一、STEM教育與核心素養(yǎng)的關(guān)系

時代發(fā)展對人才培養(yǎng)的需求發(fā)生了轉(zhuǎn)變。我國以立德樹人為根本依據(jù)，確立了素養(yǎng)導(dǎo)向的教育目標(biāo)體系，正在以培育學(xué)生的核心素養(yǎng)為主線，著力建設(shè)和完善基礎(chǔ)教育課程體系^[1]。STEM教育作為一種跨學(xué)科的育人方式，其在學(xué)校課程中的定位及其與核心素養(yǎng)的關(guān)系一直都備受人們關(guān)注。2014年，教育部印發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務(wù)的意見》將“跨學(xué)科主題教育教學(xué)”列為要著力改革的關(guān)鍵領(lǐng)域和主要環(huán)節(jié)之一^[2]。2019年，中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見》和國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于新時代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》兩份文件，則從課堂教學(xué)層面提出了跨學(xué)科教學(xué)的實踐方式?！吨袊鳶TEAM教育發(fā)展報告（起點(diǎn)篇）》指出，在第四次工業(yè)革命背景下，應(yīng)培養(yǎng)具有科技和人文素養(yǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。無論是國家未來發(fā)展戰(zhàn)略還是個人的職業(yè)發(fā)展需求，都應(yīng)將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、協(xié)作交流能力、批判性思考、解決真實問題的能力、社會責(zé)任等置于優(yōu)先地位^[3]。不難看出，STEM教育所強(qiáng)調(diào)的運(yùn)用“真實情境下的問題解決”“跨學(xué)科”培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力等綜合素養(yǎng)，與培育學(xué)生核心素養(yǎng)應(yīng)遵循的深入跨學(xué)科整合的要求是一致的^[4]，它順應(yīng)了時代發(fā)展與政策要求，成為培養(yǎng)未來人才的教育模式之一。隨著STEM教育的發(fā)展，STEM一詞演變?yōu)镾TEAM、STREAM等^[5]，但其所倡導(dǎo)的理念與STEM基本一致。

二、提出STEM素養(yǎng)的意義

盡管STEM教育與核心素養(yǎng)理念有著內(nèi)在的一致性，但在開發(fā)STEM課程的過程中，一直有個困擾著教師的難題，那就是教師對STEM課程要達(dá)到的目標(biāo)比較模糊，STEM課程的指向性不清晰。這個難題的存在，直接影響了學(xué)生最終的學(xué)習(xí)結(jié)果。如一些STEM課程看著熱鬧，但是學(xué)生到底從中學(xué)到了什么，卻是存疑的。凝練STEM課程目標(biāo)，形成并明確STEM素養(yǎng)，既可以促進(jìn)上述問題的解決，也對學(xué)校系統(tǒng)開發(fā)STEM課程具有重要意義。從課程角度分析，相對于有課標(biāo)、教材的學(xué)科課程，STEM素養(yǎng)明晰了STEM課程作為跨學(xué)科課程、校本課程、社團(tuán)活動、主題實踐活動等方式的獨(dú)特育人價值;對教師而言，無論是一節(jié)課或者一個主題的課，STEM素養(yǎng)可以幫助教師將日常的教學(xué)行為與核心素養(yǎng)對接，促進(jìn)核心素養(yǎng)落實到課堂中;對學(xué)校而言，即使學(xué)生在幾年間選擇了不同的STEM課程，但STEM素養(yǎng)的連47cd8363864e20032b9949dcc50cc858續(xù)性可以保障學(xué)校對學(xué)生核心素養(yǎng)的持續(xù)跟蹤與培養(yǎng)。

當(dāng)前，STEM素養(yǎng)的概念界定尚未形成廣泛共識。國內(nèi)有學(xué)者將其定義進(jìn)行了梳理，分為兩大類^[6]。一類側(cè)重于STEM素養(yǎng)涵蓋的學(xué)科范疇。具有代表性的定義是美國NGA（National Governors Association）給出的。 NGA將 STEM 素養(yǎng)（STEM Literacy）界定為：個人將其關(guān)于現(xiàn)實世界運(yùn)行方式的知識運(yùn)用于科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)以及相關(guān)跨學(xué)科領(lǐng)域的能力。另一類則側(cè)重于 STEM 培養(yǎng)的能力方向。被廣泛運(yùn)用的定義是著名科學(xué)教育專家羅杰·拜比提出的。他認(rèn)為STEM 素養(yǎng)包括：在實際生活情境中發(fā)現(xiàn)問題、解決疑難、解釋自然和人造物、形成基于證據(jù)的結(jié)論的相關(guān)知識、態(tài)度和技能;理解 STEM是關(guān)于人類探究和設(shè)計知識的學(xué)科;意識到 STEM 學(xué)科對我們的材料、智力和文化環(huán)境等方面的影響;作為一個富有建設(shè)性和善于思考的公民，有運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等概念參與 STEM 相關(guān)事務(wù)的意愿^[7]。

相比學(xué)科而言，STEM作為一種跨學(xué)科育人模式，更加注重跨學(xué)科綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，本研究傾向于能力方向的STEM素養(yǎng)定義，認(rèn)為STEM素養(yǎng)是愿意關(guān)注、參與解決STEM相關(guān)問題，并運(yùn)用知識、能力、情感態(tài)度價值觀等解決復(fù)雜問題的綜合素養(yǎng)。

三、STEM素養(yǎng)模型建構(gòu)

對于STEM素養(yǎng)的構(gòu)成，已有一些文章進(jìn)行了論述。學(xué)者們主要從兩種視角對STEM素養(yǎng)進(jìn)行了分析：一是將STEM素養(yǎng)分解為STEM各學(xué)科素養(yǎng)，二是從跨學(xué)科整合的視角來整體建構(gòu)^[8]。《創(chuàng)新美國：擬定科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)議程》從分解的視角論述STEM素養(yǎng)，將STEM素養(yǎng)分為科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)四個方面^[9]。這種分解的方式能夠比較全面地概括STEM重點(diǎn)培養(yǎng)的素養(yǎng)，但沒有很好地體現(xiàn)STEM各學(xué)科融合之后培養(yǎng)的素養(yǎng)^[10]。北京師范大學(xué)鄭葳教授在《中國STEAM教育發(fā)展報告（起點(diǎn)篇）》中提出整合視角下的STEM素養(yǎng)構(gòu)成，具體包括創(chuàng)造性問題解決能力、設(shè)計思維和合作共情能力^[11]。華東師范大學(xué)祝智庭教授等提出能力為本的觀點(diǎn)，認(rèn)為 STEM 教育是在跨學(xué)科的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、深度學(xué)習(xí)能力、適應(yīng)未來的能力等^[12]。由此可見，跨學(xué)科整合視角下的STEM素養(yǎng)不局限于學(xué)科素養(yǎng)，更側(cè)重綜合素養(yǎng)，回應(yīng)了STEM跨學(xué)科育人的目標(biāo)訴求。

除了以上兩種視角的素養(yǎng)建構(gòu)，還有機(jī)構(gòu)和學(xué)者嘗試將兩者融合，體現(xiàn)STEM分科和整合育人的價值?！睹嫦駻TS STEM的概念框架》將243種具體的STEM技能和能力分為八類：問題解決、創(chuàng)新和創(chuàng)造、溝通、批判性思維、元認(rèn)知、協(xié)作、自我調(diào)節(jié)和學(xué)科能力^[13]。楊彥軍等綜合了國內(nèi)外描述STEM素養(yǎng)的14個文件，分析STEM素養(yǎng)的共性與差異，形成了“STEM素養(yǎng)結(jié)構(gòu)金字塔模型”。金字塔最底層是STEM各相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)知識、技能和方法的綜合;中間層次是建立在STEM基本知識、技能和方法之上的學(xué)科核心素養(yǎng)（科學(xué)素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)、工程思維等）;最頂層是超越學(xué)科界限的共同核心素養(yǎng)（批判性思維、問題解決、創(chuàng)新能力等）^[14]。這三層依據(jù)從具體到抽象、從個性到共性的順序排列，更加明晰了STEM素養(yǎng)的結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，第三種STEM素養(yǎng)建構(gòu)視角涵蓋了解決STEM問題所需要的各種知識、能力、情感態(tài)度價值觀，但素養(yǎng)構(gòu)成顯得過于龐大，不易操作。

2016年，中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)問世，它從跨學(xué)科角度呈現(xiàn)了學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力^[15]，其中包括STEM教育所強(qiáng)調(diào)的理性思維、質(zhì)疑批判、勇于探究、工程思維、問題解決、技術(shù)運(yùn)用等。因此，一方面，STEM素養(yǎng)與中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)具有內(nèi)在一致性，是其某一領(lǐng)域的具體化;另一方面，STEM素養(yǎng)具有特殊性，由于STEM主要是科技類課程的學(xué)科組合，科學(xué)與工程實踐是STEM主要包含的領(lǐng)域，因此，STEM素養(yǎng)應(yīng)突出強(qiáng)調(diào)在解決科學(xué)與工程實踐問題過程中常用到的共同素養(yǎng)，這些共同素養(yǎng)在科學(xué)與工程相關(guān)學(xué)科也有所體現(xiàn)。在教育部2017年頒布2020年修訂的普通高中物理、生物、化學(xué)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)中，除了各學(xué)科特有的核心素養(yǎng)之外，其他核心素養(yǎng)雖然名稱有所差異，但均包括科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任這三個方面。在通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中也可以看到有關(guān)工程實踐的核心素養(yǎng)，包括工程思維、創(chuàng)新設(shè)計等^[16]。

在實踐層面，STEM在學(xué)校多以跨學(xué)科的方式出現(xiàn)，其育人功能是在學(xué)科的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展與補(bǔ)充的，以培育學(xué)生的核心素養(yǎng)。學(xué)科目標(biāo)體系已經(jīng)非常完善，因此，從跨學(xué)科整合角度構(gòu)建STEM素養(yǎng)就變得尤為必要。

基于理論與實踐分析，本文的STEM素養(yǎng)模型側(cè)重從跨學(xué)科整合角度整體構(gòu)建。以國內(nèi)外STEM素養(yǎng)模型、中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)等為前提，聚焦科學(xué)與工程實踐中所需要的共同核心素養(yǎng)，囊括認(rèn)知、能力、態(tài)度、元認(rèn)知等多個層面。如圖1所示，研究者構(gòu)建了“123+X ”STEM素養(yǎng)模型。該素養(yǎng)模型略去了STEM學(xué)科知識技能，突出STEM學(xué)習(xí)中學(xué)生解決真實復(fù)雜問題共同需要的能力、思維以及價值觀念。

STEM素養(yǎng)有四個層次，分別是一個價值觀念、兩個核心思維、三個普適能力、X個專項能力。居于核心地位的是價值認(rèn)同;第二層是凸顯科學(xué)與工程實踐本質(zhì)的理性思維和工程思維;第三層是解決STEM問題都需要具備的能力，包括展示表達(dá)、合作共情和項目管理能力;第四層是多種專項能力的集合，包括但不限于科學(xué)探究、工程設(shè)計與信息收集加工能力。

（一）一個價值觀念

一個價值觀念是指價值認(rèn)同。價值認(rèn)同是指對STEM領(lǐng)域及其學(xué)習(xí)活動產(chǎn)生興趣，認(rèn)同STEM對社會產(chǎn)生的價值，愿意通過STEM解決實際問題，為社會做出貢獻(xiàn)。價值認(rèn)同處在STEM素養(yǎng)最核心的位置，認(rèn)知上的發(fā)展應(yīng)起源于學(xué)生的興趣、根植于學(xué)生對社會的責(zé)任。STEM、項目式學(xué)習(xí)課程讓學(xué)生關(guān)注真實世界，不僅僅是為了讓學(xué)生深度理解和掌握概念，或鍛煉思維能力，也是為了讓學(xué)生敬畏自然與生命，理解何為社會責(zé)任，最終為社會發(fā)展做出貢獻(xiàn)^[17]。

（二）兩個核心思維

兩個核心思維是指工程思維與理性思維。工程思維蘊(yùn)含在中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)中，同時屬于通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。這里的工程思維在上述二者的基礎(chǔ)上結(jié)合STEM特點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，是指能認(rèn)識系統(tǒng)與工程的多樣性和復(fù)雜性，能夠運(yùn)用系統(tǒng)分析的方法進(jìn)行要素分析、整體規(guī)劃、科學(xué)決策和創(chuàng)新設(shè)計。理性思維則采用了中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)中的定義，是指崇尚真知，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法;尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度;邏輯清晰，能運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等^[18]。工程思維和理性思維是在STEM學(xué)習(xí)活動中經(jīng)常要用到的關(guān)鍵思維，體現(xiàn)了STEM的獨(dú)特育人功能。例如，在設(shè)計制作水火箭的活動中，學(xué)生運(yùn)用工程思維，權(quán)衡發(fā)射器發(fā)射角度、氣壓、水火箭使用材料和裝水比例等各種限制條件，整體規(guī)劃小組分工、實施進(jìn)度，創(chuàng)新設(shè)計、實施、評估改進(jìn)水火箭，使其飛得最遠(yuǎn)。疫情期間，教師引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的方式判斷一個口罩可否起到防疫功能。教師發(fā)給學(xué)生口罩，讓學(xué)生去判別。學(xué)生不能人云亦云，而是懷著質(zhì)疑的態(tài)度，找到可以證明口罩有防疫功能的證據(jù)，進(jìn)而根據(jù)口罩的透光性、防水性、是否有靜電等多方面的證據(jù)進(jìn)行推理，最終判斷口罩是不是防疫口罩。這就是理性思維在課堂中的體現(xiàn)。

（三）三個普適能力

合作共情能力、展示表達(dá)能力、項目管理能力這三個普適能力對應(yīng)著STEM整個學(xué)習(xí)過程或者多個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。合作共情能力是指在任務(wù)或問題驅(qū)動下，小組成員分工協(xié)調(diào)、相互支持，建立與維持團(tuán)隊組織的能力;合理溝通、正確處理小組內(nèi)沖突，建立與維持共同理解的能力。展示表達(dá)能力是指可以清晰、順暢、有邏輯、高質(zhì)量地展示內(nèi)容和表達(dá)觀點(diǎn)的能力。項目管理能力是指圍繞項目目標(biāo)，結(jié)合實際，對項目進(jìn)行管理、監(jiān)控與調(diào)整的能力。關(guān)于合作共情能力，STEM學(xué)習(xí)活動因其任務(wù)的復(fù)雜性，小組合作完成任務(wù)是必不可少的。展示表達(dá)能力主要體現(xiàn)在最后的成果展示和過程中的階段性成果匯報上。項目管理能力目前在STEM學(xué)習(xí)活動中被關(guān)注得較少，但同時也是非常重要的能力。對項目進(jìn)行管理、監(jiān)控與調(diào)整，實際上是學(xué)生的元認(rèn)知在發(fā)揮作用，體現(xiàn)學(xué)生對自我或?qū)κ挛锏恼J(rèn)識、反思和調(diào)控。

（四）X個專項能力

X個專項能力包括工程設(shè)計能力、科學(xué)探究能力、信息收集加工能力等。這些能力對應(yīng)著STEM某一種類型或者某一特定過程的學(xué)習(xí)活動，同時這些能力與科學(xué)、通用技術(shù)等學(xué)科核心素養(yǎng)的要求是一致的。工程設(shè)計能力是指針對現(xiàn)實世界生產(chǎn)或生活中的結(jié)構(gòu)不良問題，進(jìn)行問題與需求的系統(tǒng)分析，結(jié)合已有的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)（人文）知識以及經(jīng)驗等，設(shè)計并選擇最優(yōu)的解決方案，通過模型建立、檢驗評估、多輪迭代等解決問題或?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)?？茖W(xué)探究能力是指基于觀察和實驗提出問題、形成假設(shè)、設(shè)計探究方案，通過探究獲取證據(jù)，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋的能力。信息收集加工能力是指借助一定的信息搜索工具，自覺并有效地搜集、評估、評價和使用相關(guān)資料的能力。專項能力會隨著活動類型的增多而不斷豐富。比如，有一些STEM課程會側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的社會調(diào)查能力，在STEM專項能力中就可以加上社會調(diào)查能力。這會使得STEM素養(yǎng)模型具有開放性和較強(qiáng)的操作性。

四、結(jié)語

STEM課程作為跨學(xué)科課程的一種形式，與學(xué)科課程形成了互補(bǔ)，其獨(dú)特的育人價值在于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維和綜合能力。本文提出的STEM素養(yǎng)模型并非一成不變的，而是動態(tài)發(fā)展的，除了前三個層次的素養(yǎng)比較穩(wěn)定，第四層次的素養(yǎng)可以結(jié)合具體的課程類型和活動環(huán)節(jié)進(jìn)一步豐富。這樣的素養(yǎng)體系設(shè)計既考慮了科學(xué)性與操作性，又便于學(xué)校在其基礎(chǔ)上形成校本化的表達(dá)，更科學(xué)地開發(fā)STEM課程。

注：本文系北京市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度一般課題“基于項目化學(xué)習(xí)開發(fā)與評估STEAM教育課例”（立項編號：CDDB19243）的研究成果之一。

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（作者系北京教育學(xué)院豐臺分院課程發(fā)展中心教研員）

責(zé)任編輯：牟艷娜