繪制成功之路：美國STEM教育戰(zhàn)略

趙塞納 黃寶珠 杜永軍 郭偉

一、STEM教育戰(zhàn)略如何走向成功

聯(lián)邦政府的STEM教育戰(zhàn)略通過以下途徑實現(xiàn)上文中提到的三個目標(biāo)：加強STEM基礎(chǔ)素養(yǎng)，提高STEM教育的多樣性、公平性和包容性，使STEM勞動力為未來做好準(zhǔn)備。

美國將受益于戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，在其中學(xué)習(xí)者可以把知識同工作的需要結(jié)合起來?？绮块T的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系需要建立起教育機構(gòu)、企業(yè)及其服務(wù)的群體三者間的聯(lián)系，在促進交流的基礎(chǔ)上使教育準(zhǔn)備工作與勞動力需求結(jié)合起來。

聯(lián)邦機構(gòu)應(yīng)該鼓勵STEM教育相關(guān)者在STEM生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)方面進行合作，并團結(jié)其他組織機構(gòu)，如PreK-12學(xué)校、非正式教育的教育者、社區(qū)學(xué)院和大學(xué)——包括西語拉丁裔服務(wù)機構(gòu)（Hispanic-serving Institutions，HSIs）——企業(yè)、非營利組織、社會服務(wù)機構(gòu)等經(jīng)濟和勞動力發(fā)展組織，以及博物館、圖書館、認證服務(wù)機構(gòu)等終身學(xué)習(xí)組織機構(gòu)。STEM生態(tài)系統(tǒng)不但能讓個人和組織更有效地利用戰(zhàn)略伙伴提供的資源，而且為未來勞動力的培養(yǎng)提供更多的支持。通過教育者與企業(yè)的合作伙伴關(guān)系，加強基于工作的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)非常重要。因此校企合作模式將促使工作者有更多在崗位上取得成功的機會，他們可以通過共同協(xié)作，讓學(xué)習(xí)者適應(yīng)飛速變化的崗位需求，并總結(jié)出一套方法，起到協(xié)調(diào)實踐的效果。

豐富和發(fā)展戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系有以下三個目標(biāo)。

第一，建設(shè)能夠團結(jié)社區(qū)內(nèi)不同群體的STEM生態(tài)系統(tǒng)。STEM生態(tài)系統(tǒng)吸引了教育相關(guān)者和其他組織機構(gòu)。該生態(tài)系統(tǒng)注重設(shè)計長期的、可共享的、可持續(xù)的和靈活的任務(wù)，以增加各部門可提供的學(xué)習(xí)機會。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的合作伙伴不受地域的限制，可以廣泛地參與進來，從而創(chuàng)建從地區(qū)到全球的STEM社區(qū)。

STEM生態(tài)系統(tǒng)的合作模式將建立起更強大、更信息化的社區(qū)，并培養(yǎng)出滿足當(dāng)?shù)仄髽I(yè)需求的多樣化勞動力。這樣的社區(qū)可以為學(xué)習(xí)者提供接受STEM教育相關(guān)職業(yè)培訓(xùn)的機會。系統(tǒng)促進了教育工作者和企業(yè)之間的合作，共同開發(fā)具有挑戰(zhàn)性的課程，激發(fā)學(xué)習(xí)者對STEM學(xué)習(xí)的興趣，并為他們在未來工作中取得成功做好準(zhǔn)備。

STEM生態(tài)系統(tǒng)還通過將各種專業(yè)人員集合在一起，形成一種包容性的環(huán)境。專業(yè)人員將在學(xué)生預(yù)備學(xué)習(xí)的相關(guān)重要時期與他們進行互動。這些專業(yè)人員來自如PreK-12學(xué)校，非正式教育——如以頭腦、心智、健康、實踐發(fā)展（Head & Heart & Health & Hand，4-H）為宗旨的4-H俱樂部，社區(qū)學(xué)院和大學(xué)學(xué)院（包括HSIs等），企業(yè)和社區(qū)。STEM生態(tài)系統(tǒng)可以發(fā)展多元化的成人教育者和專業(yè)人員群體，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者成為未來STEM行業(yè)的實踐者。

聯(lián)邦政府通過項目、投資和活動來促進STEM教育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，這些項目和活動充分利用行業(yè)中其他組織與教育機構(gòu)間的合作模式。隨著系統(tǒng)的深入發(fā)展，部分實踐數(shù)據(jù)將為聯(lián)邦政府戰(zhàn)略計劃的制定提供依據(jù)。聯(lián)邦撥款機構(gòu)將創(chuàng)建和連接STEM生態(tài)系統(tǒng)視作資助項目的一部分，通過加大對系統(tǒng)的資金投入，支持那些有建設(shè)能力和教育能力的工作者和研究人員，并教授他們所需的知識和技能，從而加速系統(tǒng)的擴展。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動應(yīng)側(cè)重于以下四個方面：一是建立不同地區(qū)STEM生態(tài)系統(tǒng)間的聯(lián)系，為師徒關(guān)系開展、專業(yè)教育者發(fā)展、課程教材開發(fā)等社區(qū)活動提供更多的機會;二是建立簡單的、可搜索的、人性化的在線資源，使學(xué)習(xí)者更便捷地查找到與STEM教育相關(guān)的聯(lián)邦活動和資助項目;三是增加聯(lián)邦資助項目的數(shù)量，如獎勵那些參與開發(fā)STEM生態(tài)系統(tǒng)的人員;四是支持各種關(guān)于促進STEM生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的校內(nèi)外研究項目，并宣傳成功案例。

第二，通過教育者與企業(yè)的合作伙伴關(guān)系，加強基于工作的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)在STEM生態(tài)系統(tǒng)中，基于工作的學(xué)習(xí)（Work-based Learning，WBL）模式是一種確保學(xué)習(xí)者在職場中有利地位的方式，如小學(xué)階段進入工作場所參觀;中學(xué)階段進行學(xué)前實習(xí)，接受關(guān)于如何成為成熟學(xué)徒的培訓(xùn);本科生和研究生階段進行研究工作。盡管WBL模式的政策和行動在全國各地的差異很大，但社區(qū)仍然可以根據(jù)WBL模式的通用定義、戰(zhàn)略計劃、協(xié)調(diào)方法、外聯(lián)戰(zhàn)略和交互策略，思考如何開展內(nèi)部協(xié)調(diào)和實踐。

通過與教育者合作，企業(yè)將從中獲益，從而為廣大學(xué)習(xí)者提供真實的工作環(huán)境。在合作關(guān)系中，不同背景和有著不同經(jīng)驗的教育工作者和學(xué)生在新環(huán)境中以全新的視角進行知識學(xué)習(xí)和工作實踐。另外，與教育者合作的企業(yè)也可以在縮短與全國的STEM技能水平差距方面有所作為。如果企業(yè)選擇同教育機構(gòu)合作，將進入職場所需的資格證書和培訓(xùn)項目納入中學(xué)和高等教育課程，支持前沿課程開發(fā)并提供試用環(huán)境，給予學(xué)習(xí)者參與學(xué)徒制、師徒制等WBL模式的機會，企業(yè)就可以從受過充分培訓(xùn)的員工中獲益。

聯(lián)邦機構(gòu)將在學(xué)徒制、在職培訓(xùn)、外聘等機制中同雇主和教育工作者合作，為全國各地的學(xué)生在WBL模式的培訓(xùn)項目上提供資金支持。各機構(gòu)還可以利用人力資源，憑借聯(lián)邦實驗室、設(shè)備、研究項目，利用專業(yè)知識和數(shù)據(jù)培養(yǎng)高質(zhì)量勞動力，最終增加他們的工作經(jīng)驗。聯(lián)邦機構(gòu)可以選擇擴大與教育工作者和企業(yè)的合作，建立深層次的合作關(guān)系，并在各個項目中加以利用，如重視兩年制、四年制的HSIs項目和其他高等教育機構(gòu)的教學(xué)計劃、PreK-12學(xué)校的非正式教育和正式教育項目。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動應(yīng)側(cè)重于以下四個方面：一是為教育機構(gòu)提供更多帶薪實習(xí)和學(xué)徒培訓(xùn)的機會，確保讓學(xué)生積累到有效的經(jīng)驗;二是根據(jù)聯(lián)邦就業(yè)通道計劃（Federal Pathways Employment Program），靈活運用招聘權(quán)限，將培養(yǎng)出更多具有多樣性的STEM勞動力作為重點，加快把員工向有競爭力的服務(wù)崗位輸送，并擴大計劃的招聘范圍，放寬招聘權(quán)限;三是增加聯(lián)邦資助項目的數(shù)量，明確合伙人在項目中的獎勵標(biāo)準(zhǔn)，如獎勵教育工作者在課外參與WBL模式的項目;四是建立新機構(gòu)，招聘部分學(xué)徒、實習(xí)生、博士后研究員和其他參與WBL模式項目的人員，將其納為全職的、永久的聯(lián)邦雇員。

第三，融合來自學(xué)習(xí)領(lǐng)域的成功實踐經(jīng)驗。為了建設(shè)具有創(chuàng)造性的、混合式的教育方式，聯(lián)邦機構(gòu)要在過程中運用不同于傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法（如利用非正式教育配合正式教育，在職業(yè)和技術(shù)教育中增加大學(xué)預(yù)科教育內(nèi)容）并結(jié)合跨學(xué)科學(xué)習(xí)方法。其最終目的是讓學(xué)習(xí)者以最有效率的方式獲得工作技能。

如今在接受高等教育的學(xué)生中，大約有一半人會選擇從社區(qū)大學(xué)開始學(xué)習(xí)，另一半人直接進入四年制學(xué)院或大學(xué)。實際上，他們所有人都曾有參與非正式STEM教育的經(jīng)歷，比如參加當(dāng)?shù)鼐銟凡?、業(yè)余團隊和其他校外活動項目，或者到科學(xué)中心、博物館、動物園、自然中心、水族館、圖書館等接觸非正式教育資源。這些教育資源可以在溝通協(xié)調(diào)中更好地為學(xué)習(xí)者服務(wù)。例如，由國家科學(xué)教師協(xié)會（National Science Teacher Association）和科學(xué)技術(shù)中心協(xié)會（Association of Science-Technology Centers）創(chuàng)建的“互聯(lián)科學(xué)學(xué)習(xí)”，就是一個向?qū)W習(xí)者分享實用經(jīng)驗和知識的在線社區(qū)。類似的學(xué)習(xí)方式可以不斷彌合校內(nèi)外教育資源的差距。

將高質(zhì)量的職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)與大學(xué)預(yù)科課程結(jié)合起來的教育制度可以有效幫助學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)和就業(yè)中做好準(zhǔn)備。尤其是在培訓(xùn)后，學(xué)生將獲得行業(yè)公認的職業(yè)資格證書。此制度建立在一系列實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，充分表現(xiàn)了非正式教育、職業(yè)技術(shù)教育的應(yīng)用學(xué)習(xí)、跨學(xué)科學(xué)習(xí)三方面的特點。無論運用何種方式，為了更好地滿足STEM行業(yè)的需求，未來STEM教育對技術(shù)勞動力的培養(yǎng)都依賴于不同組織間進行的聯(lián)合行動、合作項目和資源共享。

聯(lián)邦政府應(yīng)繼續(xù)大力支持在正式教育和非正式教育中那些擁有核心技術(shù)的工作者間的合作關(guān)系，并努力團結(jié)STEM教育的各相關(guān)方。聯(lián)邦政府可以通過研討會、數(shù)據(jù)支持和資金資助，幫助高等教育機構(gòu)更好地將其項目與STEM教育、職業(yè)技術(shù)教育的中學(xué)課程相結(jié)合。例如，學(xué)生可以在中學(xué)的職業(yè)技術(shù)教育課程中獲得更多的通用學(xué)分，避免在之后的社區(qū)學(xué)院重修類似課程。教育政策制定者應(yīng)該減少教育工作者在跨學(xué)科工作方面和在正式、非正式環(huán)境之間轉(zhuǎn)換的障礙。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動應(yīng)側(cè)重于以下三個方面：一是優(yōu)先考慮對STEM教育工作者在技能提升和專業(yè)發(fā)展上的支持，其中包括職業(yè)技術(shù)教育課程教師，大學(xué)預(yù)科教師以及在正式、非正式環(huán)境中的教育工作者;二是優(yōu)先研究能讓職業(yè)技術(shù)教育、大學(xué)預(yù)科、正式和非正式教育的成功經(jīng)驗結(jié)合起來的方法;三是通過網(wǎng)絡(luò)會議、研討會等機制聚集與STEM教育相關(guān)的工作者，共享有效方法和成功經(jīng)驗，并為其他教育者提供最佳指引。

二、利用交叉學(xué)科知識的融合吸引學(xué)生

交叉學(xué)科融合是教育中最具變革性的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，其融合了STEM、藝術(shù)、人文等眾多學(xué)科的知識和方法，要求學(xué)生跨越傳統(tǒng)學(xué)科界限進行思索和探求。此外，現(xiàn)代職場也將那些擁有不同觀念、生活經(jīng)驗、知識、思維方式的人聚集在一起。美國將受益于以交叉學(xué)科為基礎(chǔ)的教育體系。STEM教育展現(xiàn)出一種融合的文化，同時鼓勵知識的整合，并為復(fù)雜的問題開發(fā)出新的解決方案——這是一種更具包容性的教育，可以吸引更多的人才進入STEM相關(guān)領(lǐng)域。

此途徑強調(diào)了融合，說明了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育意在培養(yǎng)出面對快速變化的世界依然有能力取得成功的思想家。此外，新環(huán)境中的STEM教育是否有效，取決于學(xué)習(xí)者是否能將邏輯思維和數(shù)學(xué)原理應(yīng)用于社會問題。在任何領(lǐng)域，跨學(xué)科知識融合和應(yīng)用是解決現(xiàn)實中復(fù)雜問題的方法之一。為了完成此目標(biāo)需要做到以下三點。

（一）擴大創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

創(chuàng)新通常是指不同部門和領(lǐng)域在生產(chǎn)新產(chǎn)品或新工藝時的想法匯合，它通常以“和與或”的方式來融合科學(xué)發(fā)現(xiàn)。創(chuàng)業(yè)者將新的項目、服務(wù)和產(chǎn)品引入市場和社會。在競爭日益激烈的全球經(jīng)濟中，STEM教育在強調(diào)學(xué)科融合的同時，也注重提升學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，從而促進革新。培養(yǎng)關(guān)鍵技能的內(nèi)容應(yīng)該在STEM教育中發(fā)揮巨大的作用，讓更多的美國人有能力為國家經(jīng)濟繁榮作貢獻。

創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)精神對于維護美國的全球競爭力和安全至關(guān)重要。為了跟上競爭對手的步伐，美國公司必須走在創(chuàng)新前沿，并能夠快速有效地將新技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)。美國如果想成為全球STEM社區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)者，就應(yīng)該通過在PreK-12學(xué)校、高等教育和非正式教育環(huán)境中執(zhí)行包容性戰(zhàn)略，加強學(xué)習(xí)者在未來經(jīng)濟中的創(chuàng)造力和競爭力，不斷提高他們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能。

聯(lián)邦政府可以通過各種方式推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，如財政支持、簡化行政手續(xù)等。它們還可以為教育工作者制訂和實施專業(yè)方案，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神納入課程。聯(lián)邦政府還通過國家科學(xué)基金會（National Science Foundation，NSF）的創(chuàng)新聯(lián)合會（I-CorpsTM）等項目，在中學(xué)階段促進創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育。在所有的項目、投資和活動中，各機構(gòu)還要優(yōu)先確保合作伙伴和受助人公平地參與項目。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動應(yīng)側(cè)重以下三個方面：一是審查聯(lián)邦政府資助項目的參與率，并在有需要時設(shè)計最佳方案來吸引更多具有多樣化思維和包容性的參與者;二是在聯(lián)邦教育和創(chuàng)業(yè)投資方面，向教育工作者提供更多的有效方案，使學(xué)習(xí)者更具多樣性;三是在聯(lián)邦教育和創(chuàng)業(yè)投資方面，開展更多向教育工作者傳授關(guān)于如何創(chuàng)新和保護知識產(chǎn)權(quán)的活動。

（二）讓數(shù)學(xué)成為吸引學(xué)生的“磁鐵”

數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)是STEM教育下的學(xué)生通向成功的基礎(chǔ)。它為描述現(xiàn)實世界中的現(xiàn)象模型提供了一種通用語言。盡管美國學(xué)生在努力縮小差距，但他們的數(shù)學(xué)素養(yǎng)仍然落后于部分國際學(xué)生。提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)的方式之一就是做好不同學(xué)科內(nèi)數(shù)學(xué)知識的整合，利用被實踐檢驗過的、學(xué)生感興趣的教學(xué)法來教授數(shù)學(xué)知識。學(xué)生在這種環(huán)境下，加強了運用邏輯、推理和批判性思維的能力，促使他們更多地應(yīng)用數(shù)學(xué)思維解決日常生活中的問題。數(shù)據(jù)科學(xué)、建模和基于問題的學(xué)習(xí)是整合數(shù)學(xué)知識的有效機制。

數(shù)學(xué)課程是STEM教育的一個主要障礙，因此STEM教育領(lǐng)導(dǎo)者必須為學(xué)生創(chuàng)建一套不同以往的、有針對性的教學(xué)方法。如果美國想要擁有一個充滿多樣化STEM人才的未來，就必須以數(shù)學(xué)為源頭，培養(yǎng)學(xué)生對STEM相關(guān)學(xué)科的興趣和熱情，讓他們更深入地研究這些學(xué)科。數(shù)學(xué)可以成為吸引學(xué)生深入學(xué)習(xí)的”磁鐵“，而不是障礙。情境設(shè)計下的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)教學(xué)將有助于實現(xiàn)這一目標(biāo)。

聯(lián)邦政府和有關(guān)部門可以調(diào)動資源，推進在情景中的、有意義的應(yīng)用數(shù)學(xué)教育。那些從事和支持數(shù)學(xué)研究與開發(fā)的人，將積極地為數(shù)學(xué)領(lǐng)域的工作提供資金，同時挖掘與STEM數(shù)學(xué)教育相關(guān)的信息。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動應(yīng)包括以下三個方面：一是簡化數(shù)據(jù)，使其更易于服務(wù)數(shù)學(xué)、統(tǒng)計等STEM教育課程，同時就如何在課程中使用這些數(shù)據(jù)提出建議;二是優(yōu)先支持將數(shù)學(xué)和統(tǒng)計相關(guān)的教育內(nèi)容納入有意義的項目，不斷提升教育工作者的技能;三是分享在開展數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)相關(guān)教育方面的成功經(jīng)驗，保持學(xué)習(xí)項目的多樣性。

（三）鼓勵跨學(xué)科學(xué)習(xí)

STEM教學(xué)與人文藝術(shù)等領(lǐng)域的整合，讓學(xué)習(xí)者能應(yīng)對來自不同領(lǐng)域的挑戰(zhàn)?？鐚W(xué)科知識的學(xué)習(xí)也有助于學(xué)習(xí)者更充分地認識STEM的內(nèi)在價值，讓他們在各類教育中更好地通過合作解決團隊中可能遇到的各種問題。

為了開展跨學(xué)科融合的相關(guān)研究，科學(xué)家和工程師需要一個多樣的數(shù)據(jù)集，包括學(xué)科知識、潛在合作者的語言和文化、協(xié)作技能水平評估（如溝通、與他人合作的能力、批判性思維和主動性）等。早期接觸跨學(xué)科問題并嘗試解決它的學(xué)習(xí)者為研究提供了樣板。

聯(lián)邦機構(gòu)對跨學(xué)科STEM教育的支持十分重要。各機構(gòu)可以通過財政資助和培訓(xùn)支持STEM學(xué)習(xí)者研究跨學(xué)科問題。本科生、研究生和博士后研究人員可以親身體驗跨學(xué)科科學(xué)和工程是如何進行的，將知識活學(xué)活用，最終完成不同的目標(biāo)。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府行動包括：一是支持研究、開發(fā)和制定有效的跨學(xué)科STEM教育實踐、計劃和政策;二是通過財政資助和培訓(xùn)，激發(fā)STEM學(xué)習(xí)者對研究跨學(xué)科問題的熱情;三是確保持續(xù)更新以解決社區(qū)和全球問題為重點的跨學(xué)科教學(xué)方法，提升STEM教育者的素質(zhì)和質(zhì)量。

三、培養(yǎng)計算機素養(yǎng)

數(shù)字設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)完全改變了社會?，F(xiàn)代人需要具備“數(shù)字素養(yǎng)”，掌握使用數(shù)字設(shè)備的能力。而有效使用計算機等數(shù)字技術(shù)工具進行網(wǎng)站創(chuàng)建、視頻編輯、3D打印、操作控制系統(tǒng)等活動，則需要更高級別的“計算運用能力”。除數(shù)字素養(yǎng)外，熟悉信息通信技術(shù)也是運用科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)知識的重要方面，可以為進入對技術(shù)要求高的工作崗位做準(zhǔn)備。事實上，信息通信技術(shù)是進入熱門工作崗位的關(guān)鍵，現(xiàn)在的學(xué)生在接受技術(shù)教育后很可能成為未來的數(shù)據(jù)分析專家、人工智能和機器學(xué)習(xí)專家、軟件和應(yīng)用程序開發(fā)人員、自動化技術(shù)人員、量子信息科學(xué)家和網(wǎng)絡(luò)安全專家。因此STEM教育中的計算機科學(xué)教育被視為重點領(lǐng)域。為了滿足現(xiàn)階段工作和未來網(wǎng)絡(luò)工作的需求，美國需要從接受過計算機培訓(xùn)的本科生中選取一部分學(xué)生將其培養(yǎng)成為PreK-12教育中與計算機科學(xué)教育相關(guān)的工作者，進而將他們培養(yǎng)成為專業(yè)研究人員。

在STEM教育中，同其他領(lǐng)域一樣，信息通信技術(shù)也在不斷發(fā)展變化，給傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中的時間、地點和內(nèi)容帶來新的挑戰(zhàn)。在正式和非正式教育環(huán)境下，不同的教育會帶給學(xué)生不同的學(xué)習(xí)效果。所有美國人都需要學(xué)習(xí)計算機科學(xué)與計算技能，掌握新技術(shù)知識和應(yīng)用方法，以適應(yīng)未來的工作。政府應(yīng)該努力實現(xiàn)讓所有美國人都可以獲得公共服務(wù)的承諾（如提供可以人人共享的網(wǎng)絡(luò)），讓美國人不因地理、種族、性別、族裔、社會經(jīng)濟地位、退伍軍人身份、父母教育成就、殘障等因素而被歧視，都能享受到先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展所帶來的好處。

培養(yǎng)計算機素養(yǎng)需要加強人與人之間的聯(lián)系、提高人們積累知識的能力，并制定培養(yǎng)學(xué)生獲取高需求工作技能的策略。它還計劃了未來要進行的重要研究，包括如何發(fā)揮數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢，使所有年齡段的美國人都能成為合乎道德的數(shù)據(jù)和數(shù)字通信生產(chǎn)者。培養(yǎng)計算機素養(yǎng)需完成以下三個目標(biāo)。

（一）培養(yǎng)數(shù)字素養(yǎng)和提升網(wǎng)絡(luò)安全

正如前幾個世紀(jì)掃盲是人們改善生活的關(guān)鍵技能一樣，數(shù)字掃盲對于當(dāng)今社會的人們至關(guān)重要。數(shù)字掃盲使人們可以識別有效信息，并利用數(shù)據(jù)回答問題、分享觀點和促進合作。網(wǎng)絡(luò)安全是數(shù)字掃盲的組成部分之一，包括如何安全地使用信息通信技術(shù)（如加密等新技術(shù)）。在使用數(shù)字工具時，網(wǎng)絡(luò)安全是大眾都應(yīng)該了解的，而這種做法建立在注重數(shù)據(jù)保護和尊重個人隱私的道德基礎(chǔ)上。強大的數(shù)字素養(yǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全技能可以完善STEM教育的各個層面，有助于科學(xué)、技術(shù)和平等意識的普及，并為未來的STEM勞動力奠定堅實的基礎(chǔ)。

在數(shù)據(jù)使用方面，對勞動力發(fā)展來說，重要的是對STEM教育的相關(guān)人員進行有關(guān)道德和隱私方面的培訓(xùn)。例如，在2018年數(shù)據(jù)科學(xué)戰(zhàn)略計劃（Strategic Plan for Data Science 2018）中，全國衛(wèi)生研究所（National Institutes of Health，NIH）呼吁加強對本科生和研究生定量計算技能的培訓(xùn)，包括他們?nèi)绾卧诎踩偷赖路秶鷥?nèi)使用數(shù)據(jù)，以促進課程和其他資源的開發(fā)，增強以數(shù)據(jù)科學(xué)為基礎(chǔ)的方法的嚴(yán)謹性。此外，在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域高職業(yè)需求的前提下，為了確保美國長期的網(wǎng)絡(luò)安全，聯(lián)邦政府應(yīng)加強行動，擴大國家的網(wǎng)絡(luò)安全隊伍建設(shè)并使其具有多樣性。

聯(lián)邦政府在普及數(shù)字知識和網(wǎng)絡(luò)安全知識方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盡管沒有一個單獨的機構(gòu)，甚至是聯(lián)邦政府，可以在活動中接觸到全國的學(xué)習(xí)者、工人和公民，但不同機構(gòu)間的伙伴關(guān)系提供了合作機制，可以讓各聯(lián)邦政府或機構(gòu)在同政府、行業(yè)和非營利組織的合作中更好地理解網(wǎng)絡(luò)安全中的社會問題（如關(guān)注弱勢群體），從而將教育推廣到全國的社區(qū)。私營和國營企業(yè)通過WBL模式中的伙伴關(guān)系，可以在數(shù)字道德、在線信息分析和網(wǎng)絡(luò)安全方面給予學(xué)習(xí)者真實的體驗。國家、地方和政府、社區(qū)非營利組織和專業(yè)組織也可以利用WBL模式來提高其支持者和成員的素質(zhì)。

除了開展伙伴關(guān)系之外，聯(lián)邦政府應(yīng)該支持以教育為目的而開展的STEM相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)活動。這在整個學(xué)習(xí)領(lǐng)域，尤其是對于家庭，至關(guān)重要。例如，聯(lián)邦貿(mào)易委員會為支持第一夫人的“做最好的人”（Be Best）活動，正在幫助孩子、家長、監(jiān)護人和其他成年人就如何營造安全和負責(zé)任的網(wǎng)絡(luò)提供指導(dǎo)，并與他們中的代表進行深入交流。隨著數(shù)據(jù)科學(xué)的迅速發(fā)展，在推廣與數(shù)字掃盲有關(guān)的學(xué)科中，聯(lián)邦政府應(yīng)發(fā)揮主導(dǎo)作用，讓研究人員未來可獲得與倫理道德有關(guān)的研究數(shù)據(jù)。而在STEM各學(xué)科內(nèi)，政府仍然需要探索如何傳授數(shù)字化技能的方法。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府需要在以下三方面做出努力：一是鼓勵各聯(lián)邦機構(gòu)及其相關(guān)組織在推廣數(shù)字流暢性和網(wǎng)絡(luò)安全上的做法，如制定針對教育工作者的專業(yè)發(fā)展計劃;二是支持關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全方面的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，加強宣傳并開展有意義的實踐;三是加強對從本科到研究生教育的STEM相關(guān)研究人員在數(shù)字倫理和數(shù)據(jù)隱私方面的培訓(xùn)。

（二）使計算思維的培養(yǎng)成為教育的組成部分

計算思維（Computational Thinking，CT）是指在解決問題及制定解決方案時所涉及的思維過程，使信息處理器（人、機器或者兩者結(jié)合）制定的解決方案可以有效進行。更容易理解的是，CT包含了一組程序。這些程序定義了問題，將其分解為一個個組件，從中開發(fā)出解決問題的模型，然后評估結(jié)果，迭代更新，以及等待再次解決新問題的機會。雖然這一概念是在計算機科學(xué)中發(fā)展起來的，但是它越來越被看作是一項寶貴的思維技能，幫助人們?nèi)ソ鉀Q問題、設(shè)計系統(tǒng)，了解人類的行為。

在日益技術(shù)化和復(fù)雜的全球經(jīng)濟中，CT需要成為教育的組成部分之一，讓每名學(xué)習(xí)者都有能力評估信息、分解問題，并通過使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)和邏輯制定解決方案。

雖然CT不需要計算機，但它們確實涉及到利用計算工具進行必要的推理。人們認為CT是普遍有益的，因為跟CT有關(guān)的技能都集中在計算機科學(xué)（Computer Science，CS）知識的中心區(qū)域。CS中心的周圍，還存在著數(shù)字世界中應(yīng)用計算所需的更廣泛的理解、能力和技能：問題說明和表達、算法開發(fā)等主題，軟件設(shè)計、編程和調(diào)試，互聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)安全，學(xué)科應(yīng)用（包括與之相關(guān)的社會影響和倫理考量）。普及CS教育仍然是國家的優(yōu)先事項，這一事項也需要通過跨學(xué)科的思維整合來實現(xiàn)。

在培養(yǎng)堅實的CT基礎(chǔ)方面，CT教育有助于公眾理解STEM教育。它培養(yǎng)學(xué)習(xí)者分析問題的能力，使他們掌握一生都能有用的技能。人們可以利用數(shù)據(jù)來決策、評估風(fēng)險和進行日?；顒樱缣暨x物美價廉的汽車、購買城市債券等。此外，強調(diào)思維能力而不是死記硬背的教學(xué)方法將吸引更多的學(xué)習(xí)者進入STEM領(lǐng)域。最重要的是，即使面對難以掌握這些技術(shù)方法的人，如殘障學(xué)生等群體，在教授計算機技術(shù)時也要有包容性，以便他們在未來也能參與到現(xiàn)代社會建設(shè)之中。

現(xiàn)代工作的發(fā)展要求勞動力能不斷利用新技術(shù)在一些近幾年出現(xiàn)的新興領(lǐng)域競爭工作崗位。許多傳統(tǒng)行業(yè)中的藍領(lǐng)工作已經(jīng)被需要計算能力的工作所取代，特別是制造業(yè)。預(yù)計在計算機和信息技術(shù)職業(yè)方面就業(yè)人數(shù)的增加可以帶動美國人養(yǎng)成練習(xí)CT和CS思維的習(xí)慣。這不僅會讓他們?yōu)閷淼墓ぷ髯龊脺?zhǔn)備，而且使他們自身也能得到發(fā)展。下一代的創(chuàng)新者將利用這些就業(yè)機會，進一步提升美國在世界的領(lǐng)導(dǎo)地位。

聯(lián)邦教育政策和方案應(yīng)鼓勵整合所有學(xué)科、活動的CT原則，無論是在學(xué)校還是在其他非正式教育環(huán)境中，要為所有兒童提供早期就能接觸CT基本技能的機會。支持教師教育的機構(gòu)應(yīng)優(yōu)先考慮包含CT和CS思維的課程設(shè)置，使教師們認為這些技能與閱讀、寫作、數(shù)學(xué)和科學(xué)一樣對教育至關(guān)重要。與STEM學(xué)科相關(guān)的教師在準(zhǔn)備工作中可以引導(dǎo)CT和CS思維的整合。STEM相關(guān)的政策和方案中應(yīng)招聘、培訓(xùn)和保留那些具有CT的教師，尤其需要針對那些教師需求大或工作人員難以管理的學(xué)區(qū)。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府行動包括以下三個方面：一是增加聯(lián)邦資金投入，拓寬發(fā)展伙伴關(guān)系的渠道，并把對CT的考量作為選擇標(biāo)準(zhǔn)之一;二是作為STEM課程的一部分，支持研究并宣傳關(guān)于向幼兒教授CT和CS思維的有效方法;三是支持和共享那些關(guān)于CT有效的教育實踐行動和課程材料。

（三）拓展數(shù)字教學(xué)平臺

越來越多的教育機構(gòu)和組織提供開放的在線課程、遠程學(xué)習(xí)軟件、移動學(xué)習(xí)應(yīng)用程序和其他各種數(shù)字學(xué)習(xí)計劃。這些產(chǎn)品使教育工作者需要重新思考學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。要充分利用這些新數(shù)字技術(shù)，教育工作者需要細致地調(diào)整教育目標(biāo)，參考研究如學(xué)習(xí)者的特點、學(xué)習(xí)內(nèi)容、技能等要素。教育機構(gòu)和組織應(yīng)該在那些可以隨時隨地學(xué)習(xí)的環(huán)境中提供高質(zhì)量的STEM專業(yè)知識，嘗試打破正式和非正式教育之間的界限。

特別是那些仿真的游戲、移動平臺、虛擬環(huán)境和增強現(xiàn)實工具，可以提高學(xué)習(xí)者的好奇心和參與度。無論是在現(xiàn)實世界中還是在虛擬環(huán)境中，由在線教學(xué)工具和自適應(yīng)嵌入式技術(shù)支持的專用學(xué)習(xí)空間可以為教師和學(xué)習(xí)者提供靈巧的外觀結(jié)構(gòu)、便攜的設(shè)備和豐富的材料，同時實時、智能的反饋可以促進教師開發(fā)出新的學(xué)習(xí)和協(xié)作模式。此外，隨著工作不斷更新?lián)Q代，美國工人可以及時通過數(shù)字平臺進行再培訓(xùn)，提高技能從而獲得證書。這種方式為縮小全國各地的貧富差距提供了潛在的可能。

數(shù)字平臺通過向?qū)W習(xí)者提供STEM相關(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)機會來增強STEM教育的多樣性和包容性。然而技術(shù)也可能通過機會差距，加劇現(xiàn)有的不平等。為確保所有學(xué)習(xí)者（特別是那些來自服務(wù)不足社區(qū)和代表性不足族群的學(xué)習(xí)者）能夠獲得高質(zhì)量的STEM數(shù)字學(xué)習(xí)工具，就必須要考慮平臺的成本和連通性。截至2016年，約有2400萬美國人無法獲得固定的陸基寬帶服務(wù)，他們大多數(shù)分布在美國的農(nóng)村和部落地區(qū)。

聯(lián)邦機構(gòu)應(yīng)繼續(xù)支持研發(fā)、新建和改進教學(xué)數(shù)字平臺，并評估平臺的可擴展性。機構(gòu)的相關(guān)方案和活動應(yīng)鼓勵將工具開發(fā)、課程創(chuàng)新同相關(guān)教育工作者的專業(yè)發(fā)展結(jié)合起來，以克服各種關(guān)于使用數(shù)字工具的障礙。聯(lián)邦政府應(yīng)進一步發(fā)展伙伴關(guān)系，將互聯(lián)網(wǎng)擴大到高需求社區(qū)，并幫助建立和擴大在線認證和再培訓(xùn)平臺，幫助工人適應(yīng)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展要求。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府行動包括以下三個方面：一是在通用設(shè)計原則下，利用數(shù)字工具增加對課程編制的研究和支持;二是贊助、鼓勵研討會等集體實踐活動，并對STEM教育工作者就如何有效使用數(shù)字工具和學(xué)習(xí)模式進行培訓(xùn);三是優(yōu)先支持遠程學(xué)習(xí)的實踐活動和學(xué)習(xí)模式，確保其能有效覆蓋到服務(wù)欠缺的農(nóng)村人口。

編輯 趙明豪? ?校對 呂伊雯譯者簡介：趙賽納、黃寶珠，甘肅省聯(lián)合國教科文組織協(xié)會翻譯;杜永軍，甘肅省聯(lián)合國教科文組織協(xié)會會長;郭偉，《世界教育信息》雜志特約通訊員