構(gòu)建STEM教育的課程觀

葉兆寧 楊元魁

21世紀(jì)以來(lái)，隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，教育也發(fā)生了巨大改變。課程改革在教育觀、課程觀、教師觀、學(xué)生觀等方面都對(duì)教師提出了全新的要求，教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展成為教師面臨的主要問(wèn)題，STEM教育則對(duì)教師提出了更高要求。為了壯大STEM教師隊(duì)伍，提升STEM教師素質(zhì)，美國(guó)聯(lián)邦政府連續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)STEM教師培養(yǎng)法案，包括《有效的STEM教學(xué)法案》《STEM教師教育與指導(dǎo)支持方案》《STEM優(yōu)秀教師隊(duì)伍建設(shè)方案》《全美STEM教師稅收激勵(lì)方案》等，并設(shè)立多種多樣的STEM教師培養(yǎng)項(xiàng)目。但目前STEM教育存在的主要問(wèn)題仍是教師數(shù)量嚴(yán)重短缺，課程資源缺乏[1]。

STEM教育的課程觀是STEM教師的必備素質(zhì)

STEM教育是一個(gè)廣泛多樣、變動(dòng)不居的研究領(lǐng)域。教師是確保STEM項(xiàng)目或課程成功的核心鑰匙[2]。面對(duì)跨學(xué)科的復(fù)雜性，STEM教育需要縝密的課程、教學(xué)和評(píng)估，技術(shù)和工程需要整合到科學(xué)和數(shù)學(xué)中形成一體化課程，科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)過(guò)程需要在實(shí)踐上深度融合。學(xué)生需要發(fā)展STEM素養(yǎng)和能力，教師需要獲得合適的STEM專(zhuān)業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)[3]。

2014年國(guó)際科學(xué)院聯(lián)盟的科學(xué)教育國(guó)際研討會(huì)在北京召開(kāi)，英國(guó)科學(xué)教育協(xié)會(huì)首席執(zhí)行官DerekBell教授提出，在STEM教育中，教師必須戰(zhàn)勝的困難不僅僅是缺乏知識(shí)那么簡(jiǎn)單，他們還需要理解各個(gè)學(xué)科的教學(xué)法[4]。例如，科學(xué)要求對(duì)研究中的現(xiàn)象形成更深入的理解，而技術(shù)和工程則通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)產(chǎn)品滿(mǎn)足實(shí)用性的特定條件和需求。兩類(lèi)學(xué)科都需要“解決問(wèn)題”的方式，但處理和評(píng)價(jià)任務(wù)卻是不同的。因而，對(duì)于從州個(gè)學(xué)科轉(zhuǎn)向另一個(gè)學(xué)科的教師來(lái)說(shuō)，他們并不能照搬原來(lái)的教學(xué)方法。

與傳統(tǒng)學(xué)科教育不同，跨學(xué)科的STEM教育具有較強(qiáng)的生成性和綜合性。它已經(jīng)不是教學(xué)層面的教學(xué)活動(dòng)方式，而是具有獨(dú)立形態(tài)的課程。如果教師仍然停留在學(xué)科、教材和案例上，顯然不能勝任STEM教育的需求。在STEM教育的過(guò)程中，教師必須更加關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，不斷反思教學(xué)的進(jìn)度和指向。這時(shí)的課程是生成性的而非預(yù)設(shè)的、是開(kāi)放的而非封閉的、是動(dòng)態(tài)的而非靜態(tài)的。因此，對(duì)于開(kāi)展STEM教育的教師而言，樹(shù)立積極有效的課程觀并能付諸行動(dòng)尤為重要。STEM教師的課程觀可以體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1.教師能達(dá)成對(duì)STEM素養(yǎng)和跨學(xué)科概念的認(rèn)識(shí)和理解

STEM素養(yǎng)及核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，是STEM教育的目標(biāo)和愿景，也是實(shí)施教育的基本準(zhǔn)則。作為開(kāi)展STEM教育的教師，首先需要考慮的還不是如何有效地開(kāi)展教學(xué)，而是應(yīng)該帶給學(xué)生什么樣的教育經(jīng)驗(yàn)，包括什么樣的知識(shí)最有價(jià)值、什么樣的主題最值得探索。這就需要教師達(dá)成對(duì)STEM素養(yǎng)與跨學(xué)科概念的認(rèn)識(shí)和理解，了解STEM教育要達(dá)成的教育價(jià)值有哪些，并從課程的高度理解課程或主題的結(jié)構(gòu)、功能、性質(zhì)、理念、內(nèi)容、活動(dòng)方式和評(píng)價(jià)以及課程設(shè)計(jì)與課程實(shí)施等方方面面。由表1可以看出STEM中各學(xué)科的內(nèi)涵[5]。

美國(guó)《新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》是幫助教師達(dá)成整體認(rèn)識(shí)的有效參考，標(biāo)準(zhǔn)中包括三個(gè)維度：科學(xué)與工程實(shí)踐、跨學(xué)科概念、學(xué)科核心概念，明確給出了科學(xué)、技術(shù)和工程素養(yǎng)以及跨學(xué)科概念的具體內(nèi)容。雖然標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有明確給出數(shù)學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)容，但這部分可以參考州共同標(biāo)準(zhǔn)或其他類(lèi)似的數(shù)學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)。

案例：水過(guò)濾器[6]

本案例是一個(gè)面向小學(xué)高年級(jí)或初中學(xué)生的STEM主題課程，有關(guān)水過(guò)濾的環(huán)境工程項(xiàng)目，作為水循環(huán)單元的一部分在科學(xué)課上開(kāi)展。該主題促使學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，對(duì)已有經(jīng)驗(yàn)提取和再內(nèi)化，加強(qiáng)有效的科學(xué)概念、修改有問(wèn)題或模糊的概念，在評(píng)價(jià)和交流的過(guò)程中逐步建立正確的概念認(rèn)知。參考《新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》，作者給出了主題活動(dòng)的設(shè)計(jì)依據(jù)，表2展示出主題設(shè)計(jì)者對(duì)STEM素養(yǎng)和跨學(xué)科概念的認(rèn)識(shí)和理解。

2.教師能從教學(xué)和學(xué)習(xí)兩個(gè)層面開(kāi)展STEM課程的教學(xué)設(shè)計(jì)

達(dá)成對(duì)STEM的理解和認(rèn)識(shí)是教師開(kāi)展STEM教學(xué)實(shí)踐的第一步，即解決教什么學(xué)什么的問(wèn)題，真正的實(shí)踐需要從教師對(duì)STEM課程的教學(xué)設(shè)計(jì)開(kāi)始，確保所有學(xué)生能夠體驗(yàn)一系列有目的、有方法、有系統(tǒng)的STEM學(xué)習(xí)歷程。

一個(gè)好的STEM課程或主題，不僅要有富有吸引力的內(nèi)容，還要有體現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的教育理念和學(xué)科間的相互碰撞，更要著重培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維。因此，教師要從如何教和如何學(xué)兩個(gè)層面開(kāi)展STEM課程的教學(xué)設(shè)計(jì)。

“如何教”是指教師對(duì)整個(gè)課程或主題學(xué)習(xí)活動(dòng)的規(guī)劃。優(yōu)秀的STEM課程或主題來(lái)源于學(xué)生的生活與需求，教師可以有教材或有教學(xué)活動(dòng)的指導(dǎo)手冊(cè)，但教學(xué)絕不是以教材為藍(lán)本的固定程序。教師要能夠根據(jù)學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)靈活使用教材和手冊(cè)，在開(kāi)展形成性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上持續(xù)對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和規(guī)劃，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)成為能動(dòng)、積極、高效的過(guò)程。這不僅要求教師對(duì)STEM素養(yǎng)和跨學(xué)科概念有深入的認(rèn)識(shí)和理解，還需要教師具有組織活動(dòng)、開(kāi)展STEM教學(xué)設(shè)計(jì)與規(guī)劃的能力。

“如何學(xué)”是指學(xué)生會(huì)經(jīng)歷怎樣的學(xué)習(xí)過(guò)程。學(xué)習(xí)是否有效、是否能達(dá)成預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程有密切關(guān)聯(lián)。跨學(xué)科的STEM課程需要學(xué)生積極主動(dòng)參與到基于項(xiàng)目或基于問(wèn)題的探索和研究中，包括主動(dòng)參與學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇、主動(dòng)調(diào)整學(xué)習(xí)的路徑與進(jìn)度等，這些需要教師的引導(dǎo)和協(xié)助。因此，教師必須了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果、促進(jìn)學(xué)生選擇有效的學(xué)習(xí)材料與內(nèi)容，也就是說(shuō)，教師必須從“如何學(xué)”的層面開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)，并在實(shí)踐過(guò)程中不斷調(diào)整其教學(xué)。

3.教師能正確理解和踐行STEM教師的角色與作用

STEM教育的課程觀還體現(xiàn)在教師對(duì)其角色與作用的理解和行動(dòng)上。STEM教育對(duì)教師提出的高要求不僅體現(xiàn)在學(xué)利上，更體現(xiàn)在教育的理念和行為上。

STEM教育承載了比任何一個(gè)學(xué)科教育都多得多的教學(xué)目標(biāo)，它使得STEM課程在內(nèi)容的選擇和教育的實(shí)施上都具備一定的難度。與單一學(xué)科相比，學(xué)生通過(guò)STEM課程需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容、培養(yǎng)的技能較多，學(xué)習(xí)周期也較長(zhǎng)。在學(xué)生還不具備自主學(xué)習(xí)能力時(shí)，教師在教學(xué)中要起到支持者、組織者和引導(dǎo)者的作用。

教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或形成項(xiàng)目；需要用問(wèn)題啟發(fā)思考、驅(qū)動(dòng)實(shí)證研究；需要激發(fā)學(xué)生的熱情和好奇，也需要激勵(lì)和保持學(xué)生的探究欲望和信心；需要為學(xué)生提供充足、有結(jié)構(gòu)的材料與資源，也需要在學(xué)生遇到困難時(shí)給予支持和幫助；需要依據(jù)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)估判斷下一步教學(xué)的方向；最重要的是，需要有耐心和積極的心態(tài)陪伴學(xué)生完成整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。

教師具備良好的STEM教育的課程觀是這些教育行為出現(xiàn)的思想基礎(chǔ)。教師只有正確理解自己在STEM教育中的地位和作用，才能明確哪些教學(xué)行為符合STEM教育理念。當(dāng)然，從理解到行動(dòng)還需要教師經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐，在實(shí)踐中將理念內(nèi)化為有效的教學(xué)行為。

構(gòu)建STEM教育課程觀的方法與途徑

英國(guó)惠康基金會(huì)在一項(xiàng)STEM教育的研究中發(fā)現(xiàn)，教師頗費(fèi)一番周折才能知道應(yīng)選擇什么活動(dòng)，并且有時(shí)會(huì)缺乏將自己的選擇付諸行動(dòng)的能力[7]?？梢?jiàn)，教師構(gòu)建起STEM教育的課程觀并不是一件容易的、短時(shí)間能解決的事情。即便在某個(gè)學(xué)科具備較高教育素養(yǎng)的優(yōu)秀教師，在從單一學(xué)科教育轉(zhuǎn)向跨學(xué)科的綜合教育之后，仍然需要重新構(gòu)建對(duì)STEM教育的理念、方法和課程觀的理解。尋求有效的教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展方法與路徑，不僅是教師自身的需求，更是STEM教育長(zhǎng)足發(fā)展的基礎(chǔ)和根本。

1.參與持續(xù)的、參與式的教師培訓(xùn)

從事跨學(xué)科STEM教育的教師也應(yīng)該是具備跨學(xué)科綜合素質(zhì)的人，在理論知識(shí)不足、專(zhuān)業(yè)背景缺乏、技術(shù)能力缺失的情況下，通過(guò)參與職后培訓(xùn)提升認(rèn)知和能力是教師的首選。這樣的教師培訓(xùn)應(yīng)具備持續(xù)性和參與性?xún)蓚€(gè)關(guān)鍵特征，

持續(xù)性是不言而喻的，沒(méi)有持續(xù)的培訓(xùn)支撐，要想發(fā)展和提升一個(gè)人的綜合素質(zhì)顯然是杯水車(chē)薪。這需要相關(guān)部門(mén)制訂可持續(xù)的教師培訓(xùn)方案，在兩三年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)為教師提供系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和專(zhuān)業(yè)支撐。

STEM教育的實(shí)踐特征支持了教師培訓(xùn)采用參與式學(xué)習(xí)模式，如果僅是理論學(xué)習(xí)、實(shí)地考察、聽(tīng)評(píng)課，并不能讓教師經(jīng)歷科學(xué)和工程的完整過(guò)程，也不能促進(jìn)其理解科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)的真諦和教育價(jià)值。因此，開(kāi)展參與式培訓(xùn)，在教學(xué)之前自己先嘗試成功和失敗，這是STEM教師培訓(xùn)需要經(jīng)歷的過(guò)程。

2.組建跨學(xué)科工作團(tuán)隊(duì)和協(xié)作團(tuán)隊(duì)

如果缺乏充分的支持或缺少合適的人的參與，跨學(xué)科工作就會(huì)面臨巨大的失敗風(fēng)險(xiǎn)[8]。較有成效的做法是在學(xué)?；騾^(qū)域內(nèi)組建跨學(xué)科工作團(tuán)隊(duì)和協(xié)作團(tuán)隊(duì)，其中不僅包含科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)教師，還包含一系列具有不同專(zhuān)業(yè)類(lèi)型和水平的其他職業(yè)者。團(tuán)隊(duì)協(xié)作既是STEM教育的特色，也是STEM教師的工作模式與方法。

引入具有學(xué)利之外視角的人，能幫助教師更好地理解STEM素養(yǎng)和構(gòu)建STEM教育的課程觀，發(fā)揮專(zhuān)業(yè)人士的學(xué)科能力，與教師共同參與STEM課程的教學(xué)實(shí)踐。同時(shí)，工作團(tuán)隊(duì)和協(xié)作團(tuán)隊(duì)對(duì)教學(xué)的介人，也幫助學(xué)生把學(xué)習(xí)和生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，促進(jìn)學(xué)生以多種方式在更加開(kāi)放的空間和時(shí)間中、在更多專(zhuān)業(yè)人士的支持下，經(jīng)歷STEM教育的學(xué)習(xí)過(guò)程，達(dá)成預(yù)期的教育目標(biāo)。

3.實(shí)踐課程開(kāi)發(fā)，成為專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)計(jì)者與實(shí)踐者

實(shí)踐課程開(kāi)發(fā)，是提高STEM教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)、構(gòu)建STEM教育課程觀必須經(jīng)歷的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，STEM教育促使每一位參與STEM教學(xué)的教師成為課程的設(shè)計(jì)者和實(shí)踐者。

在開(kāi)展參與式STEM教師培訓(xùn)時(shí)，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的實(shí)踐能有效幫助教師提升這方面的素養(yǎng)。例如，讓參與者以小組為單位進(jìn)行教學(xué)單元的整體設(shè)計(jì)，思考以下六個(gè)環(huán)節(jié)，解決每個(gè)環(huán)節(jié)與教學(xué)設(shè)計(jì)有關(guān)的問(wèn)題：

一是明確任務(wù)或問(wèn)題，確定引入情境。采用怎樣的方式引入問(wèn)題或任務(wù)；要研究的問(wèn)題或完成的任務(wù)是什么；有哪些具體要求。

二是分析對(duì)象和目標(biāo)。課程在哪個(gè)年級(jí)實(shí)施；這個(gè)年級(jí)的學(xué)生對(duì)所涉及的概念有哪些認(rèn)識(shí)；哪些是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，在技能方面有哪些缺失；根據(jù)這些基礎(chǔ)，課程的教學(xué)目標(biāo)有哪些。

三是分析學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求。學(xué)生研究該問(wèn)題或完成該任務(wù)的過(guò)程是怎樣的；涉及哪些學(xué)科探究的內(nèi)容；活動(dòng)可以有哪些順序；這些順序可以如何分配。

四是列出工具與資源。學(xué)生需要用哪些工具；工具的使用方法和注意事項(xiàng)有哪些；哪些可能給學(xué)生造成危險(xiǎn)或傷害；如何提示和防范；學(xué)生需要哪些學(xué)習(xí)資源做補(bǔ)充，從哪里能找到這些資源，以哪種方式呈現(xiàn)資源。

五是設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程和教學(xué)支架。研究問(wèn)題的探究過(guò)程是怎樣的；如何引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題；如何幫助學(xué)生解決問(wèn)題。

六是設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方案。學(xué)生的學(xué)習(xí)成果有哪些；如何進(jìn)行定性或定量評(píng)價(jià)；哪些評(píng)價(jià)需要與學(xué)生共同討論并制定；如何從評(píng)價(jià)中獲得信息以判斷學(xué)生的理解和發(fā)展?fàn)顩r；如何給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和幫助。

總之，STEM教育的重要性已經(jīng)毋庸置疑，STEM教育的理念已初步形成，只有將STEM教師的專(zhuān)業(yè)發(fā)展放在實(shí)踐STEM教育的首位，才能促進(jìn)STEM教育在未來(lái)得到更好、更決、更有效的發(fā)展。

注釋?zhuān)?/p>

[1]馮華.STEM教育視野下的綜合課程建設(shè)中小學(xué)管理，2016 （5）：14-16

[2]王雪華.STEM教師是確保STEM+項(xiàng)目/課程成功的核心鑰匙.上海教育，201.5 （05B）：5

[3]詹青龍.許瑞.國(guó)外STEM教育研究的熱題表征和進(jìn)路預(yù)判.中國(guó)電化教育，2016（lO）：66-72

[4]Derek Bell. IBSE與STEM教育：在支持教師時(shí)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇.中國(guó)科技教育，2015.01： 16-19.

[5]Derek Bell，Huhert Dvasi.提高小學(xué)課堂中的STEM形象：對(duì)教師角色的啟示.中國(guó)科技教育，2017（1）：10-14.

[6]楊聰，夏子玫.促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念的STEM活動(dòng)設(shè)計(jì)——“設(shè)計(jì)保溫杯”中國(guó)科技教育，2017 （1）：20-23

[7] Wellcome Trust （2012） .Working together： making STEM happening in secondary schools.London： Wellcome Trust.http：//www.wellrome. ac.uk/Ahout-us/Puhlications/Reports/Education/WTVM055659.htm

[8]Derek Bell，陳彧IBSE與STEM教育：在支持教師時(shí)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇.中國(guó)科技教育，2015 （1）：16-19