加強藝術(shù)學(xué)科的知識與技能等。評價的內(nèi)容和方法也是以學(xué)生的項目學(xué)習(xí)成果展示為主。