宋歌 管玨琪

摘要：整合式STEM能夠有效解決STEM教育中的“形式化”和“異化”等問題，更好地培養(yǎng)學生的跨學科思維與行動力，其有效實施依賴于STEM教師的跨學科素養(yǎng)。因此培養(yǎng)教師的跨學科素養(yǎng)既是STEM教育轉(zhuǎn)向整合式STEM教育發(fā)展的時代訴求，也是教師專業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需要。STEM教師的跨學科素養(yǎng)主要包括跨學科意向、跨學科認知、跨學科應用與技術(shù)應用能力4個核心組成維度，并可將其進一步劃分為10個素養(yǎng)指標，為STEM教師跨學科素養(yǎng)發(fā)展提供方向指引。當前STEM教師跨學科素養(yǎng)的發(fā)展受學校等外部環(huán)境、教師知識基礎與跨學科體驗等個體特征變量以及有效的專業(yè)發(fā)展培訓的綜合影響。未來我國STEM教師跨學科素養(yǎng)的培養(yǎng)應當注重：變革學校制度和支持系統(tǒng)，鼓勵教師成為課程開發(fā)主體;組建跨學科學習共同體，創(chuàng)新教師“學習”方式;善用技術(shù)創(chuàng)新培訓，通過智能研修支持教師持續(xù)自主發(fā)展。

關鍵詞：STEM教師;跨學科素養(yǎng);整合式STEM;教師專業(yè)發(fā)展

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2022）03-0058-09? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2022.03.007

基金項目：教育部人文社會科學研究基金2020年度青年基金“基礎教育科學課程中‘跨學科素養(yǎng)’的框架建構(gòu)及測評研究”（20YJC88080）;2021年河南省哲學社會科學規(guī)劃年度項目“整合式STEM視域下教師跨學科素養(yǎng)模型構(gòu)建與提升路徑研究”（2021BJY025）。

作者簡介：宋歌，博士，講師，碩士生導師，河南師范大學教育學部（河南新鄉(xiāng) 453007）;管玨琪，博士，副教授，碩士生導師，浙江師范大學教師教育學院（浙江金華 321004）。

一、整合式STEM教育的核心議題：發(fā)展教 師跨學科素養(yǎng)

STEM教育源于美國國家科學委員會提出的集成科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）教育的綱領性建議（National Science Board，1987），旨在培養(yǎng)學習者的跨學科思維。21世紀以來，整合式STEM日益成為全球化背景下跨學科課程與教學的基本取向。由于STEM教育關乎國家未來競爭力，各國紛紛將其提升至國家戰(zhàn)略高度，并在K-12階段的教育政策中，充分體現(xiàn)對STEM學科的整合，以實現(xiàn)將學生培養(yǎng)成跨學科思考者和行動者的愿景。

STEM教育歷經(jīng)三十多年的發(fā)展，越來越多的教師認同其潛在價值（中國教科院STEM教育研究中心，2019）。然而，在從教育思潮到課程實體的轉(zhuǎn)變過程中，仍存在以下突出問題：一是從整合的水平來看，STEM依然只是作為四門學科首字母的縮略詞，并未弱化學科邊界（Wang et al.，2011）;二是從整合的內(nèi)容來看，STEM僅僅致力于提升科學與數(shù)學的整合（Czerniak et al.，2014），工程和技術(shù)占比偏低（Hoachlander et al.，2011）;三是從整合的取向來看，任務設計欠缺與學生現(xiàn)實生活的關聯(lián)性（Charette，2014），許多學校和教師僅將STEM教育定位于培養(yǎng)學生的動手操作能力或編程能力（袁磊等，2020）。國內(nèi)外學者就上述“形式化”和“異化”問題展開充分探討，相關研究催生了“整合式STEM”（Integrative STEM，以下簡稱I-STEM）。2014年美國國家工程院和國家科學委員會聯(lián)合發(fā)布《K-12教育中的STEM整合：現(xiàn)狀、前景和研究議程》，該文件確定了I-STEM的核心要義是跨學科（Honey et al.，2014）。學界也就I-STEM的課程性質(zhì)達成共識（Kelley et al.，2016）：一方面，整合超越了四個分支學科的關聯(lián)程度，轉(zhuǎn)向?qū)W科之間的相互融合;另一方面，整合觸及兒童經(jīng)驗和社會關切，在關聯(lián)學校學習、未來工作和社會生活的跨域情境中幫助學生理解所居世界的復雜性并作出有效決策。

I-STEM的整合新理念唯有通過教師有效的課程設計與教學實施，才能轉(zhuǎn)化為學生綜合能力的提升。但大量中小學課堂證據(jù)顯示，STEM教師往往欠缺對整合的正確理解（EL-Deghaidy et al.，2017;Kurup et al.，2019），以及與之相適的課程設計與教學實施能力（Graves et al.，2016）。因此，STEM教師跨學科素養(yǎng)的培養(yǎng)亟需被提上日程，使他們能充分認識多學科知識間的聯(lián)結(jié)，合理實現(xiàn)學科間的關聯(lián)與整合。同時，在“中國STEM教育2029行動計劃”實施背景下，直面現(xiàn)實問題，發(fā)展STEM教師跨學科素養(yǎng)，是落實“將I-STEM作為培養(yǎng)跨學科創(chuàng)新型人才的重要戰(zhàn)略”與打造具有中國特色的I-STEM教育的重要路徑。

二、STEM教師跨學科素養(yǎng)內(nèi)涵與結(jié)構(gòu)模型

教師的跨學科素養(yǎng)水平是決定STEM教育成效的關鍵，是構(gòu)建I-STEM教育新生態(tài)的源動力。界定STEM教師的跨學科素養(yǎng)在本質(zhì)上就是要回答“培養(yǎng)什么樣的STEM教師”。

1.內(nèi)涵解讀

對特定的職業(yè)而言，素養(yǎng)是個體為了能夠勝任某項工作，而需具備的相關知識、技能及其特質(zhì)（楊向東，2020），其突出特征在于個體能否選擇和應用已有的認知和非認知資源，來應對現(xiàn)實工作中的各種復雜需求和挑戰(zhàn)。跨學科素養(yǎng)正是STEM教育轉(zhuǎn)向I-STEM教育背景下對教師專業(yè)發(fā)展新訴求的回應。

I-STEM不單關注跨學科教學的結(jié)果和產(chǎn)物，更強調(diào)整合多個學科概念、觀點和思維方式來解決問題的過程和方法。從這個意義上講，教師在I-STEM教學中的主要責任并不是指導學生完成某個產(chǎn)品或作品，而是能夠合理預設、解讀和判斷跨學科教學中的各種場景，并采取相應的行動。因此，教師在具備深厚的學科素養(yǎng)基礎上，需要跳出單一學科經(jīng)驗的“舒適圈”，形成跨學科的意愿，確保在教與學的過程中合理融入跨學科要素，有效把握STEM學科之間的整合，建立STEM內(nèi)容知識與實踐活動之間的緊密聯(lián)系，并借助在線協(xié)作工具、增強與虛擬現(xiàn)實以及智能導師系統(tǒng)等技術(shù)，創(chuàng)建靈活且包容的I-STEM學習空間，培養(yǎng)學生突破學科界限、以整合的方式進行思考、解決復雜情境中劣構(gòu)問題的能力。綜上所述，STEM教師的跨學科素養(yǎng)是在與I-STEM教學互動過程中所蘊含的動機意識、價值觀念、相關知識和各種技能等綜合性品質(zhì)。

STEM教師跨學科素養(yǎng)的內(nèi)涵特征可從“情境性”本質(zhì)、“多維性”構(gòu)成與“動態(tài)性”發(fā)展三個方面進行解讀。首先，跨學科素養(yǎng)是教師解決I-STEM教學問題的有效行動，這種外顯化的行為表現(xiàn)產(chǎn)生于教師與教學情境的互動，因此可以被有效觀察與測評。其次，STEM教師需要在跨學科意愿的驅(qū)動下，選擇和組織跨學科知識與技能，來解決I-STEM教學中的問題，因此跨學科素養(yǎng)是知識、技能與態(tài)度的復雜組合，具有多維結(jié)構(gòu)的特征且彼此關聯(lián)。最后，教師跨學科素養(yǎng)需要在有效的學習和實踐中逐步形成，呈螺旋式的發(fā)展態(tài)勢，可通過職前教育和在職培訓等途徑來培養(yǎng)。

2.結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

根據(jù)STEM教師跨學科素養(yǎng)的內(nèi)涵特征，本研究構(gòu)建了包括4個核心組成維度和10個素養(yǎng)指標的結(jié)構(gòu)模型：首先，通過對相關政策文件與文獻進行演繹式分析，提出了4個核心組成維度，分別為跨學科意向、跨學科認知、跨學科應用以及技術(shù)應用能力;然后，為有效指導STEM教師跨學科素養(yǎng)的培養(yǎng)，將每個組成維度進一步分解為若干素養(yǎng)指標，進而形成教師勝任I-STEM教學的基本要求與實施評價的具體標準。

（1）核心組成維度

第一， 跨學科意向是指教師對跨學科方法的態(tài)度、價值觀、信念和判斷等，表現(xiàn)為教師是否愿意開展I-STEM教學。第二，跨學科認知是指教師對跨學科教育價值、教育情境和教學法的理解，這些理解是教師在I-STEM課程設計與教學中融入跨學科要素的知識基礎（Kurup et al.，2019）。第三，跨學科應用強調(diào)教師真正參與到I-STEM課程開發(fā)與實施的整體過程之中，需要教師在跨學科認知的基礎上，靈活有效地設計、開展和研究I-STEM教學（Slavit et al.，2016）。第四，技術(shù)應用能力是教師借助技術(shù)工具，創(chuàng)建具有參與性、創(chuàng)造性的I-STEM智慧學習環(huán)境，并且要求教師能夠創(chuàng)造性地應用技術(shù)工具，具備較好的設計思維，促進I-STEM教學創(chuàng)新（Kennedy et al.，2014）。

這4個維度共同作用于教師在I-STEM教學場景下的教學行動與決策，其相互影響關系則是通過教師的實踐與反思來進行調(diào)節(jié)的。面向STEM教師的跨學科素養(yǎng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，可以看出，STEM教師跨學科素養(yǎng)每個維度的提升會經(jīng)由雙向箭頭表示的實踐和反思過程引起其他維度的變化。其中：“ ”表示教師對跨學科方法的正向態(tài)度和主動開展跨學科教學的心理傾向驅(qū)動自身準確理解、設計I-STEM課程以及借助智慧學習環(huán)境開展教學實踐，同時教師對實踐過程的反思又會反作用于其跨學科意向?！?”表示跨學科認知和技術(shù)應用能力是跨學科應用的基礎，教師對I-STEM課程與教學的整體理解力關乎其在課程設計的各個環(huán)節(jié)進行跨學科整合的深度，教師具備的技術(shù)知識和設計思維關乎如何運用技術(shù)手段為I-STEM教學提供支持，最后通過反思教學成效，教師將會形成關于跨學科的新認識和以技術(shù)為賦能工具的新思考。“ ”表示跨學科認知是技術(shù)應用能力的保障，教師對I-STEM價值取向、組織原則和實踐邏輯的理解影響其在技術(shù)選取與應用方面的設計，而對實踐效果的反思將促使教師重新考量技術(shù)如何與課程內(nèi)容、教學環(huán)節(jié)進行耦合，從而擴展其跨學科認知。

（2）素養(yǎng)指標

根據(jù)個體態(tài)度行為關系理論、教師實踐性知識構(gòu)成、跨學科教學基本環(huán)節(jié)以及數(shù)字化時代對教師角色的新要求，將4個核心組成維度細化為如表1所示的10個素養(yǎng)指標。這些指標既立足國際視野，又同時觀照了我國中小學STEM教育的現(xiàn)實情況與未來愿景。

①跨學科意向

跨學科意向作為開展跨學科教育的心理傾向，是跨學科行為表現(xiàn)的內(nèi)驅(qū)力。根據(jù)社會心理學中的計劃行為理論，跨學科意向包括行為態(tài)度、主觀規(guī)范和知覺行為控制三個主要變量（Kurup et al.，2019）。其中，行為態(tài)度是指教師對跨學科方法的工具性（有價值/無價值）和情感性（喜歡/不喜歡）的正向或負向認同。比如教師認為I-STEM對學生核心素養(yǎng)的發(fā)展是重要的且樂于開展I-STEM教學。主觀規(guī)范是指教師對于是否采取跨學科教學受到來自外部環(huán)境（如學校和社會等）期望的影響，從而形成是否順從該期望的意向。比如教師認同教育政策文件大力提倡的跨學科教育、社會組織機構(gòu)與學校積極推進I-STEM課程與教學實踐，以及對與同行、專家和研究者合作實施I-STEM教學表現(xiàn)出主動性和積極性。知覺行為控制是指教師能感知到開展跨學科課程與教學的難易程度。比如教師基于自身可調(diào)用的資源，認為有信心進行I-STEM教學或認為其具有一定挑戰(zhàn)性。

②跨學科認知

跨學科認知能展示STEM教師專業(yè)性的實踐性知識，并體現(xiàn)其在跨學科教學活動中的行動邏輯。依據(jù)教師實踐性知識的相關研究，跨學科認知包括I-STEM教育目標與價值知識、教育情境知識與教學知識，分別觀照“為什么跨學科”“什么是跨學科”和“怎樣跨學科”三大問題。

首先，教師應當站在“立德樹人”的角度將I-STEM融于我國教育大背景（陳忞，2020）。深刻認識世界主要國家已普遍將I-STEM作為培養(yǎng)跨學科創(chuàng)新型人才和推進基礎教育改革的重要戰(zhàn)略。其中，美國率先提出I-STEM的教育理念，回應了STEM實踐領域“形式化”與“異化”等關鍵問題，本著促進學生發(fā)展的教育目的，從根本上扭轉(zhuǎn)了STEM功利主義傾向。I-STEM承載著提升學生STEM素養(yǎng)和21世紀技能的雙重希冀（Kelley et al.，2016）。我國為培養(yǎng)德才兼?zhèn)洹⑸硇耐暾瓦m應新時代要求的人才也提出進行跨學科整合教育的變革嘗試（李雁冰，2014）。

其次，教師不僅需要理解跨學科的基本特征，還要正確認識“學科”與“跨學科”在學校教育中互為補充的平衡態(tài)，深入探究STEM各分支學科的學科體系，在此基礎上尋求橫向關聯(lián)的可能，不斷激發(fā)學生的整合與創(chuàng)新潛能。I-STEM的核心要義就在于超越課程組織的視野，將跨學科作為一種有別于學科分化的教育思維方式，著眼于四門分支學科知識與方法的交融，強調(diào)創(chuàng)造性地圍繞特定主題進行多維整合。因此，I-STEM進入學校課程，不是推翻數(shù)學、科學和信息技術(shù)等學科課程，抑或是進行簡單增補，而是與其共同構(gòu)成支撐學生全面發(fā)展的整體課程框架。

最后，教師應當結(jié)合具體項目，依據(jù)相關課程標準，塑造科學探究與工程設計在教學實踐中相輔相承的關系模式。靈活采用“通過設計學習科學”和“以科學促進設計”的策略，在探究和設計的穿插轉(zhuǎn)換中呈現(xiàn)特定的學科概念，引導學生基于數(shù)學推理，以技術(shù)為工具，應用、理解和重組STEM知識。在有約束（如時間限制）和邊界（如課程標準、高利害測試）條件的限定下，I-STEM課程與教學通常采用項目式學習，強調(diào)通過發(fā)揮探究與設計的交融功效來聯(lián)通STEM內(nèi)容與實踐。

③跨學科應用

跨學科應用是教師實現(xiàn)I-STEM教育價值落地課堂的行動力。STEM教師的專業(yè)工作并非傳遞現(xiàn)成的課程產(chǎn)品信息，而是真正參與課程開發(fā)與實施，深思熟慮地進行課程方案設計，并進行有效實施。因此，跨學科應用的實質(zhì)就是會設計并付諸行動。

I-STEM作為一種課程形態(tài)，STEM教師應該遵循課程開發(fā)的過程邏輯，沿著課程目標、課程內(nèi)容、學習活動與評價的實踐序列展開課程設計。第一，課程目標是課程設計的邏輯起點。教師可利用布魯姆等學者提出的教學目標分類法來分解課程目標，例如可從知識、認知能力和問題解決三個維度明確I-STEM的學習結(jié)果類型（Barak，2013）;并將三者整合為學生多樣化的行為表現(xiàn)，采用整體性的描述展現(xiàn)學生需要在具體跨學科情境中行為表現(xiàn)的程度。第二，課程內(nèi)容是課程設計的核心要素。教師可通過對主題的選擇與組合來串聯(lián)整個課程內(nèi)容，確保課程內(nèi)容的多樣性與連貫性。教師還需從各個主題中衍生出具有真實性和實踐性的跨學科任務，在這一轉(zhuǎn)化過程中教師應當設置主導學科來統(tǒng)整其他學科內(nèi)容，并列出完成具體任務的要求，以及對應學科課程標準的具體規(guī)定。第三，I-STEM教學強調(diào)有目的地在探究中嵌入設計思維，兩者通過“做中學”有機交織在一起。只有在設計需求帶動探究、探究結(jié)果改進設計依據(jù)、學生調(diào)用數(shù)學推理和技術(shù)手段①的反復動手操作和動腦思考過程中，才能更好地解決問題并實現(xiàn)知識創(chuàng)造。以6E教學模式為例（Lin et al.，2020），教師在明確“參與—探索—解釋—工程設計思維—拓展—評估”總體進程的前提下，有必要設計有序銜接的學習活動與恰到好處的學習支架，促進學生主動參與、深入探究與協(xié)同創(chuàng)新。這也決定了學習評價必須根植于真實的學生實踐情境，聚焦學生對知識在深層意義上的整合運用，并將學習性評價（Assessment for Learning）和學習式評價（Assessment as Learning）有機嵌入教學過程，勾勒學生I-STEM學習的持續(xù)軌跡，探查學生在不同課程目標上的發(fā)展特征。

在設計的基礎上，STEM教師還應推動I-STEM課程由設計態(tài)轉(zhuǎn)變成運行態(tài)，確保課程設計與教學行動的一致性，并結(jié)合實情調(diào)適課程（楊開城等，2021）。課上，教師持續(xù)關注生成性的課堂事件，對學生需求做出回應，讓學生有機會將自己的觀點融入探究與設計的過程，在靜態(tài)的課程設計演繹中添加真正的社會性文化互動;課后，教師比較教學活動設計與實施的一致性，全面審視學生學習成效，逐步將教學經(jīng)驗反思構(gòu)建成案例庫。

④技術(shù)應用能力

融通信息技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)字化時代討論I-STEM教學的基本語境（Tanenbaum，2016，pp.15-20）。技術(shù)應用能力是教師在持續(xù)關注技術(shù)如何變革跨學科教學的同時，以技術(shù)為賦能工具，讓技術(shù)服務于跨學科教學的各個環(huán)節(jié)。在I-STEM課程與教學的設計中教師需要在學習場景設計、學習資源設計與學習支架設計三方面實現(xiàn)技術(shù)與I-STEM教學的深度融合：一是教師應當運用虛擬仿真技術(shù)在課堂環(huán)境中為學生創(chuàng)建跨學科探究場景，有機嵌入課程內(nèi)容和學習任務，使得學生像科學家和工程師一樣進行實驗或試驗成為可能，他們以第一參與者的身份提出問題、觀察和建模，加強I-STEM學習體驗。二是教師需要查找、篩選和加工信息，為學生提供充分的學習資源和搜索工具，否則學生的操作驗證可能會陷入僵局;此外，還需利用技術(shù)把學生個體、團體的觀點、方案和作品匯聚成一個知識庫，持續(xù)更新學習資源，促使學生始終在跨學科的層面探索問題。三是教師可與人工智能協(xié)同教學，如根據(jù)移動終端呈現(xiàn)的學生學習過程數(shù)據(jù)及可視化分析結(jié)果，設計交互型支架、策略支架和元認知支架，提供相應的學習任務，支持學生進行多層面的社會性交互（與學習場景交互、與學習資源交互、與同伴交互、與教師交互、與應邀參與的專家交互等），引導學生對不同來源的信息進行分析與評價，以及在學習過程中對自己的成果進行反思和改進。

整合式STEM教育的有效實施依賴于STEM教師持續(xù)提升自身的綜合素養(yǎng)。這就要求教師牢固樹立終身學習意識，具備終身學習能力，不斷進行自主學習，并能基于教育理論融合技術(shù)手段變革與創(chuàng)新I-STEM教育。

三、影響STEM教師跨學科素養(yǎng)發(fā)展的關鍵因素

開展教師素養(yǎng)研究的主要目的是發(fā)展教師素養(yǎng)。為探索STEM教師跨學科素養(yǎng)的發(fā)展路徑，在厘清內(nèi)涵、構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型的基礎上還需分析影響其發(fā)展的關鍵因素。STEM教師跨學科素養(yǎng)的國際測評研究揭示出教師素養(yǎng)發(fā)展受所處外部環(huán)境、教師個體特征和專業(yè)發(fā)展培訓等關鍵因素的影響。

1.外部環(huán)境：缺乏外部支持抑制跨學科意向

關于STEM教師跨學科意向調(diào)查的系統(tǒng)性綜述研究表明（Margot et al.，2019）：STEM教師普遍對跨學科方法具有正向的工具性認同，而其情感認同、教學積極性和自我效能感則受靈活的課程安排、明確的績效評價和充足的課程資源的影響。然而，現(xiàn)在學校統(tǒng)一的課程進度（Dare et al.，2014）或?qū)W生時間表（Lesseig et al.，2017）極大地約束了教師開展基于項目的I-STEM教學;由于缺少對學生學習過程與結(jié)果的評價標準（Nadelson et al.，2013），教師難以判斷學生是否達到了學業(yè)質(zhì)量標準，也無從評估他們跨學科學習效果的增益。此外，對課程資源的需求與如何確保課程實施效果構(gòu)成了I-STEM教學實踐中的一對突出張力：一方面，STEM教師期待有基于相關學科標準和技能框架、貫通K-12學段以及滿足教學環(huán)境需求的現(xiàn)成課程資源，以便能低門檻地實施I-STEM教學，但可供教師直接使用的I-STEM課程計劃、教學活動方案和相應的材料包都極其有限（Siew et al.，2015）;另一方面，他們又擔憂在課程實施環(huán)節(jié)片面甚至錯誤地理解開發(fā)者的設計意圖（Bagiati et al.，2015），從而影響教學成效，這一矛盾大大降低了教師的跨學科主觀規(guī)范和知覺行為控制。可見，提升STEM教師的跨學科意向需要變革外部支持系統(tǒng)，引導教師轉(zhuǎn)變角色，從機械地傳遞課程信息過渡至對課程實施做適應性改編，再逐步轉(zhuǎn)向積極地參與課程開發(fā)，成為I-STEM的學習者、設計者和實踐者。

2.個體特征：特征變量差異影響跨學科認知

已有研究分別從調(diào)查問卷、訪談、課堂觀察和反思日志等多元途徑獲取多種類型數(shù)據(jù)，綜合運用定量統(tǒng)計與扎根理論分析方法，互相映證了STEM教師從業(yè)年限、所處學段、自身學科知識基礎和已有跨學科體驗等個體特征變量與跨學科認知高度相關。例如，Srikoom等（2017）研究發(fā)現(xiàn)教師的跨學科意向在從業(yè)年限對跨學科認知的影響上存在調(diào)節(jié)效應。Park等（2016） 研究顯示不同學段教師對跨學科整合具體策略持有差異化理解，相比于小學教師關注運用探究和設計交織的跨學科任務來吸引學生，中學教師更重視跨學科教學的深度——系統(tǒng)的學科知識滲透。另有研究顯示，STEM教師均能恰當?shù)乩斫狻盀槭裁纯鐚W科”，但由于欠缺專業(yè)背景外的知識和跨學科教學經(jīng)驗，因而阻礙了他們獲得“怎樣跨學科”的實踐策略。具體來說，教師對“工程”“技術(shù)”的本質(zhì)認識不足（EL-Deghaidy et al.，2017），比如，多數(shù)教師對技術(shù)在I-STEM教育中的定位尚未從“教學手段”轉(zhuǎn)向“學習工具”。并且學科本位的職前培養(yǎng)和職后的分科教學經(jīng)歷進一步強化了教師的學科本位意識（Wang et al.，2020）。他們期待與科學家、工程師等學科專家合作，體驗真實的跨學科研究，豐富跨學科學習經(jīng)歷;期待與不同學科背景的同行合作，彌補STEM相關學科知識缺陷，彼此之間積極影響，同時弱化教齡和所處學段等因素的負向作用（Lehman et al.，2014）。綜上，亟待為STEM教師塑造突破學校、學科界限的合作空間，創(chuàng)設多層次的“對話”機會。

3.專業(yè)發(fā)展培訓：有效培訓促進教學實踐轉(zhuǎn)變

已有研究證實教師專業(yè)發(fā)展培訓項目能夠促進STEM教師教學實踐轉(zhuǎn)變，并提出有效培訓具有四個核心特征：持續(xù)性、內(nèi)容聚焦、連貫性和集體參與（Desimone，2009）。首先，為了保證STEM教師真正實現(xiàn)轉(zhuǎn)變，培訓項目大多需持續(xù)較長時間（Roehrig et al.，2012;Al Salami et al.，2017），包括集中研修、校本實踐和反思提升三個階段，體現(xiàn)了更具實踐性和校本化的專業(yè)發(fā)展模式。其次，要通過診斷教師需求，提供兼具普適性和個性化的培訓方案。課程形式一般包括參加真實的跨學科研究（Chowdhary et al.，2014;Yang et al.，2020）、基于項目的I-STEM學習（Asghar et al.，2012）和合作開發(fā)主題課程（Capobianco et al.，2018）。同時，課程內(nèi)容還需觀照K-12一貫制的I-STEM課程框架和不同學段的整合程度差異。最后，鼓勵同一所學校不同學科教師一起參與培訓（Roehrig et al.，2012;Weinberg et al.，2017），并在后續(xù)的校本實踐中開展跨學科協(xié)同教學，形成關于I-STEM的集體式教學信念與規(guī)范。值得注意的是，上述研究都缺少對參訓STEM教師的持續(xù)跟蹤。教師專業(yè)發(fā)展是一個長期過程，有待進一步探索如何利用技術(shù)手段創(chuàng)新培訓模式與增進培訓效果，促進教師從基于培訓的一次性轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)向持續(xù)的自主學習與發(fā)展。

四、STEM教師跨學科素養(yǎng)的發(fā)展路徑

從美國推廣STEM教育的過程可以看出，短期內(nèi)通過職前教育培養(yǎng)大量STEM師資并不現(xiàn)實。目前我國中小學STEM教師多由在職教師接受專業(yè)發(fā)展培訓后兼任，因此培養(yǎng)一線在職教師是彌補STEM教師專業(yè)性不足的合理選擇。本研究在綜合考慮影響STEM教師跨學科素養(yǎng)發(fā)展的關鍵因素基礎上，結(jié)合結(jié)構(gòu)模型中I-STEM教學實踐、反思與素養(yǎng)各組成維度的互動關系，從以下三個方面闡述我國在職STEM教師跨學科素養(yǎng)的發(fā)展路徑（如圖2所示）。三條路徑互相配合，共同驅(qū)動STEM教師隊伍專業(yè)能力長效發(fā)展。

1.變革學校制度和支持系統(tǒng)，鼓勵教師成為課程開發(fā)主體

學校層面支持教師教學實踐創(chuàng)新的體制環(huán)境和各類資源決定了教師發(fā)展的機遇和條件（Opfer et al.，2011）。學校環(huán)境是影響I-STEM教學實施的首要因素。STEM教師不僅需要管理者的必要引導，還需要擁有適度的課程權(quán)力重構(gòu)與I-STEM相符的課程結(jié)構(gòu)，更需要實施I-STEM教學的必要資源以及促進自身專業(yè)發(fā)展的培訓機會。因此，學校領導者應提升變革意識，積極響應國家、區(qū)域?qū)用娴腎-STEM教育戰(zhàn)略，為教師專業(yè)發(fā)展提供以跨學科為主導的組織文化環(huán)境和必要的校內(nèi)資源支持。具體包括：一方面要制定有較強針對性和可操作性的STEM教師發(fā)展規(guī)劃，設置明確的監(jiān)督與評估制度，加強經(jīng)費投入以及賦予教師更多的自主空間，不斷提升教師開展I-STEM教學的意向。另一方面可通過主題講座、同行互助、校本培訓等途徑，為教師提供面向跨學科素養(yǎng)的各類專業(yè)發(fā)展機會。此外，應鼓勵教師成為課程開發(fā)主體，實現(xiàn)I-STEM課程資源開發(fā)和教師專業(yè)發(fā)展一體化。具體做法是集結(jié)優(yōu)秀教師，吸納場館、科研機構(gòu)、高新企業(yè)和其他社會群體力量，開發(fā)I-STEM校本課程，形成立足學校實際、校內(nèi)外聯(lián)動合作的開發(fā)機制;生成一批典型課程案例，以校本教研促進案例試點推廣，使教師通過課程設計與開發(fā)更好地理解跨學科教學的特點與實施策略。

2.組建跨學科學習共同體，創(chuàng)新教師“學習”方式

I-STEM的課程性質(zhì)與教學策略要求STEM教師突破專業(yè)和學校界限，通過組建跨學科學習共同體共同開展跨學科教學實踐與反思（Lehman et al.，2014），在“邊緣性參與”中不斷成長?？鐚W科學習共同體的主體既包括教師群體（Czajka et al.，2016），也包括科學家、工程師等專家和教育研究者（Kelley et al.，2016）。這種跨界融合可弱化教師學科思維定式，促進其轉(zhuǎn)變學習方式。第一，鼓勵教師之間合作，創(chuàng)建良好的校本教研氛圍。不同學科教師可以實現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)的互補，共同研討學科整合策略;勝任型教師與新手教師可以共同在I-STEM課堂教學現(xiàn)場進行經(jīng)驗交流;逐步常態(tài)化和規(guī)范化的校本教研易形成促進教師主動學習的集體力量，實現(xiàn)教師個體與學校的共同發(fā)展。第二，倡導教師與專家合作，獲得體驗STEM專家跨學科研究的機會，以及優(yōu)化I-STEM教學實踐的持續(xù)專業(yè)支持。第三，推進教師與研究者合作，有機聯(lián)結(jié)STEM教育研究與教學實踐，以科學評價促進積極轉(zhuǎn)變。鼓勵雙方協(xié)同設計學習任務、學習場景和學習支架，探討與反思課堂教學案例，課堂實證既可以支持教師改進教學，又可以幫助研究者評估素養(yǎng)的增長點，探索素養(yǎng)提升的具體機制，進而反哺STEM教師跨學科素養(yǎng)發(fā)展。

3.善用技術(shù)創(chuàng)新培訓，智能研修支持教師持續(xù)自主發(fā)展

充分利用新技術(shù)成果助推教師教育變革（Tanenbaum，2016，pp.1-5），支持教師培訓活動，進而提升培訓水平，已成為當前研究的熱點。通過網(wǎng)絡交互系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù)，可以無縫連接培訓與教師自身實踐，支持跨學科學習共同體的良性運行和再生產(chǎn)（Jonassen et al.，2012），精準聚焦跨學科教學診斷、反思與指導，促進STEM教師持續(xù)自主發(fā)展。首先，智能技術(shù)與培訓課程資源的全方位融合將教師專業(yè)發(fā)展有機嵌入教學實踐過程中，教師先后歷經(jīng)培訓、I-STEM教學實踐，可通過同步或異步討論獲得課堂教學的針對性反饋并對其進行反思（Wang et al.，2020），依此循環(huán)可促進教師專業(yè)素養(yǎng)的提升。其次，智能化的教師網(wǎng)絡研修平臺輔助跨學科學習共同體，可形成一個嵌套的互動網(wǎng)絡，重組和優(yōu)化教師研修結(jié)構(gòu)與流程。該互動網(wǎng)絡可持續(xù)地為教師提供I-STEM教學實踐的方向指引和過程性支持;教師可在多樣化的I-STEM教學反思性實踐中學習，從“課例研修”中提煉教學經(jīng)驗，從“主題研修”中構(gòu)建特定問題解決模式，在“微課題”研修中真正走向研究，從而實現(xiàn)“學”與“用”的轉(zhuǎn)化和共生;教師工作坊還應連續(xù)吸納新教師加入，允許原來的“學生”重回共同體分享經(jīng)驗，實現(xiàn)跨學科學習共同體再生產(chǎn)。最后，融合智能技術(shù)的教師研修以課堂為核心，可以記錄顆粒度更小、解釋力更強的I-STEM教學過程流數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對師生行為的精準分析，并輔以量表評分，診斷教師“難以自知”的問題，為教師I-STEM教學提供個性化指導，并有針對性地推送學習資源，助力教師進行長期有效的自主學習。

注釋：

① 這里指學生使用通用技術(shù)、信息技術(shù)與計算機工具等輔助科學與工程實踐的能力，而應用科學知識進行技術(shù)設計能力在《K-12科學教育框架》中被歸入工程實踐。

參考文獻：

[1]陳忞（2020）.具身認知視角下A-STEM學習空間設計[J].全球教育展望，49（4）：46-57.

[2]李雁冰（2014）.“科學、技術(shù)、工程與數(shù)學”教育運動的本質(zhì)反思與實踐問題——對話加拿大英屬哥倫比亞大學Nashon教授[J].全球教育展望，43（11）：3-8.

[3]楊開城，竇玲玉，公平（2021）.論STEM教師的專業(yè)素養(yǎng)[J].電化教育研究，42（4）：115-121.

[4]楊向東（2020）.關于核心素養(yǎng)若干概念和命題的辨析[J].華東師范大學學報（教育科學版），38（10）：48-59.

[5]袁磊，鄭開玲，張志（2020）.STEAM教育：問題與思考[J].開放教育研究，26（3）：51-57，90.

[6]中國教科院STEM教育研究中心（2019）.中國STEM教育調(diào)研報告（簡要版）[EB/OL].[2022-02-12].https：//zsy.hbut.edu.cn/__local/3/B3/5F/0003B0A2CFF3E3BDBCE55D81308_8354531D_296BDA.pdf.

[7]Al Salami， M. K.， Makela， C. J.， & de Miranda， M. A. （2017）. Assessing Changes in Teachers’Attitudes Toward Interdisciplinary STEM Teaching[J]. International Journal of Technology and Design Education， 27（1）：63-88.

[8]Asghar， A.， Ellington， R.， & Rice， E. et al. （2012）. Supporting STEM Education in Secondary Science Contexts[J]. Interdisciplinary Journal of Problem-Based Learning， 6（2）：85-125.

[9]Bagiati， A.， & Evangelou， D. （2015）. Engineering Curriculum in the Preschool Classroom： The Teacher’s Experience[J]. European Early Childhood Education Research Journal， 23（1）：112-128.

[10]Barak， M. （2013）. Teaching Engineering and Technology： Cognitive， Knowledge and Problem-Solving Taxonomies[J]. Journal of Engineering， Design and Technology， 11（3）：316-333.

[11]Capobianco， B. M.， Delisi， J.， & Radloff， J. （2018）. Characterizing Elementary Teachers’ Enactment of HighLeverage Practices Through Engineering Design-Based Science Instruction[J]. Science Education， 102（2）：342-376.

[12]Charette， R. N. （2014）. STEM Sense and Nonsense[J]. Educational Leadership， 72（4）：79-83.

[13]Chowdhary， B.， Liu， X.， & Yerrick， R. et al. （2014）. Examining Science Teachers’ Development of Interdisciplinary Science Inquiry Pedagogical Knowledge and Practices[J]. Journal of Science Teacher Education， 25（8）：865-884.

[14]Czajka， C. D.， & McConnell， D. （2016）. Situated Instructional Coaching： A Case Study of Faculty Professional Development[J]. International Journal of STEM Education， 3：10.

[15]Czerniak， C. M.， & Johnson， C. C. （2014）. Interdisciplinary Science Teaching[M]// Lederman， N. G.， & Abell， S. K. （Eds.）. Handbook of Research on Science Education， Volume II. New York： Routledge：395-411.

[16]Dare， E. A.， Ellis， J. A.， & Roehrig， G. H. （2014）. Driven by Beliefs： Understanding Challenges Physical Science Teachers Face When Integrating Engineering and Physics[J]. Journal of Pre-College Engineering Education Research， 4（2）：47-61.

[17]Desimone， L. M. （2009）. Improving Impact Studies of Teachers’ Professional Development： Toward Better Conceptualizations and Measures[J]. Educational Researcher， 38（3）：181-199.

[18]EL-Deghaidy， H.， Mansour， N.， & Alzaghibi， M. et al. （2017）. Context of STEM Integration in Schools： Views from In-Service Science Teachers[J]. Eurasia Journal of Mathematics Science and Technology Education， 13（6）：2459-2484.

[19]Graves， L. A.， Hughes， H.， & Balgopal， M. M. （2016）. Teaching STEM Through Horticulture： Implementing an Edible Plant Curriculum at a STEM-Centric Elementary School[J]. Journal of Agricultural Education， 57（3）：192-207.

[20]Hoachlander， G.， & Yanofsky， D. （2011）. Making STEM Real[J]. Educational Leadership， 68（6）：60-65.

[21]Honey， M.， Pearson， G.， & Schweingruber， H. （2014）. STEM Integration in K-12 Education： Status， Prospects， and an Agenda for Research[M]. Washington， DC： The National Academies Press：23-25.

[22]Jonassen， D.， & Land， S. M. （2012）. Theoretical Foundations of Learning Environments[M]. New York： Routledge：25-56.

[23]Kelley， T. R.， & Knowles， J. G. （2016）. A Conceptual Framework for Integrated STEM Education[J]. International Journal of STEM Education， 3：11.

[24]Kennedy， T.， & Odell， M. R. L. （2014）. Engaging Students in STEM Education[J]. Science Education International， 25（3）：246-258.

[25]Kurup， P. M.， Li， X.， & Powell， G. et al. （2019）. Building Future Primary Teachers’ Capacity in STEM： Based on a Platform of Beliefs， Understandings and Intentions[J]. International Journal of STEM Education， 6：10.

[26]Lehman， J. D.， Kim， W.， & Harris， C. （2014）. Collaborations in a Community of Practice Working to Integrate Engineering Design in Elementary Science Education[J]. Journal of STEM Education， 15（3）：21-28.

[27]Lesseig， K.， Elliott， R.， & Kazemi， E. et al. （2017）. Leader Noticing of Facilitation in Videocases of Mathematics Professional Development[J]. Journal of Mathematics Teacher Education， 20（6）：591-619.

[28]Lin， K. Y.， Hsiao， H. S.， & Williams， P. J. et al. （2020）. Effects of 6E-Oriented STEM Practical Activities in Cultivating Middle School Students’Attitudes Toward Technology and Technological Inquiry Ability[J]. Research in Science & Technological Education， 38（1）：1-18.

[29]Margot， K. C.， & Kettler， T. （2019）. Teachers’ Perception of STEM Integration and Education： A Systematic Literature Review[J]. International Journal of STEM Education， 6：2.

[30]Nadelson， L. S.， & Seifert， A. （2013）. Perceptions， Engagement， and Practices of Teachers Seeking Professional Development in Place-Based Integrated STEM[J]. Teacher Education and Practice， 26（2）：242-265.

[31]National Science Board （1987）. Undergraduate Science， Mathematics and Engineering Education[M]. Washington， DC： National Science Foundation：1-4.

[32]Opfer， V. D.， Pedder， D. J.， & Lavicza， Z. （2011）. The Influence of School Orientation to Learning on Teachers’Professional Learning Change[J]. School Effectiveness and School Improvement， 22（2）：193-214.

[33]Park， H.， Byun， S. Y.， & Sim， J. et al. （2016）. Teachers’ Perceptions and Practices of STEAM Education in South Korea[J]. Eurasia Journal of Mathematics Science and Technology Education， 12（7）：1739-1753.

[34]Roehrig， G. H.， Moore， T. J.， & Wang， H. H. et al. （2012）. Is Adding the E Enough？ Investigating the Impact of K-12 Engineering Standards on the Implementation of STEM Integration[J]. School Science and Mathematics， 112（1）：31-44.

[35]Siew， N. M.， Amir， N.， & Chong， C. L. （2015）. The Perceptions of Pre-Service and In-Service Teachers Regarding a Project-Based STEM Approach to Teaching Science[J]. SpringerPlus， 4：8.

[36]Slavit， D.， Nelson， T. H.， & Lesseig， K. （2016）. The Teachers’Role in Developing， Opening， and Nurturing an Inclusive STEM-Focused School[J]. International Journal of STEM Education， 3：7.

[37]Srikoom， W.， Hanuscin， D. L.， & Faikhamta， C. （2017）. Perceptions of In-Service Teachers Toward Teaching STEM in Thailand[J]. Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching， 18（2）：6.

[38]Tanenbaum， C. （2016）. STEM 2026： A Vision for Innovation in STEM Education[M]. Washington， DC： US Department of Education.

[39]Wang， H. H.， Charoenmuang， M.， & Knobloch， N. A. et al. （2020）. Defining Interdisciplinary Collaboration Based on High School Teachers’Beliefs and Practices of STEM Integration Using a Complex Designed System[J]. International Journal of STEM Education， 7：3.

[40]Wang， H. H.， Moore， T. J.， & Roehrig， G. et al. （2011）. STEM Integration： Teacher Perceptions and Practice[J]. Journal of Pre-College Engineering Education Research， 1（2）：1-13.

[41]Weinberg， A. E.， & McMeeking， L. B. S. （2017）. Toward Meaningful Interdisciplinary Education： High School Teachers’Views of Mathematics and Science Integration[J]. School Science and Mathematics， 117（5）：204-213.

[42]Yang， Y.， Liu， X.， & Gardella， J. A. （2020）. Effects of a Professional Development Program on Science Teacher Knowledge and Practice， and Student Understanding of Interdisciplinary Science Concepts[J]. Journal of Research in Science Teaching， 57（7）：1028-1057.

收稿日期 2022-01-15

Teachers’ Interdisciplinary Competence Towards Integrative STEM Education：

Structure Model and Development Paths

SONG Ge， GUAN Jueqi

Abstract： The integrative STEM education could validly address the “alienation” and “formalization” emerged in the STEM educational practices. It could cultivate students’ interdisciplinary mindset and action， which depends on teachers’ interdisciplinary competence. Therefore， interdisciplinary competence of STEM teachers was demands of both the international STEM curriculum reform and teacher professional development. STEM teachers’ interdisciplinary competence include four key dimensions： interdisciplinary intention， interdisciplinary cognition， interdisciplinary application and technology application ability that can be further divided into ten competence indicators， providing guidance for teacher professional development. At present， the development of STEM teachers’ interdisciplinary competences was affected by the external factors such as the school and the community， the individual characteristic variables such as the prior knowledge and interdisciplinary experience， as well as the effective trainings. In the future， the cultivation paths for in-service STEM teachers’ interdisciplinary competence should focus on improving the school administrative supports to encourage teachers to be subjects of curriculum development， organizing interdisciplinary learning communities to create the ways how teachers learn， and involving technologies in trainings through smart research and training to support the sustainable self-directed development of teachers.

Keywords： STEM Teachers; Interdisciplinary Competence; Integrative STEM; Teacher Professional Development