關于在高中階段開展STEM教育的幾點思考

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(無錫市市北高級中學 江蘇 無錫 214045)

20世紀90年代美國提出STEM教育理念，STEM教育運動在全球范圍內(nèi)興起．21世紀以來，我國也開始關注STEM教育理論并就STEM教育在基礎教育階段的實施途徑展開研究、嘗試．但由于我國教育環(huán)境的復雜性，仍未形成廣泛共識．因此，文章結合國外STEM教育開展經(jīng)驗，就高中階段引入STEM教育的必要性及現(xiàn)存實施策略的可行性做出分析，以期對高中階段STEM教育發(fā)展提供參考思路．

1 STEM教育提出背景及其本質(zhì)特征

20世紀90年代，美國國家科學基金會(NSF )首次將“STEM”——作為科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(Mathematics)4門學科的縮寫．它不是4個學科的簡單拼湊，強調(diào)學科間的有機融合．STEM教育的提出是基于美國當時面臨STEM相關學科教育質(zhì)量下降及學生對STEM相關專業(yè)興趣減退等問題，目的在于培養(yǎng)科技創(chuàng)新型人才，提高國際競爭力[1]．

進入21世紀，“集成式STEM”(integrated STEM)的概念逐漸明晰，其本質(zhì)特征是跨學科整合，以科學與工程問題為課程主線，通過創(chuàng)造一個多維空間，為學生提供一系列具有一定關聯(lián)性的學習經(jīng)歷[2]．

2 國內(nèi)STEM教育研究現(xiàn)狀

我國關于STEM教育的研究始于2008年，但在此之后的5年間發(fā)展緩慢，2014年之后相關研究文獻明顯增多，并呈現(xiàn)出多研究方法、多研究領域和多研究內(nèi)容的趨勢[3]．研究初期主要介紹國外STEM教育的相關理論(如相關法案、報告述評、師資培訓、評價體系等)及國外(主要是美國)STEM教育實踐案例．近年來，研究者們開始思考如何實現(xiàn)STEM教育的本土化，將其融入國內(nèi)課堂，滲透到實際教學中(諸如“面向STEM教育的創(chuàng)客教育模式研究”[4]、“非正規(guī)教育環(huán)境下青少年STEM教育活動的設計與實踐研究”[5]、“STEM視野下的科學課堂‘做中學’項目設計——以‘蠟燭抽水機——大氣壓力’為例”[6]等等)．

目前，STEM教育的實施嘗試主要在小學、初中階段進行，高中階段引入STEM教育的研究和實踐則相對匱乏．

3 引入STEM教育的必要性分析

高中階段引入STEM教育的研究和實踐則相對滯后，可能的原因是：一方面，高中教學內(nèi)容更為專精，要把技術、工程課程與科學課程整合在一起更加困難；另一方面，高中生面臨選拔性考試，課業(yè)壓力大，課時緊張．

但實際上，在高中開展STEM教育是十分有意義的．一方面，學生在STEM項目中應用科學課(如化學、生物、物理)習得的知識解決實際工程問題，獲得學以致用的效能感，不僅可以鞏固、深化對科學理論知識的理解，還會激發(fā)學習科學知識的熱情；另一方面，高中生能夠較早地體驗到STEM領域的工作狀態(tài)，了解STEM相關職業(yè)及其發(fā)展前景，無疑會對其今后的就業(yè)選擇具有指導意義；更為重要的是，STEM項目通過創(chuàng)設真實工程情境，以項目式教學帶動學生主動地學習，促使學生利用跨學科的知識圍繞解決實際問題展開研究，設計并不斷優(yōu)化解決方案．在此過程中，學生終身發(fā)展需要的實踐能力、綜合運用知識解決問題的能力、終身學習力等關鍵能力得到培養(yǎng)，科學、技術、工程與數(shù)學素養(yǎng)得以提升，創(chuàng)新思維得以發(fā)展，為培養(yǎng)國家經(jīng)濟發(fā)展所需的復合型、創(chuàng)新型人才奠定了基礎．

4 開展STEM教育的幾種策略可行性分析

4．1 STEM課程取代科學分科課程

策略之一是STEM課程取代科學分程課程.

在中學階段開設綜合課程以取代科學分科課程的想法由來已久[7]，并在新一輪課改中正式成為國家基礎教育課程體系的重要組成部分，義務教育科學課程標準也做出相應修訂，并在一些課程改革實驗區(qū)推行實施，其中浙江省成為綜合科學課程實施的典范．受此啟發(fā)，有研究者認為用STEM課程代替科學分科課程，或許是STEM教育本土化的一條途徑．

但實際上，我們應該清醒地認識到這樣做可能帶來的諸多問題：破壞了分科科學課程內(nèi)在的邏輯性，使得學生難以構建牢固的知識框架系統(tǒng)[8]；學生的基礎知識儲備不足，基本方法掌握不牢，在STEM項目學習中會感到非常吃力，拉大了學優(yōu)生與學困生之間的差距；學生的學科知識不扎實、不系統(tǒng)，難以支持其今后從事深入科學研究工作．以教育發(fā)展水平較高的芬蘭為例，2014年開始啟動的新一輪課改強調(diào)橫貫能力的培養(yǎng)，要求學校每學年至少組織一次跨學科學習，但同時并未取消分科課程，以便給予學生學科知識和技能的有力支撐．

因此,在高中階段引入STEM課程的同時，應繼續(xù)保持分科課程的存在，二者優(yōu)勢互補，才是實施STEM教育的有效途徑．

4．2 在分科教學中滲透STEM教育理念

策略之二是在分科教學中滲透STEM教育理念.

考慮到我國現(xiàn)行教育體制并未開設工程類課程以及與STEM教育相關的學科分科教學的現(xiàn)實，有研究者提出一條STEM課程實施途徑——以原有的科學技術課程為載體，在分科教學中滲透STEM教育理念[9，10]．該策略期望在我國分科教學體制的現(xiàn)實基礎上，將工程設計作為科學和數(shù)學教學中的學習情境、動力要素和教學方法，加強學生對知識的理解和綜合應用，同時彌補分科課程與現(xiàn)代科學、技術、工程、數(shù)學等一定程度上脫軌的不足．

但這一策略在實際實施過程中，將會面臨不少困難．第一，STEM教育的本質(zhì)特征及核心價值在于綜合性、實踐性，它涉及較多的跨學科的綜合性知識，尤其是工程類、技術類知識，這對于單獨一門科學或數(shù)學教師來說，是很難勝任的；第二，一個STEM項目的實施往往需要較長的教學時間來保證，但在目前高中階段緊張的分科教學課時安排下，很難留出如此大段的時間用以項目學習．另外，一個支持性的評價機制對于有效的STEM教學是十分必要的，STEM項目具有多學科融合、實踐性等特點，需要多種評價工具支持(如準備性評價、形成性評價、結論性評價等)，因此僅憑傳統(tǒng)的針對分科教學的結論性評價難以全面衡量教學目標的達成情況．

因此，在科學、數(shù)學課程中滲透STEM教育理念的策略在教育實踐中推行將面臨很大阻力．如果不能很好地解決以上提到的問題，STEM教育效果也將大打折扣．

4．3 將STEM教育納入學校教育

策略三是將STEM教育以校本課程、地方課程或國家課程的形式納入學校教育.

基于STEM課程與分科課程優(yōu)勢互補的關系，考慮到STEM項目的專業(yè)性、綜合性、復雜性和實踐性等特點，有研究者考慮將STEM課程作為一門單獨的課程，以校本課程、地方課程或國家課程的形式設置在高中教學中．

相對而言，這一策略更具合理性、可行性．因為，有效的STEM教學應包含幾個關鍵因素：一套完整的標準和課程；教師教學能力強；一個支持性的評估問責制度；充足的教學時間；同等的獲得高質(zhì)量STEM教育的機會[11]．高中階段將STEM項目設置為一門獨立的課程，才能獲得有效的教育政策頂層設計保證，科學的課程標準與評價體系，專業(yè)的師資培訓平臺，充足的資金支持等．

值得一提的是，這一策略的實施還需要處理好幾個關鍵問題．一是課程開發(fā)形式．目前主流的開發(fā)形式有3種——直接借鑒國外成熟的STEM案例[12]，國內(nèi)專業(yè)團隊開發(fā)STEM課程，一線教師基于學科教學設計STEM課程[13，14]．其中，由于自身專業(yè)所限，一線教師很難完成完整的STEM課程的開發(fā)任務(如缺少嚴謹?shù)脑u價機制)；二是教師培訓形式．目前教師培訓多以體驗式、科普式的短期培訓為主，專業(yè)性不夠強，收效并不明顯，應考慮更為專業(yè)的培訓形式；三是評估機制．科學、嚴謹?shù)脑u估機制與STEM教育相輔相成，相互影響和促進．但目前國內(nèi)在STEM教育評估方面的研究還比較匱乏．

5 結語

高中階段開展STEM教育，培養(yǎng)學生利用跨學科知識解決實際問題的關鍵能力，鍛煉學生的創(chuàng)新思維，這與當前我國新課改培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的理念是一致的．將STEM教育以校本課程、地方課程或國家課程的形式納入學校教育體系是目前較為合理且行之有效的策略．但具體實施需要有教育政策頂層設計保障，專業(yè)研究團隊領銜，雄厚資金、技術加持，以及社會各層面的共同參與．