STEM教育對(duì)我國(guó)跨學(xué)科教育的啟示

夏立群

［摘 要］STEM教育在世界范圍內(nèi)逐漸興起，對(duì)我國(guó)跨學(xué)科的科學(xué)教育具有積極的借鑒意義?？鐚W(xué)科教育既是知識(shí)教育本身的需要，又是現(xiàn)實(shí)社會(huì)的需要，跨學(xué)科研究所形成的系列成績(jī)促進(jìn)了相關(guān)教育的發(fā)展。我國(guó)很早就提出了跨學(xué)科或者交叉學(xué)科的科學(xué)教育倡議，但當(dāng)前跨學(xué)科教育仍然存在很多問題。分析STEM教育的內(nèi)涵、產(chǎn)生的原因及其局限性，能夠?yàn)楫?dāng)前我國(guó)跨學(xué)科教育的發(fā)展提供積極的借鑒與啟示。

［關(guān)鍵詞］STEM；跨學(xué)科教育；科學(xué)教育

［中圖分類號(hào)］ G640 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）01-0037-03

近二十年來(lái)，整個(gè)教育領(lǐng)域?qū)TEM教育的興趣呈爆炸式增長(zhǎng)趨勢(shì)。許多大學(xué)通過借鑒和探索STEM模式來(lái)進(jìn)行學(xué)科建設(shè)與研究；中小學(xué)則嘗試根據(jù)STEM來(lái)籌劃課程改革或教學(xué)改革；在教育市場(chǎng)中，STEM更是一個(gè)“誘人”的詞匯，各類教育機(jī)構(gòu)紛紛打出STEM教育的廣告，儼然已經(jīng)將STEM（以及在STEM基礎(chǔ)上納入Art的STEAM）炒作成又一個(gè)吸引家長(zhǎng)掏錢的概念。然而，STEM到底是什么？為什么提出STEM教育？它具有什么局限性？這些依然是模糊的問題，而回答這些問題，對(duì)當(dāng)前我國(guó)教育尤其是跨學(xué)科教育的發(fā)展具有參考價(jià)值。

一、STEM教育的內(nèi)涵及提出原因

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的縮寫，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)（NSF）在1986年提出，用以強(qiáng)調(diào)這四個(gè)學(xué)科在科學(xué)教育中的重要性。

關(guān)于STEM教育的定義，至今都沒有一個(gè)統(tǒng)一的說法。究其原因，一是人們對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的定義仍缺乏共識(shí)，二是STEM并沒有形成系統(tǒng)的、典型的成熟教育模式。從最寬泛的定義上說，STEM是一種教學(xué)方法，它通過整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科教育，從而讓學(xué)生從不同學(xué)科中學(xué)習(xí)知識(shí)和技能，以解決現(xiàn)實(shí)世界的問題。從教育內(nèi)容上說，STEM不是一種特定的課程模式，因此，很難辨別STEM教育的具體內(nèi)容到底是什么，事實(shí)上，任何與科學(xué)、技術(shù)、工程或數(shù)學(xué)有聯(lián)系的教育設(shè)計(jì)都能被納入STEM教育中。從教育形式上說，STEM教育也沒有自身獨(dú)特的、固定的教學(xué)模式，無(wú)論是純理論的教學(xué)，還是純實(shí)踐的教學(xué)，或者是兩者的結(jié)合，都能夠應(yīng)用STEM教育的理念。從教育設(shè)計(jì)上說，STEM教育并沒有像特定的某個(gè)學(xué)科如數(shù)學(xué)一樣，具有一個(gè)從小學(xué)到大學(xué)的完整的分階段設(shè)計(jì)。不過，從教育目的上說，STEM教育較為明確，如Rodger Bybee [1]為了將STEM從“喊口號(hào)”轉(zhuǎn)變?yōu)榍袑?shí)的教育行為，概括了STEM教育的幾個(gè)目標(biāo)：（1）個(gè)體的知識(shí)、態(tài)度和技能，以識(shí)別生活中的問題和難題，解釋自然和社會(huì)，并就STEM相關(guān)問題得出基于證據(jù)的結(jié)論；（2）理解STEM作為人類知識(shí)、探究和設(shè)計(jì)形式的特征；（3）了解STEM是如何塑造我們的物質(zhì)、智力和文化環(huán)境的；（4）作為一個(gè)能提出建設(shè)性意見的、關(guān)心社會(huì)的和具有反思意識(shí)的公民，愿意參與解決STEM的相關(guān)問題，并具有科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的思想。這些目標(biāo)和要求，大致涵蓋了個(gè)體素養(yǎng)、社會(huì)適應(yīng)、知識(shí)探究以及公共責(zé)任。因此，STEM教育更多的是一種教育理念，而不是一種實(shí)際的具體教育模式。

STEM教育的提出與發(fā)展既是教育本身的需要，又是現(xiàn)實(shí)社會(huì)的需要。STEM教育代表了一種思考社會(huì)現(xiàn)實(shí)與課程相結(jié)合的改革思路，思考如何重組教育內(nèi)容與模式。一方面，從教育本身來(lái)說，現(xiàn)實(shí)世界的問題很少使用單一學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)來(lái)解決，學(xué)生在學(xué)校的受教育經(jīng)歷應(yīng)該體現(xiàn)這一現(xiàn)實(shí)，這在一定程度上導(dǎo)致教育機(jī)構(gòu)和教育者對(duì)STEM教育的日益關(guān)注。從理念上說，STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的結(jié)合，因此，它通常呈現(xiàn)出一種跨學(xué)科的整合面貌，而不是在單一學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)展開。STEM教育的目的在于讓學(xué)生有機(jī)會(huì)從整體上理解世界，而不是通過孤立的主題和學(xué)科來(lái)了解世界。另一方面，STEM教育是一種現(xiàn)實(shí)倒逼的結(jié)果，因?yàn)镾TEM教育被認(rèn)為是促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和提高國(guó)家國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。在過去的幾十年里，世界各國(guó)對(duì)STEM教育的關(guān)注逐漸增強(qiáng)，各國(guó)尤其是美國(guó)在國(guó)家層面也推出了許多STEM導(dǎo)向的教育政策[2]。這些政策中的理念始終聚焦于幫助學(xué)生獲得社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)所需的知識(shí)，說得直接一點(diǎn)，它的目的之一在于讓學(xué)生找到工作。就業(yè)可能是當(dāng)前最具代表性的教育改革話題，所以STEM教育很容易被教育政策所參考，因?yàn)镾TEM的四個(gè)學(xué)科與各個(gè)行業(yè)有著清晰的聯(lián)系，無(wú)論是信息和通信技術(shù)還是電子商務(wù)，無(wú)論是食品還是醫(yī)療健康，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育一直都是就業(yè)利器，因此也成為許多國(guó)家在教育扶持中的優(yōu)先事項(xiàng)。

簡(jiǎn)言之，從知識(shí)教育層面來(lái)說，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)之間有著內(nèi)在的聯(lián)系，因此，讓學(xué)習(xí)者考慮和掌握它們之間的相互聯(lián)系，對(duì)于其獲取和應(yīng)用知識(shí)來(lái)說都是有益的。從現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)層面來(lái)說，STEM是各個(gè)國(guó)家在未來(lái)全球市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域，STEM教育就是為了這一競(jìng)爭(zhēng)而培養(yǎng)更多高素質(zhì)人才。這兩個(gè)層面的目標(biāo)，一個(gè)是微觀的，一個(gè)是宏觀的，兩者相輔相成，由此培養(yǎng)出的人才有助于一個(gè)國(guó)家在全球經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)，而處于優(yōu)勢(shì)的國(guó)家將具有更多的科研經(jīng)費(fèi)以及更多的機(jī)會(huì)來(lái)培養(yǎng)有競(jìng)爭(zhēng)力的人才，從而促進(jìn)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的發(fā)展。

二、STEM教育對(duì)我國(guó)跨學(xué)科教育的啟示

作為跨學(xué)科教育理念的其中一種，STEM教育對(duì)我國(guó)的跨學(xué)科教育具有借鑒意義?？鐚W(xué)科或交叉學(xué)科的教育與研究是一個(gè)持續(xù)的熱點(diǎn)，包括諾貝爾獎(jiǎng)在內(nèi)的一些最引人注目的學(xué)術(shù)研究和進(jìn)步，大都是通過跨學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)組合取得的，所以許多傳統(tǒng)的學(xué)科領(lǐng)域正在通過整合其他學(xué)科的知識(shí)來(lái)加以拓展，從而形成新的知識(shí)發(fā)現(xiàn)。雖然多年前我國(guó)就已經(jīng)提出了跨學(xué)科或者交叉學(xué)科的教育與研究，但不可否認(rèn)的是，我們依然停留在傳統(tǒng)的學(xué)科教育模式層面。在中小學(xué)以及高等教育中，最常見和最廣泛的課程模式依然是嚴(yán)格按照學(xué)科來(lái)設(shè)計(jì)的，很少注意學(xué)科之間的相互聯(lián)系。

跨學(xué)科教育滯后的原因眾多。從教育理念來(lái)說，部分學(xué)校鼓勵(lì)跨學(xué)科教育及研究的目的并不純粹，大多是因?yàn)榭鐚W(xué)科更容易產(chǎn)出科研成果或更容易獲獎(jiǎng)，學(xué)校的資金和教師的精力也因此更多地投放在容易產(chǎn)出的研究環(huán)節(jié)，而不是將目光真正聚焦于基礎(chǔ)性的跨學(xué)科教育和教學(xué)領(lǐng)域。從教育者層面來(lái)說，跨學(xué)科教育的實(shí)現(xiàn)歸根結(jié)底還是取決于實(shí)施教育的教育者，跨學(xué)科教育對(duì)教育者的綜合學(xué)科能力要求遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)學(xué)科教育?？鐚W(xué)科教育由多個(gè)學(xué)科組成，所以教師本身不僅要精通自己的學(xué)科，還要精通其他學(xué)科。同時(shí)，普及跨學(xué)科教育，需要大量具有跨學(xué)科教育能力的教師，這一師資問題的解決需要一個(gè)較長(zhǎng)的周期。從具體教學(xué)過程來(lái)說，跨學(xué)科教育需要綜合性的課程設(shè)計(jì)。當(dāng)進(jìn)行跨學(xué)科教學(xué)時(shí)，大多數(shù)教師會(huì)在課程中加入本學(xué)科之外的其他學(xué)科知識(shí)，但最終目的仍然是以本學(xué)科為核心，這可能導(dǎo)致跨學(xué)科授課流于表面；同時(shí)，跨學(xué)科教育的內(nèi)容也難以在現(xiàn)行各類學(xué)習(xí)考核中體現(xiàn)，習(xí)慣于傳統(tǒng)應(yīng)試教育的機(jī)構(gòu)和教師可能會(huì)抵制跨學(xué)科教育模式。從學(xué)科壁壘來(lái)說，教育領(lǐng)域中的學(xué)科壁壘依然堅(jiān)硬，教育者固有的學(xué)科領(lǐng)地意識(shí)依然很強(qiáng)，學(xué)術(shù)開放態(tài)度與合作態(tài)度并不足以形成良好的跨學(xué)科氛圍和機(jī)會(huì)。這一點(diǎn)在跨學(xué)科的項(xiàng)目參評(píng)和專家評(píng)審，以及學(xué)生跨學(xué)科考研和獲取第二學(xué)位等問題上有著清晰的現(xiàn)實(shí)體現(xiàn)?？偟膩?lái)說，目前的跨學(xué)科教育依然存在急功近利的“短平快”模式和“動(dòng)物性”的領(lǐng)地意識(shí)，重視跨學(xué)科教育和研究所帶來(lái)的紅利，樂于“圈地”和摘取頂端的“果實(shí)”，卻不愿對(duì)只有長(zhǎng)期堅(jiān)持才能見效的基礎(chǔ)性工作付出精力。

STEM教育對(duì)上述問題具有積極啟示。當(dāng)前的許多現(xiàn)實(shí)問題需要科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識(shí)共同作用才能解決，而這些合力需要基于這樣一些基本能力：創(chuàng)造性和創(chuàng)新性、批判性和邏輯性思維、識(shí)別和解決問題，有效合作和交流等。STEM教育有助于學(xué)生這種解決問題的能力或素質(zhì)的形成。同時(shí)，STEM教育并不僅僅意味著在教育中整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，而是一種教育思維的轉(zhuǎn)變。STEM不僅是這四個(gè)學(xué)科的集成，也是教育中對(duì)各個(gè)學(xué)科之間壁壘的消除。事實(shí)證明，除少數(shù)研究人員外，社會(huì)中大多數(shù)的就業(yè)崗位都是跨學(xué)科的，即使是專業(yè)化程度極高的科研人員，也很難避免與其他學(xué)科的交叉。因此，為學(xué)生提供跨學(xué)科教育至關(guān)重要，這將提高學(xué)生在就業(yè)市場(chǎng)中的適應(yīng)能力。高校應(yīng)通過基礎(chǔ)和綜合的方式提升學(xué)生的知識(shí)、技能水平，從而幫助學(xué)生在未來(lái)適應(yīng)跨學(xué)科的工作和學(xué)習(xí)。同時(shí)，STEM教育對(duì)于跨學(xué)科教育的啟示還在于打破單一學(xué)科的狹隘視野。學(xué)科設(shè)置只是一種人為的設(shè)計(jì)，其目的在于方便識(shí)別，任何學(xué)科都無(wú)法拋開其他學(xué)科而自成一體。STEM教育的一個(gè)主要目標(biāo)是無(wú)論學(xué)生是否選擇從事STEM相關(guān)工作，都需要提高學(xué)生在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)方面的素養(yǎng)，如批判性思維、解決問題的能力、創(chuàng)造力、協(xié)作能力等，因?yàn)檫@些素質(zhì)不只是就業(yè)素質(zhì)，也是個(gè)人生活以及適應(yīng)社會(huì)的能力。隨著全球化的發(fā)展，不同國(guó)家、不同文化、不同地域、不同學(xué)科領(lǐng)域之間的互動(dòng)及合作越來(lái)越多，而擁有跨學(xué)科技能的個(gè)體能夠更好地適應(yīng)不斷變化的世界。

三、STEM教育的局限性

雖然STEM教育具有許多值得借鑒之處，但并不能全盤照搬，這種教育模式本身在現(xiàn)實(shí)層面和教育層面仍然具有許多局限性。

從現(xiàn)實(shí)層面來(lái)說，無(wú)法回避的是STEM本身帶有西方世界狹隘的民族主義和意識(shí)形態(tài)色彩。STEM從根本上說，是一個(gè)基于政治目的而產(chǎn)生的設(shè)計(jì)，而非純粹基于教育規(guī)律而提出的教育設(shè)計(jì)。NSF在2009年《改善所有美國(guó)學(xué)生的STEM教育》公開信中，明確表明重視STEM教育的目的是“保持美國(guó)的經(jīng)濟(jì)繁榮和安全，以及美國(guó)在科學(xué)和技術(shù)方面的世界領(lǐng)先和指導(dǎo)地位”。也就是說，STEM教育是一個(gè)典型的基于資本邏輯的實(shí)用主義教育理念，提倡STEM教育的最根本的理由，并不完全是追求真理的知識(shí)需要，而是維持資本主義的科技霸權(quán)地位，以及培養(yǎng)出能夠給國(guó)家?guī)?lái)競(jìng)爭(zhēng)力和為社會(huì)創(chuàng)造更多財(cái)富的人，或者說最低目標(biāo)是培養(yǎng)出不給社會(huì)帶來(lái)負(fù)擔(dān)的就業(yè)者，因此具有明顯而強(qiáng)烈的功利化傾向[3]。這也是STEM教育被許多教育學(xué)家所批判的地方。

從教育層面來(lái)說，目前的STEM教育仍然未完成對(duì)不同學(xué)科的整合。STEM中四個(gè)學(xué)科的跨學(xué)科程度不同，并且與教育領(lǐng)域的聯(lián)系程度有所不同，當(dāng)前的STEM教育更多地體現(xiàn)了數(shù)學(xué)和科學(xué)的作用，而技術(shù)和工程的作用尚未得以展現(xiàn)。數(shù)學(xué)在STEM四個(gè)學(xué)科中作為一門正式的學(xué)科被定義得最清楚，它的基礎(chǔ)作用已經(jīng)在學(xué)校教育中得到了認(rèn)可，當(dāng)然，正是因?yàn)槠鋵W(xué)科邊界的清晰性，數(shù)學(xué)教育本身很難進(jìn)行跨學(xué)科教學(xué)，它也是STEM中最上游的學(xué)科，幾乎可以獨(dú)立存在而不依賴其他三個(gè)學(xué)科。而科學(xué)相對(duì)于數(shù)學(xué)來(lái)說，是一個(gè)十分寬泛的描述性術(shù)語(yǔ)，只有把它限定在一個(gè)特定的研究領(lǐng)域，比如生物學(xué)或者更狹窄的海洋生物學(xué)時(shí)，它才具有固定的含義，因此，其往往是作為獨(dú)立的學(xué)科來(lái)進(jìn)行教育的?？茖W(xué)嚴(yán)重依賴數(shù)學(xué)作為分析工具來(lái)拓展知識(shí)，科學(xué)教育的跨學(xué)科程度高于數(shù)學(xué)，但在STEM中仍然處于較低的位置。技術(shù)比科學(xué)更加廣泛和模糊，它可以指人造的一切。如果不把有意義的技術(shù)指導(dǎo)與特定的活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，就很難表達(dá)它是什么?？茖W(xué)的作用是發(fā)現(xiàn)知識(shí)和推動(dòng)知識(shí)發(fā)展，而技術(shù)應(yīng)用知識(shí)，并通過抽象和具體的人工制品表現(xiàn)出來(lái)，這就決定了技術(shù)教育本身必然是綜合的、跨學(xué)科的。工程學(xué)科與其他三個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都不相同，因?yàn)閺谋举|(zhì)上說它是根據(jù)特定職業(yè)來(lái)描述的，特定職業(yè)領(lǐng)域的要求決定了其教學(xué)內(nèi)容，如電氣工程、信息工程、建筑工程、機(jī)械工程、航空工程、食品工程、冶金工程等。工程學(xué)是四個(gè)學(xué)科中最下游的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，工程學(xué)直接涉及解決問題和創(chuàng)新，這兩個(gè)主題在每個(gè)國(guó)家的議程上都是高度優(yōu)先的。工程學(xué)是價(jià)值實(shí)現(xiàn)和財(cái)富產(chǎn)生的直接領(lǐng)域，它有選擇地應(yīng)用來(lái)自數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)的知識(shí)，工程學(xué)教育作為應(yīng)用教育來(lái)說是跨學(xué)科程度最高的。

然而，教育界的現(xiàn)實(shí)是跨學(xué)科程度較高的技術(shù)和工程較少參與STEM教育，而與教育密切相關(guān)的數(shù)學(xué)和科學(xué)的跨學(xué)科程度又比較低。技術(shù)和工程主要是解決現(xiàn)實(shí)問題，或者說更關(guān)心經(jīng)濟(jì)與利益問題，所以，技術(shù)和工程從業(yè)者相對(duì)于數(shù)學(xué)和科學(xué)從業(yè)者來(lái)說，更加遠(yuǎn)離教育領(lǐng)域尤其是基礎(chǔ)教育領(lǐng)域。特別是工程學(xué)，其在中小學(xué)中開設(shè)的相關(guān)課程幾乎為零，而在高等教育階段作為公選課的可能性也微乎其微，這使得STEM教育理念幾乎成為一種空談。

四、結(jié)語(yǔ)

由于缺乏技術(shù)和工程在教育中的參與作用，STEM教育目前還沒有一種成熟的模式，在學(xué)校教育領(lǐng)域中，它更多的是一種目標(biāo)性的理念，而不是一種實(shí)際的操作過程。在教育市場(chǎng)中，STEM雖然火熱，但也因?yàn)樯鲜鲈蚨Ａ粼跓o(wú)實(shí)質(zhì)性操作的概念炒作層面，在具體的教育培訓(xùn)中也大多是虛有其名而無(wú)其實(shí)。通過網(wǎng)絡(luò)搜索，就可以發(fā)現(xiàn)最關(guān)心和最熱衷于傳播教育部關(guān)于跨學(xué)科或交叉學(xué)科最新通知與動(dòng)態(tài)的，并不是公辦學(xué)校及其教師，而是販賣STEM或STEAM教育理念的教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。相對(duì)于STEM教育，相伴而生的STEAM教育更加受到熱捧，原因在于相對(duì)于技術(shù)教育尤其是工程學(xué)教育，提供藝術(shù)教育顯然對(duì)這個(gè)行業(yè)來(lái)說更加駕輕就熟，培訓(xùn)機(jī)構(gòu)可以很好地利用STEAM這個(gè)“新壺”來(lái)裝藝術(shù)培訓(xùn)的“舊酒”。

總的來(lái)說，STEM仍然是一個(gè)尚未實(shí)現(xiàn)的教育理念，但它為跨學(xué)科教育提供了較好的思路與方向。因此，需要發(fā)揮政府的政策導(dǎo)向作用，引入企業(yè)單位對(duì)教育的支持，進(jìn)一步提高技術(shù)和工程學(xué)在教育領(lǐng)域的參與度[4]，基于工程學(xué)整合數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)，要建立高質(zhì)量的教師培訓(xùn)項(xiàng)目，確保工程學(xué)在學(xué)?？茖W(xué)教育中的連貫性。當(dāng)然，值得說明的是，我國(guó)雖然沒有類似STEM教育這樣將工程學(xué)納入跨學(xué)科教育的明確、系統(tǒng)的做法，但我國(guó)對(duì)工科教育及工科研究的重視程度不低于世界先進(jìn)國(guó)家，因此，我們有理由對(duì)這一問題的解決保持相當(dāng)樂觀的態(tài)度。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] BYBEE R W. The case for STEM education： challenges and opportunities[M]. Arilington VA：NSTA Press，2013：70.

[2] 張端，和繼軍，李小娟.美國(guó)STEM教育的嬗變[J].自然辯證法通訊，2020，42（11）：94-100.

[3] 李剛，呂立杰.實(shí)現(xiàn)真正的STEM教育 [J].中國(guó)教育科學(xué)（中英文），2021，4（2）：84-91.

[4] 李慧，王全喜，張民選.美國(guó)STEM教育的探析及啟示[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2016，45（5）：144-152.

［責(zé)任編輯：劉鳳華］