引領(lǐng)美國STEM教育走向成功

張娣

摘 ? 要：當今，新興科技逐漸顯現(xiàn)出其顛覆性的本質(zhì)，創(chuàng)新成為推動發(fā)展、應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的重要方式。為保持最具競爭力經(jīng)濟體的地位，特朗普政府于2018年12月4日發(fā)布了一項STEM教育五年計劃（2019-2023年）——《繪制成功路線：美國 STEM 教育戰(zhàn)略》。該戰(zhàn)略基于所有美國公民都將終身受益于高質(zhì)量STEM教育的愿景，介紹了聯(lián)邦政府未來五年的STEM教育戰(zhàn)略，是引領(lǐng)美國STEM教育走向成功的“北極星”。我國正由制造大國走向創(chuàng)造大國，培養(yǎng)公民的創(chuàng)新能力刻不容緩，美國與時俱進的STEM教育戰(zhàn)略對我國STEM教育發(fā)展具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：STEM教育 生態(tài)系統(tǒng) 計算思維 美國

科學、技術(shù)、工程和數(shù)學（Science，Technology，Engineering and Mathematics，STEM）學科一直是美國創(chuàng)新性成果和變革性技術(shù)進步的源泉，是其保持最具競爭力經(jīng)濟體地位的有力工具。在過去的25年里，STEM教育已經(jīng)從四個學科的交叉重疊演變?yōu)閷?1世紀經(jīng)濟至關(guān)重要的、更具凝聚力的知識庫和技能集。STEM教育提供了一種跨學科的學習方法，使嚴謹?shù)某橄蟾拍钆c現(xiàn)實世界的應(yīng)用相結(jié)合，支持學生在學校、社區(qū)、職場等多元環(huán)境中運用STEM技能。STEM教育不僅賦予學習者批判性思維、高階思維、問題解決能力、設(shè)計和推理技能，還涵蓋如毅力、適應(yīng)能力、合作、組織、責任心等行為特征。

提高所有公民的數(shù)字素養(yǎng)和培養(yǎng)高質(zhì)量的STEM勞動力不僅是國家進步的需要，也是時代發(fā)展的要求。我國正逐漸從“制造大國”向“創(chuàng)造強國”轉(zhuǎn)變，建立創(chuàng)新人才儲備庫，提高在多元化、協(xié)作、開放等創(chuàng)新驅(qū)動力上的能力至關(guān)重要。對于如何從教育領(lǐng)域切入，與政府、企業(yè)、學校協(xié)同創(chuàng)建STEM生態(tài)系統(tǒng)，美國STEM教育戰(zhàn)略可為我國提供一定借鑒和參考。

2018年12月4日，白宮發(fā)布了新的STEM教育五年計劃——《繪制成功路線：美國 STEM 教育戰(zhàn)略》（Charting a Course for Success： Americas Strategy for STEM Education，以下簡稱《戰(zhàn)略》）[1]，該計劃由美國國家科學技術(shù)委員會（National Science and Technology Council，NSTC）的STEM教育委員會（Committee on STEM Education，Co STEM）制定?！稇?zhàn)略》以所有美國公民都將終身受益于高質(zhì)量STEM教育為愿景;通過發(fā)展和豐富戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，讓學生融入學科，培養(yǎng)計算素養(yǎng)，以透明化和問責制運行四大路徑;逐步實現(xiàn)堅實STEM素養(yǎng)基礎(chǔ)，提升STEM教育的多樣性、公平性和包容性，為未來STEM就業(yè)做好準備三大目標（見圖1）。

一、美國STEM教育現(xiàn)狀

美國STEM教育行業(yè)由一些公共和私營部門組成，為學習者提供各類教育和培訓，并在所有經(jīng)濟部門研究與開發(fā)STEM教育。美國STEM教育和培訓層次多、覆蓋廣，從學齡前到高中，從本科到博士后，涵蓋技術(shù)教育、實習、學徒制、社區(qū)學院和再培訓計劃。雖然美國由各州實施K-12教育，但聯(lián)邦政府在促進教育卓越方面也發(fā)揮著重要作用，包括支持和推廣有關(guān)教學和學習方面的最新成果以及促進教育平等。聯(lián)邦機構(gòu)通過持續(xù)支持高等教育進步和STEM研究，激勵下一代STEM學習者不斷深化學習，支持多元化STEM人才的就業(yè)，不斷增強國家研發(fā)企業(yè)的活力和核心競爭力。

細數(shù)美國幾十年來的STEM教育文件，從1986年的《本科的科學、數(shù)學和工程教育》到2006年的《美國競爭力計劃》、2013年的《STEM教育五年戰(zhàn)略計劃》、2016年的《STEM 2026：STEM教育中的創(chuàng)新愿景》、2017年的《總統(tǒng)備忘錄》，再到《戰(zhàn)略》，可以看出美國對STEM教育的重視程度。聯(lián)邦政府始終追求STEM教育的質(zhì)量和公平，將培養(yǎng)全體國民的STEM素養(yǎng)作為最高目標，但是美國的STEM教育仍落后于一些國家。

根據(jù)美國國家科學委員會（National Science Board）的2018年科學和工程指標（Science and Engineering Indicators 2018，以下簡稱指標）[2]，美國人的STEM技能在過去20年中略有改善，但仍然落后于一些國家。根據(jù)指標，2006-2015年，美國15歲學生在數(shù)學技能方面的得分低于國際平均水平，科學技能方面持平或略高于國際平均水平。最近對準大學生進行的測試數(shù)據(jù)表明，只有20%的學生準備參加STEM專業(yè)所需的課程[3]。指標也顯示，在過去的15年中，印度和中國的科學和工程（S&E）學士學位數(shù)量超過了美國。這兩個國家共計頒發(fā)了全球近一半的STEM學位，印度占25%，中國占22%。相比之下，美國S&E學士學位僅占全球總數(shù)的10%，而美國雇主對STEM學位畢業(yè)生的需求持續(xù)增長。[4]

并非所有美國人都能平等接受STEM教育。女性、殘障人士和少數(shù)族裔群體在科學技術(shù)教育和就業(yè)方面的代表性明顯不足[5]。正如指標顯示，雖然女性占人口的一半，但她們占STEM就業(yè)人口的比例不到30%。同樣，少數(shù)族裔占美國總?cè)丝诘?7%，但只占STEM就業(yè)人口的11%。退伍軍人也面臨參加STEM教育和職業(yè)的障礙。來自不同背景的美國人在STEM教育方面也會受到地區(qū)差異的影響。[6]

2018年的相關(guān)聯(lián)邦戰(zhàn)略計劃和報告就提出了STEM教育在實現(xiàn)國家目標方面的重要性，包括國家安全、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全、量子信息科學和先進制造業(yè)。毫無疑問，STEM教育仍然是美國教育的重中之重。

二、《戰(zhàn)略》的三大目標

（一）堅實STEM素養(yǎng)的基礎(chǔ)

當所有美國人都能從STEM教育中受益，在STEM相關(guān)的職業(yè)生涯中取得成功，并主動為社區(qū)貢獻力量時，國家就會更加強大。STEM素養(yǎng)取決于所有美國人都能終身獲得高質(zhì)量STEM教育。即便是非STEM行業(yè)從業(yè)者，對STEM和相關(guān)技術(shù)的基本理解和運用也能幫助其充分參與現(xiàn)代社會發(fā)展。

STEM教育重視思考能力和解決問題技能的培養(yǎng)，這些技能可以遷移到其他方面。STEM素養(yǎng)也可以幫助每個人在健康和營養(yǎng)、娛樂、交通、網(wǎng)絡(luò)安全、財務(wù)管理、育兒方面做出更加明智的選擇。STEM素養(yǎng)高的公民將更有能力深思熟慮地分析問題，提出創(chuàng)新的解決方案，應(yīng)對急劇的技術(shù)變革，并作為陪審員、選民、消費者等角色更好地參與公民社會。

（二）提升STEM教育的多樣性、公平性和包容性

只有所有公民公平地接受STEM教育，國家才能更加強大和繁榮。研究表明，不同性別、種族、社會經(jīng)濟地位、能力、區(qū)域、宗教等多元人員在更具包容性的共同體中，該共同體會更具參與性、生產(chǎn)力和創(chuàng)新性。[7]

目前，并非所有學習者都能公平參與高質(zhì)量的STEM教育?？贪逵∠笫瞧渲幸粋€阻礙因素。此外，城市、郊區(qū)和農(nóng)村的人力、物力和財力資源差異也是阻礙因素之一。少數(shù)族裔在STEM領(lǐng)域的比例低于他們在勞動力市場中的總體比例[8]。即使在STEM行業(yè)勞動力匱乏的情況下，女性和少數(shù)族裔依然面臨許多困難。例如，一項商業(yè)分析發(fā)現(xiàn)，雖然女性占美國所有企業(yè)人員的45%，但在過去4年中新上市的225家生物技術(shù)公司中，只有17家任命女性為首席執(zhí)行官，其中只有4名是有色女性。[9]

無論地區(qū)、民族、性別、職業(yè)、社會經(jīng)濟地位、父母教育程度、殘障程度，無論是為了自己的成功還是為了國家的繁榮，所有美國人都應(yīng)該有機會掌握STEM技能和方法?！稇?zhàn)略》明確期望在開展STEM教育實踐和制定政策的過程中禁止歧視，體現(xiàn)包容和公平的價值觀。

（三）為未來STEM領(lǐng)域的就業(yè)做好準備

具備豐富的STEM知識和技能的人才為未來就業(yè)做好準備，對維持國家創(chuàng)新、支持經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域（如農(nóng)業(yè)、能源、醫(yī)療保健、信息通信技術(shù)、制造業(yè)、運輸業(yè)和防御業(yè)），以及人工智能和量子信息科學等新興領(lǐng)域至關(guān)重要。自2000年以來，STEM領(lǐng)域的學位數(shù)量總體上有所增加，但在某些STEM學科，如計算機科學、數(shù)據(jù)科學、電氣工程和軟件開發(fā)，仍然存在勞動力短缺現(xiàn)象[10]。技工領(lǐng)域也存在勞動力短缺，雖然這些空缺職位不需要學士，但仍會受益于STEM培訓[11]。學習者獲得STEM技能和知識將擴大他們的職業(yè)選擇，例如，在210萬聯(lián)邦雇員中，1/7的聯(lián)邦雇員從事STEM職業(yè)。[12]

只有當每一個美國公民都擁有堅實的STEM基礎(chǔ)，實現(xiàn)STEM的多元性和包容性時，強大的STEM人才儲備目標才會得以實現(xiàn)。聯(lián)邦和其他機構(gòu)對STEM教育的研發(fā)和投資，將推動本科生和研究生、技術(shù)人員、早期職業(yè)研究人員以及大部分STEM從業(yè)人員從中受益。

三、《戰(zhàn)略》的四大路徑

《戰(zhàn)略》旨在建立由學習者、家庭、教育者、社區(qū)和雇主組成的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，開展全國性STEM教育合作。特朗普政府已經(jīng)采取了多項行動作為該計劃的基礎(chǔ)，包括重新授權(quán)美國國家科學技術(shù)委員會下的STEM教育委員會;2020財政年度預(yù)算申請中優(yōu)先考慮STEM勞動力教育和培訓;成立美國工人全國委員會（National Council for the American Worker），以提高工人STEM技能;簽署《加強21世紀職業(yè)和技術(shù)教育法》（Strengthening Career and Technical Education for the 21st Century Act）以增強學生在中學和高等教育階段對高質(zhì)量技術(shù)教育和資格認證的認識;提出白宮倡議（White House Initiative），以促進傳統(tǒng)黑人學院和大學（Historically Black Colleges and Universities，HBCUs）的發(fā)展和創(chuàng)新等。這些行動反映了政府對STEM教育和培訓作為美國創(chuàng)造就業(yè)和經(jīng)濟繁榮的驅(qū)動力的重要性的認識。以這些行動為基礎(chǔ)，美國制定了今后五年的STEM教育全面發(fā)展戰(zhàn)略。

為實現(xiàn)《戰(zhàn)略》的三大目標，STEM教育委員會以行動為基礎(chǔ)，目標為導向，制定了四個實施路徑，明確了聯(lián)邦政府需要支持的優(yōu)先事項，以STEM教育引領(lǐng)美國的未來。

（一）發(fā)展和豐富戰(zhàn)略伙伴關(guān)系

發(fā)展和豐富戰(zhàn)略伙伴關(guān)系意味著在教育機構(gòu)、雇主和社區(qū)之間建立新的聯(lián)系，即中小學、高校、圖書館、博物館和其他社區(qū)資源之間的交流與合作，建立STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，拓寬和豐富每名學習者的教育和職業(yè)經(jīng)歷;具有研究經(jīng)驗的學習者與當?shù)毓椭?、實習生、學徒共同參與基于工作的學習體驗;融合正規(guī)和非正規(guī)學習的課程，支持學生完成核心學術(shù)和應(yīng)用技術(shù)課程，為高等教育做好準備。這一路徑有助于增加STEM行業(yè)從業(yè)者，培養(yǎng)公共和私營部門的高素質(zhì)人才。

1.建立STEM教育生態(tài)系統(tǒng)

STEM教育生態(tài)系統(tǒng)覆蓋家庭、學區(qū)、州，少數(shù)族群，聯(lián)邦政府和相關(guān)部門、圖書館、博物館和科學中心、社區(qū)學院、技術(shù)學校和大學、社區(qū)團體和俱樂部、基金會和非營利組織、宗教組織和企業(yè)，每一位教育者和學習者都能參與其中。STEM教育生態(tài)系統(tǒng)強調(diào)建立長期、共享、可持續(xù)和彈性的STEM任務(wù)，整合和增加跨部門組織提供的學習機會。

STEM教育生態(tài)系統(tǒng)通過構(gòu)建更為包容性和強大的社區(qū)，為學習者提供資源，以便公民能夠終身以各種途徑開展STEM教育和培訓，使所有群體都能從事技術(shù)性職業(yè)。STEM教育生態(tài)系統(tǒng)還有助于促進教育者和雇主間的協(xié)同合作，共同開發(fā)應(yīng)對現(xiàn)實挑戰(zhàn)的課程，激發(fā)學生對STEM行業(yè)的興趣，并為他們在未來競爭中取得成功做好準備。

STEM教育生態(tài)系統(tǒng)還通過匯聚STEM專業(yè)人員促進包容性環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，包括學齡前及K-12教育工作者、非正規(guī)教育者、社區(qū)學院和大學教師、雇主和社區(qū)管理者。聯(lián)邦政府通過其計劃、投資和活動促進STEM教育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，比如建立聯(lián)邦和當?shù)豐TEM教育生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，指導教師專業(yè)發(fā)展、開發(fā)課程材料、為其他社區(qū)參與活動提供更多機會;建立單一、便利的在線資源，用于查找與STEM教育相關(guān)的聯(lián)邦活動和資助機會（使用新的或加強的平臺）;增加聯(lián)邦資助機會，包括將STEM教育生態(tài)系統(tǒng)參與或發(fā)展作為獎勵選擇標準;加大有關(guān)校內(nèi)外STEM教育生態(tài)系統(tǒng)成功實踐及影響因素的研究。

2.加強基于工作的學習和培訓

加強基于工作的學習（work-based learning，WBL）有助于確保STEM學習的真實性和吸引力，幫助學習者為未來就業(yè)做好準備。WBL面向?qū)W生、成人和學徒。一方面，雇主可以為學習者提供工作環(huán)境中的真實挑戰(zhàn);另一方面，不同背景和不同經(jīng)歷的學習者可以幫助雇主完善想法，創(chuàng)造產(chǎn)品或解決棘手的問題。

聯(lián)邦機構(gòu)以實習制、學徒制、在職培訓、自主實踐和其他合作形式，為全國的學習者和教育工作者大力投資WBL;提供人力和財力資源，利用聯(lián)邦實驗室、相關(guān)設(shè)備、研究計劃、專業(yè)知識和大數(shù)據(jù)，提供高質(zhì)量的勞動力培訓經(jīng)驗;擴大與教育工作者和雇主的合作，以各種項目為平臺，如海軍研究實驗室（Naval Research Laboratory，NRL）與各大學合作，為本科生提供暑期實習機會，使學生有機會探索未來的職業(yè)和學習;2010年美國農(nóng)業(yè)部（U.S. Department of Agriculture，USDA）開展的為期三年的學徒培訓，使參與者有償在農(nóng)場獲得實踐經(jīng)驗。

《戰(zhàn)略》承諾的聯(lián)邦行動包括：推進聯(lián)邦機構(gòu)內(nèi)高質(zhì)量的有償實習和學徒制，并確保指導教師接受培訓，具備有效的教學法知識;通過聯(lián)邦多途徑就業(yè)項目（Federal Pathways Employment Program），創(chuàng)建更多元化的聯(lián)邦STEM員工隊伍;增加聯(lián)邦資助和教育工作者通過課堂外WBL拓展技能的機會;建立新的STEM行業(yè)招聘機構(gòu)，吸收學徒、實習生、博士后和其他參與WBL計劃的人員。

3.融合教育實踐

創(chuàng)造性地融合教育實踐，加強不同學習方法之間的聯(lián)系，如正式與非正式教育，職業(yè)和技術(shù)教育等，是學生獲得學習技能的最佳方法。

將高質(zhì)量的職業(yè)和技術(shù)培訓與大學預(yù)科課程相結(jié)合是學生準備就業(yè)和促進中學后學習的有效方法之一，特別是當課程中包含獲得資格證書所需的培訓時。這種方法融合了非正規(guī)教育的成功實踐，包括生涯和技術(shù)教育（career and technical education，CTE）的應(yīng)用學習，以及正規(guī)（通常是大學預(yù)科）課程間的跨學科聯(lián)系。如美國勞工部（U.S. Department of Labor，DOL）建立的STEM相關(guān)領(lǐng)域的學徒計劃，正在同其他聯(lián)邦機構(gòu)將學生、教育工作者和雇主聯(lián)系起來，讓學生參與其中，并為企業(yè)提供滿足他們需求的熟練職工。無論采用何種方法，未來的STEM技術(shù)人員都依賴于培訓和實習，融合實踐、項目和資源，更好地滿足STEM教育利益相關(guān)者的需求。如國家科學教師協(xié)會（National Science Teachers Association）和科學技術(shù)中心協(xié)會（Association of Science-Technology Centers）建立的“科學互學”（Connected Science Learning）在線社區(qū)，旨在分享有效的實踐和研究，以彌合校內(nèi)和校外的學習差距。

為實現(xiàn)此種路徑，聯(lián)邦機構(gòu)所需的關(guān)鍵行動包括：優(yōu)先促進STEM教育者的技能提升和專業(yè)發(fā)展;優(yōu)先研究在正規(guī)和非正規(guī)、大學預(yù)科以及職業(yè)和技術(shù)教育環(huán)境中融合成功學習實踐的最有效方法;通過網(wǎng)絡(luò)研討會、工作坊和其他方式制定關(guān)于推廣和應(yīng)用最佳實踐的指導方案。

（二）讓學生融入學科

該路徑旨在通過關(guān)注復雜的現(xiàn)實問題和挑戰(zhàn)，使STEM學習對學生更有意義和推動力。它通過支持學習者參與跨學科活動（如基于項目的學習、科學博覽會、機器人俱樂部、發(fā)明挑戰(zhàn)或游戲研討會）促進創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)，使用來自不同學科的知識和方法來識別和解決問題;通過使用創(chuàng)新的和個性化的教學方法，幫助學生學習數(shù)學;引導學習者使用多學科方法來解決問題。這些活動有助于培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的學習者，并為快速發(fā)展的社會豐富人才儲備。

1.推進創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育

在競爭日益激烈的全球化經(jīng)濟中，需要學科融合并發(fā)展具有創(chuàng)造力的STEM教育，以加速創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)。創(chuàng)新等關(guān)鍵技能應(yīng)該在STEM課程中發(fā)揮更大的作用，引導所有學習者為國家繁榮作出貢獻。

美國相關(guān)STEM團體通過在K-12、高等教育和非正規(guī)學習環(huán)境中建立和支持創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)技能的包容性戰(zhàn)略，加強學習者在創(chuàng)造和參與未來經(jīng)濟方面的領(lǐng)導力。科學博覽會、網(wǎng)絡(luò)安全競賽、機器人技術(shù)和發(fā)明挑戰(zhàn)、數(shù)學博弈以及聯(lián)邦機構(gòu)支持的一些競賽，是吸引各級學生應(yīng)用、體驗學習的方式之一，是科學家、工程師、企業(yè)家等職業(yè)生涯的開端。

聯(lián)邦機構(gòu)通過各種方式推進創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)教育，為教育工作者制定和實施融入創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)課程的專業(yè)發(fā)展計劃，包括財政支持、協(xié)調(diào)和創(chuàng)建項目等。聯(lián)邦政府還通過美國國家科學基金會創(chuàng)新團隊等項目促進高等教育后的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)。此外，聯(lián)邦還承諾審查資助的競賽、挑戰(zhàn)活動和公民科學項目的參與率，并使用最有效的方式吸引不同的參與者;指導教育者開展有效活動，使創(chuàng)業(yè)教育更具包容性;指導學習者創(chuàng)造和保護知識產(chǎn)權(quán)。例如，美國專利商標局（U.S. Patent and Trademark Office）為K-12教育工作者提供了短期跨學科專業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗，幫助學習者了解發(fā)明過程的工作原理、知識產(chǎn)權(quán)專利的重要作用以及商標、版權(quán)在創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)中的重要作用。

2.加強數(shù)學教育

數(shù)學和統(tǒng)計學是來描述和推理現(xiàn)實模型的通用語言，是STEM領(lǐng)域研究成功的基礎(chǔ)。但令人憂心的是，美國學生在數(shù)學素養(yǎng)方面仍然落后于國際平均水平。[13]

提高學生數(shù)學素養(yǎng)的一個有效的方法是采用跨學科方法教授數(shù)學。在這種背景下學習數(shù)學和統(tǒng)計學的學生，更強調(diào)邏輯、推理和批判性思維，更善于應(yīng)用數(shù)學來解決日常生活中的問題。數(shù)據(jù)科學、建模和基于問題的學習也是整合數(shù)學教育的非常有效的方法，有助于為各級各類的STEM教學開發(fā)創(chuàng)新和個性化的方法。例如，美國氣象學會（American Meteorological Society，AMS）和美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）合作開展了教師專業(yè)發(fā)展課程，以幫助全國各地的教育工作者和學生了解如何通過官方觀察數(shù)據(jù)預(yù)測天氣。

聯(lián)邦機構(gòu)具備許多工具可用于推進特定背景下、具有應(yīng)用性和有意義的數(shù)學教育。支持STEM教育研發(fā)的聯(lián)邦機構(gòu)和部門有機會通過與學習者和教師分享專業(yè)知識、內(nèi)容或經(jīng)驗，展示特定背景下的數(shù)學教學來推進這一目標。聯(lián)邦也承諾：使聯(lián)邦數(shù)據(jù)透明化和便利化，并提供如何在課程中使用此類數(shù)據(jù)的建議;優(yōu)先支持將數(shù)學和統(tǒng)計學納入特定背景的項目和伙伴關(guān)系，支持教育工作者的專業(yè)發(fā)展;建立并分享數(shù)學和統(tǒng)計學教育實踐，以吸引多元的學習者。

3.鼓勵跨學科學習

與人們的生活、社區(qū)或整個社會相關(guān)的問題往往跨越學科界限，這些問題具有內(nèi)在的吸引力和趣味性。STEM跨學科教學豐富了其他各領(lǐng)域的研究，并吸引學習者關(guān)注本國乃至全球的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。例如，內(nèi)政部（Department of the Interior）為美洲原住民兒童和大學生提供了基于傳統(tǒng)知識與現(xiàn)代科學的STEM教育項目，并使土著青年參與當?shù)毓芾恚龠M跨學科學習。

為了實現(xiàn)高水平的跨學科研究，科學家和工程師需要豐富的學科知識、相關(guān)學科的術(shù)語和文化，以及如溝通合作、分析創(chuàng)新等技能。此外，聯(lián)邦機構(gòu)的支持必不可少。許多聯(lián)邦機構(gòu)開展基于任務(wù)的研究，創(chuàng)造了學齡前和K-12各個階段的新的教育資源。機構(gòu)還通過獎學金、助學金和培訓支持STEM學習者學習跨學科知識。參加這些研究和學習的本科生、研究生和博士后研究員可以直接獲得跨學科科學和工程的第一手資料，提高知識應(yīng)用能力，溝通和團隊合作的能力。除此之外，聯(lián)邦還承諾支持有效的跨學科STEM教育實踐，項目和政策的研究、開發(fā)和推廣;通過實習、獎學金和其他培訓機會，加大對跨學科問題研究的支持力度;更多地招聘和培訓STEM教育工作者，提高他們的教學技能。

（三）培養(yǎng)計算素養(yǎng)

這條路徑展示了數(shù)字設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)是如何徹底地改變了社會，使學習者能夠基于此變化，采取策略為未來生活和工作做好準備，旨在推動計算思維成為勞動力的關(guān)鍵技能。計算思維不只是有效地使用計算設(shè)備，更意味著使用數(shù)據(jù)解決復雜問題，計算思維能夠擴大數(shù)字平臺在教學和學習中的應(yīng)用;實現(xiàn)每個人有效的個性化學習;通過模擬活動或虛擬現(xiàn)實提供更積極和有吸引力的學習體驗。

1.提高數(shù)字素養(yǎng)和促進網(wǎng)絡(luò)安全

數(shù)字素養(yǎng)對于人們在當今社會中取得成功也至關(guān)重要。數(shù)字素養(yǎng)為人們提供了查找和識別有效信息、使用數(shù)據(jù)解決問題、分享合作所需的技能和知識。網(wǎng)絡(luò)安全是數(shù)字素養(yǎng)的組成部分，意味著負責任地使用信息通信技術(shù)，包括貨幣加密等新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)安全依賴于數(shù)據(jù)保護和尊重隱私等倫理道德。數(shù)字素養(yǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全有助于培養(yǎng)公民STEM素養(yǎng)，并為STEM學習者的未來就業(yè)夯實基礎(chǔ)。

聯(lián)邦政府在促進所有人的數(shù)字掃盲和網(wǎng)絡(luò)安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，私營和公共部門的雇主通過基于工作的伙伴關(guān)系，提供有關(guān)數(shù)字倫理、在線信息分析和網(wǎng)絡(luò)安全的培訓課程。除了研究、合作和協(xié)調(diào)伙伴關(guān)系外，聯(lián)邦政府對營造積極的學習氛圍至關(guān)重要。例如，聯(lián)邦貿(mào)易委員會（Federal Trade Commission，F(xiàn)TC）支持梅拉尼婭·特朗普（Melania Trump）的反網(wǎng)絡(luò)欺凌活動——“做到最好”（Be Best），鼓勵家長與不同年齡段的孩子交流互動，幫助孩子應(yīng)對社交網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)欺凌，以及教會他們正確使用智能手機、分享內(nèi)容等。另外，聯(lián)邦政府計劃的未來行動還包括：促進聯(lián)邦機構(gòu)之間以及聯(lián)邦機構(gòu)和其他利益相關(guān)方之間的合作，確保數(shù)字流暢性和網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)實踐的開展;開展和支持網(wǎng)絡(luò)安全方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究;增強STEM學習者在數(shù)字倫理和數(shù)據(jù)隱私方面的教育和培訓。

2.推進計算思維融入所有學科

計算思維是指解決問題的過程，包括問題分解、開發(fā)模型、評估結(jié)果、迭代更改、再次執(zhí)行、解決問題。雖然計算思維存在于計算機科學中，但它已經(jīng)逐漸發(fā)展為一套具有廣泛價值的思維技能，幫助人們解決問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為。

在日益技術(shù)化和復雜的全球經(jīng)濟中，需要推進計算思維融入所有學科，使每名學習者都具備使用數(shù)據(jù)和邏輯評估信息、分解問題并制定解決方案的能力。雖然計算機并不是計算思維活動的必需品，但它也確實涉及利用計算工具的邏輯推理，是計算機科學的核心技能。

聯(lián)邦教育政策和項目應(yīng)鼓勵計算思維融入所有學科和活動，為所有兒童提供學習計算思維基本技能的機會。教師教育機構(gòu)應(yīng)優(yōu)先考慮包含計算思維和計算機科學的課程，并將這些技能視為一種基礎(chǔ)技能。例如，西北大學（Northwestern University）的一個研究小組在美國國家科學基金會的資助下，致力于開發(fā)教學模塊和課程，將計算思維技能融入高中數(shù)學和科學課程。政策和項目應(yīng)促進具有計算思維和計算機科學技能的教師的招聘和培訓。為此，聯(lián)邦需要加大對培養(yǎng)計算思維項目的資助和支持力度;支持計算思維和計算機科學教學的研究和實踐;創(chuàng)建并分享有效發(fā)展計算思維的教育實踐和課程資源。

3.拓展數(shù)字化教學平臺

開放式在線課程、遠程學習技術(shù)、移動學習應(yīng)用程序以及各種其他數(shù)字化教學平臺打破了正規(guī)和非正規(guī)教育間的界限。特別是基于模擬的游戲、移動平臺、虛擬環(huán)境和增強現(xiàn)實的工具可以提高學習者的好奇心和參與度，促進學習者之間的協(xié)作，通過再培訓提高在職員工的技能。數(shù)字化教學平臺還有助于實現(xiàn)教育公平，支持STEM教育中的多樣性和包容性，但也可能造成數(shù)據(jù)鴻溝，加劇現(xiàn)有的不平等現(xiàn)象。例如，聯(lián)邦政府開展的計算就業(yè)聯(lián)盟（Alliance ?for Access to Computing Careers）等項目，幫助殘障學生參與計算機課程、實習和獲得其他機會。

聯(lián)邦機構(gòu)應(yīng)繼續(xù)支持研發(fā)數(shù)字化教學平臺的改進、創(chuàng)新和評估，建立工具開發(fā)與課程創(chuàng)新以及教育工作者專業(yè)發(fā)展之間的聯(lián)系。聯(lián)邦政府應(yīng)進一步促進伙伴關(guān)系，幫助建立和擴大在線資格認證和再培訓平臺，以幫助工人適應(yīng)數(shù)字經(jīng)濟。為此，聯(lián)邦政府承諾利用數(shù)字工具增強對課程開發(fā)的研究和支持;贊助、參與和鼓勵研討會和其他活動，培訓STEM教育者最有效地使用數(shù)字工具和學習模型;優(yōu)先支持遠程學習的實踐和學習模式。

四、啟示

（一）為所有公民提供STEM教育

《戰(zhàn)略》的愿景是所有美國公民都將終身受益于高質(zhì)量STEM教育，計劃的三大目標和四大途徑都植根于這一愿景?，F(xiàn)代科技的飛速發(fā)展和終身學習理念的提出意味著學習已經(jīng)不再局限于青少年時期和在校階段，所有的公民在任何時期都可以學習任何感興趣和需要的內(nèi)容。因此，STEM教育應(yīng)以面向所有公民為前提，培養(yǎng)他們的STEM素養(yǎng)，使其能夠通過合作解決實際問題，讓學習者在信息的獲取、加工、管理、表達和交流的過程中，掌握STEM技術(shù)，感受跨學科文化，增強數(shù)字意識，內(nèi)化信息倫理，使學習者發(fā)展成為適應(yīng)信息時代要求的具有良好STEM素養(yǎng)的公民。

我國教育部于2018年頒布了普通高中各學科課程標準（2017年版），多次強調(diào)了STEAM、STEM 及 STEM+教育;中國教育科學研究院于2018年發(fā)布了《中國STEM教育2029行動計劃》《STEM教師能力等級標準（試行）》。上述政策和研究成果進一步推進了我國STEM教育的發(fā)展。對于現(xiàn)代信息社會而言，STEM不僅是增強國家競爭力，建立多元化人才儲備，創(chuàng)造前沿科技成果的必要條件，也是個人職業(yè)可持續(xù)發(fā)展和價值實現(xiàn)的必備技能。以STEM課程的開設(shè)為契機，可以充分調(diào)動家庭、學校、社區(qū)等各方面的力量，為學習者提供必備的軟硬件條件和積極健康的信息內(nèi)容，營造良好的STEM教育氛圍，關(guān)注弱勢群體的教育資源獲得機會和教育質(zhì)量，重視可持續(xù)發(fā)展，為學習者打造終身學習的平臺。

（二）建立適合當?shù)氐腟TEM教育生態(tài)系統(tǒng)

美國STEM教育的發(fā)展在很大程度上得益于利益相關(guān)者的支持，包括聯(lián)邦政府、各州政府、商業(yè)機構(gòu)、研究機構(gòu)、慈善組織、社區(qū)、家庭等，這些利益相關(guān)者構(gòu)成了相互聯(lián)系、相互促進的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，根據(jù)當?shù)氐奶厣蛯嶋H問題，可以建立相應(yīng)的項目和活動，擴展由專業(yè)人員指導的學習者間交流互動的網(wǎng)絡(luò)平臺。

政府應(yīng)該起到引領(lǐng)作用，在政策上為STEM活動的開展創(chuàng)造支持性的環(huán)境，重點關(guān)注少數(shù)民族、貧困地區(qū)民眾等的STEM教育計劃，各級政府部門應(yīng)在法律允許的情況下，以公開透明的方式報告STEM教育的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。另外，中小學和大學豐富的STEM教育資源應(yīng)該被充分利用，鼓勵高校參與當?shù)氐腟TEM教育生態(tài)系統(tǒng)，提供專業(yè)人員指導項目和活動。例如，在美國科德角（Cape Cod），來自馬什皮-萬帕諾亞格部落（Mashpee Wampanoag Tribe）的中學生結(jié)合美國地質(zhì)勘察局（United States Geological Survey）的地質(zhì)學家提供的有關(guān)該地區(qū)冰川起源的詳細信息，研討科德角地區(qū)地質(zhì)和生態(tài)的傳統(tǒng)解釋和科學成果之間的共同點。各級教育工作者可以通過在線學習資源和虛擬體驗逐步增強實踐教學，將STEM教育帶入課堂。課程開發(fā)人員和教育研究人員也可以通過研究實踐的有效開展，加快數(shù)字學習工具的使用并將其納入課程。行業(yè)雇主也通過基于工作的學習伙伴關(guān)系，提供數(shù)字倫理、信息分析、網(wǎng)絡(luò)安全等真實情景下的實際經(jīng)驗。

（三）以能力導向促進創(chuàng)新實踐

《戰(zhàn)略》強調(diào)通過STEM教育培養(yǎng)學習者的問題解決能力、溝通交流能力、設(shè)計和推理等技能，最終促進創(chuàng)新實踐的產(chǎn)生?！稇?zhàn)略》還著重提出將計算思維融入所有學科的學習之中，將其視為一種可被所有學習者掌握的基本技能，并將計算思維融入現(xiàn)行學校教學中，逐步延伸至教師培養(yǎng)項目和資格認證計劃中。

我國于2016年5月提出創(chuàng)新型國家“三步走”戰(zhàn)略——到2020年進入創(chuàng)新型國家行列、2030年躋身創(chuàng)新型國家前列、到2050年建成世界科技創(chuàng)新強國。為實現(xiàn)這個目標，我國STEM教育應(yīng)以學習者能力的培養(yǎng)為導向，構(gòu)建以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的人才培養(yǎng)模式。因此，教學應(yīng)充分考慮學生起點水平和個性方面的差異，強調(diào)學生在學習過程中的自主選擇和自我設(shè)計;提倡通過課程內(nèi)容的合理延伸或拓展，充分挖掘?qū)W生的潛力，實現(xiàn)學生個性化發(fā)展;鼓勵因地制宜，在達到“課程標準”的前提下特色發(fā)展。結(jié)合學生的生活和學習實際設(shè)計問題，讓學生在活動過程中掌握應(yīng)用所學知識和技能解決問題的思想和方法;鼓勵學生將所學的知識技能積極地應(yīng)用到生產(chǎn)、生活乃至信息技術(shù)革新中去，在實踐中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中實踐。

參考文獻：

[1]The White House. Charting a Course for Success： Americas Strategy for STEM Education [EB/OL]. https：//www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2018/12/STEM-Education-Strategic-Plan-2018.pdf，2019-04-18.

[2]National Science Foundation. Science & Engineering Indicators 2018 [EB/OL]. https：//www.nsf.gov/statistics/2018/nsb20181/assets/nsb20181.pdf，2019-04-18.

[3]American College Testing. The Condition of College and Career Readiness National 2018[EB/OL]. http：//www.act.org/content/dam/act/unsecured/documents/cccr2018/National-CCCR-2018.pdf，2019-04-18.

[4][11]U.S. Bureau of Labor Statistics. STEM Occupations： Past， Present， and Future[EB/OL]. https：//www.bls.gov/spotlight/2017/science-technology-engineering-and-mathematiCS-stem-occupations-past-present-and-future/pdf/science-technology-engineering-and-mathematiCS-stem-occupations-past-present-and-future.pdf，2019-04-18.

[5][8]National Science Foundation. Women， Minorities， and Persons with Disabilities in Science and Engineering[EB/OL]. https：//nsf.gov/statistics/2017/nsf17310/digest/introduction/，2019-04-18.

[6]Federal Communications Commission. 2018 Broadband Deployment Report[EB/OL]. https：//www.fcc.gov/reports-research/reports/broadband-progress-reports/2018-broadband-deployment-Report，2019-04-18.

[7]CATALYS. Quick Take： Why Diversity and Inclusion Matter [EB/OL].https：//www.catalyst.org/knowledge/why-diversity-and-inclusion-matter，2019-04-18.

[9]Association for Women in Science. Revolutionizing the STEM Entrepreneurship Ecosystem[EB/OL]. https：//cdn.coverstand.com/54596/491204/6b7731641077f095672fe94d87d7e0f28df8d31a.2.pdf，2019-04-18.

[10]U.S. Department of Commerce. STEM Jobs： 2017 Update[EB/OL].https：//www.commerce.gov/news/reports/2017/03/stem-jobs-2017-update，2019-04-18.

[12]U.S. Office of Personnel Management. Federal Workforce Data[EB/OL]. https：//www.fedscope.opm.gov/employment.asp，2019-04-18.

[13]National Science Board. Science and Engineering Indicators 2018[EB/OL]. https：//www.nsf.gov/statistics/2018/nsb20181/figures，2019-04-24.

編輯 朱婷婷 ? 校對 王亭亭