基于微认证的STEM 教育生态模式构建

刘冠伊，于 琦

（辽宁师范大学 计算机与信息技术学院，辽宁 大连 116081）

一、引言

澳大利亚教育委员会于2015 年12 月颁布了《国家STEM 学校教育战略》，该战略确定了国家行动的五个关键领域：一是提高学生的STEM 能力、参与度和参与意愿；二是提高教师能力和STEM 教学质量；三是支持学校系统内的STEM 教育机会；四是促进与高等教育、企业和工业界的有效伙伴关系；五是建立强有力的证据基础[1]。

对比来看，我国STEM 教育生态模式缺乏整体方案，各级教育之间的衔接有待增强；且我国STEM 教育研究多处于理论思辨阶段，有待从实践着手对STEM 教育过程进行评估领域的探索与发现。

基于此，本文重点对比国际STEM 教育发展趋势，结合我国教育的优势、特色以及人才培养目标，借鉴国外STEM 评价领域的先进经验，提出构建基于微认证的STEM 教育生态模式，以期对我国STEM 教育的健康持续发展提供参考依据。

二、研究背景

1.各国STEM 教育的发展策略

STEM 教育的主要目标是培养创新人才以及培养学生分析问题、利用跨学科知识和工程思想解决现实生活中真实存在问题的综合能力。在学习型社会体系下，创新能力显然成为衡量世界各国竞争能力高低的重要因素，世界各国对于创新型人才的需求愈发增加，我国亦然。

各国为推进STEM 教育发展采取了不同的战略。从1986 年提出STEM 教育至今，美国全国都大力且持续地推进STEM 教育，包括制定《STEM 教育五年战略计划》，制定K-12 阶段的STEM 教育目标，改革传统学校教育，制定并完善符合STEM 教育目标的教材；大力推进博物馆STEM 教育，加强馆校合作；依靠社会组织建立“变革方程”，开展非正式环境下的STEM 教育研究，开展OECD“催化剂项目”等等。英国为解决STEM 技能缺乏的问题，通过国家科学学习网络专门开展STEM 教育专业教师的培养。德国2008 年制定的《德累斯顿决议》文件将MINT（同STEM 教育）教育列为教育发展的重要目标。虽然国外的STEM 教育已经产生了一定有意义、有价值的研究成果和教学模式，但我国的STEM 教育仍处于发展阶段，在STEM 教育的本质、本土化、课程发展、人才培养[2]、发展策略、模式等问题上，国内学者之间还存在着众多争议。所以我国的STEM 教育需要在各国的发展经验上不断总结、创新，结合我国现有国情和时代发展背景，创建我国STEM 教育新生态模式。

2.微认证（数字徽章、电子徽章、电子勋章）

微认证面向需求，明确标识每个微认证对应的能力要求和所需提供的证据材料，学习者可以选择他们希望获得的微认证，创建自己的微认证历程，并直接在社交媒体上展示。[3]

美国于2014 年提出建立STEM 学习生态系统，结合正规教育、非正规教育和课外活动三种形式，重视学生非正式学习的教学过程、开展模式与评价方式，并发挥各社会机构在STEM 教育中的协调作用，从政策和制度层面为学习成果认证提供了初步保障与支持。在“大众创新，万众创业”的时代背景下，学习者个性化学习成果源源不断地涌现出来且丰富多样。目前，我国用于非正式学习成果认证的方法主要是档案袋评估法、能力测试法、观测法、陈述法和模拟法等[4]。2017 年的《地平线报告》也肯定了数字徽章等微认证方式对推动高校教育改革的积极影响[5]。在创新时代和终身学习的大背景下，学习成果认证制度已成为衔接各级各类学习形式的桥梁。基于此，通过微认证方式实现STEM 教育生态模式建构具有重要意义。

三、基于微认证的STEM 教育生态模式构建

STEM 教育生态系统具有终身性、整体性（Life-long Holistic），而非一种分散式、阶段性的学习活动。应思考采用何种有效的成果认证方式使之与正规教育相衔接，并将其融入个人能力评价体系，成为未来第三方对个人职业能力考察的依据。本文构建了基于微认证的STEM教育生态模式（见图1），提出以数字徽章作为能力微认证手段推进STEM 教育健康可持续发展，创建STEM 教育生态开放空间，进而形成在国家政策指导下和谐稳定的教育生态系统。

图1 基于微认证的STEM 教育生态模式图

1.将STEM 教育游戏竞赛作为具体实施方式

数字徽章是一种新型的评估认证手段，具有易保存、免维护的优势。使用数字徽章进行微认证项目开发对认证对象和认证渠道的要求是具体而明确的，因此本文提出将具有基础性、创造性、综合性和经济性等特征的STEM 教育游戏竞赛作为具体实施方式。

（1）现有的STEM 教育相关竞赛

国内的STEM 教育正在不断发展，在东南沿海等发达地区陆续成立了类似上海STEM 云中心、柴火创客空间、机器人教育等STEM 教育机构。从上海STEM 云中心官网（http://www.stemcloud.cn）提供的竞赛资源来看，国外的STEM 教育相关竞赛主要分为综合类和学科类两种：学科类的诸如环境类的美国ISWEEEP 国际可持续发展项目，发明类的如日内瓦发明项目展览，综合类的则有（俄罗斯）“东方号”科学博览会、西班牙国际青少年科研博览会等。我国国内的竞赛主要包括全国青少年科技创新大赛、“明天小小科学家”奖励活动、上海市青少年科技创新大赛和中国青少年机器人竞赛等。

以“STEM 竞赛”为关键词在百度搜索后发现，国内STEM 竞赛的内容主要在于科学技术研究的比拼，内容包括创意赛、工程类挑战赛、科技挑战赛和机器人挑战赛，而专门针对STEM 教育游戏的竞赛基本属于空白，作为强实践性的STEM 能力培养方式，将STEM 教育游戏竞赛作为具体实施微认证生态途径，不仅有利于改变我国STEM 教育“重思辨，轻实践”的现状，更为学习者个人终身学习能力评价体系提供了切实可行的载体。

（2）STEM 教育与游戏

游戏设计是学习STEM 技术、掌握STEM 素养的创新领域[6]，越来越多的研究表明，设计电子游戏可以作为一种吸引学生掌握STEM 技能的方法。在游戏的设计中，学生能够通过使用诸如Scratch、Adobe Flash、C 语言等编程软件，在学习技术的同时发展创新性思维；同时，游戏的设计需要跨学科的思维、工程的思想、发现问题解决问题的能力……而这些都是STEM 教育的目标。此外在国内STEM 教育资源贫瘠的背景下，设计成功的STEM 教育游戏可以作为STEM 课程的辅助教学资源，增强课程的趣味性，促进STEM 教育生态模式的构建。

（3）STEM 教育游戏竞赛评价认证标准

祝智庭[7]教授指出，“我国的STEM 教育研究和实践有两大特点：一是受美国已有STEM 研究实践的启发和影响，二是我国处于大力提倡创造力和创新能力的经济转型关键时期。这两点决定了我国STEM 教育发展不能一味地模仿美国已有经验，而要走更适合我国基本国情的道路。”因此设计STEM 教育游戏竞赛机制，除了借鉴美国国家STEM 电子游戏竞赛之外，还应具有中国特色，即其设计理念要遵循教育性、趣味性、协作性以及创新性等原则。

为了保证STEM 教育生态的健康持续发展，需为竞赛提供清晰、简洁的规则，并为参赛选手提供健全的竞赛环境，竞赛规则设计如下：

①作品主题STEM 化

STEM 教育重视的是学生跨学科综合能力的培养，锻炼的是学生灵活运用知识解决实际问题的能力[8]，为了保证通过STEM 教育游戏竞赛的方式推进STEM 教育生态模式的顺利实施，参与竞赛的作品主题必须符合STEM 教育的特征，其内容要包含跨学科的知识应用，必须具有教育性和STEM 跨学科的特性。同时STEM 教育不应该是简单的科学、技术、工程和数学的整合，也应该包含社会、环境和梦想等人文“STEM”内容。不同学龄段的STEM 教育在具体操作方面的相关问题有待我国研究者进行深入且持续的探究。

为具体化和标准化STEM 能力认证，本文将STEM教育游戏竞赛按照年级进行分组，如表1 所示：第一组为小学组（4-6 年），由于其科学知识和技术掌握较少，所以其作品主题限制在课本内容上。例如，游戏的主题可以设定为数学类的四则运算，内容是将数学运算融入到真实的生活情境中，其主要目的是让游戏用户明白知识与生活是相互关联、密不可分的。第二组为初中组，初中生具有一定的科学知识基础，并且具有一定的自学基础，所以将其作品主题定位在跨学科知识的应用上。例如其游戏的主题可以是构建科学实验室，教育内容可以集中在物理、化学等科学知识上。第三组是高中组，高中生的学习风格和知识储备已经相对完备，具备深入思考的能力，所以将其作品主题定位在利用跨学科知识解决现实问题上。例如作品主题可以是科学类的知识应用，如雨的产生，内容是让学生在游戏中了解雨的形成过程，尝试“人工降雨”，同时游戏可以引导学生思考如何建立城市水循环，实现水资源合理利用等现实问题和环保等社会核心问题，该组的重点在于将跨学科知识与社会热点、待解决问题相关联。

表1 STEM 教育游戏竞赛评价认证标准

②作品类型自由化

STEM 教育游戏竞赛的三个竞赛小组都不限制作品类型，动作类、探险类、休闲类、音乐类、智力类、策略类等均可，鼓励学生创新。

③作品类别多样化

在此基础之上，设置了A、B、C 三种作品类别，其中A 组为PC 类，B 组为移动终端类，C 组为文档类。由于三组的技术难度不同，所以STEM 教育游戏竞赛对于小学组、初中组和高中组开放不同的作品类别。小学组竞赛开放A、C 两类，其中A 组鼓励学生采用Scratch 软件进行编译，因为Scratch 不需要逐行写代码，而是通过拖拽已定义好的程序模块，采用搭积木的方式快速实现程序的编写，这样就降低了游戏开发的难度，为学生的创作提供良好支持[9]；C 组参赛选手只需以书面文档形式提交游戏设计，并在文档中对游戏进行详细描述，包括游戏的内容、环节、受众和美工等等。初中组竞赛仅开放A 组，鼓励参赛学生利用不同的编程软件进行游戏制作。高中组开放A、B 两类，鼓励参赛选手技术创新。

2.将数字徽章作为评价与认证手段

数字徽章包含学习过程、能力等级等信息，使得学习历程可追踪验证。在在线教育领域中，其通常是游戏化学习的组成部分，教师通过徽章中记载的信息追溯了解学习者的学习过程。与传统学位和课程学分相比，数字徽章作为一种科学的认证手段可以全面查看持有者能力，将非正式学习过程中累积的能力成果加以认证与记录具有重要意义。制定与数字徽章体系相衔接的评价方式是实现STEM 教育能力和成果认证的关键，当越来越多的组织参与微认证的开发和实施时，需要设计审查标准与保护机制来保障认证评价系统的严谨性、有效性和公信力。

（1）科学的专家评审标准

余胜泉认为，STEM 教育要具备跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性这九大特征，[10]学习者的能力培养也应具有以上特征。STEM 教育游戏竞赛中所颁发的数字徽章主要审查作品的设计理念和内容是否具备以上特征。本文参考2017年中国教育游戏作品大赛的评价标准，保留了教育性、游戏性、艺术性和技术性四大指标，结合STEM 九大特征，制定了STEM 能力数字徽章的审查标准，如表2 所示。

（2）灵活的体验式评价

专家评审标准具有一定的局限性，难以对持有者能力进行全面考察，笔者提出增加体验式评价方式。有学者指出，在非正式场馆的STEM 教育中，通过展示展品帮助学生在STEM 学科上学习，除了评估学生对展品的情感态度外，还可以检测学生参观后的学习感受[11]。由此STEM 能力体验式评价可以从各个学校中通过自愿报名、资格筛选的形式选取适龄学生作为游戏用户组成学生评审团，邀请学生评审体验作品。入围竞赛的STEM教育游戏作者进行现场交流展示，专业评审根据作品展示进行提问，对每个作品进行打分，学生评审团根据自身对游戏的亲身体验投票。每个作品总分由专业评审团得分和学生评审团投票相加而成，并记录在参赛者的数字徽章内。

（3）集公信力与丰富资源为一体的认证平台

作为数字徽章认证标准与查证依据，用以辅助学习者丰富徽章内容，STEM 能力资源与认证平台有待开发。①与游戏开发公司合作，提供有关游戏开发设计的学习资料及设计流程资源。②提供国内外优秀的STEM 教育游戏资源供学习者学习。③公布具体数字徽章能力认证标准规范。④公开显示各阶段学习者所获得徽章，供第三方机构进行核实查证。

表2 STEM 能力数字徽章的审查标准

（4）严格的保护机制

在DPD（Design Principles Documentation）项目结论中也认为，当学习者能控制他们的数字徽章是否公开显示时，数字徽章的积极作用将更突出[12]。

数字徽章认证平台具有一定的经验分享功能，要着重保护作品的版权，要求分享作品必须保证原创性，不得侵犯他人的版权。平台有发布并使用参赛作品作为教学、科研等非营利用途的使用权。微认证评价过程往往具备徽章组合灵活化、学习过程可溯化、学习结果具备循证性等特征，在一定程度上可化解非正式学习中的评价难题，但需设立严格的保护机制。

3.认证结果可满足第三方雇主需要

STEM 学习生态是构建包括校外机构、企业、学校、社区、场馆、基金会等机构的学习者协同互助系统。学校具有突出的教育功能，因此目前开展STEM 教育的主要阵地是学校。很多国家增加大学STEM相关学科专业，将学术研究和产业发展联系在一起，为未来就业市场奠定扎实基础。为将数字徽章认证方式融入终身学习体系，对认证结果的认可采纳是推动系统形成闭环的关键。

STEM 教育游戏竞赛机制的建立应该是循序渐进、逐步完善的，竞赛可以先从各级学校试运行。随着中国STEM 教育发展大会、中国教育信息化STEM 教育&创客教育学术论坛等的举办，越来越多的社会组织、科学协会可以作为STEM 教育游戏竞赛举办的依托机构。

微认证是面向需求的能力认证方式，明确标识每个微认证项目对应的能力要求和证据材料，学习者可以自由安排学习进度，持续积累认证证据。我国目前正处于STEM 教育发展阶段，一系列STEM 教育机构正在崛起，竞赛可以与这些STEM 相关企业建立起合作关系，借助社会组织的力量，社会化竞赛资源，使其作为社会STEM教育的资源。同时注重对于STEM 人才发展的培养，向社会组织输送STEM 人才，参赛者可以真实地接触STEM 职业，培养兴趣，支持并助力STEM 人才的后续发展。在成绩单上，我们往往列出某门专业课程分数，但是并没有显示与非正式学习或与个人能力有关的真正信息。数字徽章的认证体系可充分满足雇主需要，STEM 教育游戏竞赛中产生的多元性评价、生成性评价、面向学习过程的评价都被记录在数字徽章之内，雇主可通过学生在学习过程中的态度、兴趣、参与程度、任务完成情况以及形成的作品等了解学生。

四、意义与挑战

1.意义

（1）学习成果的有效认证对于构建终身学习体系具有关键作用

通过STEM 教育游戏竞赛方式和依据九大特征设定的评价标准，有助于建立学习者能力发展图谱，将综合能力分解为微能力，并使学习过程可溯化。数字徽章可激励学习、记录学习轨迹与进度、认可和认证学习成就，这将改变教育的认证和记录方式，并在一定程度上辅助学习者的自步调学习。

（2）微认证有望成为STEM 教育融入正规教育的直通桥

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》指出，要“建立继续教育学分积累与转换制度，实现不同类型学习成果的互认和衔接”。STEM 教育的目标就是培养学生分析问题、利用跨学科思维解决现实生活中真实存在问题的综合能力，但表现软技能的相关数据难以收集。以STEM 教育游戏竞赛作为能力认证通道，数字徽章作为多重学习环境边界的理想节点，不仅能为认可学习者通过非正式学习渠道发展的能力提供合理的记录方式，还能够让非正式学习与正式学习无缝连接。

（3）权威的认证体系能提高学习者参与非正式学习的动力

STEM 教育在我国已展现出了一种蓬勃的发展趋势，然而数据文献表明，女性和偏远地区的人较少参与STEM 活动[13]。使用数字徽章进行能力微认证能够有效增强学习者参与STEM 活动的动力。有研究表明，越来越多的退休人员、居家女性和残疾人正在参加开放学习。因此，如果在自主活动中融入学习成果认证功能，可以吸引对于成果认证需求非常强烈的群体，特别是缺少受教育机会的弱势群体。

2.挑战

认知心理学的观点认为，给予外部回报会降低内部动机，而内在学习动机比外在学习动机能带来更多的学习收益[14][15]。从徽章的激励作用看，将徽章概念应用于教学，可能会导致学习者只专注徽章的积累，而不注重学习活动本身或者徽章所蕴含的相关知识材料。此外，应用数字徽章实施学习者STEM 能力认证还面临着是否会削弱高等教育地位、数据隐私如何保护等方面的争议。

五、结束语

采用数字徽章认证学习者STEM 能力的重要性和意义不言而喻，但就现状而言，无论是STEM 教育生态模式的理论研究，还是将STEM 教育游戏竞赛作为具体实施方式的实践探索，都是相对浅层面的，使用微认证进行STEM 教育生态模式制度设计与实施层面尚未真正起步。在如何加强和深化认证机制的研究，创新使用数字徽章记录能力的方式方法，构建第三方审查与接收STEM 专业人才体系等方面，仍然有待进一步探索发现。