超越课堂：美国中小学校外STEM项目的实施和评估

卓泽林

摘要：为探究美国校外STEMS项目的发展路径，该文从校外STEMS项目的实施和评估两大关键元素出发，梳理和总结目前美国校外STEM项目发展与运作状况。校外STEM项目在实施过程中，呈现夏令营项目、周末项目以及放学后項目等多种类型，并以其独特的优势在普及STEM基础教育中发挥重要作用，但也面临资金、项目质量和师资等方面诸多新挑战。为了确保校外STEM项目的有效实施，美国制定了校外STEM项目学生成就评估框架，针对校外STEM项目实行三级评估模式。该研究对于推动我国中小学在创建多样化的校外STEM项目、提升校外STEMS项目的专业性和建立STEM项目有效评估等领域提供参考价值和借鉴意义。

关键词：美国；校外STEM项目；实施；评估

STEM是将科学（Seienee）、技术（Teehnology）、工程（Engineering）和数学（Mathematies）进行跨学科式整合的教育，有利于培养创新人才，当前已成为国际教育界的关注热点。美国诸多教育研究表明，越早发现学生的STEM兴趣，并让学生参与STEM学习，学生则越有可能在未来选择STEM专业，学生越早投身于STEM专业，则越能在未来科技创新相关领域取得卓越成就。研究同时显示，学生校外所接受的教育和校内所接受的教育对于发展学生STEM学习动机和兴趣都具有积极影响。因此，校外STEM教育作为STEM教育的重要方式之一，逐渐进入人们的视野，并受到教育界的高度重视。2016年，美国研究学会（American Institutes for Research）和美国教育部联合发布了《STEM 2026：STEM教育中的创新愿景》，提炼了未来十年STEM教育的六大愿景，其中第一大愿景就是形成STEM“参与度高且网络化的实践社区”，期望未来各领域的正式、非正式教育工作者和学生都能积极参与到校内和校外STEM教育的进程中。校外STEM项目也被广泛认为是普及美国K-12阶段STEM教育的重要路径，越来越多的学生参与到校外STEM教育，校外STEM项目也如雨后春笋般地出现。因此，分析美国校外STEM项目当前的实施过程和评估模式，有助于全面地把握和认识美国中小学STEM教育的发展趋势，并为国内STEM教育、创客教育提供国际经验与案例。

一、美国中小学校外STEM项目实施的现状

（一）校外STEM项目实施概况

相关调查发现，美国学龄儿童在校时间占清醒时间（Waking Hours）的20%，余下的80%时间都花在校外，包括平时校外时间、周末和夏季的受监督校外项目（Supervised Out-of-School Programs）。美国中小学生大量的校外空闲时间正是为校外项目的开展提供了巨大空间。校外中小学STEM项目（Out-of-School Time STEM Program）主要从校外项目延伸而来，以STEM活动学习为主题。由加州大学伯克利分校所开展的校外项目的调查研究显示，超过90%的校外项目领导者都愿意为学生增加以科学为代表的STEM项目。为了推动校外STEM项目的发展，引起全社会对STEM教育的重视，2000年美国成立校外联盟（Afterschool Alliance），旨在为所有学生提供可参加且高质量的校外项目。随着STEM重要性得到广泛认可，以校外联盟为首的校外组织更是建立校外STEM中心（Aftersehool STEM Hub），系统的推进中小学校外STEM项目的实施。2015年，在由美国校外联盟发起的一项调查中，美国约有7万名中小学生正在参加各种类型的校外STEM项目，而且这一数字还在不断上升中。在地区层面，伊利诺伊州的芝加哥市是校外STEM项目开展代表性城市之一。2011年，芝加哥STEM通道合作项目（Chicago STEM Pathway Cooperative）调查发现，芝加哥市目前有超过500个校外组织，正在实施超过2032个校外STEM项目，所服务的学生约88576名。可见，芝加哥市的校外STEM项目实施规模非常之大。美国从国家到地区，从社会到学校，都在如火如荼地实施校外STEM项目，吸引学生参加校外STEM的学习。

（二）校外STEM项目实施的类型

目前，美国各地区所开展的校外STEM项目形式多样，规模各有不同，但依据项目实施的时间点主要可分为三大类，分别为夏令营项目（Summer Camp Programs）、周末项目（Weekend Programs）以及放学后项目（America after 3PM Programs）。（1）STEM夏令营项目，利用美国中小学漫长的暑假时间，为学生提供与课堂不一样的学习场所，学生能以更为轻松的学习方式学习STEM内容。夏令营为学生提供一个非正式轻松的学习环境，为学生提供多种类型的STEM活动，让学生找到学习的乐趣。此外，STEM夏令营持续的时间往往较长，一般会进行几周，有的甚至持续整个暑假。（2）周末STEM项目，主要让学生利用周末时间参与STEM学习。例如，美国培养黑人化学家和化学工程师项目，为处于弱势地位的美国少数族裔中小学教师和学生提供丰富的周末STEM教育项目和活动。（3）放学后STEM项目，主要利用中小学生放学后到回家前的一段时间，通常为下午3点到6点，开展STEM项目活动。放学后STEM项目提供的STEM课程和活动与校内STEM教育最为相像，这些学习活动往往更具有结构化，通常由专职教师、科学家志愿者等进行指导。早在2004年，放学后项目联盟通过“午后3点的美国”（America after 3PM）调查发现，K-12阶段约有11%的学生参加了校外项目，而且这些学生每周平均大约投入8小时。不同类型的校外STEM项目为学生参与STEM学习提供了多种选择，所有校外STEM项目都是建立在学生自由选择的基础之上，这对于普及美国STEM基础教育起着非常关键的作用。校外STEM项目实施场所也是非常多样，根据具体活动内容，有选择地在图书馆、博物馆、科技馆和动植物园等地开展，有些甚至会在户外实地实施，例如公园、湿地、农场等等。当然，学生有时则也会借助课堂中比较常见的工作表和材料包等工具设备在固定场所进行STEM学习。其中，已有百年历史的4HfHead，Heart，Hands，Heathl教育组织，以“做中学”作为主要教育理念，广泛分布于美国的农场、农村、城镇、郊区等地，为学生开展与STEM相关的各项体验活动和研究课题。

二、美国中小学校外STEM项目实施的优势与挑战

（一）校外STEM项目实施的优势

美国校外STEM项目依托校外学习机构，特别是各类场馆和教育组织，通过提供STEM相关课程或活动，在拓展学生校外学习STEM的同时，更以其独特的优势，成为美国STEM学习生态系统的重要组成部分。

1.更为生活化

与校内课堂的STEM活动相对抽象而言，美国校外STEM项目的生活化主要体现在其与学生日常生活联系更为紧密。一般情况下，校外STEM项目所开展的活动都在课堂之外，不少甚至在户外进行，往往没有严格的主题要求，时间分配相对于校内教育更为自由。当学生对某一内容感兴趣时，项目的教育人员允许和鼓励学生追求新奇的想法，不会为了时间原因而去打断学生的学习尝试。而且，校外STEM活动往往建立与STEM内容元素相关的地点、资料和工具等常见的生活资源，这些恰恰在学校课堂中就比较难以具备。例如，在某个校外STEM项目活动中，以“岛上野营”为主题。学生想要去当地小湖的岛上进行野营，那他们就需要建造独木舟fCanoe）。在这一任务驱动下，学生就要经历设计独木舟、寻找相关材料、实地制造独木舟以及实验独木舟是否可航行等过程，整个STEM项目就围绕如何建造一艘能够载人的独木舟进行。这是一项非常生活化的STEM项目，给予学生真实的问题情境，在让学生投入STEM项目的同时，强调动手学习、生活式探究，从而解决生活中经常会碰到的问题。

2.低利害（Low-stakes）的学习环境

校外STEM项目所提供的学习活动更多的是为学生提供科学实验甚至娱乐学习的机会，这也是学校课堂较难实现的，因为学校课堂往往给学生更多的压力让学生按照既定的规则程序回答出特定的答案，课堂纪律也要求较高。校外STEM活动所提供的低利害学习氛围则有利于学生投入到自我感兴趣的STEM活动中，特别是那些对科学自我效能低且不受关注的学生重拾信心。在相对宽松自由的非正式学习环境中，学生的学习动机不是一味依赖外部刺激。处于不同能力水平的学生可以根据自己感兴趣的问题，进行观察、研究并解决问题，进而来和其他同学分享他的项目解决经历，这样的经历可以是成功的，但也可以是失败的。几乎所有的校外STEM项目都会主动淡化学生之间的竞争性，注重让学生合作，在积极参与项目活动中体验学习。正是这一低利害且能支持学生学习的环境，才能够引发学生发自内心的主动的研究精神。

3.促进社会公平

美国国家科学委员会（National Science Board）的调查显示，在所有STEM相关专业的博士学位中，只有10%授予给非白人和非亚裔学生，然而这些群体占美國人口的四分之一。相比于白人的少数族裔和相比于男生的女生，在STEM领域一直处于弱势地位，这并不是一个正常的社会现象。而校外STEM项目恰恰能够吸引美国少数族裔和女生参加STEM学习，对处于STEM教育弱势的少数族裔学生和女生的STEM学习起着积极效果，在某种程度上能够扭转上述不公平的局面。例如，美国内布拉斯加州STEM校外项目由本科生发起，大学教师主导，目的是为了促进少数族裔学生参与STEM项目。通过对本科生指导者的评价和对学生的评价后，结果显示该项目既能促进本科生的STEM领域知识和兴趣，更为重要的是能促进那些少数族裔学生的STEM能力，保障处于STEM弱势的学生权利。同样，通过利用校外研究与评估数据库（OST Research and Evaluation Database），对女生校外STEM学习数据进行分析之后，得出校外STEM项目能够显著提升女生的学业成绩、问题解决能力、从事STEM职业的能力等。塞尼斯克（Scinski，2014）通过对美国加州的美籍西班牙裔初中学生参与校外STEM夏令营项目跟踪研究后发现，校外STEM项目能提高这些西班牙裔学生对STEM领域的兴趣，并对STEM学习抱以积极态度。为STEM弱势群体提供STEM学习机会，提升弱势群体STEM学习的自信心，缩小不同群体中的STEM专业人数鸿沟，这正是校外STEM项目促进社会公平的重要优势的体现。

4.有效提升学生的STEM成就

诸多研究表明，学生在参加校外STEM项目之后，其STEM成就得到明显提升。史密斯和霍克斯评估了七家校外STEM项目后发现，参加过校外STEM项目后的学生，他们的科学动机、自信心和科学知识等方面都有显著进步。美国校外联盟调查发现当学生参与高质量的STEM校外项目时，学生就会对STEM领域和事业持有积极态度，增加STEM知识和技能、产生更高的毕业率以及从事STEM事业的可能性。达布尼（Dabney）等人调查参加校外STEM项目的6，882名学生和在高校选择STEM职业兴趣之间的关系。结果发现，学生参与校外STEM项目对于高校学习期间的STEM职业兴趣有着重要的积极影响，参加校外STEM项目的学生更愿意在高校选择与STEM相关的专业。这些调查不同程度的发现实施校外STEM项目之后学生STEM知识水平、STEM态度、STEM兴趣等的积极变化，反映了校外STEM项目对学生STEM成就起着促进作用。

（二）校外STEM项目实施的挑战

任何改革或项目在实际操作过程中都会遇到一些挑战与阻碍，同样，美国校外STEM项目在实施过程中也无法独善其身。校内STEM教育得益于学校的力量，在开展STEM活动时，有着天然的优势，无论是人力还是物力，相较于校外STEM项目，显得更为充裕。而作为非正式教育形式存在的校外STEM项目，尽管是今后美国拓展学生STEM学习方式的主要趋势，但是它仍然处于初步的发展阶段，结合美国相关调查研究，可以发现在其推进的过程面临着更为严峻的挑战，特别是在资金投入、活动开展质量以及教学人员水平等方面。

1.资金投入不够

虽然校外STEM项目数量在不断增加，但对于校外STEM项目高质量的发展要求而言，在资金的投入方面，与校内STEM教育还是有较为明显的差距。在2008年的关于校外科学项目实施调查中，73%的受访者认为缺少资金投入是项目实施面临的最大困境。到了2011年，在美国校外联盟的校外STEM项目调查中，全美1000多位校外STEM项目主要负责人和工作者参与了调查，其中87%的受访者认为需要增加对校外STEM项目的资金投入，才能提供更高质量的STEM服务。资金投入的不足，是目前美国大多数校外STEM项目发展遇到的最大挑战之一。没有足够的资金投入，也就无法保证校外STEM项目配套设施、资源的更新和完善，进而影响一系列项目的后续实施。这就预示着，如何平衡校内和校外STEM教育的投入，吸引社会对校外STEM教育的更多关注，扩大STEM教育生态系统的辐射范围，是今后美国校外STEM项目实施能否可持续的关键所在。

2.活动质量参差不齐

尽管美国校外STEM项目的发展已经初具规模，遗憾的是，项目所开展的STEM活动质量却参差不齐。以美国芝加哥市为例，即使在2011年，该市就有超过500个组织开展了校外STEM项目，然而这些项目缺乏有效的合作和统一的STEM教学策略。也就是说，许多校外STEM项目各自为营，按照自己的模式开展项目活动，缺少相互之间的联动协作，项目活动资源分享不充分，这就导致项目活动质量千差万别。STEM活动开设的质量偏低，降低了学生的STEM学习效果，甚至影响校外教师的教学态度。有研究更是指出当教师对STEM课程活动不满意时，那么对学生的STEM成就和课程实施都会产生消极影响。这就说明，当缺少足够专业的校外课程活动时，让教师教授不专业的课程时，势必造成教师对课程的不满意，从而对学生STEM学习造成负面效应。校外STEM项目虽然属于非正式STEM教育，但并不是非正规，“打铁还需自身硬”，只有在所开展的项目活动有质量保证的前提下，才能提升项目本身的专业性，也就有可能得到社会的更多支持。

3.缺乏专业的教学人员

尽管美国校外STEM项目给予学生和教师更多的时间和自由，但要实现校外STEM项目的育人目标，仍需要具有专业资格的教学人员。2008年，美国校外联盟专门针对校外STEM项目开展情况做了一份调查，来自于36个州的792个校外项目负责人作为调查对象。当被问到开展STEM活动时，遇到的巨大困难和挑战时，40%的项目负责人认为是缺乏足够专业的教师实施校外STEM项目活动。此外，结果表明只有29%的校外STEM项目中有专业人员教授，而且大多数教师都没有对口的学科专业背景。没有STEM学科背景的STEM教学人员，也就无法胜任STEM教学。科恩（Cohen）的研究正是揭示了这一问题，其在对133位从事校外STEM教学人员进行学科专业与STEM教学的顺利度之间的关系研究时，发现没有STEM相关学科背景的教学人员较难有效地实施校外STEM教学。但到了2011年，情况仍然没有好转，美国校外联盟再次发现，所调查的近四分之一项目还是没有为教学人员提供STEM的专业培训，近一半的受访者提到每月提供不到一小时的专业发展培训。然而，68%的校外项目负责人认为提供更多的专业发展培训是改善其校外STEM项目的主要途径之一。因此，从事校外STEM项目的教学人员必须足够专业，拥有足够的STEM知识、探究技巧并能自如運用，才有可能让学生投入到STEM学习。未来如何吸引更多专业的STEM教育工作者，特别是高校STEM学科相关的教师和学生参与到校外STEM项目，以及建立校内和校外的STEM教师合作机制，是美国校外STEM项目提升教师专业水平的可选之路。

三、美国中小学校外STEM项目的评估

高质量的校外STEM项目对学生的STEM成就有着积极的促进意义已在STEM教育界达成共识，然而，正如前面所提到美国校外STEM项目类型多样、形式各异，处于“公说公有理，婆说婆有理”的状态。那么不同类型的校外STEM项目到底有何不同？如何才能提升这些项目的质量？成功的校外STEM项目应该是什么样的？这一系列的问题都关乎校外STEM项目能否有效开展。为了回答上述问题，更好地理解校外STEM是对整个STEM学习生态系统的促进作用，有效评估校外STEM项目则显得非常有必要。目前，美国诸多校外STEM评估专家和组织已着手研究评估校外STEM项目的机制，将校外STEM项目实施变得更为专业、有效。已有的评估模式主要包括个人层面的对学生STEM成就的评价、项目层面的对校外STEM项目本身的评估、系统层面的对校外STEM学习生态系统的评估这三大类。

（一）学生STEM成就评估框架

校外STEM项目设立的最主要目标是为了促进学生的STEM成就，因此对于学生STEM成就的影响评价则是评估校外STEM项目是否有效的第一要义。为了更好地测评学生参与校外STEM项目对学生STEM成就的影响，美国校外联盟邀请两组专家，分别为STEM项目赞助者（Providers）和STEM项目支持者（supporters）进行评估，经过三轮研讨，最终形成校外STEM项目学生成就评估指标，用于评估学生参与校外STEM项目的STEM成就。整个STEM成就评估框架分为三个维度，分别为：对STEM和STEM学习感兴趣、能够有效地参与STEM学习活动、对STEM和STEM学习活动的目标价值达成共识。三个维度下面各设一级指标和二级指标，如下页表所示。在评估校外STEM项目对学生STEM成就的影响时，就可以依据以下指标设计具体内容进行评估。美国校外联盟的学生STEM成就评估框架主要关注学生个人层面的STEM成就发展，将学生STEM成就的发展水平高低作为评估校外STEM项目成功与否的核心指标。

（二）校外STEM项目的三级评估模式

美国国家研究委员会（2015）对校外STEM项目的评估从更为整体的视角出发，主要从个人（Individual-level）、项目（Program-level）和社区（Community-level）这三个层面评估STEM学习生态系统（STEM Learning Ecosystem）。

在个人层面，评估内容主要包括个人STEM智能的发展、STEM身份的认同和性情的发展、个人眼界的扩展、对STEM职业的参与度。对个人层面的评估主要为了获取学习者个人对STEM的学习需求、学习能力和兴趣。

在项目层面，评估主要来证明校外STEM项目所提供的资源和机会。项目评估主要包括STEM项目的设计和实施是如何更好地促进学生智能、社会、情感的参与，以及项目有多大程度激发参与者的兴趣和经验。项目层面的评估能够比较不同STEM项目的STEM参与度、方案活动的种类、工作人员的培训和专业发展信息、参与水平。项目层面的评估让工作人员和评估者将项目资源、活动与学生个人成果建立联系，从而来明确哪些做得好，哪些可以改进。同样，项目层面的评估还可以让工作人员和评估者将项目资源活动和社区资源和活动建立联系。

在社区层面，评估主要关注各种STEM学习机会的分布；STEM项目与当地社区环境资源的协作方式；在不同社区环境中，项目通过增加学习机会和STEM学习参与机会，以不同形式对当地社区产生的影响。社区层面的评估能够体现社区资源多大程度对校外STEM项目产生积极影响，以及确定任何项目行动的需要。因此，社区层面的评估指导整个校外STEM项目的设计和开展。

可以说，校外SETM三级评估模式在整合个人STEM成就和项目成就评估的基础上，延伸到STEM社区成就的评估，主要关注项目质量是如何影响个人参与者的成就、以及社区背景又是如何来影响项目和个人。从学生个体、到项目活动、再到整个项目组织，以这种点面结合式的评估，在全面反映校外STEM项目实施效果的同时，并为实施提供多方面的反馈，促进学生个体的学习，项目活动的完善，以及整个校外STEM项目的不断发展。

四、启示

美国校外STEM项目出现的初衷是为了让学生充分利用校外时间，然而随着校外STEM项目实施的推进，作为拓展和普及STEM教育的重要方式，校外STEM项目不断吸引中小学生参与STEM学习、投身于STEM领域，对社会产生了积极影响。在美国校外STEM项目的实施历程中，其重要性不言而喻。需要指出的是，实施了并不意味著项目就一定能带来积极效果，还应对项目实施进行有效的评估，尽可能地全面获取校外STEM项目的实施信息和数据，从而来推动校外STEM项目的进一步发展。近年来，在国际校外科学学习研究、创客实验室建立等的推动下，以青少年宫、博物馆、科学馆、专门性的STEM机构为载体的我国校外STEM教育实践大量涌现。尽管这些校外STEM机构各具特色，但总体而言，我国校外STEM项目的发展目前还不成体系，多以科普活动的性质存在，其发展模式和路径也与美国存在一定差异。但不可否认的是，校外STEM项目作为我国普及STEM教育的重要发展策略之一。结合我国STEM教育发展特点，借鉴美国校外STEM项目的实施和评估的可取经验，同样可以得到相关启示。

（一）充分调动社会资源，实施多种形式的校外STEM项目

校外STEM项目既是STEM教育发展的重要路径，更能为STEM教育走向社会提供实践土壤。从美国校外STEM项目的实施来看，基本做到了充分利用学生的校外时间，所提供的项目类型较为多样，不再局限于博物馆、科技馆等传统校外教育地点，更是拓宽到公司、企业、高校以社区等领域。反观我国，许多校外STEM项目各自为战，尚未形成一定的社会联动机制，这就使得我国许多校外STEM项目或者校外科普活动质量也是良莠不齐。可见，我国在普及STEM教育还有诸多空间可以利用，亟待拓宽STEM教育的实施范围，在开展校外STEM项目时，应打破常规的地域隔阂，调动学校、企业、社会等的资源，利用各个单位的资源优势，通力合作，形成全社会的合力，特别是构建STEM社群，包括政府机构、院校单位、社会组织等，为校外STEM项目实施提供平台和资源，为其可持续发展保驾护航。正如新近发布的中国STEM教育白皮书所提及的打造一体化STEM创新生态系统所言，必须“愿与各种社会力量协作，建立基于地区特色的STEM实践社区。同时倡议博物馆、青少年宫、科技馆、数字媒介等社会机构积极开放空间，成为STEM教育非正式学习的组成部分”。

（二）加强校内外合作，提升校外STEM项目的专业性

校外教育不是“非正规”的教育，它以非正式教育的形式，对学校正式教育起到补充和拓展作用。因此，校外STEM项目作为拓展学生学校学习的重要方式，同样需要有专业的师资力量、专业的课程资源。诚如前面所分析的，美国校外STEM项目实施的关键瓶颈之一就是缺乏专业的教师人员，而这正是阻碍校外STEM教育高质量发展的症结所在。如何提升校外STEM项目从业者或教育工作者的专业资质是校外STEM教育可持续发展的必要保障。目前，我国校外科普机构尽管数量不少，但其中的从业人员专业性却不容乐观。再好的硬件资源，如果没有得到专业化地使用，那实施也就很难达到效果。对此，在建立一套专业的校外STEM教育从业人员的资格审查机制的同时，鼓励校外STEM项目与学校建立可持续的合作机制，如有可能进行以校内外师资交流的形式，形成师资互补的常态教师合作，引导校内STEM师资力量向校外良性输送，只有这样，才能在校内外互补的过程中推进校外STEM项目的专业化。

（三）建立有效的评估机制，防止校外STEM项目的盲目发展

美国校外STEM项目对美国学生学习STEM发挥了显著作用，但并不意味着移植美国校外STEM项目的实施模式到其他国家地区就能产生同样的积极效应，为了确保校外STEM项目评估的健康发展，必须要以项目的独特性为基点，建立及时、有效的评估机制，为校外STEM项目发展提供真实、客观的数据。就美国校外STEM项目的评估而言，无论是个体层面的学生STEM成就评估框架，还是项目系统层面的三级评估模式，都有其鲜明的特点，都是为了防止校外STEM项目盲目发展，所有评估核心都是为了确保校外STEM项目指向学生的STEM成就发展。有必要指出的是，一套完整而又科学的评估机制决定着校外STEM项目能否可持续发展。因此，我国在实施校外STEM项目时，必须理清项目实施中的可评估要素，围绕学生的STEM成就发展为中心，以校外STEM项目投入和产出作为评估的主线，构建个体-项目-区域三级有效评估机制，发挥指向发展的评估功能。只有在这样的基础上，才能为校外项目的开展提供合法性地位和源源不断的资源支持，才能真正实现STEM育人目标。