美國(guó)中小學(xué)STEM教育實(shí)施的路徑與啟示

文潔　張藝葦　馬悅　趙慧

摘 要：在政府和高校的積極推動(dòng)下，我國(guó)STEM教育實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，但在實(shí)施過(guò)程中仍存在諸多問(wèn)題需要借鑒國(guó)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)加以分析和解決。文章通過(guò)對(duì)美國(guó)中小學(xué)STEM教育實(shí)施的特征和實(shí)施階段等進(jìn)行深入分析，認(rèn)為美國(guó)中小學(xué)實(shí)施STEM教育的經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)存在以下一些啟示：加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，為STEM教育提供支持和保障;給予教師教學(xué)指導(dǎo)，為STEM教育培養(yǎng)優(yōu)秀師資;設(shè)計(jì)交叉協(xié)同的課程，為STEM教育安排合理的學(xué)習(xí)內(nèi)容;開(kāi)展擴(kuò)展學(xué)習(xí)，為STEM教育提供輔助支持。

關(guān)鍵詞：中小學(xué);STEM教育;實(shí)施路徑

中圖分類號(hào)：G622 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1673-8454（2021）02-0001-07

一、我國(guó)中小學(xué)STEM教育實(shí)施問(wèn)題亟待關(guān)注

作為一個(gè)多學(xué)科交融的綜合領(lǐng)域，STEM 教育注重實(shí)踐和過(guò)程，強(qiáng)調(diào)解決真實(shí)問(wèn)題，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力、將知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決問(wèn)題的能力以及綜合應(yīng)用與獨(dú)立思考的能力，是一種行動(dòng)學(xué)習(xí)[1]。STEM的教育目標(biāo)是確保公民具備通過(guò)STEM教育自我提升的能力、培養(yǎng)精通STEM相關(guān)技能的勞動(dòng)力、培養(yǎng)未來(lái)的STEM專家以及減少目標(biāo)和參與的差距，如表1所示。STEM教育已經(jīng)不僅僅是單純的學(xué)科或課程層面的改革，更代表了面向未來(lái)的教育發(fā)展戰(zhàn)略，甚至成為國(guó)家提升科技創(chuàng)新的重要途徑。

為提高國(guó)家的綜合國(guó)力，我們需要培養(yǎng)一大批能夠滿足社會(huì)發(fā)展需要、適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展水平、具有創(chuàng)新能力和開(kāi)拓精神的復(fù)合型人才隊(duì)伍。在政策支持方面，《教育信息化“十三五”規(guī)劃》提出：積極探索信息技術(shù)在眾創(chuàng)空間、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用。在實(shí)踐開(kāi)展方面，國(guó)內(nèi)已有多所中學(xué)引入了STEM教育相關(guān)課程。在政府和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的積極推動(dòng)下，我國(guó)STEM教育實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，但在實(shí)施中仍面臨著諸多問(wèn)題，有待借鑒國(guó)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)加以分析和解決。

二、美國(guó)中小學(xué)STEM教育實(shí)施的特征

1.分階段實(shí)施：由最小程度實(shí)施、部分實(shí)施到全面實(shí)施逐步推進(jìn)

對(duì)傳統(tǒng)的分科式教學(xué)而言，倡導(dǎo)跨學(xué)科教學(xué)的STEM教育是教學(xué)變革，而且STEM的全面普及具有長(zhǎng)期性。為保證STEM教育順利推進(jìn)，需要分階段實(shí)施。根據(jù)與傳統(tǒng)教育的整合程度，STEM教育實(shí)施過(guò)程可分為最小程度實(shí)施、部分實(shí)施和全面實(shí)施三個(gè)階段。

在最小程度實(shí)施階段，STEM教育僅作為傳統(tǒng)教育的補(bǔ)充，學(xué)校主要以傳統(tǒng)教育為主，僅在某學(xué)習(xí)單元或?qū)W年結(jié)束時(shí)開(kāi)展STEM教育活動(dòng)，讓學(xué)生體驗(yàn)跨學(xué)科、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式。在部分實(shí)施階段，STEM教育活動(dòng)附加在傳統(tǒng)課程后，學(xué)校中的部分學(xué)生能夠長(zhǎng)期參與STEM項(xiàng)目。在全面實(shí)施階段，STEM教育全面整合到傳統(tǒng)教育中，學(xué)校開(kāi)設(shè)跨學(xué)科、基于問(wèn)題解決的STEM課程，以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力為目標(biāo)，形成新型的非傳統(tǒng)教學(xué)模式。

2.凸顯關(guān)鍵要素：基礎(chǔ)設(shè)施、教學(xué)指導(dǎo)、課程、擴(kuò)展學(xué)習(xí)

STEM教育的實(shí)施強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施、教學(xué)指導(dǎo)、課程和擴(kuò)展學(xué)習(xí)四個(gè)關(guān)鍵要素。其中，基礎(chǔ)設(shè)施是STEM教育順利實(shí)施的保障，可以為教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展提供條件支持。相對(duì)于傳統(tǒng)教育，STEM教育的教學(xué)方式有所改變，對(duì)教師進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)十分重要。實(shí)施STEM教育的任務(wù)之一是改進(jìn)現(xiàn)有的課程，使其具備跨學(xué)科教學(xué)的特征。為充分提升學(xué)生的創(chuàng)造能力，學(xué)生不僅需要在學(xué)校學(xué)習(xí)，還應(yīng)該通過(guò)校外的擴(kuò)展學(xué)習(xí)提高STEM素養(yǎng)。

3.可操作性強(qiáng)的步驟：采用可量化的方式

美國(guó)中小學(xué)實(shí)施STEM教育，針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、教學(xué)指導(dǎo)、課程和擴(kuò)展學(xué)習(xí)等要素設(shè)計(jì)了多個(gè)活動(dòng)項(xiàng)目，每個(gè)活動(dòng)項(xiàng)目都對(duì)應(yīng)有度量指標(biāo)，便于相關(guān)人員采用量化的方式推進(jìn)STEM教育的發(fā)展。

三、美國(guó)中小學(xué)STEM 教育實(shí)施的分析

作為對(duì)傳統(tǒng)教育的變革，STEM教育的實(shí)施不能一蹴而就，而應(yīng)循序漸進(jìn)地與傳統(tǒng)教育相整合，最終實(shí)現(xiàn)教育模式的轉(zhuǎn)變。從最小程度實(shí)施階段、部分實(shí)施階段到全面實(shí)施階段，STEM教育由傳統(tǒng)課程的補(bǔ)充轉(zhuǎn)變?yōu)榉莻鹘y(tǒng)的學(xué)校體驗(yàn)，最終成為不同于傳統(tǒng)教學(xué)的新教學(xué)模式。

在最小程度實(shí)施階段， STEM教育中基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)被用來(lái)作為課程的補(bǔ)充學(xué)習(xí)，單獨(dú)的STEM學(xué)習(xí)單元經(jīng)常被安排在某單元或某學(xué)年的結(jié)束，這依舊是傳統(tǒng)的學(xué)校設(shè)置。它還可以包括產(chǎn)/企業(yè)或非營(yíng)利組織提供的短期學(xué)習(xí)單元，向?qū)W生提供STEM經(jīng)驗(yàn)，為其提供所需的技能。

在部分實(shí)施階段，作為非傳統(tǒng)的學(xué)校體驗(yàn)，STEM相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技能逐漸融入到課程中，學(xué)校可能將STEM項(xiàng)目附加在常規(guī)課程后或當(dāng)作提高教育質(zhì)量所采用的教學(xué)手段。因此，教師需要長(zhǎng)期進(jìn)行跨學(xué)科合作項(xiàng)目或者是學(xué)校間合作。學(xué)校為獲取材料、資源和資本頻繁地與商業(yè)企業(yè)保持合作，并且建立領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)為學(xué)校員工、學(xué)生家長(zhǎng)和社區(qū)團(tuán)隊(duì)提供指導(dǎo)。該階段僅有部分學(xué)生能夠長(zhǎng)期參與STEM項(xiàng)目。

在全部實(shí)施階段，整個(gè)學(xué)校或地區(qū)都主動(dòng)促進(jìn)STEM的實(shí)施。在這個(gè)非傳統(tǒng)的教育模式中，STEM 職業(yè)、經(jīng)歷和技能均可以推動(dòng)課程的展開(kāi)，教室就像工作場(chǎng)所。教師需要基于真實(shí)情境中的問(wèn)題展開(kāi)課程教學(xué)，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中解決問(wèn)題的能力。通常，主要技能被某領(lǐng)域或地區(qū)的STEM 企業(yè)所需要。企業(yè)為學(xué)校STEM教育提供材料、資源和資本。

1.基礎(chǔ)設(shè)施在不同實(shí)施階段的支持作用（見(jiàn)表2）

（1）最小程度實(shí)施階段

在最小程度實(shí)施階段，領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)為教師教授STEM課程提供必要的材料和資源。管理者鼓勵(lì)教師進(jìn)行合作，將STEM整合到所有課堂教學(xué)中。

在該階段，組建合作型領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)成員來(lái)自學(xué)校、學(xué)區(qū)/學(xué)校董事會(huì)、社區(qū)、高等教育和STEM行業(yè)。領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)在與利益相關(guān)者溝通后，確定STEM教育的愿景和使命，確定期望學(xué)生達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)，制定出合作時(shí)間和專業(yè)學(xué)習(xí)的日程安排;領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)定期監(jiān)控STEM項(xiàng)目的進(jìn)展情況，并提供指導(dǎo)和支持;通過(guò)開(kāi)展強(qiáng)化項(xiàng)目來(lái)提高教師的STEM素養(yǎng)，為保證強(qiáng)化項(xiàng)目的有序進(jìn)行，制定與專業(yè)發(fā)展活動(dòng)相關(guān)的STEM日程安排;根據(jù)學(xué)校的課程要求及整個(gè)區(qū)域勞動(dòng)力需求，確定并采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。為支持STEM教學(xué)活動(dòng)，學(xué)校提供教學(xué)設(shè)施，包括娛樂(lè)、游戲等用的桌子和實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)凳等。

（2）部分實(shí)施階段

在部分實(shí)施階段，教師、學(xué)生、工作人員和社區(qū)進(jìn)行高度協(xié)作。為了合作，教師會(huì)安排共同的計(jì)劃教學(xué)時(shí)間，并擁有可以相互合作創(chuàng)辦新型STEM 學(xué)習(xí)班的自由。領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)為全體教員提供指導(dǎo)和支持，為學(xué)生、社區(qū)和企業(yè)提供交流的機(jī)會(huì)。

在該階段，STEM教育更加強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用。在學(xué)年開(kāi)始前，學(xué)校準(zhǔn)備好STEM實(shí)施所需的實(shí)驗(yàn)室空間、資源和物資;制定本學(xué)年的教學(xué)日程安排，為STEM項(xiàng)目開(kāi)展、教師規(guī)劃課程和非傳統(tǒng)課堂留出足夠的教學(xué)時(shí)間。為了保證STEM項(xiàng)目按照預(yù)期計(jì)劃實(shí)施，領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)、教師、家長(zhǎng)和社區(qū)定期開(kāi)展會(huì)議來(lái)評(píng)估項(xiàng)目的效益，并根據(jù)結(jié)果安排下一步的任務(wù)。

（3）全面實(shí)施階段

在全面實(shí)施階段，學(xué)校為管理員和教師提供與校外合作伙伴進(jìn)行合作的機(jī)會(huì)，并將這些機(jī)會(huì)運(yùn)用在課堂教學(xué)中;建立領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，為學(xué)校員工、學(xué)生家長(zhǎng)和社區(qū)提供指導(dǎo)。

全面實(shí)施階段的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是在部分實(shí)施階段效果的基礎(chǔ)上，由教師和學(xué)校管理人員組建團(tuán)隊(duì)，以解決特殊的STEM學(xué)校的需要;制作課程地圖和課程進(jìn)展表，使不同級(jí)別和不同科目的STEM課程均自然地融入到傳統(tǒng)課堂中，戰(zhàn)略性地推進(jìn)STEM課程的實(shí)施;創(chuàng)建專業(yè)學(xué)習(xí)社群，根據(jù)合作型領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員與利益相關(guān)者共同商議的使命、愿景、目標(biāo)和期望定義其角色和職責(zé)。學(xué)校團(tuán)隊(duì)與學(xué)生家長(zhǎng)、團(tuán)隊(duì)成員也會(huì)通過(guò)通訊、網(wǎng)站、社交媒體等形式進(jìn)行交流，向所有利益相關(guān)者反饋STEM教育實(shí)施情況。

2.不同實(shí)施階段的教學(xué)指導(dǎo)（見(jiàn)表3）

（1）最小程度實(shí)施階段

在最小程度實(shí)施階段，教學(xué)通常發(fā)生在課程周期內(nèi)，而且在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行。STEM教育可能實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的合作指導(dǎo)（也可能不會(huì)）。同時(shí)，政府對(duì)STEM教師的專業(yè)發(fā)展、課程資源和學(xué)習(xí)材料予以支持。

在該階段，STEM教育增加了學(xué)生參與和完成學(xué)習(xí)任務(wù)的時(shí)間，促進(jìn)了學(xué)生通過(guò)STEM調(diào)查、開(kāi)放性探究和真實(shí)世界的問(wèn)題來(lái)參與基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)。為提升所采用教學(xué)策略的可行性及有效性，課程領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)確定適合STEM教育和學(xué)習(xí)項(xiàng)目的教學(xué)策略，支持教師運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂或虛擬學(xué)習(xí)等創(chuàng)新的、非傳統(tǒng)的教學(xué)策略輔助教學(xué)。為了促使學(xué)生持續(xù)參與STEM學(xué)習(xí)，教師和學(xué)生組織開(kāi)展會(huì)議并調(diào)查數(shù)據(jù)，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力、興趣和優(yōu)勢(shì)。通過(guò)教師專業(yè)發(fā)展可以提升教師教學(xué)水平，及時(shí)滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

（2）部分實(shí)施階段

在部分實(shí)施階段，學(xué)校不僅為傳統(tǒng)學(xué)習(xí)提供經(jīng)驗(yàn)支持，還向?qū)W生提供非傳統(tǒng)的 STEM 學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。盡管課堂可能仍舊是傳統(tǒng)模式，但會(huì)在調(diào)查咨詢的基礎(chǔ)上高度改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生解決與他們相關(guān)的現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題。除了學(xué)校的常規(guī)課程外，許多學(xué)校也提供合作、實(shí)習(xí)或工作研究項(xiàng)目。教師與校外合作伙伴共同協(xié)作，將這些機(jī)會(huì)整合在課堂中。學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中朝著共同目標(biāo)溝通合作。當(dāng)然，學(xué)校仍舊存在傳統(tǒng)的教學(xué)形式。

在這一階段，更加重視指導(dǎo)教師如何面向?qū)W生開(kāi)展STEM教育。學(xué)校為教師專業(yè)發(fā)展提供跨學(xué)科的團(tuán)隊(duì)合作和計(jì)劃方案，并設(shè)置專業(yè)學(xué)習(xí)活動(dòng)日程表，調(diào)查并評(píng)估社區(qū)和企業(yè)的需求，確定本地/地區(qū)的STEM就業(yè)需求，與學(xué)校STEM教育計(jì)劃相結(jié)合，確定行業(yè)技能所需的教學(xué)模式，提高學(xué)生在STEM領(lǐng)域的就業(yè)機(jī)會(huì)。值得注意的是，在部分實(shí)施階段，STEM教育并不強(qiáng)調(diào)技術(shù)的重要性以及STEM教育公平問(wèn)題。

（3）全面實(shí)施階段

在全面實(shí)施階段，學(xué)生參與基于現(xiàn)實(shí)世界中相關(guān)的復(fù)雜問(wèn)題的學(xué)習(xí)項(xiàng)目。這可能包含實(shí)習(xí)、合作社、項(xiàng)目研究、師徒制（Mentorship）和工作見(jiàn)習(xí)。教師引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題、開(kāi)展研究、解決問(wèn)題和開(kāi)發(fā)新技術(shù)。STEM教育的實(shí)現(xiàn)需要教師、學(xué)生、員工和團(tuán)隊(duì)之間高度協(xié)作的環(huán)境支持。教師需要有共同課程規(guī)劃的時(shí)間進(jìn)行合作和反思教學(xué)，有可以相互合作創(chuàng)辦新型STEM補(bǔ)習(xí)班的自由以及獲得贊助和創(chuàng)建新技術(shù)的機(jī)會(huì)。學(xué)生與教師的合作可以改變傳統(tǒng)的師生關(guān)系，從而向更融洽的關(guān)系發(fā)展。

在該階段，STEM教育兼顧教師教學(xué)能力的提升和教學(xué)思想的轉(zhuǎn)變。教師應(yīng)注意觀察學(xué)生調(diào)查問(wèn)題的方法，包括協(xié)作、提問(wèn)、資料、交流、基于證據(jù)提出主張和開(kāi)展批判性思維;注重教育公平問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)差距和獲得高等教育的機(jī)會(huì)，并為弱勢(shì)群體學(xué)生制定特殊的學(xué)習(xí)計(jì)劃，盡可能地滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求。

3.不同實(shí)施階段的課程特點(diǎn)（見(jiàn)表4）

不同實(shí)施階段的STEM課程特點(diǎn)大致相同，僅在個(gè)別活動(dòng)項(xiàng)目上有所差別。 在最小程度實(shí)施階段、部分實(shí)施階段和全面實(shí)施階段，課程必須與美國(guó)STEM教育的相關(guān)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)相符合。學(xué)校也可能創(chuàng)建新的課程標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可能集成了跨越一年或更長(zhǎng)時(shí)間的多個(gè)課程的內(nèi)容。學(xué)校也可能提供許可、認(rèn)證和相關(guān)聯(lián)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，向?qū)W生提供有關(guān)大學(xué)職業(yè)培訓(xùn)和技能發(fā)展的課程活動(dòng)。課程可能持續(xù)幾個(gè)小時(shí)甚至整天。為了使不同學(xué)科之間可以自然過(guò)渡，學(xué)校會(huì)對(duì)課程進(jìn)行戰(zhàn)略性的計(jì)劃改革，由多個(gè)教師在多個(gè)時(shí)間段的講授整合而成。

在最小程度實(shí)施階段，學(xué)校根據(jù)對(duì)當(dāng)前學(xué)生學(xué)習(xí)情況的研究結(jié)果，確定一系列明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，加強(qiáng)師生對(duì)STEM教學(xué)的理解。在《共同核心州立標(biāo)準(zhǔn)》（Common Core State Standards，簡(jiǎn)稱CCSS）和《新一代K-12科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（ Next Generation Science Standards，簡(jiǎn)稱NGSS）或在相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下開(kāi)設(shè)STEM課程，開(kāi)發(fā)與STEM標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估相一致的全面的K-12標(biāo)準(zhǔn);STEM課程與實(shí)際環(huán)境和職業(yè)相聯(lián)系，符合當(dāng)?shù)貙?duì)勞動(dòng)力的需求，為幫助學(xué)生掌握STEM工作所需技能提供指導(dǎo);為獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)歷程記錄，實(shí)施前測(cè)與后測(cè)，開(kāi)展基于真實(shí)和綜合評(píng)估的研究。學(xué)校與企業(yè)和社會(huì)機(jī)構(gòu)合作，為學(xué)生提供客座演講、領(lǐng)域工作等校內(nèi)外的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

在部分實(shí)施和全面實(shí)施階段，STEM學(xué)校持續(xù)采用探究和基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)方法，利用探究方式、基于課程的項(xiàng)目改進(jìn)現(xiàn)有課程;將跨學(xué)科的STEM教育作為學(xué)校課程的重點(diǎn)內(nèi)容，利用課程地圖和概念地圖輔助STEM教學(xué);并根據(jù)課程所期望的結(jié)果，確定所需的各級(jí)工具列表，開(kāi)發(fā)可以整合所有學(xué)科的技術(shù)課程。

4.不同實(shí)施階段擴(kuò)展學(xué)習(xí)的情況（見(jiàn)表5）

在擴(kuò)展學(xué)習(xí)方面，不同實(shí)施階段的情況大致相同，僅在個(gè)別活動(dòng)項(xiàng)目上有所差別。在最小程度實(shí)施階段、部分實(shí)施階段和全面實(shí)施階段，STEM學(xué)習(xí)不會(huì)止于在學(xué)校的最后一天。學(xué)校通過(guò)課外活動(dòng)、做志愿者、工作研究等活動(dòng)為學(xué)生提供了脫離教室和學(xué)校的STEM擴(kuò)展學(xué)習(xí)項(xiàng)目。通常，學(xué)校員工也將參與甚至設(shè)計(jì)此類活動(dòng)，以此來(lái)推動(dòng)擴(kuò)展學(xué)習(xí)的開(kāi)展。

擴(kuò)展學(xué)習(xí)主要對(duì)應(yīng)于課堂以外的STEM教學(xué)活動(dòng)。這些課外活動(dòng)需要與校內(nèi)課程相輔相成、相互促進(jìn)。在最小程度實(shí)施和部分實(shí)施階段，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)批準(zhǔn)課外活動(dòng)的開(kāi)展，學(xué)校與課外活動(dòng)供應(yīng)商合作，確保校外學(xué)習(xí)具備繼續(xù)教育的內(nèi)容和功效，同時(shí)提供有關(guān)課外活動(dòng)的相關(guān)支持;構(gòu)建連接校內(nèi)外學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)的橋梁，為校外工作人員與教職人員提供合作機(jī)會(huì)。

擴(kuò)展學(xué)習(xí)的課程大多是研究型的，采用探究學(xué)習(xí)或基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式，并且使所有學(xué)生均有接受擴(kuò)展學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。同時(shí)，擴(kuò)展學(xué)習(xí)需要學(xué)校教師、家長(zhǎng)和社區(qū)成員的共同參與。在全面實(shí)施階段，學(xué)校還應(yīng)注意調(diào)整教師的工作時(shí)間，使其有時(shí)間、有機(jī)會(huì)參與到課外活動(dòng)中，指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展STEM教學(xué)活動(dòng)。

四、美國(guó)中小學(xué)STEM教育實(shí)施的啟示

1.加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為STEM教育提供支持保障

相對(duì)于傳統(tǒng)教育，STEM教育注重培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。為了保證STEM教育的順利開(kāi)展，需要加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。學(xué)校應(yīng)為STEM教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展準(zhǔn)備專門的實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)造性活動(dòng)提供空間，如為學(xué)生提供游戲等所需的桌子和實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)凳等。

STEM教育的實(shí)施需要建立專門的團(tuán)隊(duì)，包括領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)和教師與管理人員團(tuán)隊(duì)。領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員來(lái)自學(xué)校、學(xué)區(qū)/學(xué)校董事會(huì)、社區(qū)、高等教育和STEM行業(yè)，把握學(xué)校STEM教育的方向，宏觀調(diào)控整個(gè)實(shí)施過(guò)程。STEM教育的實(shí)施需要專門的教師與學(xué)校管理人員團(tuán)隊(duì)，具體落實(shí)學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的要求，推進(jìn)本校STEM教育的發(fā)展。

2.給予教師教學(xué)指導(dǎo)，為STEM教育培養(yǎng)優(yōu)秀師資

除了提高STEM教師的學(xué)科素養(yǎng)和教學(xué)能力外，轉(zhuǎn)變其教學(xué)思想和理念在教學(xué)中也尤為重要。在STEM教育的實(shí)施過(guò)程中，學(xué)校應(yīng)培養(yǎng)教師運(yùn)用創(chuàng)新的、非傳統(tǒng)的教學(xué)策略開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的能力，使他們可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行情境學(xué)習(xí)、基于問(wèn)題或項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)。教師應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木蜆I(yè)需求培養(yǎng)學(xué)生在STEM行業(yè)就業(yè)的技能，增加STEM領(lǐng)域的就業(yè)率以及就業(yè)質(zhì)量。

STEM教師的職前培養(yǎng)主要指在高等教育階段重視豐富學(xué)生（職前教師）的STEM知識(shí)，培養(yǎng)其教師教育技能，為成為STEM教師作好準(zhǔn)備。高等教育在STEM教育中的作用包括能夠提供有關(guān)STEM教師教學(xué)的框架、為學(xué)生從事STEM職業(yè)作準(zhǔn)備，具體如表6所示。例如，學(xué)校為崗前培訓(xùn)或新教師分配有資格的STEM教育者，使用教師評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估學(xué)徒教師的能力等。

3.設(shè)計(jì)交叉協(xié)同的課程，為STEM教育安排合理的學(xué)習(xí)內(nèi)容

在STEM四個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的具體課程中，科學(xué)學(xué)科的課程包括生物、化學(xué)、海洋生物學(xué)、物理等;技術(shù)學(xué)科的課程包括電腦/信息系統(tǒng)、游戲設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)人員、網(wǎng)絡(luò)/軟件開(kāi)發(fā)者;工程學(xué)科的課程包括化學(xué)工程、土木工程、計(jì)算機(jī)工程、電子/電氣工程、一般工程和機(jī)械工程;數(shù)學(xué)學(xué)科的課程包括數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)等[2]。

為了讓課程滿足STEM學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，學(xué)校應(yīng)在國(guó)家制定的課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，將跨學(xué)科的STEM教育作為重點(diǎn)內(nèi)容改進(jìn)現(xiàn)有課程，同時(shí)還應(yīng)與實(shí)際環(huán)境和職業(yè)要求相聯(lián)系，以符合當(dāng)?shù)貙?duì)勞動(dòng)力的需求。為了使學(xué)生對(duì)社會(huì)有更加深入的了解，學(xué)校與企業(yè)和社會(huì)相關(guān)機(jī)構(gòu)合作開(kāi)展客座演講等。

STEM課程之間需要形成協(xié)同交叉、相互支持的關(guān)系，如圖1所示。其中，技術(shù)與數(shù)學(xué)知識(shí)在工程中支持如何“創(chuàng)造”的研究，涉及人們的創(chuàng)造力;應(yīng)用科學(xué)知識(shí)的過(guò)程中涉及技術(shù)方法，支持“發(fā)現(xiàn)”層面的研究。而工程和科學(xué)的研究與實(shí)踐則進(jìn)一步推動(dòng)了技術(shù)發(fā)展和數(shù)學(xué)研究等。

4.開(kāi)展擴(kuò)展學(xué)習(xí)，為STEM教育提供輔助支持

STEM擴(kuò)展學(xué)習(xí)包括基于學(xué)校的課外活動(dòng)，如數(shù)學(xué)競(jìng)賽、機(jī)器人競(jìng)賽、科學(xué)博覽會(huì)等;課外項(xiàng)目，如將數(shù)學(xué)融入家庭活動(dòng)、用樂(lè)高構(gòu)建機(jī)器人、使用動(dòng)畫技術(shù)講解故事、研究野生動(dòng)物等;舉行工程、天文學(xué)、數(shù)論等學(xué)科的周末計(jì)劃或夏令營(yíng)等。擴(kuò)展學(xué)習(xí)是對(duì)學(xué)校教育的補(bǔ)充，能夠彌補(bǔ)學(xué)校教育的局限性，使學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力得到全面提升。例如，科技館、博物館等社會(huì)機(jī)構(gòu)需要引入STEM學(xué)科的擴(kuò)展學(xué)習(xí)，創(chuàng)設(shè)STEM相關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)室，建立完全向?qū)W生開(kāi)放的STEM實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生有充足的空間進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

STEM教育需要課內(nèi)外、校內(nèi)外多方力量的支持，需要整合課后項(xiàng)目、假期項(xiàng)目、科學(xué)中心、博物館等資源，形成具有整體性、開(kāi)放性、動(dòng)態(tài)平衡性、自組織和可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)[5]。擴(kuò)展學(xué)習(xí)需要學(xué)校、教師、家長(zhǎng)和社區(qū)成員、學(xué)生多方的努力。首先，學(xué)校應(yīng)支持課外、校外活動(dòng)，與課外、校外活動(dòng)供應(yīng)商合作。其次，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)校課程的學(xué)習(xí)情況為學(xué)生提供教學(xué)指導(dǎo)，或者直接參與到課外、校外教學(xué)活動(dòng)中。再次，家長(zhǎng)和社區(qū)成員也可以參與到擴(kuò)展學(xué)習(xí)活動(dòng)中。最后，擴(kuò)展學(xué)習(xí)必須有學(xué)生的積極參與才是有意義的，學(xué)校、教師和家長(zhǎng)應(yīng)鼓勵(lì)和支持學(xué)生參與課程的擴(kuò)展學(xué)習(xí)。

擴(kuò)展學(xué)習(xí)需要企業(yè)（商業(yè)和工業(yè)等）的支持。它們無(wú)論現(xiàn)在還是將來(lái)都需要受過(guò)良好教育的員工填補(bǔ)職位。學(xué)校和企業(yè)共同努力，使雙方均受益。企業(yè)可以提供多種形式的資源和材料，包括學(xué)生和教師所需的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和技術(shù)軟件等。每個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)前應(yīng)明確活動(dòng)所對(duì)應(yīng)的勞動(dòng)力的需求，并根據(jù)需求確定活動(dòng)的步驟與相關(guān)要求，在活動(dòng)中提升學(xué)生的實(shí)踐能力，如表7所示。

參考文獻(xiàn)：

[1]余勝泉，胡翔.STEM 教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開(kāi)放教育研究，2015（8）：13-22.

[2]The President's Council of Advisors on Science and Technology. Prepare and Inspire： K-12 Science， Technology， Engineering， and Math （STEM） Education for America's Future[DB/OL].http：//www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/pcast-stem-ed-final.pdf.

[3]Indiana Department of Education.Elementary/Middle School STEM Full Implementation [DB/OL].http：//www.doe.in.gov/sites/default/files/ccr/elementary-and-middles-school-stem-implementationv2.pdf.

[4]The Thornburg Center for Space Exploration.The Importance of Interdisciplinary Studies in K-12 Education[DB/OL].http：//www.tcse-k12.org/pages/stem.pdf.

[5]李謙，趙中建.美國(guó)中小學(xué)實(shí)施STEM教育個(gè)案研究——以北卡羅來(lái)納州科學(xué)和數(shù)學(xué)學(xué)校為例[J].外國(guó)中小學(xué)教育，2014（5）：55-60. ?（編輯：李曉萍）

基金項(xiàng)目：河南省教育廳2019年度人文社會(huì)科學(xué)研究一般項(xiàng)目“微課在高?！缎畔z索》課程教學(xué)中的應(yīng)用研究”（編號(hào)：2019-ZZJH-482）;河南省2020年度教師教育課程改革研究項(xiàng)目“中小學(xué)《人工智能》課程教師教學(xué)勝任力提升的研究與實(shí)踐”（編號(hào)：2020-JSJYYB-006）。