STEM视角下的教育革新

任友群+++杨晓哲

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）这四门学科首字母的组合。STEM并非四门学科的简单叠加，而是一个多学科交叉融合的新整体。STEM最早起源于美国，如今已经成为美国教育中的重大战略之一，甚至上升到国家战略，影响着美国的劳动力发展方向，国家安全和移民政策导向[1]。

一、STEM历史溯源

STEM的发展历程可以追溯到20世纪90年代。早在1986年，基于当时美国理工科人才短缺的情况，美国国家科学基金会发布了《本科的科学、数学和工程教育》（Undergraduate Science， Mathematics and Engineering Education）报告。报告建议国家调动各方资源加大投入科学、数学和工程（SME）的教育[2]。此后，美国国家科学基金会对美国大学教育进行了政策改革，促进大学各门学科打破各自壁垒。在这个政策改革下，大学教育中逐步形成了“科学、数学、工程和技术教育集成”（SMET），因而SMET被视为STEM集成的开端[3]。

21世纪以来，各个国家相继出台了21世纪技能框架，公民核心素养，共同核心标准等，关注新时代背景下培养学生哪些基本能力、必备品格和核心素养变得尤为重要。自从工业革命之后所形成的学校教育体系，培养了大量社会需求的人才。但与此同时，出现了将不同学科知识长期以割裂的方式进行教学，导致学生脱离解决问题的真实情景，对部分学科缺乏具体完整的体验的情况。而STEM教育在某种程度上契合了解决这一弊端的发展方向。此后，美国相继出台了政策和法律文件推进STEM教育的开展。

2007年8月，美国国会通过了《国家竞争力法》（American Competitiveness Initiative）。该法案批准联邦对STEM投入433亿美元，包括用于学生的奖学金计划，教师培训，大学STEM研究经费以及用于鼓励中小企业的研发[4]。2007年10月30日，美国国家科学委员会发布重要文件：《国家行动计划：应对美国科学、技术、工程和数学教育系统的紧急需要》（A National Action Plan for Addressing the Critical Needs of the U.S. Science， Technology， Engineering， and Mathematics Education System）。该行动计划直接提出增强国家层面对K-12和本科阶段的STEM教育的主导作用，并做好不同学段之间的协调。该文件的颁布意味着STEM逐步从大学教育扩散到了基础教育阶段[5]。

2012年，美国发布了《总统2012预算要求与中小学教育改革蓝图方案》，宣布再次投入2亿600万推进STEM教学，两年内招聘1万名STEM教师，并在未来10年中培养10万名STEM教师。之后，美国有100多家企业响应号召，并组织形成“变革方程”（Change the Equation）机构，促进美国从社会层面连接学校、社区、企业、家庭多方共同参与STEM教育[6]。

二、STEM的典型特征

从美国的STEM历史溯源，我们不难看出其三个鲜明的主要特征。

一是STEM起源于美国理工科人才短缺。STEM最早起步于美国大学教育的诸多改革，而直到最近10年，才逐步在中小学教育中推行和倡导STEM理念与实践。

二是STEM在美国基础教育阶段具有特殊的作用。一方面是为了提高学生们跨学科解决问题的能力，以满足培养21世纪技能的需求；另一方面是为了让美国学生重新对数学和科学感兴趣，提高学生在数学和科学中的成绩，使学生在综合运用多学科解决问题中，激发学习数学和科学的内动力。

三是STEM在美国已经成为国家教育战略。STEM多次在美国的政策文件中出现，并明确了国家各部门配合实施的方案，同时也是全社会合力推进的教育主题。被列入STEM的专业将得到更多支持，包括就业政策和移民优先条款。

如今，STEM或STEAM教育已然风靡全球，各国都在不同程度上重视通过跨学科学习培养学生的综合能力。2016年，芬兰开始实施2014版的基础教育课程标准。其中强调了基于生活场景，以主题贯穿，跨学科学习，并规定每个学生每年至少要参加一个交叉课程模块的学习，称为“现象教学”（Teaching By Topic）[7]。而我国在《教育信息化“十三五”规划》中明确提出，有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用[8]。

三、STEM视角下的机遇与挑战

STEM视角下正在催生新一轮教育革新的命题：如何让学生在真实情境中主动探究学习，如何通过跨学科的学习帮助学生真正提升解决问题的能力，如何在学科融合之中培养学生适应新时代所需的核心素养。展望未来，STEM视角下的教育革新面临着新的机遇与挑战。

1.基础理论的研究：尚未完善

我们仍然需要更多的研究和证据进一步探索学习者在STEM學习过程中的真实效益。在这个过程中，如何提升学习者的批判性思维、解决问题的能力和创新精神[9]；在不同情境里，使用不同工具探索不同问题；在多学科的切换与融合解决问题中，如何帮助学习者的认知和元认知的提升等，依旧有非常多的谜题。不同学科的不同思维方式如何通过一些核心节点连接起来，从而真正培养学生深入探究和解决问题的能力，依旧缺乏心理学、教育学、神经科学等基础理论的支持[10]。

2.学习方式的转变：面临挑战

实际上，STEM教育所带来的学习方式在教育改革中并不陌生。20世纪90年代出现的项目学习（Problem-Based Learning）就是一种以解决问题为导向的主题学习方式。在这种方式下进一步延伸出综合运用多学科知识解决问题。在学习方式的转变上，STEM教育有一定的延续性，但是对于学习者来说依旧存在不少挑战。在过往的K-12教育体系中，知识体系更多地以教授的方式，或是在教师一定的脚手架的设计下展开学习。而基于某个专题或问题，不限学科边界地寻找解决方案，一方面需要学生更强的学习自主性，另一方面也需要教师能够提供更具个性化的帮助。学习将是一个充满创造性的过程，学习者的角色从知识的接受者与消费者，转变成知识的发现者和创造者。也只有让学习更多地发生在跨学科的创造过程中，才会对知识的特性具有生动而深刻的理解。

3.课程体系的确立：空间巨大

无论是STEM还是STEAM教育，无论是基础教育阶段还是高等教育阶段，都尚未明确课程体系。STEM对于现有课程的影响，更像是一种灵活的方式或更多策略的指引，而非专门成熟的固定课程体系。与此同时，伴随着STEM教育近些年的发展，创客运动和创客教育也迅速发展，因而两者往往有非常多的交集。STEM关注跨学科学习和学科融合，这个过程中往往需要学习者自主学习与创造。而创客教育关注学生在创造作品中的学习，而创造这个过程本身就具有了多学科融合的特性。因而，这两者将会进一步融合，是催生出相对稳定的课程体系，还是继续以灵活散布在不同学段的教学活动为主，尚待实践创新。

4.教师队伍的培养：协同发展

学科教师在长期的教学过程中会形成稳固的教学经验。应考虑如何先通过学科教师之间的相互合作，促进STEM教学的有效开展，再进一步提升教师本身具备跨学科教学设计的能力。跨学科学习并非不需要学科学习，而是一种融合的视角。脱离了深度和广度的已有学科视角，跨学科的问题探究和主题学习将流于表面和形式，将无法深入到问题本质，而只是浅尝辄止地提及主题与多个学科的关联。因而，教师如何融合已有学科视角而非抛弃已有学科，如何与其他不同学科教师合作，合理设计教学活动才是关键路径。STEM教师群体的形成是STEM教育未来发展的关键，他们最直接地决定了带给学生们跨学科学习的经历与体验。

教育的目的在于激发每一个人的潜能，教育的过程痴迷于人的成长。成长的过程并非被切分为不同学科的学习路径，而是更为全面地以跨学科的视角认识自我、完善自我、发展自我的过程。跨界常常带来已有领域的突破创新，这让STEM视角下的教育革新格外让人期待。

参考文献

[1]Congressional Research Service. Science， Technology， Engineering， and Mathematics （STEM） Education： A Primer [EB/OL].[2012-8-1].https：//www.fas.org/sgp/crs/misc/R42642.

[2]National Science Board.Undergraduate Science， Mathematics and Engineering Education[EB/OL].[1986-3].https：//www.nsf.gov/nsb/publications/1986/nsb0386.

[3]Herschbach， D.R.The STEM initiative： Constraints and challenges[J]. Journal of Stem Teacher Education， 2011， 48（1）：96-122.

[4]Domestic Policy Council. American Competitiveness Initiative[EB/OL].[2007-8].https：//georgewbush-whitehouse.archives.gov/news/releases/2007/08/20070809-1.html

[5]National Science Board.A National Action Plan for Addressing the Critical Needs of the U.S. Science， Technology， Engineering， and Mathematics Education System[EB/OL].[2007-10-30].https：//www.nsf.gov/pubs/2007/nsb07114/nsb07114.

[6]National Science and Technology Council.Federal Science， Technology， Engineering， and Mathematics（STEM） Education 5-Year Strategic Plan[EB/OL].[2013-5].https：//www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/stem_stratplan_ 2013.

[7]Finnish National Board of Education.National Core Curriculum For BASIC Education.[EB/OL].[2014].http：//verkkokauppa.oph.fi/epages/OPH.sf/fi_FI/？ObjectPath=/Shops/OPH/Products/9789521360046

[8]教育部（2016）.教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL].[2016-06-24].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html

[9]Anderson，J.R.The architecture of cognition.[M].Cambridge： Harvard University Press，1983.

[10]Camilla， F. & Cooper， M.An introduction and guide to evaluation of visualization techniques through user studies. In W.Huang（Ed.），Handbook of human centric visualization（p：285-313）.[M] New York：Springer，2014 .

（責任编辑 郭向和）