STEM教育实践的主要表现型态论析

杨启光 袁欣

摘   要 基于项目的STEM教育实践主要是通过联结正式学习与非正式学习的教育型态，开展普遍性的社会实践，以实现社会本位的教育实践目标。正式学习方式的STEM教育实践，主要围绕营造STEM校园文化氛围、建立校内外STEM项目的有效衔接、优化STEM课程教学模式等内容展开。作为非正式学习方式的STEM教育实践，强调为学习者提供契合的学习时间、环境、经历与实践，着重培养学生在知识、技能、态度和情感上的全面发展。

关键词 STEM教育  正式学习  非正式学习

随着STEM教育不断受到关注，STEM教育正逐步应用到教育教学实践中。在广泛的STEM教育实践中，逐步形成了将正式学习与非正式学习两种类型进行有效联结与融合。本文主要以正式学习与非正式学习活动为主要视角，分析正式和非正式的STEM教育实践活动的主要表现与趋势，以此积极推动STEM教育的未来发展。

一、基于项目的STEM教育实践的学习特性

1.突出知识的整合

（1）学科知识间的整合

以项目为载体的STEM教育要求嵌入真实情境和真实问题，同时在问题中注重多学科知识的交叉组合，形成结构化的逻辑课程结构。通常是将跨学科的知识内容嵌入问题情境中，让学生在完成项目活动的过程中寻找各学科知识的整合点，完成多学科知识系统建构任务，促进学生元认知能力的发展。

（2）学科知识和社会实践知识的整合

STEM教育的知识整合不仅包括学科间知识的整合，还包含整合社会实践经验的STEM教育。经验也是知识，实践经验和学科知识的最大差别在于实践经验往往需要具备一定的实用性。基于项目的STEM学习实践就是让学生将习得的学科知识转化为可用于解决实际生活问题的社会实践，将客观的知识应用于实践。

（3）学习者间知识的整合

基于项目的STEM实践是以学习者为中心的互动学习模式，强调通过团体成员之间的交相互动，探究学习实现STEM知识的获得、整合和应用。学习者会在项目的解决过程中，交流、传递、生成和更新各自的知识经验，这种由特定时间和空间积累的零散知识会在项目完成的过程中抽象成普遍系统的深刻知识，使得学习者的知识结构走向深度化、多元化和前沿化。

2.关照学习者的经验

（1）立足学习者的直接经验

基于项目的STEM教育一方面彰显直接经验的个人意义，另一方面尊重间接经验的对立，在建构主义学习观引领下关注学习行为、合作精神、探究体验，更重要的是将学生感兴趣的社会问题、科学道德问题、热点科学问题等引入活动环节之中，使之作为导火索或一种情境，赋予STEM科学人文气息。

（2）回归学习者的生活世界

尽管充满客观逻辑的科学世界在一定程度上是超越主观的生活世界的，但是只有回溯到生活世界，科学世界才会变得更加温暖，更具有真理的意义。因此，基于项目的STEM实践活动立足于突破传统学习的疆域，回归学习者的真实世界，让学习者作为意义的主动建构者，积极参与到日常生活中发现和提出具有价值的某个专题，构建一个学生感性的实践活动。

（3）关照学习者的社会价值

基于项目的STEM主导的学习价值遵循着社会本位的学习目标，即个人的发展要符合社会的需求，在个人本位和社会本位的整体发展关系上，倾向于将社会本位作为指导。正如澳大利亚学术研究会提出的，STEM教育不仅要包含科学和数学，还涉及健康、医疗、农业等领域，以期创造一定的社会经济价值。

3.注重协同学习

（1）借助互联网支持下的协同学习

教师可以借助互联网寻找STEM经典教学案例或者上传优秀教学视频或课件实现网络资源的共享。学习者借助互联网有针对性地查询自己在项目探索进程中需要的信息，同时可以通过网络交互工具与项目成员之间保持必要的交流。此外，基于项目的STEM教育常常会借助计算机科学技术实现学生在虚拟的情境化中对现实情境的体验，实现人机交互。

（2）注重研究为基础的协同学习

基于项目的STEM教育是让学习者对已有的经验规律进行深入研究，从而发现领悟现有知识中存在的不足。让学习者研究某一领域背后蕴含的真正哲理，其目的不仅是让学习者在研究过程中实现现有知识的应用，同时让学习者在获得更具有现实价值产品的过程中实现科学探究精神和创新能力的发展。

（3）搭建学习支架的协同学习

支架式学习意在学生的现有水平与潜在发展水平差距之间搭建恰当的支架，包含情境性支架、策略性之家、资源型支架、交流型支架和评价型支架五种类型[1]。在STEM教育项目中，支架可以給学生在现有的水平与要完成任务之间提供帮助，让学习者能够感知多学科的科学语言和隐性知识的体悟与理解，同时让不同类型的学习者根据需求选择恰当的素材工具以利于STEM学习者知识的表征和意义建构。

（4）强调多方共同体评价的协同学习

基于项目的STEM教育要求多角度对个体、项目、区域共同体的角度进行多方评价，具体包括学生在项目中的参与度、学生的技能发展、知识内容的转变、价值观的提升以及参与到STEM项目后的兴趣变化等[2]。由于基于项目的STEM教育并不是只有学习者自身的参与，还包括项目、支架、协助者等各要素之间的互动沟通流动，因此多方协同的评价内容不仅为参与者的具体发展提供依据，同时能够保证评价的整体性、适切性和参与性[3]。

二、作为正式学习的STEM教育实践活动

1.STEM校园文化氛围的营造

（1）自然认同

近几年STEM教育发展态势迅速，很多地区和学校通过各种方式吸引更多学习者加入到现有的STEM实践活动中。这主要归功于学校将STEM教育的先进理念渗透到日常学习之中，引导教育改革符合时代发展的特点，使基于项目的STEM学习实践在课程、教学、校园文化活动等方面得以充分体现。

（2）强化认同

根据基于项目的STEM教育的实践性特点，学校在积极营造和谐STEM文化的同时通过强制手段在学校内部建立STEM教师团队带动学生共同参与STEM教育实践。具体方式是专业教师向学生介绍STEM教育研究现状，积极开展STEM教育课堂，鼓励和吸引一部分学生加入STEM项目实践中，有针对性地提高学生的兴趣以增强学生的积极情感体验，吸引学生从事STEM教育事业。

（3）理解认同

项目成果是深入理解STEM教育的真谛，而鼓励创新交融是STEM教育创新成果的应然途径。具体做法包括在学校设立STEM教育专项基金，开展STEM科技文化节，建立科技实验室、虚拟现实功能教室，积极展示教师团队或者教师和学生合作团队生产的创新成果。同时STEM教育提倡学生之间、教师之间、学校学习者和专家之间以及学校和社会企业组织之间建立协同联动的网络共同体，共同推进STEM实践活动的发展。

2.STEM学习实践活动的设计

（1）开放层次化多元化的学习目标

基于项目的STEM实践活动会根据学生现有发展水平明晰学习目标。澳大利亚开发的“多功能救助车辆”项目实践活动中，将“为什么需要一个新型救援车，新救援车辆必须能够做什么”作为小学阶段需要完成的教学目标，“哪些已有的知识可以用来构建救援车辆”作为中学阶段尝试解决的教学目标，“我们如何给客户提供最好的设计”需要高等教育阶段进行优化设计和评估改进[4]。同时对于相同年级的学生，也会根据学生个体之间的差异设置多元化的学习目标。这种在不同的学习阶段设置与学习者相适应的学习目标，不仅能够保证学生在完成任务目标时体验成功的喜悦，进行思维的锻炼，同时能够帮助他们认识到完成更深层次任务的潜在发展空间。

（2）设计一致性和连续性的学习任务

STEM教育实践活动的一大创新之处就在于将K-12和高等教育结合起来解决未来工作场所的学习需求，在中等教育和高等教育之间建立桥梁。对于小学生而言，STEM教育实践活动在于帮助他们获得能够终身学习的技能，教会他们成为一个终身学习者。对于初中生而言，在于激励和鼓舞他们解决现实生活出现的问题，在项目实施过程中找到兴趣方向。对于高中生而言，基于项目的学习在于给学生一个机会探索自己的兴趣，培养学生独立完成问题的能力，并使他们在解决问题的过程中实现对概念的深刻理解。因此STEM教育实践活动在于使不同年级阶段的学生根据他们的身心发展特点完成不同阶段的学习任务，从而保证学习阶段的一致性和连续性。

（3）构建知识情境依存性的学习环境

情境学习理论发源于“情境理性”的知识观，强调不同的情境会让学生感知不一样的知识，在情境中学习会让学习者感知真实的场景，实现学习者的“合法参与”。基于项目的STEM教育实践活动通常以游戏的方式或者虚拟的情境让学生实现做中学、玩中学、体验中学的目的。英国一所高校开发的“生态虚拟环境”游戏就是利用现代技术为学生营造一个虚拟的情境，这种教育游戏具有很强的代入感和挑战性，有利于激发学生的STEM学习兴趣[5]。

3.STEM学习实践活动的开展

（1）展开校内外合作，共同开发综合性课程

基于项目的STEM课程开启了课程开发的范式转换。这种转换表现为课程不仅仅是国家课程和校本课程的开发，通常集合了学校、教师、学生和社会各界的力量共同开发一个精准项目活动保证以项目为载体的STEM教育现实价值的充分发挥。

（2）联合高校等开展教师教育，促进STEM教师的专业发展

当前STEM正式学习缺乏专业教师教育，学校构建STEM教师团队鼓励教师协作发展，共享知识资源，共同商讨促进学生成功的策略。同时学校与高校、博物馆、科技馆、企业组织、社区之间展开有效沟通，通过工作嵌入式的方式，共同促进专业教师的发展[6]。

（3）各组织部门共同参与，搭建合作交流平台

基于项目的STEM教育需要互联网技术的支持，意图通过技术提高教学、学习和研究。学校可以通过建设数字化探究实验室开展生物、化学实验教学活动，另外可以与校外技术人员创建实践社区，搭建共享的协作学习环境，帮助学习者之间进行广泛的学术交流。

三、作为非正式学习的STEM教育实践活动

1.契合学习者社会诉求的学习方式

（1）开放自由交流的环境和时间

与正式学习相比，非正式学习下的STEM教育有更为宽松的实践时间。非正式学习下的STEM教育通过给学生提供更为自由轻松的交流环境，通过彼此间更高效的沟通促进更为深入的学习研究，同时富有道德关怀的专业服务人员通过对学生有针对性地指导和帮助，更能够激励学生勇敢探索自己的想法，促进学生学习的兴趣。

（2）丰富亲身经历的现实情境

非正式STEM教育不仅可以提高不同性别和种族的学生在该领域的学习兴趣和社交能力，同时满足学生在社会经历和社会实践方面的需求[7]。非正式学习下的STEM教育可以给学生提供现实的亲身经历，这种亲身经历相较于实践经验而言则更具内涵。例如学生在了解关于环境可持续性发展的话题时，就有机会参观和体验“太阳能住宅”，这种让学生们在参观体验过程中学习太阳能电池的概念和工作原理，并且学习思考如何建造一座不需要电网的的房子更有助于学生直面问题、思考问题、解决问题。

（3）发展连贯性的社会实践

基于项目为载体的实践活动具有整合知识和协同性、实践性的特征。因此，开展一个连续的实踐活动对于已完备成熟的STEM学习团体而言更能够保持知识系统的连贯性。例如“美国自动车辆系统”（简称AVS）实验室就针对中学女生开展了为期五天的STEM夏令营活动。这一活动主要包括学生团队合作组织设计EV3水下机器人进行日常挑战和比赛[8]。

2.耦合三維学习目标下的学习内容

（1）设计包含整合性知识的实践项目

有效的非正式学习不仅可以有效弥补正式学习时间和教师专业发展不足的缺陷，同时可以在项目实践的过程中实现知识的理解和获得。学生们通过智能手机中安装的应用程序构建和控制EV3乐高头脑风暴机器人，通过生物启发式机器人理解学习机器人制作、计算机编程的基础知识，控制机器人，并通过学习感官和理论探索反馈理论的概念机器人的感觉运动组件。

（2）提升女性STEM兴趣和技能的文化实践

很多研究表明，女性在科学技术领域的参与率很低，而非正式学习下的STEM项目则是为打破这一现象做出的具体努力。AVS举办的夏令营就是为了改变女生对STEM教育的刻板印象，专为中学女生提供的免费夏令营活动。

（3）联结不同学习背景经历的项目成员

非正式学习下的STEM教育有别于正式学习下的严肃面貌，旨在运用更适合学习者的语言体系，让学习者与更顶尖的专家或者学者进行对话，以保证学习者在项目实践中真实受益。宾夕法尼亚大学的专家就在K10～12年级的学生完成生物学科知识学习后与他们进行了深入的交流，并为他们提供了临床实践的机会。

3.联合分层次教育组织系统的学习管理

（1）策划者和管理者的有利沟通

策划者指发起该项目的社会组织部门的成员，主要负责项目活动的开发，与其他参与者建立联系，寻求资金。管理者指通过财政、法规、实际行动支持该项目完成的政府部门。例如AVS开展的夏令营项目资金和指导者主要来源于德克萨斯州高等教育协调委员会和当地教育部门的支持，此外海军办公室还提供了六台遥控水下机器人供学生进行比赛。

（2）学习者、指导者和协调者的有益尝试

学习者主要指参加实践活动的成员，指导者是筛选出来的专业指导人员，是学习者完成项目的关键人物之一，主要是对学生进行项目指导，实现对学生学术性和技术性的指导。协调者指根据策划者和管理者的沟通，负责配合指导者完成教导任务的团体组织专业人员。美国AVS实验室针对中学女生开展的STEM夏令营活动中，AVS实验室的两名博士和本科院校的五名助理，以及当地学区的三名中学教师和专业技术人员对学生进行了指导，五名美国海军作为协调者帮助学生进行水下机器人竞赛。

（3）学校、家庭、社区以及社会组织的有效参与

非正式STEM项目通过与学校之间展开合作，借助校外博物馆、科技馆等教育资源充分展开教育实践。同时在学生和家长之间建立有效的联系，促进家庭成员之间的沟通。例如在非正式学习活动结束后举办午餐宴会，宴请包括他们的父母、老师、大学的管理人员、大学教师和研究生等。

参考文献

[1] 张瑾.STEM+教育中学习支架设计研究[J].现代教育技术，2017，27（10）.

[2] 陈舒，刘新阳.美国校外STEM教育成效评价：视角、框架与指标[J].开放教育研究，2017，23（02）.

[3] National Research Council.Identifying and Supporting Productive STEM Programs in Out-0f-School Settings[M].Washington，DC：The National Academic Press，2015.

[4] Capraro R M， Slough S W. Why PBL？ Why STEM？ Why now？ an Introduction to STEM Project-Based Learning[M].STEM Project-Based Learning. SensePublishers， 2013.

[5] 郑浩，王者鹤，马永红.OECD“催化剂项目”中的STEM教学模式及其启示[J].中国电化教育，2017（08）.

[6] Friday Institute for Educational Innovation.Middle School STEM Implementation Rubric[DB/OL].https：//www.ncpublicschools.org/does/stem/schools/rubrics/middle-school.pdf.2016-10-09.

[7] 杨全印，卓泽林.美国非正式STEM教育探究：地位、标准和影响[J].全球教育展望，2016，45（12）.

[8] Sreerenjini C. Michael. miniGEMS 2016 STEM Summer Camp for Middle School Girls[DB/OL].https：//peer.asee.org/minigems-2016-stem

-summer-camp-for-middle-school-girls