劉寶存 莊騰騰

(1.北京師范大學(xué) 國(guó)際與比較教育研究院，北京 100875；2.北京師范大學(xué) 教育學(xué)部高等教育研究院，北京 100875)

STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué))教育是近年來(lái)美國(guó)高等教育人才培養(yǎng)的重要領(lǐng)域，無(wú)論是在政府報(bào)告還是學(xué)術(shù)論文中，高水平STEM人才均被視為維護(hù)國(guó)家安全、促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新以及維持經(jīng)濟(jì)繁榮的重要基石。高校是人才培養(yǎng)的主要陣地，美國(guó)高等STEM教育不僅為本國(guó)培養(yǎng)了大批支持技術(shù)創(chuàng)新和社會(huì)進(jìn)步的高水平科技人才，同時(shí)也是全球各國(guó)大學(xué)生留學(xué)美國(guó)的主要領(lǐng)域。然而近年來(lái)，美國(guó)許多專家學(xué)者批評(píng)當(dāng)前美國(guó)高校STEM領(lǐng)域的教學(xué)模式和方法不利于培養(yǎng)適應(yīng)工業(yè)4.0時(shí)代的創(chuàng)新型STEM人才，越來(lái)越多的畢業(yè)生無(wú)法適應(yīng)行業(yè)和社會(huì)發(fā)展對(duì)技術(shù)和素養(yǎng)的新要求，引發(fā)了美國(guó)各界的擔(dān)憂。在洶涌的改革呼聲中，美國(guó)聯(lián)邦政府推出了多項(xiàng)舉措來(lái)推動(dòng)高等STEM教育領(lǐng)域教學(xué)模式與方法改革，希望通過激勵(lì)性措施引導(dǎo)高等院校共同努力，以提升高等STEM教育教學(xué)質(zhì)量。本文擬分析美國(guó)高等STEM教育教學(xué)模式與方法的改革動(dòng)因和策略，并在此基礎(chǔ)上探討其對(duì)我國(guó)高等工程教育特別是“新工科”教育教學(xué)模式與方法改革的借鑒意義。

一、美國(guó)高等STEM教育教學(xué)模式與方法存在的問題

21世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)日新月異、新知識(shí)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的時(shí)代，大數(shù)據(jù)、自動(dòng)化、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、生物醫(yī)學(xué)、3D打印等新技術(shù)的涌現(xiàn)和持續(xù)發(fā)展，不僅從數(shù)量上對(duì)STEM人才提出大量的需求，更對(duì)STEM人才的知識(shí)、技能結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。從需求數(shù)量看，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017-2022這五年間，美國(guó)勞動(dòng)力市場(chǎng)共需STEM人才160余萬(wàn)人(1)Eva Baker et al., STEM 2026: A Vision for Innovation in STEM Education(US Department of Education, 2016), https://oese.ed.gov/files/2016/09/AIR-STEM2026_Report_2016.pdf.，至少有1/5的行業(yè)需要掌握高級(jí)STEM專業(yè)能力的人才(2)Eva Baker et al., STEM 2026: A Vision for Innovation in STEM Education(US Department of Education, 2016), https://oese.ed.gov/files/2016/09/AIR-STEM2026_Report_2016.pdf.。從知識(shí)技能要求看，正如2015年美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)在其報(bào)告《重新審視STEM人才隊(duì)伍》(Revisiting the STEM Workforce)中所指出的那樣，21世紀(jì)的STEM人才在認(rèn)知能力方面應(yīng)掌握數(shù)學(xué)、化學(xué)和其他科學(xué)與工程領(lǐng)域扎實(shí)的學(xué)科知識(shí)，具備解決復(fù)雜問題、開展技術(shù)設(shè)計(jì)和編程的技術(shù)能力，具有演繹和歸納能力、邏輯能力與數(shù)學(xué)能力；在非認(rèn)知能力方面，應(yīng)習(xí)慣于獨(dú)立開展和完成探索性的非傳統(tǒng)工作。(3)Dan Arvizu et al., Revisiting the STEM Workforce: A Companion to Science and Engineering Indicators 2014(National Science Foundation, 2015), https://www.nsf.gov/nsb/publications/2015/nsb201510.pdf.面對(duì)科學(xué)技術(shù)與知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)STEM人才在知識(shí)、技能方面的更高要求，不少研究報(bào)告紛紛指出，美國(guó)的高等院校雖然仍有其人才培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)，但也面臨著教學(xué)模式與方法、課程設(shè)置以及其他人才培養(yǎng)路徑等方面的問題，如果不進(jìn)行改革則難以更好地培養(yǎng)出適應(yīng)時(shí)代要求的創(chuàng)新型STEM人才。概括起來(lái)講，美國(guó)高等STEM教育教學(xué)模式與方法存在以下幾個(gè)方面的問題。

(一)講座式課堂教學(xué)仍占?jí)旱剐缘匚?/h3>

研究表明，學(xué)生在運(yùn)用積極學(xué)習(xí)、體驗(yàn)學(xué)習(xí)等非傳統(tǒng)教學(xué)方法的課堂環(huán)境中學(xué)習(xí)，無(wú)論是在概念掌握還是最終的考試成績(jī)方面都會(huì)高于僅僅接受傳統(tǒng)的講座式教學(xué)。如斯科特·弗里曼(Scott Freeman)等人通過對(duì)200多項(xiàng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的論文進(jìn)行元分析指出，教師采用積極教學(xué)的方法會(huì)促進(jìn)學(xué)生深度掌握更多專業(yè)知識(shí)并降低考試的不及格率。(4)Scott Freeman et al.,“Active Learning Increases Student Performance in Science, Engineering and Mathematics,”Proceedings of the National Academies of Sciences of the United States of America, May 12, 2014, https://www.pnas.org/content/111/23/8410.美國(guó)科學(xué)研究委員會(huì)(National Research Council)的一項(xiàng)研究也表明，傳統(tǒng)的講座式教學(xué)在促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建概念體系和培育對(duì)STEM學(xué)習(xí)的積極態(tài)度方面遠(yuǎn)不如創(chuàng)新型教學(xué)方法有效。(5)National Research Council, Discipline-Based Education Research: Understanding and Improving Learning in Undergraduate Science and Engineering(Washington, DC: The National Academies Press, 2012), 3.

過去20余年間，美國(guó)雖然已有大量專家學(xué)者呼吁高校要開展教學(xué)模式與方法改革，然而傳統(tǒng)講座式教學(xué)仍然在美國(guó)高等STEM教育中占據(jù)主導(dǎo)地位。(6)President’s Council of Advisors on Science and Technology, Report to the President——Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering and Mathematics(Washington D.C.: Executive Office of the President of the United States of America, 2012), 85.相比之下，旨在提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果的“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)”(experiential learning)和“積極學(xué)習(xí)”(active learning)等創(chuàng)新型教學(xué)方法在課堂中的應(yīng)用明顯不足。一項(xiàng)調(diào)查表明，超過51%的全職教師在課堂中將講授法作為唯一的教學(xué)方法。(7)Kevin Eagan et al., Undergraduate Teaching Faculty: The 2013-2014 HERI Faculty Survey(Los Angeles: Higher Education Research Institute, University of California, 2014), 26.另一項(xiàng)專門針對(duì)工科教學(xué)的調(diào)查也顯示，盡管有82%的教師意識(shí)到自己需要改革教學(xué)方法，但僅有47%的教師在實(shí)際教學(xué)中有所行動(dòng)。(8)Maura Borrego et al., “Diffusion of Engineering Education Innovations: A Survey of Awareness and Adoption Rates in U.S. Engineering Departments,”Journal of Engineering Education 99, no.3(2010): 185-207.雖然82%和47%這樣的比例看似不低，但美國(guó)科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)研究院(National Academies of Sciences, Engineering and Medicine)提醒要慎重看待這樣的數(shù)據(jù)，因?yàn)榇祟愓{(diào)查結(jié)果均基于參與者的自我匯報(bào)，不排除當(dāng)事人會(huì)夸大自己對(duì)創(chuàng)新型教學(xué)方式的采用程度，(9)Shirley Malcom and Michael Feder, Barriers and Opportunities for 2-Year and 4-Year STEM Degrees: Systemic Change to Support Students’ Diverse Pathways(The National Academies of Science, Engineering, and Medicine, 2016), http://thescienceexperience.org/Books/Barriers_And_Opportunities_for_2-_And_4-year_STEM_Degrees.pdf.這也就意味著真正采用創(chuàng)新型教學(xué)方法的教師比例可能更低。造成這種現(xiàn)象的原因之一是現(xiàn)有教師缺乏對(duì)各種新型教學(xué)模式與方式的認(rèn)知和體驗(yàn)，且對(duì)這類教學(xué)模式與方法對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響知之甚少，同時(shí)開展學(xué)科研究的學(xué)術(shù)人員也對(duì)教學(xué)模式與方法鮮有研究，(10)Suzanne DoNovan et al., How People Learn: Bridging Research and Practice(Washington, D.C.: National Academy Press, 1999), 35.從而導(dǎo)致適用于高等STEM教育的最佳教學(xué)模式和方法并沒有得到人們足夠的認(rèn)知與了解。

傳統(tǒng)講座式教學(xué)的盛行使得大批學(xué)生對(duì)自己的大學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)歷表示遺憾，不少美國(guó)大學(xué)畢業(yè)生表示，自己所在大學(xué)的STEM領(lǐng)域的課堂教學(xué)無(wú)趣且無(wú)效，如果教學(xué)方法能更加有效，相信自己的學(xué)習(xí)成績(jī)會(huì)更優(yōu)異，也更有可能在畢業(yè)后繼續(xù)從事STEM領(lǐng)域的工作。(11)Committee on Developing Indicators for Undergraduate STEM Education, Developing Indicators for Undergraduate STEM Education(The National Academies of Science, Engineering, and Medicine, 2016), https://sites.nationalacademies.org/cs/groups/dbassesite/documents/webpage/dbasse_173980.pdf.不少學(xué)生因?qū)Υ髮W(xué)教學(xué)模式與方法印象不佳而決定不再在本領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)和深造，從而造成了STEM領(lǐng)域的“人才流失”現(xiàn)象。(12)Araceli Martinez Ortiz and Vederaman Sriraman, “Exploring Faculty Insights into Why Undergraduate College Students Leave STEM Fields of Study- A Three-Part Organizational Self-Study,”American Journal of Engineering Education 6, no.1(2015): 43-60.

(二)實(shí)驗(yàn)類課程教學(xué)的探索性不足

實(shí)驗(yàn)類課程是引導(dǎo)STEM領(lǐng)域?qū)W生探索科學(xué)規(guī)律、實(shí)現(xiàn)學(xué)科新發(fā)現(xiàn)的重要載體。作為聯(lián)邦政府最主要的科學(xué)教育政策咨詢部門，美國(guó)總統(tǒng)辦公室科學(xué)技術(shù)委員會(huì)于2012年在其研究報(bào)告中明確指出：美國(guó)高校STEM領(lǐng)域現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)類課程中的大部分實(shí)驗(yàn)都是重復(fù)性的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，在做實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生已經(jīng)完全了解將會(huì)得到何種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程只不過是模仿前人的機(jī)械性操作，所得到的也不過只是一遍又一遍的驗(yàn)證性結(jié)果，并沒能教給學(xué)生如何去主動(dòng)探索，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的探索和發(fā)現(xiàn)意識(shí)，“學(xué)生很有可能在這種重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)中形成對(duì)STEM領(lǐng)域的錯(cuò)誤認(rèn)知，即STEM就是在重復(fù)過去已知的內(nèi)容，而不是為了獲得新的發(fā)現(xiàn)”(13)President’s Council of Advisors on Science and Technology, Report to the President——Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering and Mathematics(Washington D.C.: Executive Office of the President of the United States of America, 2012), 46.。報(bào)告以學(xué)習(xí)棒球?yàn)轭惐戎赋觯剿餍蛯?shí)驗(yàn)課程的不足極大地抑制了學(xué)生STEM學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)潛力的釋放。學(xué)習(xí)棒球時(shí)教練應(yīng)該首先讓學(xué)生親身觀看并感受棒球比賽的刺激，或親自上陣打幾場(chǎng)棒球之后再詳細(xì)地傳授與棒球有關(guān)的理論知識(shí)，而絕不能一開始就只講授各種理論規(guī)則。同理，STEM領(lǐng)域也應(yīng)該加強(qiáng)探究型實(shí)驗(yàn)課程以充分激發(fā)學(xué)生的興趣。但這樣的課程在美國(guó)大部分高校中普遍尚未開設(shè)，絕大多數(shù)學(xué)生都必須等到本科學(xué)業(yè)的后半段才能稍微體會(huì)到一些科學(xué)研究帶來(lái)的興奮感?，F(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)類課程教學(xué)模式在很大程度上弱化了教學(xué)的功效，它不能以最高效的方式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，并幫助學(xué)生獲取新知識(shí)和探索STEM領(lǐng)域的奧妙。

(三)跨學(xué)科合作教學(xué)薄弱

跨學(xué)科性是STEM領(lǐng)域與其他學(xué)科領(lǐng)域的主要區(qū)別之一，STEM作為一個(gè)整體概念并非是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四者的簡(jiǎn)單疊加，而是為了強(qiáng)調(diào)通過對(duì)各類素養(yǎng)的整合以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者融會(huì)貫通的跨學(xué)科能力。(14)Susan Rundell Singer, STEM Education: Time for Integration(Association of American Colleges and Universities, 2011), https://www.aacu.org/publications-research/periodicals/stem-education-time-integration.美國(guó)學(xué)者達(dá)文·保羅(Davim Paulo)在其著作《機(jī)械工程教育》中指出，“有效的工程教育必須使學(xué)生了解為達(dá)成特定的工程目標(biāo)所必需的一系列生產(chǎn)制造的理論基礎(chǔ)和生產(chǎn)流程，以及在這一流程中需要各方付出何種協(xié)同性支持才能確保工程制造的全周期可靠性，因而對(duì)學(xué)生的跨學(xué)科能力和背景的要求很高?！?15)Paulo Davim, Mechanical Engineering Education(London: Hoboken, NJ: ISTE, Ltd, 2012), 58.克勞利·愛德華(Cwawley Edward)等學(xué)者在其著作《重新審視工程教育：CDIO模式》中更是強(qiáng)調(diào)，工程領(lǐng)域的課程應(yīng)當(dāng)是各個(gè)知識(shí)領(lǐng)域互相聯(lián)系的跨學(xué)科融合性課程，而絕不能碎片化和彼此孤立，因此，開發(fā)跨學(xué)科、綜合性的工科課程的關(guān)鍵之一在于協(xié)調(diào)傳統(tǒng)意義上彼此獨(dú)立的學(xué)科課程，并大力加強(qiáng)課程體系中的跨學(xué)科元素。(16)Edward Crawley et al., Rethinking Engineering Education(Cham: Springer International Publishing, 2014), 21.

然而，即便是在跨學(xué)科教學(xué)理念的發(fā)源地美國(guó)，跨學(xué)科合作教學(xué)在很多高校的實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中依然只停留在理念層面，不同部門、院系及學(xué)科的教師幾乎沒有太多實(shí)質(zhì)性的跨學(xué)科合作，政府部門對(duì)于跨學(xué)科合作教學(xué)的支持力度也十分微弱。不少學(xué)者指出，雖然近年來(lái)美國(guó)越來(lái)越多的高校在發(fā)展戰(zhàn)略或目標(biāo)層面都提及了要加強(qiáng)本校高等教育的跨學(xué)科性，但在開展跨學(xué)科教學(xué)方面采取的實(shí)質(zhì)行動(dòng)仍不足，且跨學(xué)科合作教學(xué)對(duì)于大多數(shù)美國(guó)高校的領(lǐng)導(dǎo)層而言都是一件可有可無(wú)的邊緣性事件。(17)Creso Sa.,“‘Interdisciplinary Strategies’ in U.S.Research Universities,”Higher Education 55,(2008): 537-552.因此，加強(qiáng)跨學(xué)科教學(xué)和跨學(xué)科研究在大量的政府、基金會(huì)以及民間組織的研究報(bào)告中都是高頻出現(xiàn)的關(guān)鍵詞。究其緣由，主要是因?yàn)榭鐚W(xué)科合作教學(xué)需要教師付出額外巨大的“跨學(xué)科成本”(interdisciplinary cost)，包括時(shí)間成本、知識(shí)成本、心理成本、資金成本等(18)The Science Education Resource Center at Carleton College, “Challenges Facing Interdisciplinary Teachers,”March 8, 2019, https://serc.carleton.edu/sp/library/interdisciplinary/challenges_faci.html.。而美國(guó)科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation)于2016年指出，雖然聯(lián)邦政府在科學(xué)與工程領(lǐng)域以各種形式提供了大量資金以支持各類科研，但只有2%的資金真正投入于跨學(xué)科合作教學(xué)方面，目前這些措施尚未對(duì)任何特定學(xué)科領(lǐng)域的跨學(xué)科教學(xué)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的改變。(19)Dorinda Allard et al., Science and Engineering Indicators 2016(National Science Foundation, 2017), https://www.nsf.gov/nsb/publications/2016/nsb20161.pdf.此外，在很多高校內(nèi)部的院系與學(xué)科層面，學(xué)科間的交融也往往會(huì)因?yàn)樵合到M織層面的制度慣性以及各自學(xué)科基于本身特性而形成的學(xué)科壁壘而遭遇阻礙。(20)Creso Sa.,“‘Interdisciplinary Strategies’ in U.S. Research Universities,”Higher Education 55,(2008): 537-552.美國(guó)科學(xué)研究委員會(huì)(National Research Council)明確指出，包括生命科學(xué)、生物學(xué)在內(nèi)的美國(guó)高等STEM教育界應(yīng)盡快形成廣泛共識(shí)，認(rèn)清開展跨學(xué)科教學(xué)對(duì)于解決諸多教學(xué)與學(xué)習(xí)問題的重要意義。(21)National Research Council, A New Biology for the 21st Century(Washington, DC: The National Academies Press, 2009), 22.

二、美國(guó)高等STEM教育教學(xué)模式和方法改革的策略

針對(duì)高校層面STEM教育教學(xué)模式與方法存在的積弊和問題，自?shī)W巴馬政府時(shí)期開始，美國(guó)聯(lián)邦政府便推行多項(xiàng)改革舉措，激勵(lì)和引導(dǎo)高等院校共同行動(dòng)，推動(dòng)高等STEM教育教學(xué)質(zhì)量的提升，主要改革策略包括以下幾個(gè)方面。

(一)積極推廣基于實(shí)證的STEM教學(xué)方法

2012年，美國(guó)聯(lián)邦政府在其工作報(bào)告《為卓越而行動(dòng)：再培養(yǎng)一百萬(wàn)STEM大學(xué)畢業(yè)生》中指出，“高等STEM教師需要在課堂中切實(shí)采納基于研究證據(jù)所支持的教學(xué)方法”，并呼吁各州大力開展實(shí)證教學(xué)研究以孵化出基于實(shí)證且可廣泛推廣的STEM教學(xué)實(shí)踐。(22)President’s Council of Advisors on Science and Technology, Report to the President——Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering and Mathematics(Washington D.C.: Executive Office of the President of the United States of America, 2012), 17.基于此，許多教育相關(guān)部門和高等教育機(jī)構(gòu)紛紛采取措施，加強(qiáng)STEM領(lǐng)域基于實(shí)證的教學(xué)方法的研究和推廣，以期提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)科忠誠(chéng)度。例如，2014年，美國(guó)自然基金會(huì)資助密西根大學(xué)開展了一項(xiàng)名為“本科教學(xué)與學(xué)習(xí)發(fā)展實(shí)證研究”的教學(xué)研究項(xiàng)目，加強(qiáng)天文學(xué)、生物科學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)和物理在內(nèi)的核心STEM課程中教學(xué)與學(xué)習(xí)方法的實(shí)踐研究。2016年美國(guó)自然基金會(huì)資助堪薩斯大學(xué)等7所高校參加的“轉(zhuǎn)型教育：支持卓越教與學(xué)”項(xiàng)目，通過開展新型課程設(shè)計(jì)、提升院系層面教學(xué)的專業(yè)性以及引入社區(qū)與跨校區(qū)的工程專業(yè)力量，來(lái)促進(jìn)本科STEM教育質(zhì)量的提升。此外，自2014年起，美國(guó)大學(xué)聯(lián)合會(huì)(American Association of Universities)還組織全美多所高校連續(xù)召開關(guān)于本科STEM教學(xué)研討會(huì)，以期為全美本科STEM領(lǐng)域教師更新教學(xué)技能提供借鑒。

各類項(xiàng)目的大力開展，對(duì)美國(guó)高等教育界，尤其是高等STEM教育界推廣基于實(shí)證研究的教學(xué)方法起到了巨大的助推作用。例如，美國(guó)大學(xué)聯(lián)合會(huì)通過召集全美多所大學(xué)開展本科STEM教學(xué)研討會(huì)，不僅厘清了美國(guó)高等STEM教育界教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的問題，更基于大量的一手?jǐn)?shù)據(jù)和證據(jù)創(chuàng)造性地開發(fā)了《本科STEM教與學(xué)系統(tǒng)性變革框架》(23)Association of American Colleges and Universities, “STEM Framework,”Nov 23, 2019, https://www.aau.edu/education-service/undergraduate-education/undergraduate-stem-education-initiative/stem-framework.，框架中包含了大量在本科STEM領(lǐng)域中開展有效教學(xué)所需的實(shí)踐要素，并已成為當(dāng)前大批美國(guó)高校的共識(shí)。例如，框架提倡高校教師在參考個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用基于真實(shí)證據(jù)的教學(xué)法，并大力呼吁院校從“教學(xué)法”“條件支持”以及“文化變革”三個(gè)層面來(lái)確保教師有能力有資源有條件創(chuàng)新教學(xué)模式與方法。其中，每一個(gè)層面又包含更具體的行為要素，如在“教學(xué)法”層面，框架在“教學(xué)目標(biāo)”“教學(xué)實(shí)踐”“教學(xué)評(píng)價(jià)”“教學(xué)資源”等四個(gè)方面對(duì)教師提出了有關(guān)要求，而在“條件支持”層面，框架從“專業(yè)發(fā)展”“提供資源”“分享數(shù)據(jù)”“提供空間”等四方面對(duì)院系提出了要求，在“文化變革”層面，框架則認(rèn)為“領(lǐng)導(dǎo)的決心”“關(guān)于教學(xué)的有效測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)”以及提供適當(dāng)?shù)摹凹?lì)性措施”是引領(lǐng)組織文化變革，使其促進(jìn)實(shí)證教學(xué)的重要手段。美國(guó)大學(xué)聯(lián)盟的成員均是重要的研究型大學(xué)，他們對(duì)于開展基于實(shí)證教學(xué)法的共識(shí)對(duì)美國(guó)高等教育界整體觀念產(chǎn)生了重要影響。

總體而言，“基于實(shí)證”(evidence-based)是近年來(lái)美國(guó)各級(jí)各類教育改革的關(guān)鍵詞，基于實(shí)證的教育實(shí)踐在美國(guó)受到高度重視，也被認(rèn)為是大范圍推廣某項(xiàng)教育實(shí)踐的前提。所謂“基于實(shí)證”可從兩個(gè)層面來(lái)理解，一是研究者利用既有被公認(rèn)的研究成果來(lái)回答研究問題和指導(dǎo)教育實(shí)踐，二是研究者通過自行設(shè)計(jì)、開展?jié)M足一定條件的實(shí)驗(yàn)研究，并在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上獲得回答某個(gè)教育問題的新證據(jù)。(24)Marina Milner-Bolotin,“Evidence-Based Research in STEM Teacher Education: From Theory to Practice,”Frontiers in Education 92, no.3(2018): 1-9.無(wú)論是哪一種理解，基于實(shí)證都因其體現(xiàn)的客觀性、可量化性與可檢驗(yàn)性而在當(dāng)前的教育改革中受到推崇。

(二)對(duì)STEM教師開展教學(xué)方法培訓(xùn)

根據(jù)美國(guó)總統(tǒng)辦公室科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的提議，自2013年起，美國(guó)聯(lián)邦政府通過美國(guó)科學(xué)、工程與醫(yī)學(xué)研究院、美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)等多家聯(lián)邦層面的研究單位、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、學(xué)科社團(tuán)及基金會(huì)等機(jī)構(gòu)共同出資，設(shè)立針對(duì)高校STEM教師的教學(xué)研究和教學(xué)方法的各類培訓(xùn)項(xiàng)目，連續(xù)五年每年投入1000-1500萬(wàn)美元，(25)President’s Council of Advisors on Science and Technology, Report to the President——Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering and Mathematics(Washington D.C.: Executive Office of the President of the United States of America, 2012), 34.以期使全美高校大約23萬(wàn)名STEM教師的10%-20%都能接受此類項(xiàng)目的培訓(xùn)。(26)Ibid.,20.聯(lián)邦政府認(rèn)為，如果一名高校STEM教師在實(shí)際工作中最多可以對(duì)10名左右的同事產(chǎn)生影響，那么參與教學(xué)培訓(xùn)項(xiàng)目的那10%-20%的老師就可以通過輻射效應(yīng)影響到所有教師。在2012年的《為卓越而行動(dòng)：再培養(yǎng)一百萬(wàn)STEM大學(xué)畢業(yè)生》報(bào)告中，聯(lián)邦政府認(rèn)為STEM領(lǐng)域?qū)W生退出比例居高不下，是課程內(nèi)容本身的枯燥性和教學(xué)方法的機(jī)械性雙重作用造成的結(jié)果，前兩年的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和效果將會(huì)影響學(xué)生決定是否繼續(xù)在STEM領(lǐng)域進(jìn)一步深造或者工作，因此提升大一、大二年級(jí)STEM領(lǐng)域基礎(chǔ)性課程與教學(xué)的質(zhì)量至關(guān)重要。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)高校STEM領(lǐng)域?yàn)榇笠弧⒋蠖W(xué)生開設(shè)研討課和導(dǎo)論課程的教師大約占全部教師的10%，聯(lián)邦政府希望通過開展培訓(xùn)使得這一比例在五年間增長(zhǎng)到20%，即46000名教師左右。(27)President’s Council of Advisors on Science and Technology, Report to the President——Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering and Mathematics(Washington D.C.: Executive Office of the President of the United States of America, 2012), 20.

這一策略所蘊(yùn)含的理念是，讓STEM教師了解有效的STEM教學(xué)方法是更新教學(xué)實(shí)踐的前提，而促使STEM教師在繁忙的專業(yè)研究之余仍有時(shí)間有意愿去了解教學(xué)，需要政府及高校有關(guān)部門的統(tǒng)籌推動(dòng)。因此，聯(lián)邦政府非常重視教師培訓(xùn)工作，牽頭對(duì)教師開展基于實(shí)證的教學(xué)模式與方法培訓(xùn)。在相應(yīng)的政策激勵(lì)下，近年來(lái)，大批高校紛紛各自或以院校合作的形式開展各類STEM領(lǐng)域的教學(xué)培訓(xùn)，并形成了高校聯(lián)盟共同提升STEM教師隊(duì)伍的教學(xué)能力。例如德克薩斯州大學(xué)阿靈頓分校于2016年重新啟用其“研、教、學(xué)一體化中心”開展STEM教師培訓(xùn)。該中心如今已經(jīng)歷了第三次擴(kuò)展，不僅不斷吸收重量級(jí)的學(xué)者加入其中，更與全美及加拿大46所研究型高校結(jié)成聯(lián)盟，共同對(duì)現(xiàn)任STEM教師和未來(lái)STEM教師開展培訓(xùn)工作，培訓(xùn)對(duì)象覆蓋了全美范圍內(nèi)的大批高校教師，而其成員高校每年所培養(yǎng)的STEM畢業(yè)生占全美STEM畢業(yè)生總數(shù)的1/3(28)University of Texas, Arlington,“STEM Faculty Training Network Welcomes 25 New Members,” Nov 22, 2019, https://www.uta.edu/science/news/2016/04-12-stem-faculty-training-network-welcomes.php#.，影響范圍可見一斑?？傮w而言，開展STEM領(lǐng)域的教學(xué)培訓(xùn)已成為許多高等院校的常態(tài)工作。

(三)開發(fā)和推廣探究性實(shí)驗(yàn)課程和探究性教學(xué)方法

針對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)類課程探究性不強(qiáng)的問題，美國(guó)政府部門首先加強(qiáng)探究性實(shí)驗(yàn)課程的開發(fā)和推廣。美國(guó)國(guó)家自然基金會(huì)自2013財(cái)年以來(lái)，在10年之內(nèi)每年斥資120萬(wàn)美元(29)Ibid.，通過一些專項(xiàng)項(xiàng)目來(lái)開發(fā)示范性的探索性實(shí)驗(yàn)課程，并推廣到更多高校的課程體系中去，尤其是開發(fā)針對(duì)大一和大二年級(jí)的探究性課程，以加強(qiáng)高校的實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)踐教學(xué)體系的探索性和工程設(shè)計(jì)性，從而推動(dòng)學(xué)生在STEM領(lǐng)域的探索性學(xué)習(xí)。高?？梢陨暾?qǐng)國(guó)家自然基金會(huì)的這筆專項(xiàng)資金，用于本校實(shí)驗(yàn)課程的開發(fā)和實(shí)踐教學(xué)的轉(zhuǎn)型，但必須滿足基金會(huì)的有關(guān)要求。據(jù)估計(jì)，這筆專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)足以覆蓋上百所院校。(30)President’s Council of Advisors on Science and Technology, Report to the President——Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering and Mathematics(Washington D.C.: Executive Office of the President of the United States of America, 2012), 21.其次，美國(guó)政府部門把支持更多的本科生科研項(xiàng)目作為促進(jìn)探究性教學(xué)的一項(xiàng)重要舉措。美國(guó)科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)研究院在其2017年的報(bào)告《STEM領(lǐng)域本科生科研經(jīng)歷：成功、挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)》中指出，本科參與科研的經(jīng)歷會(huì)影響STEM領(lǐng)域?qū)W生的畢業(yè)率和繼續(xù)留在STEM領(lǐng)域深造以及從事工作的比例，并增強(qiáng)學(xué)生對(duì)STEM領(lǐng)域的歸屬感、理解力和自信心，同時(shí)也是大幅度提升學(xué)生深度學(xué)習(xí)STEM的關(guān)鍵措施。(31)The National Academies of Science, Engineering, and Medicine, Undergraduate Research Experiences for STEM Students: Successes, Challenges, and Opportunities(Washington, DC: The National Academic Press, 2017), 4.聯(lián)邦政府2012年在其《為卓越而行動(dòng)：再培養(yǎng)一百萬(wàn)STEM大學(xué)畢業(yè)生》的報(bào)告中也指出：“參與教師的科研項(xiàng)目是激發(fā)學(xué)生在STEM領(lǐng)域求真、探索和創(chuàng)新的最直接方式。”(32)President’s Council of Advisors on Science and Technology, Report to the President——Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering and Mathematics(Washington D.C.: Executive Office of the President of the United States of America, 2012), 26.因此無(wú)論是政府還是研究機(jī)構(gòu)，都期望高校在STEM領(lǐng)域營(yíng)造和建立一種引導(dǎo)本科生參與科研項(xiàng)目的文化和制度。

許多高校近年來(lái)也紛紛采取各種措施創(chuàng)新STEM領(lǐng)域的探究性教學(xué)和學(xué)習(xí)模式。例如，威拉姆特大學(xué)(Willamette University)近年來(lái)開發(fā)了本科生數(shù)學(xué)暑期學(xué)徒制科研項(xiàng)目，旨在促使STEM領(lǐng)域的本科生在暑期的一段完整時(shí)期內(nèi)跟隨導(dǎo)師沉浸式地從事科研體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科探究性能力和研究型學(xué)習(xí)能力。項(xiàng)目通常以8周為限，一位導(dǎo)師會(huì)指導(dǎo)3名本科生，在暑期的一開始，導(dǎo)師會(huì)圍繞一個(gè)特定的數(shù)學(xué)主題(如環(huán)與矩陣?yán)碚?、統(tǒng)計(jì)與隨機(jī)過程、圖論、組合數(shù)學(xué)等)向?qū)W生提出一個(gè)主要的研究問題或與學(xué)生共同商議創(chuàng)設(shè)研究問題，并帶領(lǐng)學(xué)生利用8周的時(shí)間就這個(gè)研究問題進(jìn)行深鉆。8周中，學(xué)生在自主鉆研之外，還需要參加一些相關(guān)的工作坊及學(xué)術(shù)訓(xùn)練活動(dòng)，學(xué)校會(huì)為每位參加這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)生資助4000美元(33)The National Academies of Science, Engineering, and Medicine, Undergraduate Research Experiences for STEM Students: Successes, Challenges, and Opportunities(Washington, DC: The National Academic Press, 2017), 44.，包括參加學(xué)術(shù)會(huì)議和交流的交通費(fèi)和各類成本費(fèi)用，這樣的科研經(jīng)歷對(duì)本科生而言其收獲要顯著大于平時(shí)的課堂學(xué)習(xí)。再例如，近年來(lái)美國(guó)國(guó)防部和國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)共同設(shè)立了“本科生科研經(jīng)歷激勵(lì)與支持獎(jiǎng)”，以提升特定院校STEM領(lǐng)域本科生的學(xué)習(xí)投入程度。該獎(jiǎng)項(xiàng)每年經(jīng)費(fèi)額度為數(shù)百萬(wàn)美元，國(guó)防部把相關(guān)研究課題委托給有關(guān)高校，并要求申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)的高校必須讓本科生參與課題研究。(34)Executive Office of the President of the United States of America,“Federal Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Education 5-Year Strategic Plan,” Nov 10, 2019, https://obamawhitehouse.archives.gov/sites/default/files/microsites/ostp/stem_stratplan_2013.pdf.參加該項(xiàng)目的高校通常也會(huì)利用暑期的8周時(shí)間，讓計(jì)算機(jī)科學(xué)與航空航天領(lǐng)域的教授和專家每人指導(dǎo)數(shù)名本科生，本科生被要求每周必須參與研究36小時(shí)以上，并參加有關(guān)講座、報(bào)告和實(shí)踐類活動(dòng)。8周結(jié)束之際，所有參與的學(xué)生都必須要上交書面的學(xué)習(xí)報(bào)告，并接受一項(xiàng)關(guān)于專業(yè)學(xué)習(xí)的口頭測(cè)評(píng)，同時(shí)要制作一個(gè)網(wǎng)站來(lái)展示他們的項(xiàng)目經(jīng)歷和探究性學(xué)習(xí)內(nèi)容。當(dāng)然，每位學(xué)生可以獲得多達(dá)8000美金的補(bǔ)助。(35)The National Academies of Science, Engineering, and Medicine, Undergraduate Research Experiences for STEM Students: Successes, Challenges, and Opportunities(Washington, DC: The National Academic Press, 2017), 44.

(四)加強(qiáng)校企協(xié)作促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)是高等STEM教育的重要組成部分，為提升高等STEM教育的質(zhì)量，美國(guó)聯(lián)邦政府和有關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)采取多種措施，加強(qiáng)行業(yè)和企業(yè)界對(duì)高校STEM領(lǐng)域教學(xué)實(shí)踐的實(shí)質(zhì)性影響。例如，自2012年底以來(lái)，美國(guó)總統(tǒng)就業(yè)和競(jìng)爭(zhēng)力委員會(huì)發(fā)動(dòng)聯(lián)邦政府有關(guān)部門、各重要基金會(huì)、知名企業(yè)等各利益相關(guān)群體共同采取措施，擴(kuò)大全美范圍內(nèi)STEM領(lǐng)域?qū)嵙?xí)基地的數(shù)量，尤其是兩年制社區(qū)學(xué)院STEM領(lǐng)域?qū)W生的實(shí)習(xí)基地?cái)?shù)量，并提出在今后數(shù)年內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)習(xí)基地?cái)?shù)量在現(xiàn)有基礎(chǔ)上翻倍的目標(biāo)。聯(lián)邦政府還要求各實(shí)習(xí)基地按照各領(lǐng)域真實(shí)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)訓(xùn)練實(shí)習(xí)學(xué)生，從而切實(shí)增進(jìn)高校STEM領(lǐng)域?qū)W生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。(36)President’s Council of Advisors on Science and Technology, Report to the President——Engage to Excel: Producing One Million Additional College Graduates with Degrees in Science, Technology, Engineering and Mathematics(Washington D.C.: Executive Office of the President of the United States of America, 2012), 33.通過校企合作促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)，不僅要培養(yǎng)學(xué)生的工程技能，而且要培養(yǎng)教師的工程實(shí)踐能力。2018年底，美國(guó)國(guó)家科學(xué)與技術(shù)委員會(huì)則在其報(bào)告《制定成功的路線圖：美國(guó)STEM教育戰(zhàn)略》中提出要加強(qiáng)“大學(xué)教師-雇主伙伴關(guān)系”，旨在通過加強(qiáng)教師和企業(yè)界的合作，強(qiáng)化基于工作的學(xué)習(xí)理念，促使高等STEM領(lǐng)域的教師在幫助企業(yè)雇主解決實(shí)際工程問題的過程中增強(qiáng)教師的工程實(shí)踐能力和經(jīng)驗(yàn)。(37)Committee on STEM Education of the National Science and Technology Council, Charting a Course for Success: America’s Strategy for STEM Education(Washington D.C: Executive Office of the President of the United States, 2018), 11.

在這一背景下，美國(guó)多所高校緊緊抓住校企合作的機(jī)遇，成立了特定的部門來(lái)建立和維護(hù)與企業(yè)的合作伙伴關(guān)系，積極開展合作教育，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)。例如，加州大學(xué)伯克利分校、舊金山分校與楊森公司共同合作，建立了數(shù)據(jù)科學(xué)健康創(chuàng)新計(jì)劃。計(jì)劃的執(zhí)行主要依托加州大學(xué)校內(nèi)的伯克利數(shù)據(jù)科學(xué)研究所和貝克計(jì)算健康科學(xué)研究所，但楊森制藥公司會(huì)派出高級(jí)數(shù)據(jù)科學(xué)和制藥領(lǐng)域的專業(yè)人員作為導(dǎo)師來(lái)專門指導(dǎo)學(xué)校參與校企實(shí)踐合作項(xiàng)目的師生。合作兩方最大限度地憑借雙方的優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，并利用現(xiàn)有的大量關(guān)于健康的數(shù)據(jù)集和資源，以及有關(guān)合作伙伴所提供的技術(shù)、臨床和專業(yè)知識(shí)，促使雙方的研究人員和教學(xué)工作者能夠分享和交換醫(yī)療領(lǐng)域的前沿研究現(xiàn)狀，從而促使科研與教學(xué)能力的雙重提高。(38)University of California San Francisco,“University of California Announces Collaboration with Janssen to Expand Data Science Research in Healthcare,”Nov 12, 2019, https://www.ucsf.edu/news/2019/06/414791/university-california-announces-collaboration-janssen-expand-data-science.

總體而言，校企合作在美國(guó)歷史悠久且形式多樣，如孵化器、科技園、聯(lián)合會(huì)等都是校企協(xié)作的具體形式，但校企合作多年來(lái)主要集中在科研、咨詢、創(chuàng)業(yè)等領(lǐng)域，而對(duì)于高校教學(xué)改革的推動(dòng)作用則相對(duì)有限。近年來(lái)美國(guó)政府和高等教育機(jī)構(gòu)決心進(jìn)一步采取有關(guān)措施，以使校企合作在促進(jìn)課堂教學(xué)方面發(fā)揮更大的作用。

(五)倡導(dǎo)并實(shí)踐跨學(xué)科合作教學(xué)新模式

促進(jìn)跨學(xué)科合作教學(xué)當(dāng)前被美國(guó)政府部門和高等教育界視為創(chuàng)新教學(xué)理念甚至推動(dòng)整個(gè)高等STEM教育變革的基礎(chǔ)戰(zhàn)略之一，因此，由政府部門或?qū)W術(shù)組織以項(xiàng)目的形式引領(lǐng)高校開展跨學(xué)科合作教學(xué)成為了一種新模式。例如，美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)領(lǐng)導(dǎo)組織的“轉(zhuǎn)型教育：支持卓越教與學(xué)”項(xiàng)目被引入了科羅拉多大學(xué)、堪薩斯大學(xué)等7所高校，在基金會(huì)的引導(dǎo)和激勵(lì)下，七所高校紛紛致力于加強(qiáng)本校內(nèi)STEM專業(yè)領(lǐng)域不同院系之間的對(duì)接和跨部門溝通，以促進(jìn)跨學(xué)科合作教學(xué)的開展。基金會(huì)作為引領(lǐng)部門，其項(xiàng)目會(huì)對(duì)高校提出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如對(duì)各高校加強(qiáng)跨學(xué)科合作的要求包括探索打破學(xué)科壁壘、保障一線教師有足夠的精力與空間開展跨學(xué)科教學(xué)、明晰STEM領(lǐng)域?qū)W生學(xué)習(xí)目標(biāo)、鼓勵(lì)本科生通過參加科研體驗(yàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，以及引領(lǐng)學(xué)生的學(xué)習(xí)反思。同時(shí)，基金會(huì)會(huì)根據(jù)各高校開展跨學(xué)科合作的實(shí)際情況對(duì)其予以獎(jiǎng)勵(lì)。自2016年以來(lái)，該項(xiàng)目共獎(jiǎng)勵(lì)了工程、物理、環(huán)境科學(xué)、生理學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的多個(gè)高校教學(xué)團(tuán)隊(duì)和個(gè)人，以表彰他們?cè)诳鐚W(xué)科課程開發(fā)和課程教學(xué)創(chuàng)新方面的貢獻(xiàn)。(39)Center for STEM Learning of University of Colorado Boulder,“TRESTLE Awards,” Nov 14, 2019, https://www.colorado.edu/csl/trestle/trestle-awards.

除了在政府部門或?qū)W術(shù)組織的引導(dǎo)下，高校各自也紛紛采取不同措施促進(jìn)跨學(xué)科教學(xué)，其中打造“教師學(xué)習(xí)共同體”被美國(guó)高等STEM教育界視為促進(jìn)落實(shí)跨學(xué)科合作教學(xué)理念的重要措施。(40)Maura Borrego et al.,“Diffusion of Engineering Education Innovations: A Survey of Awareness and Adoption Rates in U.S.Engineering Departments,”Journal of Engineering Education 99,no.3(2010): 185-207.如普渡大學(xué)由教育學(xué)院和科學(xué)學(xué)院共同出資建立了STEM教學(xué)推進(jìn)中心，推動(dòng)學(xué)校開展STEM領(lǐng)域的綜合性教學(xué)。波士頓大學(xué)成立了跨學(xué)科教學(xué)與學(xué)習(xí)中心來(lái)促進(jìn)教學(xué)研究、學(xué)生反饋及不同學(xué)科之間教師的合作教學(xué)。新罕布什爾大學(xué)專門成立了STEM教師協(xié)作聯(lián)盟項(xiàng)目來(lái)提升跨學(xué)科教學(xué)合作，以期加強(qiáng)STEM領(lǐng)域的學(xué)生保持率。該項(xiàng)目不僅服務(wù)于本校教師的能力提升，也面向整個(gè)新罕布什爾州培訓(xùn)STEM教師。此類項(xiàng)目均按照“教師學(xué)習(xí)共同體”的理念，定期將不同學(xué)科間的教師聚集在一起，從學(xué)科、課程、教學(xué)法、文化、學(xué)生等多個(gè)維度來(lái)分享、反思和創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐，推進(jìn)和落實(shí)STEM領(lǐng)域跨學(xué)科合作教學(xué)。開展基于“教師學(xué)習(xí)共同體”的跨學(xué)科合作教學(xué)的基本理念是，真正有效的教學(xué)是一種學(xué)術(shù)行為，即“學(xué)術(shù)性教學(xué)”(41)Indiana University Bloomberg,“Faculty Learning Communities,”Nov 18, 2019, https://citl.indiana.edu/programs/faculty-learning-communities/.，并非人人都可以實(shí)踐，但學(xué)習(xí)共同體則不僅有助于不同教師之間激發(fā)彼此的教學(xué)熱情、教學(xué)認(rèn)知和教學(xué)反思，更能促使不同學(xué)科的教師通過合作來(lái)增強(qiáng)教學(xué)和課程體系的跨學(xué)科元素，從而增強(qiáng)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)體驗(yàn)。(42)Ibid.

總體而言，跨學(xué)科合作教學(xué)對(duì)教師而言能提升不同教學(xué)風(fēng)格之間的交流借鑒，打破學(xué)科甚至文化間的壁壘，以促進(jìn)自身既有教學(xué)模式與方法的提升和轉(zhuǎn)變。對(duì)學(xué)生而言，則能讓學(xué)生在STEM領(lǐng)域的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中避免碎片化學(xué)習(xí)，真正實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)的整合性，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)力和過程滿意度。(43)Milton Cox,“Introduction to Faculty Learning Communities,”Nov 18, 2019, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/tl.129.

三、對(duì)我國(guó)高等工程教育教學(xué)方法改革的啟示

改革開放40年來(lái)，我國(guó)高等工程教育在規(guī)模和質(zhì)量方面均取得了長(zhǎng)足發(fā)展，于2016年正式成為全球最具影響力的國(guó)際工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》的正式成員國(guó)。但教師中心、教材中心、課堂中心以及重視教師權(quán)威與主導(dǎo)而忽視學(xué)生的主體性和能動(dòng)性，是我國(guó)高等工程教育長(zhǎng)期以來(lái)存在的問題。我國(guó)大學(xué)理工科專業(yè)的課堂中時(shí)常出現(xiàn)學(xué)生“睡倒一片”或“悶頭玩手機(jī)”等現(xiàn)象，不僅揭示了學(xué)生對(duì)高?，F(xiàn)行教學(xué)方法缺乏共鳴，更妨礙了工科學(xué)生在所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)掌握和技能獲得，對(duì)培養(yǎng)卓越工程師以及各項(xiàng)“新工科”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)極為不利。美國(guó)高等STEM教育教學(xué)模式與方法的改革措施可以為“新工科”背景下我國(guó)高等工程教育的教學(xué)方法改革提供相應(yīng)的啟示。

(一)統(tǒng)籌建立提升教師工程實(shí)踐能力的定向機(jī)制

實(shí)踐性是工程教育的重要屬性之一，而豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)則是開展高水平工程教育教學(xué)的重要前提。整體上看，我國(guó)高等工程教育教師隊(duì)伍的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，尤其是青年教師的工程經(jīng)歷普遍不足。由于相應(yīng)機(jī)制的缺乏，青年教師往往在博士畢業(yè)之后便直接進(jìn)入高校開展教學(xué)工作，形成了既有的“從校園到校園”的客觀事實(shí)，與工程專業(yè)的實(shí)踐要求形成了較大的脫節(jié)。這一現(xiàn)狀極大地制約著我國(guó)高等工程教育教師隊(duì)伍的工程實(shí)踐能力，再加上實(shí)驗(yàn)類教師的數(shù)量、結(jié)構(gòu)和水平難以滿足教學(xué)改革不斷提高的要求(44)教育部高等教育教學(xué)評(píng)估中心.中國(guó)工程教育質(zhì)量報(bào)告(2013年度) [R].北京:中國(guó)工程教育質(zhì)量報(bào)告編委會(huì),2014.54.，以及現(xiàn)行教師考評(píng)機(jī)制過于側(cè)重學(xué)術(shù)研究而忽視對(duì)工程實(shí)踐能力的考核，諸多不利因素共同影響著我國(guó)高等工程教育對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的整體培養(yǎng)。事實(shí)上，國(guó)際工程聯(lián)盟提出的工程專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)掌握的核心能力，包括“具有運(yùn)用工程基礎(chǔ)知識(shí)和本專業(yè)基本理論知識(shí)解決問題的能力，具有系統(tǒng)的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷以及了解本專業(yè)前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的能力”(45)International Engineering Alliance,“25 Years of Washington Accord 1984-2014: Celebrating International Engineering Education Standards and Recognition,”Nov 18, 2019, http://www.ieagreements.org/assets/Uploads/Documents/History/25YearsWashingtonAccord-A5booklet-FINAL.pdf.。因此，加入《華盛頓協(xié)議》對(duì)我國(guó)工科畢業(yè)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和工程能力提出了新要求，從而也就對(duì)教師的行業(yè)背景和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了新挑戰(zhàn)。

教育行政部門應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，與各有關(guān)行業(yè)部委或部門協(xié)同出臺(tái)政策，為高校工程領(lǐng)域教師赴各行業(yè)組織、研發(fā)單位、生產(chǎn)企業(yè)等開展工程實(shí)踐能力進(jìn)修提供政策依據(jù)。高等學(xué)校應(yīng)積極探索與企業(yè)及研發(fā)單位的雙向合作機(jī)制，建立健全教師工程實(shí)踐能力提升的定向機(jī)制，如與企業(yè)合作建立“教師工程實(shí)踐能力研修和發(fā)展基地”，提升教師的專業(yè)水平、工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐能力，確保教師的工程背景能夠滿足“新工科”背景下專業(yè)教學(xué)的需要。

(二)為教師在課堂中開展探究性教學(xué)提供保障性條件

美國(guó)高等STEM教育教學(xué)模式與方法的改革理念，究其本質(zhì)是為了通過打造外在條件來(lái)最終提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、體驗(yàn)性、互動(dòng)性和探索性，而探究性教學(xué)恰恰強(qiáng)調(diào)個(gè)人情感、體驗(yàn)、互動(dòng)和探索對(duì)學(xué)習(xí)行動(dòng)和學(xué)習(xí)效果的促進(jìn)作用，是深化課堂教學(xué)促使學(xué)生獲取知識(shí)及培養(yǎng)技能的重要途徑。問題導(dǎo)向教學(xué)法、項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法、行動(dòng)教學(xué)法、高峰體驗(yàn)課程以及本科生科研均是落實(shí)探究性教學(xué)的重要形式，都在全球范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的講授法有所不同，探究性教學(xué)的開展需要基于相應(yīng)教學(xué)資源和教學(xué)能力的支持。“新工科”背景下，我國(guó)高等院校應(yīng)切實(shí)為教學(xué)部門和教師配備開展探究性教學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)施，如翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)場(chǎng)所和平臺(tái)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)模擬軟件，教學(xué)資源共享平臺(tái)，基于學(xué)科特征的教學(xué)互動(dòng)在線平臺(tái)等，不斷引導(dǎo)教師學(xué)習(xí)并充分利用信息技術(shù)、人工智能，更新教學(xué)模式與方法，從而給予學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)、師生互動(dòng)機(jī)會(huì)以及學(xué)生與知識(shí)間的深度互動(dòng)機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生在探究性學(xué)習(xí)中不斷培養(yǎng)創(chuàng)新能力。同時(shí)，高校應(yīng)大力開展對(duì)工程領(lǐng)域教師隊(duì)伍的教學(xué)法培訓(xùn)，重點(diǎn)加強(qiáng)教師隊(duì)伍結(jié)合相應(yīng)學(xué)科開展探究性教學(xué)的能力，促使高等工程專業(yè)的教師不僅具備扎實(shí)的學(xué)科理論功底和實(shí)踐能力，更要同時(shí)具備高水平工程教學(xué)能力，從而以最高效的教學(xué)方法促進(jìn)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力培養(yǎng)。

(三)建立并推廣跨學(xué)科教學(xué)共同體

作為“新工科”建設(shè)的重要綱領(lǐng)之一，《北京指南》指出：“要探索多學(xué)科交叉融合的工程人才培養(yǎng)模式，建立跨學(xué)科交融的新型組織機(jī)構(gòu)，開設(shè)跨學(xué)科課程，探索面向復(fù)雜工程問題的課程模式……推進(jìn)跨學(xué)科合作學(xué)習(xí)”(46)教育部.新工科建設(shè)指南(“北京指南”)[EB/OL]. http://education.news.cn/2017-06/13/c_129631611.htm, 2017-06-13/2019-11-10.。跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)是跨學(xué)科人才培養(yǎng)體系的基礎(chǔ)支撐。當(dāng)前，學(xué)科壁壘現(xiàn)象依然存在于我國(guó)高校包括工程領(lǐng)域在內(nèi)的許多專業(yè)，依托同一學(xué)科甚至同一課程的教研室仍然是我國(guó)廣大高校教師開展教學(xué)交流的主要形式，不同專業(yè)領(lǐng)域的教師之間的教學(xué)交集相當(dāng)有限，共同研討跨學(xué)科教學(xué)的精力與動(dòng)力相對(duì)不足。為實(shí)現(xiàn)“新工科”推動(dòng)學(xué)科交叉融合和跨界整合的目標(biāo)，我國(guó)高等工科院校可借鑒美國(guó)高等STEM領(lǐng)域“教師學(xué)習(xí)共同體”的理念精神，打造“跨學(xué)科教師學(xué)習(xí)與教學(xué)共同體”，引導(dǎo)相近領(lǐng)域不同學(xué)科的教師共同上課、共編教材、共做研究、共同指導(dǎo)學(xué)生，將跨學(xué)科教學(xué)視為提升課程質(zhì)量和專業(yè)質(zhì)量的基本新常態(tài)，從而在課程、教師、教學(xué)等影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果的微觀層面實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的升級(jí)。