STEM視角下的教育革新

任友群+++楊曉哲

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）這四門(mén)學(xué)科首字母的組合。STEM并非四門(mén)學(xué)科的簡(jiǎn)單疊加，而是一個(gè)多學(xué)科交叉融合的新整體。STEM最早起源于美國(guó)，如今已經(jīng)成為美國(guó)教育中的重大戰(zhàn)略之一，甚至上升到國(guó)家戰(zhàn)略，影響著美國(guó)的勞動(dòng)力發(fā)展方向，國(guó)家安全和移民政策導(dǎo)向[1]。

一、STEM歷史溯源

STEM的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)90年代。早在1986年，基于當(dāng)時(shí)美國(guó)理工科人才短缺的情況，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)發(fā)布了《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》（Undergraduate Science， Mathematics and Engineering Education）報(bào)告。報(bào)告建議國(guó)家調(diào)動(dòng)各方資源加大投入科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程（SME）的教育[2]。此后，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)對(duì)美國(guó)大學(xué)教育進(jìn)行了政策改革，促進(jìn)大學(xué)各門(mén)學(xué)科打破各自壁壘。在這個(gè)政策改革下，大學(xué)教育中逐步形成了“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)教育集成”（SMET），因而SMET被視為STEM集成的開(kāi)端[3]。

21世紀(jì)以來(lái)，各個(gè)國(guó)家相繼出臺(tái)了21世紀(jì)技能框架，公民核心素養(yǎng)，共同核心標(biāo)準(zhǔn)等，關(guān)注新時(shí)代背景下培養(yǎng)學(xué)生哪些基本能力、必備品格和核心素養(yǎng)變得尤為重要。自從工業(yè)革命之后所形成的學(xué)校教育體系，培養(yǎng)了大量社會(huì)需求的人才。但與此同時(shí)，出現(xiàn)了將不同學(xué)科知識(shí)長(zhǎng)期以割裂的方式進(jìn)行教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生脫離解決問(wèn)題的真實(shí)情景，對(duì)部分學(xué)科缺乏具體完整的體驗(yàn)的情況。而STEM教育在某種程度上契合了解決這一弊端的發(fā)展方向。此后，美國(guó)相繼出臺(tái)了政策和法律文件推進(jìn)STEM教育的開(kāi)展。

2007年8月，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了《國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力法》（American Competitiveness Initiative）。該法案批準(zhǔn)聯(lián)邦對(duì)STEM投入433億美元，包括用于學(xué)生的獎(jiǎng)學(xué)金計(jì)劃，教師培訓(xùn)，大學(xué)STEM研究經(jīng)費(fèi)以及用于鼓勵(lì)中小企業(yè)的研發(fā)[4]。2007年10月30日，美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)發(fā)布重要文件：《國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃：應(yīng)對(duì)美國(guó)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育系統(tǒng)的緊急需要》（A National Action Plan for Addressing the Critical Needs of the U.S. Science， Technology， Engineering， and Mathematics Education System）。該行動(dòng)計(jì)劃直接提出增強(qiáng)國(guó)家層面對(duì)K-12和本科階段的STEM教育的主導(dǎo)作用，并做好不同學(xué)段之間的協(xié)調(diào)。該文件的頒布意味著STEM逐步從大學(xué)教育擴(kuò)散到了基礎(chǔ)教育階段[5]。

2012年，美國(guó)發(fā)布了《總統(tǒng)2012預(yù)算要求與中小學(xué)教育改革藍(lán)圖方案》，宣布再次投入2億600萬(wàn)推進(jìn)STEM教學(xué)，兩年內(nèi)招聘1萬(wàn)名STEM教師，并在未來(lái)10年中培養(yǎng)10萬(wàn)名STEM教師。之后，美國(guó)有100多家企業(yè)響應(yīng)號(hào)召，并組織形成“變革方程”（Change the Equation）機(jī)構(gòu)，促進(jìn)美國(guó)從社會(huì)層面連接學(xué)校、社區(qū)、企業(yè)、家庭多方共同參與STEM教育[6]。

二、STEM的典型特征

從美國(guó)的STEM歷史溯源，我們不難看出其三個(gè)鮮明的主要特征。

一是STEM起源于美國(guó)理工科人才短缺。STEM最早起步于美國(guó)大學(xué)教育的諸多改革，而直到最近10年，才逐步在中小學(xué)教育中推行和倡導(dǎo)STEM理念與實(shí)踐。

二是STEM在美國(guó)基礎(chǔ)教育階段具有特殊的作用。一方面是為了提高學(xué)生們跨學(xué)科解決問(wèn)題的能力，以滿(mǎn)足培養(yǎng)21世紀(jì)技能的需求；另一方面是為了讓美國(guó)學(xué)生重新對(duì)數(shù)學(xué)和科學(xué)感興趣，提高學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)中的成績(jī)，使學(xué)生在綜合運(yùn)用多學(xué)科解決問(wèn)題中，激發(fā)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和科學(xué)的內(nèi)動(dòng)力。

三是STEM在美國(guó)已經(jīng)成為國(guó)家教育戰(zhàn)略。STEM多次在美國(guó)的政策文件中出現(xiàn)，并明確了國(guó)家各部門(mén)配合實(shí)施的方案，同時(shí)也是全社會(huì)合力推進(jìn)的教育主題。被列入STEM的專(zhuān)業(yè)將得到更多支持，包括就業(yè)政策和移民優(yōu)先條款。

如今，STEM或STEAM教育已然風(fēng)靡全球，各國(guó)都在不同程度上重視通過(guò)跨學(xué)科學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。2016年，芬蘭開(kāi)始實(shí)施2014版的基礎(chǔ)教育課程標(biāo)準(zhǔn)。其中強(qiáng)調(diào)了基于生活場(chǎng)景，以主題貫穿，跨學(xué)科學(xué)習(xí)，并規(guī)定每個(gè)學(xué)生每年至少要參加一個(gè)交叉課程模塊的學(xué)習(xí)，稱(chēng)為“現(xiàn)象教學(xué)”（Teaching By Topic）[7]。而我國(guó)在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出，有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用[8]。

三、STEM視角下的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

STEM視角下正在催生新一輪教育革新的命題：如何讓學(xué)生在真實(shí)情境中主動(dòng)探究學(xué)習(xí)，如何通過(guò)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)幫助學(xué)生真正提升解決問(wèn)題的能力，如何在學(xué)科融合之中培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)新時(shí)代所需的核心素養(yǎng)。展望未來(lái)，STEM視角下的教育革新面臨著新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

1.基礎(chǔ)理論的研究：尚未完善

我們?nèi)匀恍枰嗟难芯亢妥C據(jù)進(jìn)一步探索學(xué)習(xí)者在STEM學(xué)習(xí)過(guò)程中的真實(shí)效益。在這個(gè)過(guò)程中，如何提升學(xué)習(xí)者的批判性思維、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新精神[9]；在不同情境里，使用不同工具探索不同問(wèn)題；在多學(xué)科的切換與融合解決問(wèn)題中，如何幫助學(xué)習(xí)者的認(rèn)知和元認(rèn)知的提升等，依舊有非常多的謎題。不同學(xué)科的不同思維方式如何通過(guò)一些核心節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，從而真正培養(yǎng)學(xué)生深入探究和解決問(wèn)題的能力，依舊缺乏心理學(xué)、教育學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等基礎(chǔ)理論的支持[10]。

2.學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變：面臨挑戰(zhàn)

實(shí)際上，STEM教育所帶來(lái)的學(xué)習(xí)方式在教育改革中并不陌生。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning）就是一種以解決問(wèn)題為導(dǎo)向的主題學(xué)習(xí)方式。在這種方式下進(jìn)一步延伸出綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題。在學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變上，STEM教育有一定的延續(xù)性，但是對(duì)于學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)依舊存在不少挑戰(zhàn)。在過(guò)往的K-12教育體系中，知識(shí)體系更多地以教授的方式，或是在教師一定的腳手架的設(shè)計(jì)下展開(kāi)學(xué)習(xí)。而基于某個(gè)專(zhuān)題或問(wèn)題，不限學(xué)科邊界地尋找解決方案，一方面需要學(xué)生更強(qiáng)的學(xué)習(xí)自主性，另一方面也需要教師能夠提供更具個(gè)性化的幫助。學(xué)習(xí)將是一個(gè)充滿(mǎn)創(chuàng)造性的過(guò)程，學(xué)習(xí)者的角色從知識(shí)的接受者與消費(fèi)者，轉(zhuǎn)變成知識(shí)的發(fā)現(xiàn)者和創(chuàng)造者。也只有讓學(xué)習(xí)更多地發(fā)生在跨學(xué)科的創(chuàng)造過(guò)程中，才會(huì)對(duì)知識(shí)的特性具有生動(dòng)而深刻的理解。

3.課程體系的確立：空間巨大

無(wú)論是STEM還是STEAM教育，無(wú)論是基礎(chǔ)教育階段還是高等教育階段，都尚未明確課程體系。STEM對(duì)于現(xiàn)有課程的影響，更像是一種靈活的方式或更多策略的指引，而非專(zhuān)門(mén)成熟的固定課程體系。與此同時(shí)，伴隨著STEM教育近些年的發(fā)展，創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)和創(chuàng)客教育也迅速發(fā)展，因而兩者往往有非常多的交集。STEM關(guān)注跨學(xué)科學(xué)習(xí)和學(xué)科融合，這個(gè)過(guò)程中往往需要學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)造。而創(chuàng)客教育關(guān)注學(xué)生在創(chuàng)造作品中的學(xué)習(xí)，而創(chuàng)造這個(gè)過(guò)程本身就具有了多學(xué)科融合的特性。因而，這兩者將會(huì)進(jìn)一步融合，是催生出相對(duì)穩(wěn)定的課程體系，還是繼續(xù)以靈活散布在不同學(xué)段的教學(xué)活動(dòng)為主，尚待實(shí)踐創(chuàng)新。

4.教師隊(duì)伍的培養(yǎng)：協(xié)同發(fā)展

學(xué)科教師在長(zhǎng)期的教學(xué)過(guò)程中會(huì)形成穩(wěn)固的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)考慮如何先通過(guò)學(xué)科教師之間的相互合作，促進(jìn)STEM教學(xué)的有效開(kāi)展，再進(jìn)一步提升教師本身具備跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)的能力。跨學(xué)科學(xué)習(xí)并非不需要學(xué)科學(xué)習(xí)，而是一種融合的視角。脫離了深度和廣度的已有學(xué)科視角，跨學(xué)科的問(wèn)題探究和主題學(xué)習(xí)將流于表面和形式，將無(wú)法深入到問(wèn)題本質(zhì)，而只是淺嘗輒止地提及主題與多個(gè)學(xué)科的關(guān)聯(lián)。因而，教師如何融合已有學(xué)科視角而非拋棄已有學(xué)科，如何與其他不同學(xué)科教師合作，合理設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)才是關(guān)鍵路徑。STEM教師群體的形成是STEM教育未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵，他們最直接地決定了帶給學(xué)生們跨學(xué)科學(xué)習(xí)的經(jīng)歷與體驗(yàn)。

教育的目的在于激發(fā)每一個(gè)人的潛能，教育的過(guò)程癡迷于人的成長(zhǎng)。成長(zhǎng)的過(guò)程并非被切分為不同學(xué)科的學(xué)習(xí)路徑，而是更為全面地以跨學(xué)科的視角認(rèn)識(shí)自我、完善自我、發(fā)展自我的過(guò)程?？缃绯３?lái)已有領(lǐng)域的突破創(chuàng)新，這讓STEM視角下的教育革新格外讓人期待。

參考文獻(xiàn)

[1]Congressional Research Service. Science， Technology， Engineering， and Mathematics （STEM） Education： A Primer [EB/OL].[2012-8-1].https：//www.fas.org/sgp/crs/misc/R42642.

[2]National Science Board.Undergraduate Science， Mathematics and Engineering Education[EB/OL].[1986-3].https：//www.nsf.gov/nsb/publications/1986/nsb0386.

[3]Herschbach， D.R.The STEM initiative： Constraints and challenges[J]. Journal of Stem Teacher Education， 2011， 48（1）：96-122.

[4]Domestic Policy Council. American Competitiveness Initiative[EB/OL].[2007-8].https：//georgewbush-whitehouse.archives.gov/news/releases/2007/08/20070809-1.html

[5]National Science Board.A National Action Plan for Addressing the Critical Needs of the U.S. Science， Technology， Engineering， and Mathematics Education System[EB/OL].[2007-10-30].https：//www.nsf.gov/pubs/2007/nsb07114/nsb07114.

[6]National Science and Technology Council.Federal Science， Technology， Engineering， and Mathematics（STEM） Education 5-Year Strategic Plan[EB/OL].[2013-5].https：//www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/stem_stratplan_ 2013.

[7]Finnish National Board of Education.National Core Curriculum For BASIC Education.[EB/OL].[2014].http：//verkkokauppa.oph.fi/epages/OPH.sf/fi_FI/？ObjectPath=/Shops/OPH/Products/9789521360046

[8]教育部（2016）.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知[EB/OL].[2016-06-24].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html

[9]Anderson，J.R.The architecture of cognition.[M].Cambridge： Harvard University Press，1983.

[10]Camilla， F. & Cooper， M.An introduction and guide to evaluation of visualization techniques through user studies. In W.Huang（Ed.），Handbook of human centric visualization（p：285-313）.[M] New York：Springer，2014 .

（責(zé)任編輯 郭向和）