美国印第安纳州如何开展STEM教育

吉尔·韦尔纳

印第安纳州的教育体系是由294个独立学区组成的教育综合体，为全州约100万学生提供服务。印第安纳州是一个地方自治州，州教育厅为学区提供课程标准和指南，各学区则可以灵活决定如何在教学中实施这些课程标准。

印第安纳州存在的STEM教育绩效问题

我们注意到，印第安納学生与美国以及世界上其他国家同龄学生的激烈竞争需求在不断增长。2013年，83.6%的印第安纳州四年级学生和80.8%的八年级学生通过了印第安纳州教育进步测试——ISTET+数学考试。而根据美国国家教育进步评估NAEP，只有52%和38%的学生能够对知识的掌握达到精通水平。NAEP和ISTET+等评估结果让我们意识到，印第安纳州存在STEM教育绩效问题。

通过分析数据，我们更容易发现问题所在：从1998年到2008年，印第安纳州小学的科学课时间从每周的三小时下降到两小时，即每天只有24分钟。女性只占获得STEM学位和认证的27%，这一数据比2001年下降2%，并且黑人和西班牙裔学生分别只有4%和2%。从就业前景来看，计算机科学能够为STEM相关行业提供70%的就业增长，但在2014年，印第安纳州只有507名学生参加了AP计算机科学考试，平均得分为2.5分。其中，只有19名亚裔美国学生参加考试，并且只有4名学生取得3分或3分以上的成绩，只有70名女学生参加了考试。

从社会需求和教育机构得到的启示

一个由100多位来自商业和产业的CEO组成的非营利组织——CTE（Change the Equation）有以下发现：（1）在印第安纳州，平均每个空缺的工作岗位，就有5个待就业人员竞争，但对于STEM职业，2.4个空缺岗位却对应1个待就业人员。（2）印第安纳高等教育机构中，只有12%的大学所颁发的学位和证书涉及STEM领域。（3）印第安纳州即将升入大学的高中毕业生中，有64%的学生需要补习数学，补习花费高达每年16，225，502美元。（4）印第安纳州只有一半的科学教师认为，他们已经拥有了教授科学所需要的资源。

另一项来自美国“项目引路”机构（Project Lead The Way，简称PLTW）的数据表明，印第安纳州参与该机构学习的高中生中，高达97%的学生打算攻读四年制或者更高的学历。PLTW是目前美国最大的非营利STEM教育项目提供者，它为全美K12阶段的学生和教师提供具有创新性的学习体验，鼓励学生参与基于活动的、基于项目的和基于问题解决的学习。

我们还发现，完成职业和技术教育CTE（Career & Technical Education）项目学习的学生更容易毕业，并获得更多的大学学分。其中，大多数CTE证书都是STEM领域的，并且至少有2300名印第安纳州商业和工业代表积极参与到了本地的CTE项目中。他们有的为学生提供建议，有的为学生提供设备，有的则为学生提供在工作中学习的机会，包括实习、现场访问、嘉宾演讲等。

印第安纳州哥伦布市的EcO15项目，则正在为学生提供一条从学校到职业生涯的发展路径，并且已经培育了K12、工业与商业和高等教育的紧密合作关系。“I-STEM资源网络”联盟，则通过印第安纳州科学计划和数学-科学伙伴关系基金，在印第安纳州的129所学校实施了一门旨在提高学生读写能力的探究式科学课程。课程实施效果表明，学生的科学素质和英语语言的艺术表现均得到了明显改善。

印第安纳州STEM教育计划

成功的设计与成功实施离不开K12、高等教育、州教育厅以及商业与社区这四个实体对共同的STEM教育愿景的彼此协调运作。为此，我们分别从这四个方面制定了印第安纳州的STEM教育工作计划。

1. K12

K12阶段的教育者主要负责以下工作：第一，打通从幼儿园到职业生涯的路径，包括实习和合作。第二，提供一体化的基于探究的课程，包括现实世界的问题和项目。第三，培养高等教育、社区、工商业的合作伙伴关系。第四，为学生、教师和工作人员提供协作环境。第五，给学生提供课后参与STEM项目的机会。第六，扩大CTE和STEM的供给。第七，制订方案以支持和容纳更多的学生参与CTE项目中的STEM学习等。

2. 高等教育

在高等教育阶段，从教师准备和职业准备两部分设定计划的框架。

（1）教师准备：为高素质STEM教育人才创建输送渠道，为STEM教师开发和提供专业的学习机会，将课程内容和教学方法更新为以研究为基础的最佳实践。

（2）职业准备：为K12阶段的学生提供具有大学水平的学习机会，设置当前的课程内容和要求，使其与商业、工业的实际需求相协调。给学生提供双重学分机会，即学生在高中阶段就可以得到大学的学分。此外，还应为学生提供实习和职业培训辅导等。

3. 印第安纳州教育厅

教育厅的职责包括以下方面：（1）编写并实施激励科学教学的相关政策，制订并实施科学问责措施，创建STEM资源，促进合作伙伴关系。（2）为STEM学校创建认证流程，识别优质的STEM项目和教学，扩大对STEM项目和教师的资金投入。（3）根据行业需要，创建额外的CTE和STEM课程，修订核心40的文凭认证，以承认学生参与CTE/STEM项目所承担的额外课程作业。（4）尝试开发六年制高中教育模式，并为学生接受课后学习活动提供赢得学分的机会。（5）制订方案，在获得和参与STEM教育方面，促进性别和种族平等。

印第安纳州教育厅将继续领导这项工作，以促进和改善STEM教育。显然，如果前进的势头停止，那么前述问题将持续存在。在教育厅厅长格兰达·利兹的支持下，我们优先开展以下STEM工作。首先，实施STEM教育框架，其中包括我们的嵌入式矩阵、需求评估、时间表和评价量规等。其次，作为STEM行动联盟的成员，并在其中发挥领导作用。STEM行动联盟是由印第安纳州教育厅、商业和工业、K12、高等教育、课后托管项目、非营利组织、博物馆以及印第安纳教育圆桌会议组成的全州范围的特别工作组。再次，设计和实施小学阶段的STEM整合图，识别并创建STEM集群和路径。最后，研究和推进新的STEM政策，比如，推进校外教学项目、核心40的文凭认证、CTE认证以及额外STEM课程作业之间灵活的学分互认，六年高中教育模式也应为学生提供相关的学位。

4. 商业与社区

商业和社区则承担以下职责：首先，为学生和教师提供指导、实习和见习机会，协助规划从幼儿园到职业生涯的路径。其次，为教师的专业发展提供包括工作机会在内的直接帮助，并向学校提供资源、工具、工作人员等。再次，建立与学校目标和商业目标相一致的基金项目，支持STEM计划立法的游说。最后，根据商业和工业的区域性需求来定义职业准备。

让其发生—— STEM教育计划推进时间轴

印第安纳教育厅的STEM教育团队为所有对SETM教育感兴趣的利益相关者提供服务，尤为重要的是为学生提供服务，使其能够在K12阶段接受高质量的STEM教育。为支持整个州的需要，我们一直在建设资源，提供专业发展的建议等。以下是我们在行动计划的框架指引下，过去的几年所开展的行动，这些行动有力地保障了计划的落实。

2013年，我们首先创建了STEM实施指南，组织了首次“女孩参与STEM”会议，创建了STEM认证学校的认可项目，并资助8个数学、科学合作伙伴开发STEM项目。

2014年，我们举办了印第安纳第一届STEM会议，采纳新的数学标准开展教学，为开展STEM教育的学校和教师提供专业发展建议，资助12个数学、科学合作伙伴开发STEM项目，并与高等教育合作，审查STEM教师的招聘。

2015年，我们审查和修订了2010年版科學标准，主办第二届STEM年度会议，创建STEM行动联盟，将首批12所学校认定为印第安纳STEM认证学校，并资助8个数学、科学合作伙伴，以提高本地STEM教师的专业化发展水平。

2016年，我们采纳新的科学标准，并根据新的科学标准，提升全州的专业发展水平。我们举办的STEM教育会议专注于在课堂上如何开展教学活动，将第二批10所学校认定为印第安纳STEM认证学校，全力推进计算机科学的专业发展。

印第安纳州STEM教育实现矩阵

印第安纳州以矩阵图的方式将STEM计划的实现进程划分为基础、发展、成熟和完善四个阶段。

基础——学校提供STEM学习体验，但这并不作为学校的常规项目。它包括课外活动，夏令营，学校社团等。

发展——基于传统的教育模式，将与STEM相关的、基于问题的学习附加到原有课程中。在一个单元或一个学期结束时，由学校来实施单独的STEM单元。当然，也包括由工业或非营利组织提供的短期项目。这些短期项目为学生提供简化的STEM体验，以发展他们在未来职业发展中所需的技能。

成熟——采用非传统的学校教学模式。学校的课程整合进了STEM体验以及相关技能。STEM项目将可能是学校范围的，由教师组织的、有纪律的长期项目。这些长期项目是学校常规课程的补充，或者用来加强教学流程。学生也可以部分时间在学校参与这些长期项目，部分时间在CTE学习基于职业发展的STEM课程。学校将与材料、资源和资本提供方保持经常性的合作伙伴关系。

完善——整个学校或学区主动自发地开展STEM教育。它与传统教育模式有很大的不同。在学校里，教室将基于工作环境重新改造，学生致力于解决社区出现中的问题。由STEM职业、经历以及技能来驱动课程开发。学生为解决问题而进行团队合作，教师帮助学生团队提高解决问题能力、提高劳动力技能以及STEM商业所需的共同技能。学校将与材料、资源和资本提供方保持频繁互动的合作伙伴关系。