英美STEM教育的异同

21世纪是知识与经济全球化的时代，各国为了应对竞争压力和创新人才的需求，越来越重视基础教育改革，尤其是始于上个世纪80年代的STEM教育。欧美一些国家正在大力提高STEM教育的质量，为未来世界竞争储备足够的专业人才。近年来，已有较多文献关注美国STEM教育的相关分析，但是对其他国家STEM教育的分析还不多。本文从STEM教育的内涵入手，重点对英美两国STEM教育的发展现状、课程改革、组织和实施进行异同分析，据此对我国科学教育改革提出几点启示。

一、STEM教育的内涵

随着STEM教育的发展和日趋成熟，对其内涵的解释也逐步清晰。STEM是科学、技术、工程和数学首字母的缩写，该学科的建立是基于与其他学科的融合而形成一个新的整体。有研究者总结，STEM教育倡导各学科之间的互动和跨学科的联系，其教学重点放在真实的内容和问题上，采用融合的教育方法，帮助解决人类现实世界存在的问题。国际学生评估的科学专家组计划主席Rodger W. By⁃bee认为一个真正的STEM教育应该增加学生对工作发展的理解，并提高其对技术利用的能力，因此他倡导STEM教育在基础教育阶段应当介绍更多的工程教育。也有研究者认为，STEM教育是综合了科学、技术、工程和数学的特点，将知识的获取、方法与工具的利用，以及创新产生的过程有机统一，促进学生综合素养形成的教育。总之，STEM教育集成了科学、技术、工程和数学四门学科，注重实践与探究，在综合学习的过程中培养学生的STEM素养和21世纪技能。

二、英美两国STEM教育的发展现状

1.英国STEM教育的发展现状

工程和科学行业是影响英国整个经济的一个重要因素，相关技能的不足，将一定程度上威胁到英国整体实力的提升。

约克大学的工业化学中心对学生科学态度评估的研究发现，学生16岁以后对科学的兴趣渐渐降低，并缺少参与科学活动和选择科学职业的良好意识。STEM技能对英国经济来说是根本，英国工商业联合会（CBI）报告指出，40%的雇主很难招募STEM技能人才。英国的工程教育也存在不足，工程师数量紧缺。2005年PISA评估结果显示，英国中学生科学能力远高于国际平均水平，但很多学生的成就较低，英国所面临的挑战是确保科学的教学能够满足所有层次学生的需求。2012年PISA结果显示，英国学生的数学表现处于平均水平，科学表现略高于平均水平。2011 年TIMSS评估结果显示，在数学和科学上，10岁、14岁学生的表现与2007年相比都有明显退步，英国教育部认为这与数学和科学在义务教育中长期不被重视有关。因此，在最近一次课程改革中，英国加大资金支持以改善这两个科目的教学。

2.美国STEM教育的发展现状

美国拥有的科技人力资源占全球的比例逐步缩小，国际竞争力正在下降。为了应对这种危机，联邦政府、国会、大学、公司、非营利性组织和咨询机构积极参与，一系列重要的法案、议案、研究报告纷纷出台，支持STEM教育改革。奥巴马上台之后，对教育进行了一系列改革，尤其重视K-12及本科阶段的STEM教育，教育改革的方向也从政策制定更多地走向如何开展教育实践和教师发展等核心问题上。可见，STEM教育已是美国教育的重中之重。

虽然备受重视，但是STEM教育、STEM人才的现状却让人担忧。目前美国培养具有STEM专业知识的学生、教师和专家数量不足。STEM学位授予率保持在17%左右，在24国中排在第20位。

2005年全国教育进步评价（NAEP）评估结果显示，美国总体上只有三分之一的中学生数学和科学水平达到了国家要求。2007 年TIMSS评估结果是数学水平没有提高，科学水平略有提高。2009 年PISA测试结果显示，美国学生的科学和数学由中下水平提升到中等位置，这跟美国不断提高STEM教育是分不开的。2012年PISA测试结果显示，美国学生的数学和科学水平均低于OECD的平均水平，美国工程和技术人才缺口大，K-12工程和教育发展不足，而工程教育又能够充分利用科学和数学知识，因此美国特别重视科学、数学和工程教育。2011年最新发布的TIMSS数据显示，美国学生的数学与科学表现持续超过全球平均水平，排名优于平均值，但仍比不上新加坡、韩国等亚洲国家与地区。

3.英美STEM教育发展现状总结与分析

STEM教育关系到国家在世界经济市场中的竞争力，英美两国都意识到STEM教育的重要性，尤其是通过国家、学校和社会的共同努力来提高基础教育阶段STEM教育的质量。综合两国的现状，STEM教育对提高学生的科学素养和实践探究能力的水平将产生深刻的影响，虽然仍存在技术和工程教育不足、STEM人才匮乏等挑战，但两国在STEM教育方面都积累了丰富的实践经验。因此，我们需要对英美两国的STEM教育改革进行分析比较，为我国基础教育改革总结更多的经验。

三、课程改革方面的异同

1.英美两国课程改革的相同点：教学理念与方法上的一致性

（1）教学理念以大概念为标准。大概念就是构成一个知识领域的核心概念。用准确的逻辑依据和框架来发展学校课程，包括STEM课程。最终实现STEM教育目标：STEM素养、21世纪技能、STEM的工作愿景、兴趣和参与性以及连接STEM学科的能力。

（2）注重在真实情境下的实践性教学。STEM教学注重将实际生活中的实例引入课堂，在科学探究过程中通过问题引发科学、工程和技术的实践。美国广大的STEM学校也一直践行突出实践的真实情境教学，与世界顶级名校及本地知名企业建立长期合作关系。2013年美国新一代科学课程标准的显著特点就是将科学和工程的实践部分提到显要位置，主张减少K-12科学教育理论知识的覆盖，增加学生动手操作的机会，以利于科学探究和工程设计的融会贯通。在英国新的课程改革中，也运用探究式教学模式和情境化课程来增加学生的科学兴趣。教师和讲师与企业达成合作课题，加强和丰富学校课程，促进现实生活与科学的沟通。综合实践课程可以使学生获得对每个基础知识的理解，培养学生综合分析问题的能力和有效解决问题的能力，提高学生科学水平和在STEM领域的学习成就，推进对STEM领域职业的追求。

（3）均采用“集成式STEM”的教学方法。STEM教育的本质是在众多孤立的学科中建立一个新的桥梁，为学生提供整体认识世界的机会，通过把这4个领域内学科知识和技能的教与学整合到一种教学范例中，使学生学习的零碎知识变成一个互相联系统一的整体，这样就消除了传统教学中各学科知识割裂、不利于学生综合使用解决实际问题的障碍，形成一种跨学科的学习方法。2014年，由美国国家工程院和国家研究委员会发布《STEM与k-12教育的整合》，依据实证研究，指出综合的教育模式是K-12教育中开展STEM教育的有效方式。2008年，英国提出的“新课程标准”则体现学科内部、学科之间的平衡与一致性的特点。

2.英美两国课程改革的不同点：在课程设置的关注点上有所差异

根据大概念，STEM教育课程的设置根据学生的学习进阶逐渐加深，英国强调将STEM职业规划编入中小学的课程结构中，美国则强调中小学的课程设置分为核心课程和选修课程，高中增设大学预备课程，打造数字化校园。

在英国，国家课程将学生学习的4个关键阶段和12个基础科目组织起来，数学和科学被安排在整个基础教育阶段，注重科学探究的特点，一旦学生建立对科学的足够了解，“科学工作”将进一步在关键阶段3和4中发展，以增加设计和技术课程来鼓励学生大胆想象，设计和制作出能够解决实际问题的产品。STEM发展是全校战略的问题，STEM规划工具的设计能够帮助学生在整学年中构建自己的计划，平衡跨越STEM课程。

在美国，与STEM相关的核心课程主要是数学、科学和信息技术，技术类课程主要在高中开设。在推行数字化校园上，通过使用数字化工具、专业渠道的学习资源、业内专家学者的亲身指导，学生就能够将数字化资源以专业的方式融入到自己的学习活动之中，有望成为新一代STEM专业人才。

四、STEM战略的组织与实施方面的异同

1.英美两国STEM战略的组织与实施的相同点

（1）有力的政策支持。英国在2002年出台了加雷思·罗伯茨爵士评论报告《为了成功的SET》，该报告重点关注大学科学与工程技术教育对人才的培养。2004年由英国教育与技能部发布《2004-2014科学与创新的投资框架》，将STEM教育重心拓展到科学教师和讲师的质量、学生在GCSE阶段的学习等内容上。2006出台《STEM项目报告》，提升资金分配和利用。2007年还发布了《科学与创新的评论报告》，激励年轻人从事科学和工程事业。

美国的立法部门、行政部门以及多个咨询机构，均积极参与STEM战略的制定和实施，表现出“全国一盘棋”的高度统一。早在1986年，美国国家科学委员会发布《本科的科学、数学和工程教育》（又称尼尔报告），被誉为STEM教育的开端。2007年国会颁布《国家竞争力法》，为美国科技人力资源开发和促进国家创新与竞争力提供了坚实的法律依据。2009年和2012年，奥巴马政府相继实施了“为创新而教计划”和“新科技教育十年计划”。美国国家科学院、国家研究委员会和各种专业协会等作为咨询机构提供研究咨询服务。

（2）注重教师专业发展。英美两国都面临教师资源匮乏的问题，注重教师专业发展就成为推进STEM教育的当务之急。

在英国，招募教师和讲师来培训STEM科目，国家科学教育中心为教师和技工提供网络学习机会，STEM职业发展中心支持雇主和教育之间持续的知识交流。在美国，增加中小学数学和科学的教师编制，提升现有STEM教师技能，组建教师院校联盟，分别进行传统型STEM教师培养和混合型STEM教师培养，启动“尊重项目”，打造一流教师队伍。

（3）构建资源的集合。资源能够给STEM教育提供有力的保障。在英国，国家STEM中心、物理实验室和电子图书馆，为教师开放优秀的教学资源、研发材料和专业发展的机会。在美国，国家科学基金会（NSF）提供STEM人力资源，众多科学院和协会、高技能公司和组织提供广泛的STEM教育咨询服务，与STEM相关的各学院与教育学院通力合作，资源共享。

2.英美两国STEM战略的组织与实施的不同点

（1）资金投入量。由于英美两国STEM教育的发展现状和政策不同，导致资金投入量不同。不断加大STEM的投入是美国扶持科技人力资源开发的重要手段。2008年度财政预算5000万美元，2009年度申请1亿美元，2010年度计划1.5亿美元，2014财政年度投入28亿美元，旨在提高STEM领域本科生和研究生的入学率和教育水平。相比美国的巨额投入，英国则略少，在2015年之前，英国教育部将提供1.53亿英镑用于改善教学，包含提供大量的奖学金，吸引成绩优秀的大学生及研究生进入校园从事数学及科学科目的教学。

（2）支持策略。STEM教育的发展离不开社会支持，英美两国都付出很大努力。英国注重企业支持，二千多家不同规模的企业与STEM学校合作，鼓励员工成为STEM大使和学校理事并赞助STEM俱乐部，强化并丰富了学校和学院的STEM教育活动，为教师和青少年提供工作实习的机会。美国不仅加强与企业的联系，还注重项目支持。例如，2006年联邦STEM项目——来自学术竞争力委员会报告的研究，由美国国家卫生基金会（NSF)和美国教育部（ED)共同开发数学和科学合作项目。

美国STEM战略的实施推行的是“自上而下”的结构，团结全国力量加大STEM教育的影响力，注重资金的投入。相比美国的狂热，英国虽有相似之处，但更重视资源集合利用和教师专业的发展，从基础水平来提升国民的STEM素养。

五、对我们的启示

1.对教育思想的启示

STEM教育的每一个分项在我国都具有很强的硬实力。很多大学也在国家的支持下开设了许多重点实验室，将技术、工程的理论知识融于实践。但对于K-12年龄阶段的学生，在课程之余，他们缺少对工程、技术的接触，从而导致实际解决问题的能力不足。在STEM教育提出之初，人们就意识到STEM教育不仅对国家未来的创新能力和竞争力有决定性影响，而且是社会进步的必要基础，公民的科学素质直接关系着21世纪的社会文化、价值取向和民主政治的实现。对儿童学习能力的科学研究表明：儿童生而具有强大的学习能力，儿童缺乏的是知识和经验，并不缺乏推理能力；儿童是主动的学习者，可以在有效的引导下，学习更多的基本知识和技能。因此，我国需要借鉴西方集成式STEM教学方法，注重真实情境的学习，提高学生探究与实践的能力。

2.对课程改革的启示

中国目前的课程体制是分科课程，基础教育普遍重视科学类课程却忽视技术与工程教育，结合上述英美两国在课程上的差异比较，我们认为，我国的基础教育改革需要注意以下几点：

（1）注重各学科之间的集成，将工程和技术的思想融入数学和科学课程中；

（2）在关注学科之间集成的过程中，可以增设工程操作与设计内容，增加学生对技术和工程的接触机会；

（3）注重真实情境的学习，采用探究式的教学方法。

3.对实施策略的启示

相比国外的“全民总动员”，国内对STEM的认可度和参与度还不高。笔者认为，我国在进行基础教育改革过程中可以结合英美两国的经验，在以下方面做出努力：

（1）鼓励校外教育组织和部门对STEM教育的研究和宣传；

（2）国家增加资金支持，鼓励开发新的课程资源，并为学校配备相关的设施；

（3）加强学校与企业、博物馆之间的联系，提高企业的关注度，为真实情境学习提供条件。

（本文由教育部人文社会科学研究专项任务项目——“基础教育阶段加强工程技术教育的国际科学教育比较研究与实践”资助，项目号：14JDGC021）

江苏省南京市东南大学学习科学中心

（210096）