美国STEM教育对创新人才培养的启示

马文娟 马建军

摘  要 近年来，随着人才需求的多元化和复合化，STEM教育备受各界关注。美国政府出台一系列关于STEM教育的政策性文件。阐述和分析STEM教育的起源、理念、重要措施、关键阶段、发展途径和难点，提出在小学以科学为核心，在地方师范院校以培养全科教师为抓手，广泛开展STEM项目综合性练习，激励教师不断学习，平衡教学与科研的关系。

关键词 STEM教育;创客教育;融合教育;创新人才;科学课;全科教师

中图分类号：G650    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）16-0134-03

U.S. STEM Education for Innovative Talent Training//MA Wen-juan， MA Jianjun

Abstract In recent years， with the talent demand of diversity and compound， STEM education received attention from all walks of

life. The United States government introduced a series of STEM education policy documents. This article， from the STEM educations

origin， concept， the important measures， the key stage and ways of development and difficulties， put forward in the elementary school science as the core， in the local communities in normal colleges is

to train general practitioners teachers， extensive STEM project com-

prehensive practice， encourage teachers to learn， to balance the rela-tionship between teaching and research.

Key words STEM education; maker education; inclusive education; innovative talents; science; general-subject teachers

1 引言

2013年5月，美国政府结合多年STEM教育经验，由国家科学技术委员会、联邦教育部、国防部等多个部门和机构联合发布《联邦STEM教育五年战略计划》（Federal STEM

Education 5-Year Strategic Plan）这一政策性文件，安排与部署STEM教育的实施方案和具体做法。

从文件中获悉，在美国教育各学段都提倡学生修读科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）（简称STEM）领域的学科，希望培养符合各学段学生特点的科技素养和理工素养，以保证美国的世界地位。STEM教育在美国备受关注。

当然，随着STEM教育的发展以及STEM教育带来的各种影响，其他国家也开始重视STEM教育。如澳大利亚政府从国家层面开始要求年轻人必须具备STEM技能和知识，并出台了《STEM学校教育国家战略（2016—2026）》，这一举动显示了澳大利亚政府开展STEM教育的决心。我国也不例外，在出台的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中正式将STEM教育发展列入国家中长期教育发展纲要。

STEM教育是一种跨学科、跨领域的教育，学生综合运用多学科知识，以此来提升自己的探索能力、研究能力和解决实际问题的能力等。它是美国政府为了提升国家的核心竞争力而做出的一项教育战略。笔者认为，我国的STEM教育还较多地停留在单纯的课程整合上，如现阶段出现的联动课、综合课程等，只是将多学科进行整合。而STEM教育提倡的是一种融合的教育思想，是将四个学科领域进行有效融合。融合不同于整合，融合应该是一种较高的理念，是一种真正意义上的跨学科、跨领域的教育。

2 美国STEM教育分析

创客教育是STEM教育的起源  《联邦STEM教育五年战略计划》中多次提到要塑造美国学生的创造力，并且提到养成美国学生创造意识迫在眉睫。美国国家科学理事会（NSB）于1986年颁布的《本科的科学、数学和工程教育》就谈到创新问题，该政策性文件被视作美国STEM教育的战略开端。随后的一系列政策性文件，如美国国家科学基金会（NSF）于1996年颁布的《塑造未来  本科教育振兴战略》，美国认证协会（ACI）于2006年颁布的《美国竞争力计划》，美国国会于2007年颁布的《美国竞爭法》，国家科学技术委员会（NSTC）于2010年颁布的《准备与激励：为了美国未来的K-12科学、技术、工程和数学教育》和《2010年美国竞争再授权法》，以及2013年颁布的《联邦STEM教育五年战略计划》等，都始终围绕创客教育论述STEM教育的发展，从美国preschool、K-12、undergraduate education

和post-graduate education不同学段的教育探讨如何开展STEM教育。

从以上政策性文件分析，越来越多的研究者开始关注如何利用创客活动来推动基于STEM的非正式学习，可以说，创客教育为STEM教育的实施提供了可能。

融合教育是STEM教育的理念  《联邦STEM教育五年战略计划》中谈到，STEM教育的各个理工科整合一定要细化、具体。其实，在一定程度上，STEM教育倡导的已经不是整合教育，而是多学科的融合，是将融合教育的理念渗透其中，是一种多学科的集成教育。

项目探究是STEM教育的重要措施  目前，最为可行的办法是在基于项目的教学中渗透STEM教育。“火箭计划”是一个非常典型的STEM教育教学案例[1]。

1）“火箭计划”的第一部分。“火箭计划”这节课的主题是火箭。起初，教师需要给学生普及知识，如火箭的定义、宇航员的职责、登月计划（Lunar Mission）等知识，通过这些前期知识的介绍，帮助学生形成火箭设计的知识基础，为后续项目的顺利开展奠定基础。在教师介绍这些内容时，有学生对月亮是Moon还是Lunar很好奇，教师可以就此进一步展开讨论。在这部分，学生了解项目的背景，涉及天文方面的知识，比如什么是火箭、宇航员的工作职责、登月计划等;涉及历史方面的知识，比如我国登月史、Lunar

名字的来源、月亮的来源等;涉及英语方面的学习，比如给学生讲解单词Lunar和Moon的区别等。

2）“火箭计划”的第二部分。在项目的第二部分，教师接着介绍：“如果要实现登月计划，就要考虑宇航员的食物和水，可是食物和水要安排多少呢？如果食物和水的数量不够，宇航员就会饿死或者渴死;如果食物和水的数量太多，火箭又承载不了，那该怎么办？”此时教师已将项目的核心问题抛出，要求学生设计一枚火箭，能携带宇航员登陆月球，具体项目设计任务如图1所示。

接着，学生就会向教师提出一系列问题：登月计划是多少天？宇航员每天食物的需求量是多少？水的需求量是多少？参与登月计划的宇航员有几个人？……教师请学生罗列出所有他们认为要解决的问题，紧接着将学生所提的这些问题进行汇总、归类，罗列出大家共有的问题清单，再利用头脑风暴补充新问题，最终得出新的问题清单。这时，教师给出假设登月计划是七天，要求学生按照问题清单，计算并回答这些问题。学生逐一讨论，就得到估算补给用量的所有线索。

通过项目第二部分，学生通过罗列问题，提高了解决困难的能力;通过相互之间的讨论，大大提高了合作能力。

3）“火箭计划”的第三部分。接下来，教师给学生三张线索卡片：第一张卡片上写着宇航员的姓名;第二张卡片上写着每个宇航员每天消耗2 Bottles of Water和3  Meals;第三张卡片上写着火箭可能的能量补给。接着要求学生根据七天的登月计划，策划：

①总共需要多少水？

②总共需要多少食物？

③火箭还需要补充多少补给？

通过项目第三部分，主要锻炼学生在实际问题中运用数学知识，将数学运算作为解决实际问题的根本。

4）“火箭计划”的第四部分。教师给出火箭、座位、油箱、食物、水等物品，要求学生根据火箭的补给能量，在自己设计的火箭中装上所需物品。

这部分主要是让学生对火箭进行内部设计，同时训练学生的综合思维，如：火箭如何运行？火箭内部结构如何设计？火箭能承载多少物品？

本科教育是STEM教育的关键阶段  在《联邦STEM教育五年战略计划》中提到的重点投资领域，即加强STEM教育中的本科生教育和增加本科生的人数，提道：“增加本科阶段进入STEM教育领域学习的学生人数，为后续STEM教育研究做好准备。”也多次强调本科生的STEM教育不容忽视，本科生是未来社会的核心力量[2]。

美国高等教育阶段的学生选择主修STEM学科领域的人数在减少，不仅仅是本科生，研究生的数目也在减少。这将导致本科生或研究生毕业后从事STEM领域的工作人数减少，即国家科学技术人才减少。因此，如何增加高等院校学生选修STEM学科领域的人数，这是高等教育阶段STEM教育需要解决的重要问题。

师资建设是STEM教育的发展途径  一项教育计划的实施离不开教师。教师不仅仅是计划的执行者，更是计划的制订者。一项教育计划执行的关键在于教师的业务素养。因此，提升师资水平对开展STEM教育具有重要意义。为此，需要给教师提供一流的教学资源、先进的课堂教学工具，满足教师在教学过程中运用各方面的知识讲授复杂的科学技术、分析多样的社会问题，引导学生积极主动地思考，培养学生探索知识的能力、解决困难的能力、创新能力、研究能力等，为学生以后胜任STEM职位做好准备。STEM教育的实施对教师的要求很高，教师不仅要讲授科学知识，更要培养学生的科技能力和创新能力，这才是STEM教育的根本。

高效教学是STEM教育的难点  由于STEM教育是基于项目的探究学习，是跨学科的融合教育，是集多学科为一体的教育教学，它没有明确的教学大纲，没有具体的教学内容，更没有明确的教学进度和完善的测评机制。因此，如何高效开展STEM教学，是STEM计划的一大难点，也是美国政府一直在探讨的问题。

3 美国STEM教育对创新人才培养的启示

尝试在中小学以科学课为核心，在高校以全科教师培养为抓手，全面开展科学教育  STEM教育直接推动着国家教育，STEM教育的關键是培养学生的科技能力和创新能力。针对我国的发展趋势和教育现状，执行STEM教育势在必行。笔者认为，我国应尝试大力发展科学教育，在部分中小学校尝试打破传统的以语数外为核心的模式，将科学课作为教学核心，增加全科教师全面负责科学课教育。

在小学，将科学课程作为主修课程，在学时、课程学习时段等方面给予与语文课程、数学课程、英语课程同等地位，做到每天都安排科学课程学习，其学习形式可灵活多样，如室外观摩、作品设计、创意展览、探索发现等。甚至可以在学时安排上再加大，将学生家长动员起来，分时段参与学校科学课教学，全面立体化地营造科学知识的学习氛围，培养小学生的基本科技意识与科技能力。

在中学，可以考虑在高考科目中增加对科学课和创意作品设计等内容的考查。在日常教学与管理中侧重理工课程的教学与管理，全面培养中学生的理工素养，努力提升中学生的科技能力。

在大学，建议地方师范类院校人才培养尝试以全科教师培养为抓手，全面改革科学教育方案，实现与中小学科学课教育对接，将我国科学教育落到实处，开展符合国情的STEM教育。

开展STEM综合项目  美国STEM教育研究机构认为，各个学校应该大力开展STEM项目和STEM课程，全面培养学生的实践能力、创新创造能力、科研能力、解决问题的能力等，努力提升学生的综合素养。美国商业和工业领域也十分重视STEM教育，因为他们急需受过良好STEM教育的人才。有些企业和学校联合开发STEM项目，给学生提供更多的实践机会，让企业员工或者是企业培训师和学生共同完成STEM项目，锻炼学生运用STEM知识的能力，同时增强学生对STEM项目的学习兴趣和对STEM投入更多的关注。STEM教育在美国各个领域备受关注。

笔者认为，在我国高等教育中，通过应用型专业的设置和与地方紧密对接的关系，建立一些校企合作项目，聘请企业领导人、科研骨干承担高校大学生项目的“双指导”教师，从不同的角度指导学生开展项目活动。这样，学生在项目执行过程中既可以学习到实用性强的技术，也有效地缩短了学生毕业后走上工作岗位的适应期，实现大学教育与社会需求有效对接。

激励教师不断学习，平衡教学与科研  目前，高等学校教师具有双重角色：一是承担大量的教学任务;二是开展自己研究方向的相关领域研究，他们每年需要撰写一定量的学术论文或者出版相关书籍等。尽管如此，一些高校教师“痛并快乐着”，因为他们的各种科研活动可以获得一定奖励，不愿承担过多的教学任务，也很难在教学模式、教学方法上改进，而是将更多的精力放在研究上，放在获取各种奖励上。对此，高校应改变固有的奖励制度，实施教师问责制，引导教师平衡教学和科研。另外，也可加大兼职教师的选聘，让部分兼职教师承担STEM教育，全身心开展STEM教育。同时，全职教师可以把更多的精力放在STEM教育相关领域的研究上。

4 结语

近年来，美国对STEM教育的发展足够重视。美国政府强调要進行跨学科、跨领域的教学，以此完善大学生的多学科知识结构，开阔大学生的知识视野，提高大学生的基于创新和团队合作的实践能力等，培养大学生在未来新经济形态下所必须具备的基本素养。我国要提高综合国力，改善当前教育面临的困局，就必须借鉴美国STEM教育的相关理念，加大对STEM教育的重视，出台STEM教育相关政策文件，督促各级学校以提升学生核心素养和核心竞争力为突破点，切实将STEM教育落到实处。

参考文献

[1]美国学生都在学的STEM课程，是什么样子的？[DB/OL].

http：//baobao.sohu.com/20160818/n464914781.shtml

[2]李慧，王全喜，张民选.美国STEM教育的探析及启示[J].上海师范大学学报：哲学社会科学版，2016（5）：144-152.