关于发展STEM教育的思考与建议

黄皓 马宇澄

[摘 要]基于科教兴国的战略，有必要对STEM教育的前期经验和复杂问题进行分析。STEM师资培养是STEM教育破局的重中之重，基于国情和教育实践情况，要想进行全方位的课程整合难度太大。因此，项目教师和单科综合教师两种师资培养方式都有可取之处。STEM教育顺应了社会发展和个人成长需要，它的力量值得关注。

[关键词]STEM；师资培养；项目教师；单科综合教师；教育试点

一、问题的提出

基于科教兴国的战略，STEM教育已成为一个热门话题。2016年颁布的《教育信息化“十三五”规划》中指出，“在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，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力”。显然，基于国情和教育实践的不同，STEM教育的落地无法生搬硬套。

二、英美两国STEM教育现状

1.美国STEM教育现状

（1）政府引导和顶层设计

由于政府的高度重视和严谨规划，美国的STEM教育近年来迅猛发展并取得了明显效果。近三十年来，美国历届政府连续发布多项关于发展STEM教育的指导性文件，强调STEM教育对于增强美国综合国力的重要战略地位，并在项目设计、资金保障等各方面给予大力支持。

（2）师资培养

2016年，美国发布了《STEM 2026：STEM 教育创新愿景》报告，指出需要整合各学科，开展与真实世界有关的任务探究。为了这一目标的实现，具有跨学科背景的师资力量急需加强，迫切需要通过有针对性的师资培训，帮助教师获得跨学科STEM学习经验，提倡教师将STEM教育融入课堂教学，而不仅限于课外拓展范围。

（3）核心课程

在美国，与STEM相关的核心课程主要是数学、科学和信息技术。虽然备受重视，但这些课程的开展依然困难重重。2005年，全国教育进步评估（National Assessment of Educational Progress，NAEP）的结果显示，美国总体上只有1/3的中学生在数学和科学能力方面达到了国家要求。美国工程和技术人才缺口较大，K-12阶段工程教育的发展严重不足，而工程教育又特别依赖科学和数学知识。

2.英国STEM教育现状

（1）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，英国教育与技能部发布《2004—2014科学与创新的投资框架》，将STEM教育的重心拓展到科学教师和讲师的质量上。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。

（2）师资培养

在英国，国家科学教育中心为教师提供网络学习机会，STEM职业发展中心支持工商界和教育界之间持续的知识交流。增加中小学数学和科学教师的编制，提升现有教师STEM技能，分别进行传统型和混合型STEM教师的培养，打造STEM教师队伍。

（3）核心课程

英国STEM教育课程的设置与中小学的课程结构相一致。在英国，国家课程将学生学习的4个关键阶段（第一阶段为5～7岁，第二阶段为8～11岁，第三阶段为12～14岁，第四阶段为15～16岁）和12个基础科目（英语、数学、科学、设计和技术、信息和交流技术、 历史、地理、现代外语、艺术和设计、音乐、体育、公民）组织起来，数学和科学被安排在整个基础教育阶段，待学生对基础科学知识有了一定了解，科学探究能力的培养将在第三和第四阶段进一步展开。

三、STEM师资培养困境的破局

中学STEM教育的目的并非培养STEM专业人才，而是关注“在海量的信息流和飞速发展的当下，我们的青少年是否能够在真实情景中像‘科学家或者工程师那样思考和实践”。跨学科师资的培养不可偏离这个方向。

1.一级培训的局限性

依靠英美的STEM培训机构（如英国CLEAPSS机构）为我国培养合格师资很难满足现实需要。笔者分别在2015年和2017年两次接受了英国STEM专业培训师的培训，培训内容几乎完全相同。这种培训有以下特点。

（1）培训费用较高

STEM培训机构开发课程并通过多种渠道向各级学校推广，所展示的内容覆盖了从小学到大学的各个学段。学校付费成为会员后，可直接使用现有课程并接受相应培训。但这笔费用，我国的绝大多数学校难以承担。

（2）教育体系不同

英美的教育体系和我国差别较大，所开发的课程直接用于中国难免水土不服。例如，英方教师认为：“由‘简单机械组成的复杂机械”是大学才学习的内容，为什么你们在初中就学了？”又如，英美的STEM教育多以拓展课程的形式来落实，我们则更希望探索与常规课程的渗透与融合。

（3）STEM教育理念有差别

英方教师认为STEM教育重在理念，只要能主动应用科学、工程、数学来进行教育实践，就是STEM教育，至于具体形式是数理化生的跨学科综合还是单一学科内部的综合，那都不是问题。如在培训中，英方的两位培训师，一位是跨学科综合的专业培训师，另一位是物理学科内部综合的专业培训师。我国学者目前普遍认为，STEM教育应是更提倡用跨学科方法解决真实世界的具有挑战性的问题，要打破学科之间的壁垒，使学生获得多学科解决问题的经验。有的人认为STEM教育是为了国民科学与技术素养的提升；有的认为是为了促进我国科学技术领域拔尖人才的生长，亦为填补我国基础教育中学科融合理念及科研方法培养的缺失等。对这些理解，英方教师表示“可能是文本翻译时的理解问题，因此不便置评”。推崇应建立在真实了解的基础上，借鉴必须依賴具体国情。可见，依靠英美STEM培训机构为我国大量培养合格师资存在局限性。

2.二级培训的可能路径

如果将一级培训的目标定位与STEM教育理念的接轨，培训将卓有成效。接受一级培训的学员如能在自己的教育实践中不断探索和总结，便有可能成为合格的二级培训教员。

（1）项目教师培养的可能路径

以北京市八一学校（以下简称八一学校）的探索与实践为例，培养项目教师要考虑两方面的问题。

一是如何培养教师进行课程整合设计与实施。STEM的技术性、体验性乃至实证性与学校现有课程体系中的通用技术课有相似之处；而跨学科、协作性等又符合研究性学习的特点。于是，学校以通用技术为切入点，整合研究性学习，以项目研究的方式开始了STEM教学的尝试。并以通用技术学科的选修模块为载体，开设了7门课程供学生选择。在教学内容上，先对学生进行研究方法的通识培训，继而是基于任务的模块基础内容的学习。学生在该模块领域内自主选题，以项目研究的方式完成接下来的学习。例如电子控制与单片机模块，涉及电子技术、控制技术、传感技术及计算机编程等内容，将硬件平台和软件程序相结合，整合物理学、电路原理、计算机等跨学科知识。学生可以自主设计多样化、个性化的电子控制项目方案。

二是如何培养教师进行日常教学与活动设计。八一学校的课程实践采取师生共同参与培训的策略。比如在3D打印机制作项目中，学校有三十多位教师参加了学习。通过历年培训结合实践项目，STEM逐渐作为一种教学方法渗透到日常教学。随着实践的不断深入，八一学校探索出了一个可行的方向，即以项目为引导，通过做中学的方式进行课程设计和实践。在这个过程中，一批胜任STEM项目教学的教师也逐步成长起来。

（2）单科综合教师培养的可能路径

以无锡市第一女子中学的探索和实践为例。2013年起，学校开始进行本土化的STEM教育探索，结合校情，选择了以物理综合实践活动为突破口。

一是概念界定。中学物理综合实践活动是一种应用STEM教育的思想方法组织物理教学，以提高学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任的物理教育教学活动。研究团队在实践中认识到物理综合实践活动不应局限于课外活动范围，因此将研究深入到课堂教学。

二是如何培养教师进行教学内容整合设计与实施。以“综合实践活动——设计制作一个由简单机械组成的机械模型”为例。学生自主设计使用两种简单机械组合成复杂的机械模型。教師将实践设计成课前实践和课上实践。课前实践主要完成有兴趣的操作和思考，课上实践主要完成有意义的交流和总结。笔者曾与英方教师分享了所在学校研究团队将STEM教育本土化的实例（见表1），获得了他们的高度认同和赞赏。

三是如何培养教师进行日常教学与活动设计。科学离每个人都很近。每个学生都能拥有科学素养、运用科学知识，并拥有自己的“科学梦”。呵护每个学生的科学梦，应从改变学生的固有认知、激发兴趣开始。应使学生保持对科学的好奇心，拥有基本的科学知识、思维方式、操作技术，并适应多元化的社会环境。现阶段，执教者期望结合中学现有教学内容，开发适合学生实施的系列活动。因此，研究团队采取以下做法。其一，面向全体学生。STEM教育面向全体学生，但由学生自主选择做什么和怎么做。目的是让全体学生享有平等的教育机会。其二，少数既有兴趣又有能力的学生，可自主选取教材的部分内容进行探究实验，并向全班汇报活动成果，获得师生的反馈。其三，根据多数学生的实际情况，选取教材的部分章节改编成集体活动，活动的共同点包括：探究任务和目标比较明确，情境创设有适度的障碍，背景资料、探究方法等比较容易获得。其四，选择合适的教学载体。如将物理综合实践活动与日常教学融合，课堂教学在某种意义上就成了更大范围内的综合实践活动，活动自然就做到了常态实施，学科教师也就自然成了单科综合教师。

（3）两种路径的比较

“提倡用跨学科方法”是一个更好的理念，但实施起来更困难，尤其是培养对“跨学科”没有限制的“全科教师”，难度很大。因此，与八一学校的实践路径相比，物理综合实践活动的探索更贴近课堂学习，学科性更强，更适合植入目前的课程体系。物理综合实践活动基于学科，但不打破学科的原有安排，把学科知识和跨学科知识连接起来，从小切口进入，是一种“微创式”的创新，不需要耗费大量资源，可操作性较强。对于课程整合、课程统整来说，起到了牵一发而动全身的作用。

3.因地制宜，因校制宜

德国理论物理学家马克斯·普朗克曾说：“科学是内在的整体，被分解为单独的部门，不是取决于事物的本质，而是取决于人类认识能力的局限性。实际上存在着由物理学到化学，通过生物学和人类学到社会科学的链条。这是一个任何一处都不能被打断的链条。” STEM教育的本质是要推动不同领域特别是科学、技术、工程和数学四大领域知识之间的整合。它是要使学生学习到的多学科零碎的知识与机械的过程转变为探究世界的相互联系，多角度看待世界的复杂事物，并把它转化为探究世界相互联系的不同侧面的过程。每个学校都有不同的情况，因地制宜、因校制宜是应有之意。基于我国的国情，对普通学校来说，要想进行全方位的课程整合存在较大难度。因此，两种师资培养方式都有其可取之处。

四、对试点工作的建议

1.建议小学和职业院校全面试点

对小学生学习能力的科学研究表明，小学生具有强大的学习能力，他们可能缺乏知识和经验，但并不缺乏推理能力。小学生是主动的学习者，可以在恰当方法的有效引导下，学习更多基本知识和技能。同时，小学生的学业压力较小，有利于STEM教育在小学全面试点。

职业教育在我国现代化进程中的作用越来越凸显。STEM教育的发展，对职业院校（包括职业高中）教师的素质提升、教学质量的改善是一个重要的抓手，有利于建设一支素质优良、结构合理、专兼结合的高素质、专业化教师队伍。此外，职业院校与其它学段相比较，在文化、机制、体制、师资等方面具有得天独厚的优势。职业院校全面推进STEM教育，符合国家、社会和个人的利益。

2.建议初高中学段的试点精选并缓行

在初高中阶段教学的现实环境中，客观地讲，任何改革和尝试都有一定的风险，并需要一个长期的渐进过程，这从中高考制度改革便可见一斑。如果在初三、高二和高三学段进行试点，必定会遇到很多阻碍。因此，建议在初一、初二和高一学段精选能力和勇气兼备的教师，兼顾各个层次的学校，在小范围内试点，并需要在行政、学术和生活等方面给予相应的扶持，待取得一定的成效，得到多方认可后再逐次推广，不宜用行政手段强力推行。

综上所述，为什么要发展STEM教育？是因为它顺应了社会发展和个人成长的需要，有利于学科教育回归科学的更真实的自然状态；它不拘泥于单一学科的实际应用，可以有机整合多学科的知识加以综合应用。STEM教育很可能对核心素养的落地给出一个更具操作性的解答，也很有可能成为撬动传统课堂教学转型的一个支点，因此具有重大的现实意义。STEM教育的力量值得关注。

参考文献（编者略）

（责任编辑 郭向和）