時(shí)文靜 徐 力

STEM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)4門學(xué)科英文首字母的縮寫。STEM教育在美國發(fā)展至今已經(jīng)30多年，近年來世界各國也逐漸關(guān)注STEM教育、開展STEM教育，但總體而言，美國的STEM教育發(fā)展較為成熟，STEM學(xué)校建設(shè)較好。因此，分析美國STEM學(xué)校的對(duì)我國的STEM教育的發(fā)展具有借鑒意義。

一、STEM教育的發(fā)展

1.美國STEM教育

STEM教育源自美國，STEM教育的提出除了源于軍事和經(jīng)濟(jì)安全的國家目標(biāo)之外，還要保持國家的競爭地位，幾乎所有創(chuàng)新和職業(yè)領(lǐng)域都與STEM知識(shí)和技能密不可分，美國聯(lián)邦、州和地方政府需要更多的STEM專家推動(dòng)創(chuàng)新，以維持該國在全球經(jīng)濟(jì)中的競爭地位。此外，美國中小學(xué)生的數(shù)學(xué)和科學(xué)水平較低，在國際數(shù)學(xué)與科學(xué)評(píng)測(cè)趨勢(shì)(TIMSS，4年一次)中，美國中小學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面的表現(xiàn)處于國際低水平，美國的排名落后于很多國家。自此之后美國推出了近20項(xiàng)政府報(bào)告和政策發(fā)展STEM教育，加強(qiáng)STEM教育。2006年發(fā)布“美國競爭力計(jì)劃”，提出培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的人才是全球競爭力的關(guān)鍵。2010年頒布“變革方程”教育計(jì)劃，利用商界的力量促進(jìn)STEM公益教育事業(yè)、激勵(lì)青少年學(xué)習(xí)STEM以及鼓勵(lì)教育改革[1]。2013年頒布《STEM教育五年戰(zhàn)略計(jì)劃》，2017年簽署的總統(tǒng)備忘錄中也指出每年至少投資2億美元用于STEM教育項(xiàng)目，提供高質(zhì)量的STEM和計(jì)算機(jī)科學(xué)及編程課程，培養(yǎng)兒童的STEM知識(shí)和技能，以此促進(jìn)STEM教育的發(fā)展。

2.中國STEM教育

我國開展STEM教育時(shí)間較晚，國內(nèi)關(guān)于STEM教育的研究最早可以追溯到2008年陳超等發(fā)表的《美國的世界一流大學(xué)戰(zhàn)略與啟示》，在該文中簡要提及“美國競爭力計(jì)劃”，強(qiáng)調(diào)通過實(shí)施STEM教育戰(zhàn)略提高美國的競爭力，但沒有具體剖析STEM教育概念及內(nèi)涵[2]。之后從2008—2012年，我國STEM教育研究一直處于起步階段，論文發(fā)表量總數(shù)不超過10篇，且大多是對(duì)國外STEM教育政策和發(fā)展脈絡(luò)的梳理與解讀。2013—2018年，論文發(fā)表量逐年攀升，尤其是近三年，STEM教育研究已然成為國內(nèi)教育研究的熱點(diǎn)[3]。

常詠梅等學(xué)者以2011—2016年來源于CSSCI期刊的57篇STEM文獻(xiàn)(碩博論文12篇，期刊論文45篇)分析出我國當(dāng)前的STEM研究現(xiàn)狀：(1)我國STEM教育的研究熱點(diǎn)是關(guān)于STEM教育的教育政策、學(xué)科整合、美國STEM教育、與創(chuàng)客教育的聯(lián)系的研究；(2)STEM教師、人才培養(yǎng)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)、教學(xué)實(shí)踐等領(lǐng)域有待進(jìn)一步研究與探討[4]。因此，為了更好地發(fā)展我國的STEM教育，筆者以美國一所較為成功實(shí)施STEM教育的學(xué)?！笨_來納州數(shù)學(xué)和科學(xué)學(xué)校(North Carolina School of Science and Mathematics, 簡稱 NCSSM)為例，通過研究它的課程設(shè)置探究STEM教育的本質(zhì)并從中獲得成功的經(jīng)驗(yàn)，期望能為我國STEM教育的發(fā)展提供啟示與借鑒。

二、NCSSM的STEM教育

美國的STEM教育學(xué)校大致分為4種類型：分別是STEM精英學(xué)校、STEM全納學(xué)校、STEM職業(yè)技術(shù)學(xué)校、STEM綜合學(xué)校。美國STEM精英學(xué)校大概有4種類型，分別是：寄宿制學(xué)校、獨(dú)立學(xué)校、校中校、半日制課程學(xué)習(xí)中心。STEM精英學(xué)校是圍繞一個(gè)或者多個(gè)STEM學(xué)科開展教學(xué)活動(dòng)的學(xué)校，學(xué)校致力于為學(xué)生提供能獲得STEM文憑的、高質(zhì)量的STEM職業(yè)教育，為此，整合多方面的資源支持學(xué)生的學(xué)習(xí)，其中包括優(yōu)秀的師資、完善的課程體系、專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、科學(xué)家的指導(dǎo)和一些有助于專業(yè)發(fā)展的輔助項(xiàng)目。NCSSM是一所寄宿制STEM精英學(xué)校，它的核心課程觀是培養(yǎng)學(xué)生探索性的世界觀和創(chuàng)新能力。

NCSSM的STEM學(xué)科課程設(shè)置涵蓋了工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)和科學(xué)，覆蓋全面，甚至還有豐富的人文類課程。此外學(xué)校還提供免費(fèi)的互動(dòng)視頻會(huì)議課程(IVC)、AP項(xiàng)目、夏季加速課程(summer accelerator)、各種選修課供學(xué)生選擇，課程種類豐富，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和實(shí)際情況選擇課程。通過對(duì)NCSSM學(xué)校的課程設(shè)置分析出以下4點(diǎn)STEM教育的本質(zhì)特征。

1.跨學(xué)科性

與傳統(tǒng)分科教學(xué)不同，STEM教育強(qiáng)調(diào)將原本分散的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)這4門學(xué)科內(nèi)容自然組合形成整體，具有跨學(xué)科性?？鐚W(xué)科意味著教育工作者在STEM教育中，不再將重點(diǎn)放在某個(gè)特定學(xué)科或者過于關(guān)注學(xué)科界限，而是將重心放在特定問題上，強(qiáng)調(diào)利用科學(xué)、技術(shù)、工程或數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)解決問題，實(shí)現(xiàn)跨越學(xué)科界限、從多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用的角度提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力的教育目標(biāo)[5]。

NCSSM有許多研究性課程，這些課程涉及生物學(xué)、化學(xué)、物理、工程學(xué)和人文學(xué)科(如圖1所示)。課程時(shí)長跨越1～3個(gè)月。例如，NCSSM的暑期研究計(jì)劃中的“生態(tài)學(xué)：杜克濕地中心”“使用天然染料提取物制造太陽能電池”“野生食物的營養(yǎng)”等研究課題需要學(xué)生綜合運(yùn)用各個(gè)學(xué)科的知識(shí)，單一的學(xué)科知識(shí)無法支撐學(xué)生完成整個(gè)研究計(jì)劃。

圖1 2018—2019年NCSSM在線課程圖[6]

2.情境性

STEM教育具有情境性特征，它強(qiáng)調(diào)將知識(shí)應(yīng)用于生活，解決生活中真實(shí)存在的問題，培養(yǎng)解決問題的能力。NCSSM認(rèn)為通過核心課程為學(xué)生營造一個(gè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情景十分重要，因此在設(shè)置學(xué)習(xí)情境時(shí)會(huì)考慮選擇學(xué)生生活所遇到的問題，具有鮮明的生活性特征，而從現(xiàn)實(shí)生活中尋找素材，也就意味著學(xué)習(xí)情境具有真實(shí)性[7]。現(xiàn)實(shí)世界中的諸多問題，例如生態(tài)失衡、環(huán)境污染、資源短缺等，這些都是最自然的STEM學(xué)科的組合，均可以成為STEM教育的素材。這種學(xué)習(xí)環(huán)境有利于吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的興趣，并提高學(xué)生對(duì)社會(huì)問題的關(guān)注度。NCSSM開設(shè)了種類豐富的選修課，例如Honors Energy and Sustainability，該課程向?qū)W生介紹全球可持續(xù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，要求學(xué)生對(duì)科學(xué)、工程、經(jīng)濟(jì)學(xué)中可持續(xù)性的、相關(guān)聯(lián)的主題進(jìn)行多學(xué)科研究，探討人類社會(huì)面對(duì)的全球變化、生態(tài)系統(tǒng)退化和全球資源限制等一系列問題。

3.實(shí)踐性

STEM教育強(qiáng)調(diào)做中學(xué)，在實(shí)踐中應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際存在的問題。NCSSM提供了許多實(shí)踐性課程，參與夏季研究與創(chuàng)新計(jì)劃的學(xué)生將與校園內(nèi)的NCSSM教員或校外志愿導(dǎo)師一起工作，在夏季的2～5周內(nèi)全天工作，學(xué)生可以參與獨(dú)立或正在進(jìn)行的項(xiàng)目。這些項(xiàng)目可以培養(yǎng)個(gè)人和專業(yè)技能，學(xué)生以演講的形式匯報(bào)計(jì)劃的結(jié)果，這種方式不僅可以展示學(xué)生項(xiàng)目中的發(fā)現(xiàn)，還可以促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展和成長。此外，通過學(xué)生服務(wù)部門，學(xué)生必須在高年級(jí)之前為北卡羅來納州的非營利組織提供60小時(shí)的服務(wù)學(xué)習(xí)。每個(gè)學(xué)生還需要每周進(jìn)行3個(gè)小時(shí)的校園服務(wù)，暑期服務(wù)計(jì)劃允許學(xué)生以各種方式回饋家庭社區(qū)，這些方式可以滿足個(gè)人激情、愛好、興趣和可能的職業(yè)。無論這是首次志愿者體驗(yàn)還是以前志愿服務(wù)的延續(xù)，學(xué)生都有機(jī)會(huì)進(jìn)行個(gè)人成長，并在志愿服務(wù)中培養(yǎng)持久的興趣和承諾。

4.協(xié)作性

NCSSM的許多課程以項(xiàng)目的形式開展，學(xué)生需要以小組為單位，開展研究課題，在這過程中相互幫助、啟發(fā)、交流討論，也要做到合理分工，因此協(xié)作性是非常重要的。NCSSM會(huì)為學(xué)生提供專業(yè)指導(dǎo)教師，在項(xiàng)目進(jìn)行過程中給予學(xué)生一定的幫助。此外通過雙向視頻會(huì)議，學(xué)生可以與項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)合作，與全州其他學(xué)校的學(xué)生進(jìn)行全班討論。NCSSM教師實(shí)時(shí)監(jiān)控課程，評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，確保學(xué)生參與課程材料并相互學(xué)習(xí)。

三、對(duì)中國STEM教育的啟示

NCSSM作為美國一所比較成功的STEM教育學(xué)校，成功并非偶然，它的課程定位、校園環(huán)境、專業(yè)的教師、豐富的實(shí)踐活動(dòng)為每一位學(xué)生提供獨(dú)特的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，我國在開展STEM教育過程中，可以學(xué)習(xí)以下幾點(diǎn)。

1.發(fā)揮學(xué)生主導(dǎo)作用

縱觀NCSSM學(xué)校的STEM課程，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體并主導(dǎo)整個(gè)項(xiàng)目的研究和實(shí)施。NCSSM給學(xué)生提供了廣闊的發(fā)展空間和選擇空間，例如比賽、實(shí)踐活動(dòng)、志愿活動(dòng)、在線課程等，學(xué)生可以自主選擇感興趣的活動(dòng)或者研究性課題，教師在這過程中扮演一個(gè)輔助者的角色，給予學(xué)生指導(dǎo)、建議和可供選擇的幫助，而不是給出指令，學(xué)生根據(jù)教師的指示完成項(xiàng)目，因此無論是選擇項(xiàng)目還是選擇合作伙伴，學(xué)生都有主導(dǎo)權(quán)和選擇權(quán)。這種豐富多彩的校園活動(dòng)也給學(xué)生帶來更多體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，學(xué)校提供的幫助也讓學(xué)生能夠更加深入地探索感興趣的領(lǐng)域，很多學(xué)生對(duì)于未來的職業(yè)選擇都和學(xué)生時(shí)代參與的活動(dòng)有密切的聯(lián)系。

2.聯(lián)合各方資源

NCSSM充分利用了家長和社會(huì)等各種資源，并進(jìn)行合理的運(yùn)用。近40年來，NCSSM基金會(huì)一直支持NCSSM有才華的學(xué)生參加在線和遠(yuǎn)程教育課程的學(xué)術(shù)學(xué)習(xí)；NCSSM校友會(huì)重點(diǎn)在志愿服務(wù)，并捐贈(zèng)資金；家長委員會(huì)協(xié)會(huì)通過為家長組織志愿服務(wù)的機(jī)會(huì)支持學(xué)?；顒?dòng)；學(xué)生政府會(huì)與管理人員合作，為學(xué)生建立更具支持性的學(xué)術(shù)環(huán)境，更強(qiáng)大的社會(huì)社區(qū)和更健康的心理生活。除了活動(dòng)主辦和俱樂部資助外，還有專門用于影響學(xué)生團(tuán)體的特殊舉措和項(xiàng)目的預(yù)算，這些社會(huì)資源極大地幫助了NCSSM的學(xué)生，為其提供了優(yōu)質(zhì)的教育資源和廣闊的發(fā)揮空間，讓學(xué)生全方面發(fā)展。

3.專業(yè)師資

NCSSM的教師是各自領(lǐng)域的技能嫻熟的教師和領(lǐng)導(dǎo)者，擁有多年的數(shù)學(xué)，科學(xué)和人文學(xué)科經(jīng)驗(yàn)。教師致力于設(shè)計(jì)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并將他們的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)帶到課堂，為每個(gè)學(xué)生拓寬經(jīng)驗(yàn)。NCSSM的成功與優(yōu)質(zhì)的師資條件密不可分，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和技能嫻熟的教師在教學(xué)過程中對(duì)于學(xué)生的影響是巨大的，而NCSSM的教師為NCSSM培養(yǎng)的許多優(yōu)秀的學(xué)生，未來就是STEM領(lǐng)域中的優(yōu)秀人才。

四、結(jié)語

我國目前的STEM教育處于起步階段，缺乏系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，也沒有相關(guān)專業(yè)的教育人員。NCSSM的成功之處我們可以借鑒學(xué)習(xí)，但是在學(xué)習(xí)的過程中不可生搬硬套，要將它本土化、中國化，例如將項(xiàng)目與中國的傳統(tǒng)文化相結(jié)合，學(xué)生既能通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)、發(fā)揚(yáng)我國的傳統(tǒng)文化，又能通過項(xiàng)目鍛煉自己的能力。筆者希望通過對(duì)美國NCSSM的案例分析為我國開展STEM教育提供一些啟示，促進(jìn)STEM教育的健康發(fā)展。