美國STEM教育對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的啟示

馬文娟 馬建軍

摘 ?要 近年來，隨著人才需求的多元化和復(fù)合化，STEM教育備受各界關(guān)注。美國政府出臺一系列關(guān)于STEM教育的政策性文件。闡述和分析STEM教育的起源、理念、重要措施、關(guān)鍵階段、發(fā)展途徑和難點，提出在小學(xué)以科學(xué)為核心，在地方師范院校以培養(yǎng)全科教師為抓手，廣泛開展STEM項目綜合性練習(xí)，激勵教師不斷學(xué)習(xí)，平衡教學(xué)與科研的關(guān)系。

關(guān)鍵詞 STEM教育;創(chuàng)客教育;融合教育;創(chuàng)新人才;科學(xué)課;全科教師

中圖分類號：G650 ? ?文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）16-0134-03

U.S. STEM Education for Innovative Talent Training//MA Wen-juan， MA Jianjun

Abstract In recent years， with the talent demand of diversity and compound， STEM education received attention from all walks of

life. The United States government introduced a series of STEM education policy documents. This article， from the STEM educations

origin， concept， the important measures， the key stage and ways of development and difficulties， put forward in the elementary school science as the core， in the local communities in normal colleges is

to train general practitioners teachers， extensive STEM project com-

prehensive practice， encourage teachers to learn， to balance the rela-tionship between teaching and research.

Key words STEM education; maker education; inclusive education; innovative talents; science; general-subject teachers

1 引言

2013年5月，美國政府結(jié)合多年STEM教育經(jīng)驗，由國家科學(xué)技術(shù)委員會、聯(lián)邦教育部、國防部等多個部門和機構(gòu)聯(lián)合發(fā)布《聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略計劃》（Federal STEM

Education 5-Year Strategic Plan）這一政策性文件，安排與部署STEM教育的實施方案和具體做法。

從文件中獲悉，在美國教育各學(xué)段都提倡學(xué)生修讀科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）（簡稱STEM）領(lǐng)域的學(xué)科，希望培養(yǎng)符合各學(xué)段學(xué)生特點的科技素養(yǎng)和理工素養(yǎng)，以保證美國的世界地位。STEM教育在美國備受關(guān)注。

當(dāng)然，隨著STEM教育的發(fā)展以及STEM教育帶來的各種影響，其他國家也開始重視STEM教育。如澳大利亞政府從國家層面開始要求年輕人必須具備STEM技能和知識，并出臺了《STEM學(xué)校教育國家戰(zhàn)略（2016—2026）》，這一舉動顯示了澳大利亞政府開展STEM教育的決心。我國也不例外，在出臺的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中正式將STEM教育發(fā)展列入國家中長期教育發(fā)展綱要。

STEM教育是一種跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的教育，學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識，以此來提升自己的探索能力、研究能力和解決實際問題的能力等。它是美國政府為了提升國家的核心競爭力而做出的一項教育戰(zhàn)略。筆者認為，我國的STEM教育還較多地停留在單純的課程整合上，如現(xiàn)階段出現(xiàn)的聯(lián)動課、綜合課程等，只是將多學(xué)科進行整合。而STEM教育提倡的是一種融合的教育思想，是將四個學(xué)科領(lǐng)域進行有效融合。融合不同于整合，融合應(yīng)該是一種較高的理念，是一種真正意義上的跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的教育。

2 美國STEM教育分析

創(chuàng)客教育是STEM教育的起源 ?《聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略計劃》中多次提到要塑造美國學(xué)生的創(chuàng)造力，并且提到養(yǎng)成美國學(xué)生創(chuàng)造意識迫在眉睫。美國國家科學(xué)理事會（NSB）于1986年頒布的《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》就談到創(chuàng)新問題，該政策性文件被視作美國STEM教育的戰(zhàn)略開端。隨后的一系列政策性文件，如美國國家科學(xué)基金會（NSF）于1996年頒布的《塑造未來 ?本科教育振興戰(zhàn)略》，美國認證協(xié)會（ACI）于2006年頒布的《美國競爭力計劃》，美國國會于2007年頒布的《美國競爭法》，國家科學(xué)技術(shù)委員會（NSTC）于2010年頒布的《準備與激勵：為了美國未來的K-12科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育》和《2010年美國競爭再授權(quán)法》，以及2013年頒布的《聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略計劃》等，都始終圍繞創(chuàng)客教育論述STEM教育的發(fā)展，從美國preschool、K-12、undergraduate education

和post-graduate education不同學(xué)段的教育探討如何開展STEM教育。

從以上政策性文件分析，越來越多的研究者開始關(guān)注如何利用創(chuàng)客活動來推動基于STEM的非正式學(xué)習(xí)，可以說，創(chuàng)客教育為STEM教育的實施提供了可能。

融合教育是STEM教育的理念 ?《聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略計劃》中談到，STEM教育的各個理工科整合一定要細化、具體。其實，在一定程度上，STEM教育倡導(dǎo)的已經(jīng)不是整合教育，而是多學(xué)科的融合，是將融合教育的理念滲透其中，是一種多學(xué)科的集成教育。

項目探究是STEM教育的重要措施 ?目前，最為可行的辦法是在基于項目的教學(xué)中滲透STEM教育?！盎鸺媱潯笔且粋€非常典型的STEM教育教學(xué)案例[1]。

1）“火箭計劃”的第一部分。“火箭計劃”這節(jié)課的主題是火箭。起初，教師需要給學(xué)生普及知識，如火箭的定義、宇航員的職責(zé)、登月計劃（Lunar Mission）等知識，通過這些前期知識的介紹，幫助學(xué)生形成火箭設(shè)計的知識基礎(chǔ)，為后續(xù)項目的順利開展奠定基礎(chǔ)。在教師介紹這些內(nèi)容時，有學(xué)生對月亮是Moon還是Lunar很好奇，教師可以就此進一步展開討論。在這部分，學(xué)生了解項目的背景，涉及天文方面的知識，比如什么是火箭、宇航員的工作職責(zé)、登月計劃等;涉及歷史方面的知識，比如我國登月史、Lunar

名字的來源、月亮的來源等;涉及英語方面的學(xué)習(xí)，比如給學(xué)生講解單詞Lunar和Moon的區(qū)別等。

2）“火箭計劃”的第二部分。在項目的第二部分，教師接著介紹：“如果要實現(xiàn)登月計劃，就要考慮宇航員的食物和水，可是食物和水要安排多少呢？如果食物和水的數(shù)量不夠，宇航員就會餓死或者渴死;如果食物和水的數(shù)量太多，火箭又承載不了，那該怎么辦？”此時教師已將項目的核心問題拋出，要求學(xué)生設(shè)計一枚火箭，能攜帶宇航員登陸月球，具體項目設(shè)計任務(wù)如圖1所示。

接著，學(xué)生就會向教師提出一系列問題：登月計劃是多少天？宇航員每天食物的需求量是多少？水的需求量是多少？參與登月計劃的宇航員有幾個人？……教師請學(xué)生羅列出所有他們認為要解決的問題，緊接著將學(xué)生所提的這些問題進行匯總、歸類，羅列出大家共有的問題清單，再利用頭腦風(fēng)暴補充新問題，最終得出新的問題清單。這時，教師給出假設(shè)登月計劃是七天，要求學(xué)生按照問題清單，計算并回答這些問題。學(xué)生逐一討論，就得到估算補給用量的所有線索。

通過項目第二部分，學(xué)生通過羅列問題，提高了解決困難的能力;通過相互之間的討論，大大提高了合作能力。

3）“火箭計劃”的第三部分。接下來，教師給學(xué)生三張線索卡片：第一張卡片上寫著宇航員的姓名;第二張卡片上寫著每個宇航員每天消耗2 Bottles of Water和3 ?Meals;第三張卡片上寫著火箭可能的能量補給。接著要求學(xué)生根據(jù)七天的登月計劃，策劃：

①總共需要多少水？

②總共需要多少食物？

③火箭還需要補充多少補給？

通過項目第三部分，主要鍛煉學(xué)生在實際問題中運用數(shù)學(xué)知識，將數(shù)學(xué)運算作為解決實際問題的根本。

4）“火箭計劃”的第四部分。教師給出火箭、座位、油箱、食物、水等物品，要求學(xué)生根據(jù)火箭的補給能量，在自己設(shè)計的火箭中裝上所需物品。

這部分主要是讓學(xué)生對火箭進行內(nèi)部設(shè)計，同時訓(xùn)練學(xué)生的綜合思維，如：火箭如何運行？火箭內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何設(shè)計？火箭能承載多少物品？

本科教育是STEM教育的關(guān)鍵階段 ?在《聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略計劃》中提到的重點投資領(lǐng)域，即加強STEM教育中的本科生教育和增加本科生的人數(shù)，提道：“增加本科階段進入STEM教育領(lǐng)域?qū)W習(xí)的學(xué)生人數(shù)，為后續(xù)STEM教育研究做好準備?！币捕啻螐娬{(diào)本科生的STEM教育不容忽視，本科生是未來社會的核心力量[2]。

美國高等教育階段的學(xué)生選擇主修STEM學(xué)科領(lǐng)域的人數(shù)在減少，不僅僅是本科生，研究生的數(shù)目也在減少。這將導(dǎo)致本科生或研究生畢業(yè)后從事STEM領(lǐng)域的工作人數(shù)減少，即國家科學(xué)技術(shù)人才減少。因此，如何增加高等院校學(xué)生選修STEM學(xué)科領(lǐng)域的人數(shù)，這是高等教育階段STEM教育需要解決的重要問題。

師資建設(shè)是STEM教育的發(fā)展途徑 ?一項教育計劃的實施離不開教師。教師不僅僅是計劃的執(zhí)行者，更是計劃的制訂者。一項教育計劃執(zhí)行的關(guān)鍵在于教師的業(yè)務(wù)素養(yǎng)。因此，提升師資水平對開展STEM教育具有重要意義。為此，需要給教師提供一流的教學(xué)資源、先進的課堂教學(xué)工具，滿足教師在教學(xué)過程中運用各方面的知識講授復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)、分析多樣的社會問題，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地思考，培養(yǎng)學(xué)生探索知識的能力、解決困難的能力、創(chuàng)新能力、研究能力等，為學(xué)生以后勝任STEM職位做好準備。STEM教育的實施對教師的要求很高，教師不僅要講授科學(xué)知識，更要培養(yǎng)學(xué)生的科技能力和創(chuàng)新能力，這才是STEM教育的根本。

高效教學(xué)是STEM教育的難點 ?由于STEM教育是基于項目的探究學(xué)習(xí)，是跨學(xué)科的融合教育，是集多學(xué)科為一體的教育教學(xué)，它沒有明確的教學(xué)大綱，沒有具體的教學(xué)內(nèi)容，更沒有明確的教學(xué)進度和完善的測評機制。因此，如何高效開展STEM教學(xué)，是STEM計劃的一大難點，也是美國政府一直在探討的問題。

3 美國STEM教育對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的啟示

嘗試在中小學(xué)以科學(xué)課為核心，在高校以全科教師培養(yǎng)為抓手，全面開展科學(xué)教育 ?STEM教育直接推動著國家教育，STEM教育的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生的科技能力和創(chuàng)新能力。針對我國的發(fā)展趨勢和教育現(xiàn)狀，執(zhí)行STEM教育勢在必行。筆者認為，我國應(yīng)嘗試大力發(fā)展科學(xué)教育，在部分中小學(xué)校嘗試打破傳統(tǒng)的以語數(shù)外為核心的模式，將科學(xué)課作為教學(xué)核心，增加全科教師全面負責(zé)科學(xué)課教育。

在小學(xué)，將科學(xué)課程作為主修課程，在學(xué)時、課程學(xué)習(xí)時段等方面給予與語文課程、數(shù)學(xué)課程、英語課程同等地位，做到每天都安排科學(xué)課程學(xué)習(xí)，其學(xué)習(xí)形式可靈活多樣，如室外觀摩、作品設(shè)計、創(chuàng)意展覽、探索發(fā)現(xiàn)等。甚至可以在學(xué)時安排上再加大，將學(xué)生家長動員起來，分時段參與學(xué)?？茖W(xué)課教學(xué)，全面立體化地營造科學(xué)知識的學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)小學(xué)生的基本科技意識與科技能力。

在中學(xué)，可以考慮在高考科目中增加對科學(xué)課和創(chuàng)意作品設(shè)計等內(nèi)容的考查。在日常教學(xué)與管理中側(cè)重理工課程的教學(xué)與管理，全面培養(yǎng)中學(xué)生的理工素養(yǎng)，努力提升中學(xué)生的科技能力。

在大學(xué)，建議地方師范類院校人才培養(yǎng)嘗試以全科教師培養(yǎng)為抓手，全面改革科學(xué)教育方案，實現(xiàn)與中小學(xué)科學(xué)課教育對接，將我國科學(xué)教育落到實處，開展符合國情的STEM教育。

開展STEM綜合項目 ?美國STEM教育研究機構(gòu)認為，各個學(xué)校應(yīng)該大力開展STEM項目和STEM課程，全面培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、科研能力、解決問題的能力等，努力提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。美國商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域也十分重視STEM教育，因為他們急需受過良好STEM教育的人才。有些企業(yè)和學(xué)校聯(lián)合開發(fā)STEM項目，給學(xué)生提供更多的實踐機會，讓企業(yè)員工或者是企業(yè)培訓(xùn)師和學(xué)生共同完成STEM項目，鍛煉學(xué)生運用STEM知識的能力，同時增強學(xué)生對STEM項目的學(xué)習(xí)興趣和對STEM投入更多的關(guān)注。STEM教育在美國各個領(lǐng)域備受關(guān)注。

筆者認為，在我國高等教育中，通過應(yīng)用型專業(yè)的設(shè)置和與地方緊密對接的關(guān)系，建立一些校企合作項目，聘請企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人、科研骨干承擔(dān)高校大學(xué)生項目的“雙指導(dǎo)”教師，從不同的角度指導(dǎo)學(xué)生開展項目活動。這樣，學(xué)生在項目執(zhí)行過程中既可以學(xué)習(xí)到實用性強的技術(shù)，也有效地縮短了學(xué)生畢業(yè)后走上工作崗位的適應(yīng)期，實現(xiàn)大學(xué)教育與社會需求有效對接。

激勵教師不斷學(xué)習(xí)，平衡教學(xué)與科研 ?目前，高等學(xué)校教師具有雙重角色：一是承擔(dān)大量的教學(xué)任務(wù);二是開展自己研究方向的相關(guān)領(lǐng)域研究，他們每年需要撰寫一定量的學(xué)術(shù)論文或者出版相關(guān)書籍等。盡管如此，一些高校教師“痛并快樂著”，因為他們的各種科研活動可以獲得一定獎勵，不愿承擔(dān)過多的教學(xué)任務(wù)，也很難在教學(xué)模式、教學(xué)方法上改進，而是將更多的精力放在研究上，放在獲取各種獎勵上。對此，高校應(yīng)改變固有的獎勵制度，實施教師問責(zé)制，引導(dǎo)教師平衡教學(xué)和科研。另外，也可加大兼職教師的選聘，讓部分兼職教師承擔(dān)STEM教育，全身心開展STEM教育。同時，全職教師可以把更多的精力放在STEM教育相關(guān)領(lǐng)域的研究上。

4 結(jié)語

近年來，美國對STEM教育的發(fā)展足夠重視。美國政府強調(diào)要進行跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的教學(xué)，以此完善大學(xué)生的多學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，開闊大學(xué)生的知識視野，提高大學(xué)生的基于創(chuàng)新和團隊合作的實踐能力等，培養(yǎng)大學(xué)生在未來新經(jīng)濟形態(tài)下所必須具備的基本素養(yǎng)。我國要提高綜合國力，改善當(dāng)前教育面臨的困局，就必須借鑒美國STEM教育的相關(guān)理念，加大對STEM教育的重視，出臺STEM教育相關(guān)政策文件，督促各級學(xué)校以提升學(xué)生核心素養(yǎng)和核心競爭力為突破點，切實將STEM教育落到實處。

參考文獻

[1]美國學(xué)生都在學(xué)的STEM課程，是什么樣子的？[DB/OL].

http：//baobao.sohu.com/20160818/n464914781.shtml

[2]李慧，王全喜，張民選.美國STEM教育的探析及啟示[J].上海師范大學(xué)學(xué)報：哲學(xué)社會科學(xué)版，2016（5）：144-152.