發(fā)展與借鑒: 美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心研究

上官劍 李婭妮

摘?要：美國(guó)政府致力于全面推進(jìn)STEM教育，但STEM學(xué)科教師嚴(yán)重不足，且實(shí)踐資源利用不合理，美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心在此背景下順勢(shì)而生且發(fā)展迅速。美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心的主要職能有：提升學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)興趣與實(shí)踐能力、探索STEM學(xué)科教師培養(yǎng)新途徑、滿足STEM人才市場(chǎng)需求以及整合各界資源共同發(fā)展STEM教育。其值得借鑒之處主要有：機(jī)構(gòu)設(shè)置靈活且自主性強(qiáng)、積極打造STEM教育交流平臺(tái)、善于整合社會(huì)資源以及教學(xué)以項(xiàng)目形式開(kāi)展等。

關(guān)鍵詞：美國(guó)公立大學(xué);STEM教育;STEM教育中心

中圖分類號(hào)：D9?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.01.068

全球STEM教育發(fā)展如火如荼，美國(guó)是STEM教育概念的首創(chuàng)者和STEM教育實(shí)踐的力行者，其規(guī)模不斷擴(kuò)大，體系不斷成熟，已成為STEM教育的國(guó)際標(biāo)桿。21世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)聯(lián)邦政府關(guān)于STEM教育的一系列政策密集出臺(tái)。2018年12月3日，白宮又公布了新的五年戰(zhàn)略計(jì)劃——《制定成功路線：美國(guó)的STEM教育戰(zhàn)略》，旨在使所有學(xué)生都能享受到優(yōu)質(zhì)的STEM教育，并設(shè)計(jì)了從社會(huì)文化到社區(qū)實(shí)踐地域全覆蓋、從活動(dòng)設(shè)計(jì)到學(xué)習(xí)測(cè)量環(huán)節(jié)全覆蓋的遠(yuǎn)景規(guī)劃，迫切呼吁社會(huì)各界積極參與，以達(dá)成全國(guó)性合作。 承擔(dān)這一規(guī)劃的重要機(jī)構(gòu)之一就是各州政府依托大學(xué)創(chuàng)辦的STEM教育中心。

1?美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心緣起

美國(guó)政府在21世紀(jì)初正式提出STEM教育概念，自此美國(guó)開(kāi)始了轟轟烈烈的STEM教育改革，公立大學(xué)的STEM教育中心也在此背景下出現(xiàn)并快速發(fā)展。

1.1?美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心創(chuàng)辦背景

美國(guó)的STEM學(xué)科教師一直處于短缺狀態(tài)，不僅每年新培養(yǎng)的STEM學(xué)科教師供不應(yīng)求，而且STEM學(xué)科在校教師的離職率也一直居高不下。從圖1可以看出：1999-2012年間，雖然美國(guó)已經(jīng)開(kāi)始大力發(fā)展STEM教育，但公立中學(xué)的STEM學(xué)科教師在數(shù)量上增長(zhǎng)緩慢，技術(shù)這一科目的教師甚至開(kāi)始逐年減少，可見(jiàn)效果并不盡如人意。從圖2可以看出：僅有不到兩成的大學(xué)生攻讀STEM專業(yè)，畢業(yè)十年后只有8%的人仍然留在STEM領(lǐng)域。即使留在STEM領(lǐng)域，大多數(shù)不會(huì)選擇成為STEM 教師，因其薪資相對(duì)較低、工作環(huán)境較差且發(fā)展空間不大，這種局面導(dǎo)致美國(guó)STEM教育在師資數(shù)量與質(zhì)量方面均不盡人意。

為此，美國(guó)政府反復(fù)強(qiáng)調(diào)“國(guó)家應(yīng)密切關(guān)注如何吸引、儲(chǔ)備、穩(wěn)定師資隊(duì)伍的問(wèn)題，STEM教師應(yīng)被視作寶貴的國(guó)家資源，應(yīng)該鼓勵(lì)最優(yōu)秀、最聰明的那群人以STEM教育作為職業(yè)?！?010年總統(tǒng)科技顧問(wèn)委員會(huì)的《培養(yǎng)與激勵(lì)：為美國(guó)的未來(lái)實(shí)施K-12階段STEM教育》報(bào)告明確提出未來(lái)10年要新增10萬(wàn)名優(yōu)秀的STEM教師，“STEM教師的職前培養(yǎng)主要由高校組織進(jìn)行，并接受國(guó)家政策管轄”。美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心在這一背景下開(kāi)始蓬勃發(fā)展。

1.2?美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心發(fā)展歷程

2010年，美國(guó)教育部成立了“STEM教育聯(lián)盟”（STEM EDUCATION COALITION）。該組織主要為全美STEM教育的教學(xué)提供直接服務(wù)，同時(shí)也協(xié)助政府建立一套完整的STEM教育評(píng)估機(jī)制。美國(guó)各級(jí)STEM教育中心在摸索中度過(guò)了它的發(fā)展初期，創(chuàng)辦至今無(wú)論是理論積淀還是經(jīng)驗(yàn)積累都取得了明顯成效。目前，STEM教育中心蓬勃發(fā)展，核心成員39個(gè)（全美各類教師、教學(xué)聯(lián)盟以及以蘋果為首的企業(yè)代表等），合作機(jī)構(gòu)已逾800，在地域上基本覆蓋各州，且彼此之間的聯(lián)系日趨緊密。以此為依托，美國(guó)許多大學(xué)紛紛創(chuàng)辦了STEM教育中心。2013年起，公立和贈(zèng)地大學(xué)協(xié)會(huì)每年組織不同主題的大學(xué)STEM教育中心全國(guó)性會(huì)議。同時(shí)還啟動(dòng)了大學(xué)STEM教育中心網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，整合全國(guó)的大學(xué)STEM教育中心資源，助其將理論研究成果轉(zhuǎn)化成“易傳播、易接受并具可持續(xù)性的實(shí)踐活動(dòng)”。

1.3?美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心構(gòu)建過(guò)程

一所美國(guó)公立大學(xué)若要建立其STEM教育中心一般要經(jīng)過(guò)如下步驟：首先是籌建階段。這一時(shí)期通常由大學(xué)的教育學(xué)院或理工科學(xué)院牽頭，工作職責(zé)主要包括資金籌措、計(jì)劃制定、職能分解、項(xiàng)目規(guī)劃等。其次是為運(yùn)行發(fā)展階段。主要任務(wù)是開(kāi)發(fā)和實(shí)施有針對(duì)性的STEM師資項(xiàng)目，既為中小學(xué)STEM教師提供直接服務(wù)，也同時(shí)培養(yǎng)在校大學(xué)生成為STEM教育的后備師資力量;最后是階段為宣傳推廣階段。主要為所在州提供服務(wù)，提高公眾的STEM認(rèn)知和素養(yǎng)，并通過(guò)成功實(shí)施的項(xiàng)目吸引更多的社會(huì)資源，爭(zhēng)取資金支持，搭建實(shí)踐平臺(tái)，號(hào)召和鼓勵(lì)全社會(huì)共同參與STEM教育。

在美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心建設(shè)過(guò)程中，有兩項(xiàng)核心任務(wù)一直貫徹始終，即培養(yǎng)STEM教師和探索實(shí)踐教學(xué)。公立大學(xué)STEM教育中心制定有專項(xiàng)教師培養(yǎng)計(jì)劃，提供從職前培養(yǎng)到職后培訓(xùn)的一條龍服務(wù)，旨在提升STEM教師的數(shù)量與質(zhì)量，降低教師流失率，最終達(dá)到打造高質(zhì)量STEM師資隊(duì)伍的目的。

2?美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心的主要職能

美國(guó)公立大學(xué)的STEM教育中心各具特色，但其建設(shè)目標(biāo)和主要職能基本一致，即提升學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)興趣與實(shí)踐能力、培養(yǎng)更多優(yōu)質(zhì)的STEM學(xué)科教師、滿足STEM教育人才市場(chǎng)需求以及整合各界資源共同發(fā)展STEM教育等。

2.1?提升學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)興趣與實(shí)踐能力

美國(guó)有著非常優(yōu)質(zhì)的教育資源和教育環(huán)境，但其中小學(xué)生近十年來(lái)在國(guó)際TIMSS測(cè)驗(yàn)中的表現(xiàn)卻并不理想，這與美國(guó)中小學(xué)生缺乏STEM科目學(xué)習(xí)興趣有關(guān)。此外，教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)的匱乏也是制約美國(guó)STEM教育發(fā)展的障礙之一，學(xué)生通常僅能在科任老師的指導(dǎo)下進(jìn)行一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，而且大多局限在教室里完成。學(xué)校之外雖有零散的STEM實(shí)踐項(xiàng)目，但缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，學(xué)生真正參與機(jī)會(huì)不多。由此，美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心強(qiáng)調(diào)建構(gòu)集合性的實(shí)踐平臺(tái)，為廣大師生提供更多優(yōu)質(zhì)的實(shí)踐機(jī)會(huì)。如科羅拉多大學(xué)波爾得分校STEM教育中心的生物概念目錄化等互動(dòng)項(xiàng)目、東卡羅來(lái)納州立大學(xué)的SVSM項(xiàng)目、明尼蘇達(dá)大學(xué)STEM教育中心的系列周會(huì)等，均對(duì)外開(kāi)放，以增進(jìn)參與者的直接體驗(yàn)，激發(fā)其對(duì)STEM的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)其對(duì)STEM學(xué)科的熱愛(ài)。這些項(xiàng)目旨在鼓勵(lì)更多人選擇STEM教育，降低STEM教師的流失率，提升全民對(duì)STEM的正確認(rèn)識(shí)，提高其學(xué)習(xí)能力，最終在整個(gè)社區(qū)營(yíng)造良好的STEM學(xué)習(xí)氛圍。

2.2?探索STEM學(xué)科教師培養(yǎng)新途徑

美國(guó)STEM教育發(fā)展的瓶頸是STEM學(xué)科教師的短缺，若不能儲(chǔ)備足夠的優(yōu)質(zhì)師資，STEM教育的推進(jìn)就缺乏后勁。如前所述，美國(guó)STEM師資建設(shè)的一大目標(biāo)就是到2020年增加10萬(wàn)名K-12階段的STEM教師。作為STEM預(yù)備師資的主要提供者，各大學(xué)STEM教育中心積極行動(dòng)，探索新的師資培養(yǎng)途徑。如東卡羅來(lái)納州立大學(xué)STEM教育中心采用基于問(wèn)題或風(fēng)險(xiǎn)探究式的教學(xué)方法，搭建科學(xué)和數(shù)學(xué)教育的“概念橋梁” ，開(kāi)展高質(zhì)量的專業(yè)研究項(xiàng)目，以提高全州K-12階段科學(xué)和數(shù)學(xué)教師的質(zhì)量和數(shù)量，努力為職前STEM學(xué)科教師提供專業(yè)指導(dǎo)和平臺(tái)。明尼蘇達(dá)大學(xué)STEM教育中心的K-12預(yù)備教師培養(yǎng)則依托教育與人類發(fā)展學(xué)院，通過(guò)專門研究STEM教育的教授與學(xué)習(xí)方法為K-12教師提供有益經(jīng)驗(yàn)。堪薩斯大學(xué)STEM教育中心主要通過(guò)其UKAN TEACH項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)STEM教育的學(xué)科教師培養(yǎng)，成效卓著。該項(xiàng)目極具特色，已成為眾多STEM教育中心的學(xué)習(xí)標(biāo)桿?？屏_拉多大學(xué)波爾得分校STEM教育中心成立不到5年，但發(fā)展已較為成熟，該中心的CU TEACH項(xiàng)目使其畢業(yè)生中選擇STEM崗位的人數(shù)大為增長(zhǎng)，在校生中愿意成為STEM學(xué)科教師的就業(yè)意愿也明顯增強(qiáng)。

2.3?滿足STEM人才市場(chǎng)需求

STEM教育目標(biāo)除了提升全面STEM素養(yǎng)之外，也旨在保證STEM人才市場(chǎng)的充分供給。據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，美國(guó)STEM人才需求十年內(nèi)短缺約100萬(wàn)，要保持知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的高效和持續(xù)的發(fā)展，高素質(zhì)STEM人才的供應(yīng)是必要條件，而這一目標(biāo)的具體落實(shí)離不開(kāi)各高校的共同努力。近年來(lái)，各公立大學(xué)STEM教育中心普遍向外開(kāi)放，旨在提供直接的項(xiàng)目體驗(yàn)，提供給學(xué)生更多實(shí)習(xí)實(shí)踐崗位，以期待提升STEM領(lǐng)域就業(yè)意向，培養(yǎng)更多的STEM專業(yè)人才。如東卡羅來(lái)納州立大學(xué)為確保所有有意向的市民都能接觸到STEM教育，其STEM教育中心提倡打造更為適宜的“STEM發(fā)展環(huán)境”，提升市民的“STEM知識(shí)儲(chǔ)備量”;明尼蘇達(dá)大學(xué)STEM教育中心和亞利桑那大學(xué)STEM教育中心均則提出“擴(kuò)大STEM教育服務(wù)范圍，增強(qiáng)STEM教育質(zhì)量、提升STEM擇業(yè)意愿、繁榮STEM勞動(dòng)力市場(chǎng)”倡議。

2.4?整合各界資源共同發(fā)展STEM教育

美國(guó)聯(lián)邦政府專門制定了STEM教育跨部門協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略。政府、高校以及民間機(jī)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)一同發(fā)力，政府大力倡導(dǎo)，高校積極配合，民間機(jī)構(gòu)亦熱情參與，如卡內(nèi)基的“100KIN10聯(lián)盟”設(shè)立了200余STEM師資培訓(xùn)項(xiàng)目，以為STEM學(xué)科教師提供更好的專業(yè)提升環(huán)境，幫助其獲得更好的專業(yè)發(fā)展資源，有能力應(yīng)對(duì)日常教學(xué)問(wèn)題，提升職業(yè)認(rèn)同感和勝任感。明尼蘇達(dá)大學(xué)STEM教育中心在高校與企業(yè)合作方面頗有建樹(shù)，其GETSTEM項(xiàng)目就是一個(gè)推動(dòng)大學(xué)和企業(yè)合作的線上項(xiàng)目。該項(xiàng)目始自2009年，已促成百余項(xiàng)企業(yè)與大學(xué)的合作項(xiàng)目，直接受益者是萬(wàn)余名K-12階段的學(xué)生，主要舉措是通過(guò)ASK/OFFER形式，讓教師、學(xué)生與企業(yè)相互選擇，各取所需，促進(jìn)最為合宜的人員、資金匹配。

在大學(xué)與校企密切合作之余，政府組織也積極參與共同合作。如美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)協(xié)同堪薩斯大學(xué)開(kāi)展GK-12項(xiàng)目、美國(guó)宇航局阿姆斯壯飛行研究中心協(xié)同亞利桑那大學(xué)的實(shí)踐項(xiàng)目等。由政府科研部門發(fā)起的這些項(xiàng)目為STEM 教育注入了新的活力，使得各方合作更為強(qiáng)大且持久，同時(shí)提升了參與者運(yùn)用STEM知識(shí)的實(shí)踐能力，豐富了參與者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使參與者成為未來(lái)潛在的STEM研究者、講授者和傳播者。

3?評(píng)價(jià)與借鑒

美國(guó)的STEM教育在中小學(xué)階段并未體現(xiàn)出明顯的大國(guó)優(yōu)勢(shì)，甚至在某些方面較中國(guó)而言還稍有遜色。但美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心的創(chuàng)辦在某種程度上有利于揚(yáng)長(zhǎng)避短，其影響力正在逐步顯現(xiàn)。從經(jīng)驗(yàn)借鑒角度來(lái)看，美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心的如下特點(diǎn)值得關(guān)注。

3.1?機(jī)構(gòu)設(shè)置靈活且自主性強(qiáng)

美國(guó)各公立大學(xué)的STEM教育中心在行政歸屬上有一個(gè)共同點(diǎn)——即設(shè)置在教育學(xué)院或者與STEM學(xué)科相關(guān)的學(xué)院之下。此種模式既能夠保障資金供給，又能獲得穩(wěn)定的專業(yè)技術(shù)支持。同時(shí)各公立大學(xué)STEM教育中心并不直接受學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)，而是有自己的負(fù)責(zé)人進(jìn)行日常管理，自主決定其發(fā)展方向、教學(xué)規(guī)劃和項(xiàng)目開(kāi)展。

各大學(xué)STEM教育中心除所屬大學(xué)撥款以及從政府部門申請(qǐng)的專項(xiàng)資金外，還積極尋求外界基金會(huì)及企業(yè)的支持，其財(cái)政自由且獨(dú)立，只需對(duì)中心負(fù)責(zé);各公立大學(xué)的STEM教育中心能自行決定選擇合適的社會(huì)組織進(jìn)行深度合作，不受外界干擾;能作為一個(gè)獨(dú)立機(jī)構(gòu)加入公立和贈(zèng)地大學(xué)協(xié)會(huì)（APLU）等組織溝通發(fā)展，能自主選擇合作的學(xué)院、K-12學(xué)校和學(xué)區(qū)，在資金及人員配置方面擁有高度自主權(quán)。整體來(lái)看，美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心是一個(gè)由大學(xué)及政府支持的獨(dú)立運(yùn)行的專業(yè)機(jī)構(gòu)，中心在活動(dòng)的策劃、執(zhí)行以及管理方面有著非常強(qiáng)的自主性，人才培養(yǎng)形式也相當(dāng)靈活。

3.2?積極打造STEM教育交流平臺(tái)

美國(guó)K-12階段教育中，有相當(dāng)一部分的中小學(xué)STEM學(xué)科教師是由其他學(xué)科教師轉(zhuǎn)換而來(lái)，并沒(méi)有STEM學(xué)科背景，也未曾接受專業(yè)訓(xùn)練，因此，系統(tǒng)的教學(xué)指導(dǎo)和綜合性的思維訓(xùn)練對(duì)這一部分教師尤為必要。為此，各大學(xué)的STEM教育中心致力于搭建一個(gè)教師、學(xué)生與STEM專家直接交流的平臺(tái)，以開(kāi)拓師生視野、促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)。以東卡羅來(lái)納州立大學(xué)STEM教育中心的SVSM項(xiàng)目為例，其參與者都是在校的教師、高中生和大學(xué)生，他們基于興趣提出申請(qǐng)，并通過(guò)面試完成與STEM教育專家的互選，之后再確定各小組成員，每位導(dǎo)師負(fù)責(zé)一個(gè)小組。STEM教育中心搭建的這種綜合性平臺(tái)有效促進(jìn)了各方的直接溝通和交流，密切了學(xué)校與社會(huì)、學(xué)校與企業(yè)之間的聯(lián)系，充分體現(xiàn)了美國(guó)的實(shí)用主義教育主張。

3.3?善于整合社會(huì)資源

美國(guó)公立大學(xué)的STEM教育中心非常善于整合社會(huì)資源，這些資源涵蓋了中小學(xué)、社區(qū)、各學(xué)院、各大企業(yè)以及美國(guó)航空航天局（NASA）等國(guó)家機(jī)構(gòu)。中心負(fù)責(zé)與這些機(jī)構(gòu)建立合作關(guān)系，為STEM專業(yè)的學(xué)生提供實(shí)踐機(jī)會(huì)。如加州州立理工大學(xué)STEM教育中心的COSIA項(xiàng)目旨在“向非正式受眾傳達(dá)海洋科學(xué)知識(shí)”，其通過(guò)與水族館合作，由在校STEM專業(yè)的本科生和研究生為公眾講解當(dāng)前海洋科學(xué)領(lǐng)域中的新發(fā)現(xiàn)，為公眾提供更深入了解科學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)。

STEM教育的突破性進(jìn)展離不開(kāi)資源共享和各方合作，美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心在促進(jìn)資源整合方面也功不可沒(méi)。首先，是對(duì)校內(nèi)資源進(jìn)行有效集中，很多大學(xué)的STEM教育中心由多個(gè)學(xué)院聯(lián)合創(chuàng)辦，以充分利用大學(xué)內(nèi)部的教師和教學(xué)資源，夯實(shí)辦學(xué)基礎(chǔ);同時(shí)，對(duì)外部資源進(jìn)行整合也是提升辦學(xué)品質(zhì)、擴(kuò)大中心影響的重要途徑。此外，實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)、全國(guó)范圍內(nèi)的資源共享等都積極推動(dòng)STEM教育中心主動(dòng)走出校園，與社會(huì)各界通力合作，充分開(kāi)發(fā)與優(yōu)化系統(tǒng)資源。

3.4?教學(xué)基于項(xiàng)目形式開(kāi)展

探索實(shí)用高效的教學(xué)方式一直是美國(guó)公立大學(xué)STEM教育中心的核心任務(wù)，其最重要的方式和最鮮明的教學(xué)特色就是通過(guò)項(xiàng)目開(kāi)展，該形式受到廣大師生及企業(yè)的極大歡迎。較之于傳統(tǒng)教學(xué)模式，項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐性與實(shí)用性明顯增強(qiáng)，更適合STEM的學(xué)科性質(zhì)，但由于其形式更加多元，可套用的教學(xué)“模板”較少，因而也更具挑戰(zhàn)性，無(wú)論師生都需要更加全面、扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)作為支撐。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，有過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)經(jīng)歷者在學(xué)習(xí)能力、思維能力、問(wèn)題解決能力以及領(lǐng)導(dǎo)能力方面均高于那些仍在接受傳統(tǒng)方式教學(xué)的學(xué)生;對(duì)教師來(lái)說(shuō)，要求教師有更強(qiáng)的活動(dòng)把控能力、專業(yè)引導(dǎo)力和扎實(shí)的STEM知識(shí)基礎(chǔ)，能在學(xué)生需要幫助時(shí)及時(shí)給予引導(dǎo)。這種教學(xué)方式能有效提升學(xué)生和教師的創(chuàng)新精神和解決實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用能力。

4?結(jié)語(yǔ)

STEM教育已經(jīng)形成了引領(lǐng)科技發(fā)展和人才培養(yǎng)的新浪潮。在美國(guó)，STEM教育已不是一紙行動(dòng)計(jì)劃，而是全面納入人才培養(yǎng)和創(chuàng)新發(fā)展的國(guó)家重大戰(zhàn)略。發(fā)展STEM教育不能單靠政府的力量，其需要社會(huì)各界共同參與、協(xié)同發(fā)展。大學(xué)作為科學(xué)技術(shù)的重要中心，既有強(qiáng)大的師資隊(duì)伍，又有先進(jìn)的硬件設(shè)施與豐富的社會(huì)資源，更有能力且理應(yīng)擔(dān)當(dāng)起發(fā)展STEM教育的重任。

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