STEM教育：國(guó)際趨勢(shì)與中國(guó)探索

丁邦平

國(guó)際上對(duì)STEM教育內(nèi)涵的理解基本上有兩種。一是指在各級(jí)各類學(xué)校實(shí)施的科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科教育，在美國(guó)政界和學(xué)界都普遍感到其理工科教育及理工科人才的危機(jī)，因而提出STEM教育理念來加強(qiáng)科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的教學(xué)。二是重視STEM各學(xué)科之間的整合教育，以適應(yīng)當(dāng)代科技呈現(xiàn)出的學(xué)科交叉發(fā)展和學(xué)科整合的趨勢(shì)，并推動(dòng)面向21世紀(jì)的綜合性、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。后一種理解越來越引起國(guó)際科學(xué)教育界的重視。2005年以來，美國(guó)一些大學(xué)開設(shè)整合性STEM教育項(xiàng)目，以培養(yǎng)整合性STEM教育師資，同時(shí)培養(yǎng)研究整合性STEM教育的高級(jí)研究人才。在此意義上，STEM教育是一種整體的教育，也是一種新型教育形態(tài)。這種形態(tài)的STEM教育，無論在理論上和還是在實(shí)踐上各國(guó)都還在不斷探索中，很難說有一個(gè)成功的教育模式。

美國(guó)STEM教育的新趨勢(shì)

最近十多年來，美國(guó)STEM教育在聯(lián)邦政府和各州政府的大力支持和推動(dòng)下，發(fā)展勢(shì)頭良好，呈現(xiàn)出以下新趨勢(shì)。

第一，聯(lián)邦和各州立法機(jī)構(gòu)紛紛制定STEM教育法案，以立法來推動(dòng)學(xué)校和社會(huì)開展STEM教育。如2015年奧巴馬總統(tǒng)簽署了《STEM教育法》，隨后各州也頒布了類似的法律。以法治教是美國(guó)教育制度的傳統(tǒng)和基本特色，STEM教育的實(shí)施也不例外。第二，大學(xué)教育學(xué)院積極主動(dòng)地為K-12年級(jí)培養(yǎng)STEM教育師資。實(shí)施STEM教育除了STEM課程設(shè)計(jì)與開發(fā)外，關(guān)鍵要有開展STEM教育的合格師資。美國(guó)各大學(xué)培養(yǎng)師資的教育學(xué)院把STEM教育課程融入中小學(xué)數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)教師的培養(yǎng)中，使這些學(xué)科的師范生都具備開展STEM教育教學(xué)的理念、知識(shí)和能力。第三，把工程教育與技術(shù)教育連接起來，提升技術(shù)教育的學(xué)科地位。即使在美國(guó)，與具有悠久歷史傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)和科學(xué)等學(xué)科相比，技術(shù)教育也是相對(duì)比較薄弱的一個(gè)學(xué)科。最明顯的問題是，在STEM教育中，T（技術(shù)）與E（工程學(xué)）不像S（科學(xué)）與M（數(shù)學(xué)）那樣受學(xué)校重視，因此，STEM教育雖然表面上轟轟烈烈，實(shí)施起來卻并不容易。為實(shí)施整合性STEM教育，美國(guó)許多大學(xué)與當(dāng)?shù)貙W(xué)區(qū)及其中小學(xué)合作，探討如何把原本只在大學(xué)專業(yè)教育中才有的工程學(xué)內(nèi)容（特別是工程設(shè)計(jì)）引入中小學(xué)技術(shù)課程中。第四，在科學(xué)教育中融入技術(shù)與工程教育。美國(guó)學(xué)校的科學(xué)教育有廣義與狹義之分。狹義的科學(xué)教育僅指生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、地球與空間科學(xué)，以及整合的科學(xué);而廣義的科學(xué)教育實(shí)際上就是STEM教育。1996年頒布的《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》和2013年頒布的《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》都把技術(shù)教育和工程教育納入科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)之中。第五，開展技術(shù)與工程素養(yǎng)測(cè)評(píng)，提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。任何學(xué)科的發(fā)展都需要通過評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)來確保學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。美國(guó)是極其重視學(xué)科評(píng)價(jià)的國(guó)家，其學(xué)科評(píng)價(jià)的技術(shù)和方法也相對(duì)成熟。2014年，美國(guó)國(guó)家教育進(jìn)步評(píng)估首次對(duì)全國(guó)8年級(jí)學(xué)生樣本進(jìn)行了“技術(shù)與工程素養(yǎng)”抽樣檢測(cè)。技術(shù)與工程素養(yǎng)測(cè)評(píng)的內(nèi)容框架涉及學(xué)生在課堂內(nèi)外獲得的技術(shù)與工程經(jīng)驗(yàn)的三個(gè)相互聯(lián)系的領(lǐng)域：技術(shù)與社會(huì)、設(shè)計(jì)與系統(tǒng)、信息與通訊技術(shù)。該測(cè)評(píng)與科學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科測(cè)評(píng)一樣，每隔四年進(jìn)行一次，完全是數(shù)字化的測(cè)評(píng)，要求學(xué)生用筆記本電腦解答真實(shí)世界的技術(shù)與工程問題，評(píng)價(jià)他們?cè)诶斫饧夹g(shù)原理、解決與技術(shù)和工程相關(guān)的問題和運(yùn)用技術(shù)進(jìn)行交流與合作三個(gè)方面的知識(shí)與技能。該測(cè)評(píng)結(jié)果分三個(gè)等級(jí)，即基本水準(zhǔn)、熟練水準(zhǔn)和高級(jí)水準(zhǔn)。此外，對(duì)參加技術(shù)與工程素養(yǎng)測(cè)評(píng)的學(xué)生、教師和學(xué)校行政人員，還要求他們填寫了解學(xué)生在校內(nèi)外學(xué)習(xí)和參與技術(shù)與工程機(jī)會(huì)的調(diào)查問卷。

我國(guó)STEM/STEAM教育的發(fā)展及其面臨的挑戰(zhàn)

與美國(guó)相比，我國(guó)政府迄今尚未出臺(tái)推進(jìn)STEM/STEAM教育的政策文件。但我國(guó)許多中小學(xué)開展STEM/STEAM教育的熱情很高，尤其在東南沿海省市的許多中小學(xué)校。2017年9月，江蘇省出臺(tái)了《江蘇省STEM教育項(xiàng)目學(xué)校建設(shè)指導(dǎo)意見（試行）》。該省從2015年開始在全國(guó)率先啟動(dòng)STEM教育試點(diǎn)項(xiàng)目。2018年4月，浙江省成立了STEAM教育協(xié)同創(chuàng)新中心，確立了15所中小學(xué)成為浙江省STEAM教育首批種子學(xué)校。在城市區(qū)級(jí)層面，2018年7月深圳市龍崗區(qū)教育局頒布了《深圳市龍崗區(qū)A-STEM課程建設(shè)指導(dǎo)意見》，在全區(qū)中小學(xué)校積極開展“人文引領(lǐng)的STEM教育”理論與實(shí)踐探索。一些教育研究機(jī)構(gòu)也在主動(dòng)開展STEM教育理論研究與實(shí)踐推進(jìn)，如中國(guó)教育科學(xué)研究院與北京市海淀區(qū)聯(lián)合成立中國(guó)教科院海淀STEM教育協(xié)同創(chuàng)新中心，對(duì)推動(dòng)我國(guó)STEM教育發(fā)展發(fā)揮了積極影響。

我們必須深刻認(rèn)識(shí)到，中國(guó)與美國(guó)社會(huì)環(huán)境與教育制度有很大差別，兩國(guó)開展STEM教育的政治、經(jīng)濟(jì)、文化和教育的背景是不同的。例如，美國(guó)高等院校理工科學(xué)生的比例遠(yuǎn)低于我國(guó)高校，高中畢業(yè)生愿意報(bào)考理工科專業(yè)的學(xué)生人數(shù)在減少，中小學(xué)學(xué)習(xí)STEM學(xué)科的興趣有下降的趨勢(shì)，這就導(dǎo)致了美國(guó)的科學(xué)技術(shù)研究人員和工程技術(shù)專家比較缺乏，中小學(xué)也長(zhǎng)期缺乏數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)學(xué)科的教師。因此，美國(guó)聯(lián)邦和各州政府都積極主動(dòng)地推進(jìn)STEM教育，從立法、政策和經(jīng)費(fèi)上大力支持高等學(xué)校和K-12年級(jí)學(xué)校開展STEM教育。另一方面，美國(guó)政界、企業(yè)界和教育界都期望保持美國(guó)在科技和科學(xué)教育上的國(guó)際領(lǐng)先地位和競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)揮科技創(chuàng)新人才的優(yōu)勢(shì)，振興美國(guó)經(jīng)濟(jì)。這也是美國(guó)學(xué)校開展STEM教育所需要的社會(huì)環(huán)境支持。目前我國(guó)一些省市出現(xiàn)的STEM/STEAM教育雖然熱情很高，但從全國(guó)整體來看，發(fā)展極不平衡。東部沿海省市發(fā)展快，中西部省市發(fā)展慢。就STEM教育本身來看，我國(guó)中小學(xué)通用技術(shù)教育（或勞動(dòng)與技術(shù)教育）長(zhǎng)期不受重視，師范院校不設(shè)置培養(yǎng)通用技術(shù)教育師資的專業(yè)，現(xiàn)有的高中通用技術(shù)教育教師幾乎全部由相關(guān)專業(yè)改行任教，初中和小學(xué)勞動(dòng)與技術(shù)教育師資更缺乏培養(yǎng)的渠道。另一方面，我國(guó)科學(xué)教育師資培養(yǎng)長(zhǎng)期實(shí)行分科培養(yǎng)的制度。這種分科教學(xué)體制對(duì)開展整合性的STEM教育提出了極大的挑戰(zhàn)。

總之，我國(guó)要順利推進(jìn)中小學(xué)STEM/STEAM教育，必須借鑒美國(guó)等教育先進(jìn)國(guó)家的STEM教育經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)積極探索符合本國(guó)實(shí)際的STEM/STEAM教育發(fā)展之路。第一，國(guó)家教育部和其他相關(guān)政府部門需要制定促進(jìn)STEM/STEAM教育發(fā)展的法律與政策，為全國(guó)所有中小學(xué)開展STEM/STEAM教育提供法律與政策環(huán)境和制度安排。第二，師范院校要積極配合中小學(xué)開展STEM/STEAM教育的要求，培養(yǎng)高質(zhì)量的STEM/STEAM教育師資。第三，中小學(xué)教師要與師范院校教育理論工作者一起合作開展STEM/STEAM教育研究，探索適合我國(guó)教育現(xiàn)代化的STEM/STEAM教育的課程內(nèi)容、教學(xué)資源與評(píng)價(jià)方法。第四，師范院校要吸取美國(guó)STEM教育師資培養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)與工科大學(xué)的工程院系開展協(xié)作，把工程教育特別是工程設(shè)計(jì)的知識(shí)與技能教給科學(xué)教育專業(yè)的師范生，補(bǔ)齊我國(guó)STEM/STEAM教育中E（工程學(xué)）短板，以工程教育帶動(dòng)理科師范生的技術(shù)教育，促進(jìn)理科師范生整合性的STEM/STEAM教育，培養(yǎng)高質(zhì)量的STEM/STEAM教育師資。第五，要鼓勵(lì)各省市縣教研機(jī)構(gòu)像深圳市龍崗區(qū)教育局教研室那樣，積極探索具有中國(guó)特色的STEM/STEAM教育的理論與方法，自下而上地推進(jìn)STEM/STEAM教育，為培養(yǎng)具有核心素養(yǎng)的有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的新時(shí)代人才做出自己的貢獻(xiàn)。