STEAM教育：问题与思考

袁 磊 郑开玲 张 志

(1.广西师范大学 教育学部，广西桂林 541004； 2.东北师范大学 信息科学与技术学院，吉林长春 130117)

教育部(2015)颁布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见(征求意见稿)》提出，“有效利用信息技术推进‘众创空间’建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学习者具有较强的信息意识与创新意识”。这标志着STEM教育被正式列入我国政府的工作议事日程。2017年2月，教育部(2017a)颁布的《义务教育小学科学课程标准》也指出，STEM是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织形式，旨在通过科学、技术、工程和数学四门学科的有机融合，培养学生的创新意识和创新能力。同年9月，教育部(2017b)印发的《中小学综合实践活动课程指导纲要》提出，综合实践课程与其他学科课程并列作为义务教育阶段的必修课程，自小学一年级起全面开设。2019年10月，中国教育科学研究院STEM教育研究中心发布的《中国STEM教育调研报告》显示，81.79%的教师认为开展STEM教育能够培养学生的创新精神，75.42%的教师认为STEM教育能够培养学生的实践能力，69.52%的教师认为通过实施STEM教育，学生能够掌握科学的研究方法，发展综合运用知识的能力。这些数据表明，我国大多数教育者对STEAM教育持肯定态度。但STEAM教育实践也暴露出不少值得深思的问题，例如，对STEAM教育目标的认知混乱，缺乏顶层设计，没有完整的STEAM课程体系，STEAM教师匮乏等。因此，厘清STEAM教育存在的问题，分析解决对策，探索推进STEAM教育健康发展的路径，将有助于促进我国STEAM教育的健康和可持续发展。

一、实践现状：问题凸显

STEAM教育为学生和教育工作者提供了探索材料、设计、社会和自然环境之间关联的机会(Sochacka et al.，2016)。现阶段我国STEAM教育存在很多问题，突出表现在以下几方面。

(一)目标错位

很多学校都在积极推进STEAM教育，各类示范学校、实验室(实验班)、学术会议层出不穷。在STEAM教育飞速发展的同时，我们必须面对这样一个问题：STEAM教育的目标到底是什么？我国学者一般认为STEAM教育的本质是“跨学科”，目标是利用科学、技术、工程和数学等学科相互关联的知识，跨越学科界限，从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力(余胜泉，2015)。然而，有些学校和机构对STEAM教育目标的理解存在偏差，STEAM教育实践未体现该目标，主要存在三个误区：一是认为融入动手实践活动的教学就是STEAM教育，主要培养学生的动手操作能力；二是认为STEAM教育是基于信息技术的教学，目标是培养学生的编程能力，为编程竞赛做准备；三是认为开展STEAM教育是为了突出以学生为主体的理念，让学生自己探索新知识。上述三种对STEAM教育目标的理解都是片面的，忽视了STEAM教育培养学生创新能力、合作能力、问题解决能力等综合能力的目标。耗费了大量人力物力的STEAM教育实践一旦脱离了它的真正目标，无论出现多少“明星学校”“明星团队”“明星个人”，也很难对我国教育改革有实质性的贡献。

(二)没有实现多学科交融

STEAM教育强调多学科之间的相互融合，学习过程也是学生以多视角、多维度的方式认识并改造世界的过程。系统学习学科知识是开展STEAM教育的前提，而建立各学科知识之间的联系则是STEAM教育的终极目标。改革开放四十年来，我国基础教育课程改革不断深化，但仍存在课程设置不能满足人才培养需要的问题。在教育实践过程中，STEAM教育的开展还集中在教育机器人、3D打印以及各种创意电子类课程，没有真正融入中小学课程改革。现有STEAM课程激发了学生的学习兴趣，但没有改变基础教育的实质。

我国目前的课程体系建立在严格的学科分类基础上，能高效地进行学科知识教学，但知识脱离情境，缺乏综合性和应用性。STEAM教育最大的特点是“跨学科”，在丰富的情境中使用项目化教学促进学科融合，形成知识网络，而不是碎片化的知识点。然而，目前的课程改革实践为了突出STEAM教育的“跨学科特征”，又走向极端将其视为一门独立的学科。事实上，STEAM教育只是一个综合的学科领域，既不能替代学科教学，更不能成为新的学科。把STEAM教育学科化，短期内可能会促进其发展，从长远看，却摧毁了它的发展基础，让STEAM教育陷入无源之水的境地。为了促进STEAM教育的良性发展，STEAM教育应融入学科课程体系，开发更多的“跨学科”课程，形成以项目化学习为主的教学模式。

(三)商业利益的介入

STEAM教育形式现阶段主要有三类：一，基于编程的创意电子类，如Arduino开源软硬件、Scratch(米思奇)创意编程等；二，基于科学实验的探究类，如生命科学实验室、星空实验室以及3D打印；三，以乐高(LEGO)为代表的综合类，即既有搭建类课程，也有结合编程的创意电子课程。很显然，STEAM教育的开展需要特殊的教具，由此，教育公司推出了系列产品，打包推销给学校。有的学校建立了豪华气派的STEAM实验室或区角，但大额的资金投入没有取得理想的效果，原因在于教育公司过分注重产品的研发和配套，忽视了相关课程和教学方法的研究，教师按照说明书上课，从根本上脱离了STEAM教育的本质。

其实，教具可以是普通材料，也可以是高技术材料，关键是如何设计课程并创造性地实施。浙江省在这方面做了有益探索，省教育厅与美国印第安纳州合作开展了“2017浙江—印州中小学平移课程教学项目”，来自美国的8名教师在杭州市拱墅区卖鱼桥小学和大关中学开课10天，所用教具是纸板、回形针、雪糕棒等常见物品。在实施“100多年前美国西部人口大迁徙”项目时，学生反映“沿着迁徙路线，老师会介绍每个州的风土人情，中途要搭临时居所，我们就用纸板、吸管、冰棍棒搭房子，非常有意思。”对于丰富的自选教具，美方老师提到，课堂教学会用到很多生活材料，数学、科学等都是基础性学科，来源于生活，又回归生活。

(四)改革动力不足与教育资源匮乏

长期以来，我国基础教育存在 “以教师讲授知识为主，学生被动接受知识”的现象，一线教师虽然不断地参加培训和进修，但教学实践仍然强调学科知识的传授，较少关注学生实践能力和创新能力的培养，跟不上课程改革倡导的学生“主动参与、乐于探究、勤于思考”的要求。STEAM教育的开展有利于打破这一困局，但也存在改革动力不足和教育资源匮乏的问题。国外STEAM教育改革的动力往往来源于教师自身，而不是政府。教师会不断地探索新的教学模式，寻找相关支撑资源，避免课程内容脱离现实社会(陈晓慧等，2019)。我国STEAM教育改革的动力主要来自于政府部门或学校，教师在教学方法、课程内容等方面的创新意识薄弱。教师应在教学方式创新上多思考，多开发生活化、综合性课程，即课程要直接面向社会，与生活融为一体，使课程与学生生活和现实社会建立联系，让实践和生活成为学生发展的源泉。

表一 STEAM教育要素

教育资源的匮乏具体表现为优质课程稀少、专业教师与专业教材短缺。STEAM一般开设在科学课、信息技术课、综合实践课或者其他校本课程中，课时紧，师资匮乏。许多教育培训机构冠以STEAM教育名称的乐高课程、儿童编程课程的授课老师多为理工科专业背景，缺乏专业的教育素养。此外，我国STEAM教育普遍没有相应的教材。研究表明，70%的中小学未配备专门的STEAM教材，STEAM教材的获取途径主要是自主开发和从企业采购。促进STEAM教育的发展需要编写配套的STEAM教材，如校本课程、地方性教材。

二、深度思考：路在何方

(一)认识STEAM教育的核心价值

要促进STEAM教育的健康发展，我们需要深刻理解STEAM教育的核心价值。STEAM教育包含多个要素(见表一)，其课程内容包括科学、技术、工程、艺术和数学学科知识，教学目标可以分为三个层次：使学生掌握跨学科知识是STEAM教育的低层次目标；中等层次的目标是获得问题解决能力、自主探究能力和合作学习能力等综合能力；高层次目标是培养学生的计算思维、设计思维等高阶思维。STEAM教育的教学环境不局限于教室，博物馆、科技馆、社区都可以开展STEAM教育。在教学评价方面，STEAM教育结合了形成性评价、总结性评价、学生自评和同伴互评等多种评价方式。同时，它在培养全面发展的社会合格公民，实现新时代的教育创新等方面也有重要作用。

1.培养全面发展的合格公民

在应试教育背景下，社会、学校、家庭将重点放在学生文化课程的学习上，对生活实践、解决实际问题等关注较少，导致学生的实践创新能力、问题解决能力、团队合作能力等欠缺。而STEAM教育要求学生不仅要学习数学、科学、人文艺术等理论知识，也要具备解决实际问题、知识迁移应用等能力。为消除应试教育的弊端，我国2016年发布的《中国学生发展核心素养》，将核心素养分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养。比较STEAM教育与核心素养之间的关系可以发现，两者之间具有高度一致性(见图1)，开展STEAM教育为学生核心素养的培养提供了途径，进而培养全面发展的未来社会合格公民。

2.实现新时代的教育创新

教育创新指打破传统的以教师讲授为主的教学模式，培养学生的创新精神和创新能力。STEAM教育理念满足了教育创新的这一要求。STEAM教育的教师角色发生了转变，从知识的给予者变为学生获取知识的协助者；教育的目的不仅是学习课本知识，还要以解决真实问题为重要目标；传统教育活动的情境创设只是作为辅助环节，面对的问题脱离了现实生活。STEAM教育的真实情境是统整课程的核心概念，也是跨学科课程能够引发学生参与动机的关键(Bybee,2010)；课程内容变得越来越综合性、生活化；学生学习方式以协作学习、项目化学习为主；教学资源越来越丰富，除数字化教学资源，还给学生提供探究活动所需的实验器材；STEAM教育也为实现多元化学习评价提供了契机，学科知识通过融入实践活动与学生学习结果相联系(Hudson et al., 2015)，因此，评价维度应包括学生的知识理解、技能展示、价值观等，同时关注认知性评价、基于证据的评价和表现性评价。

图1 STEAM教育与核心素养关系

(二)改革路径

STEAM教育实际上是工程技术驱动下的教育模式，培养学生成为知识的生产者。从工程和技术活动入手，学生既可以获取技术知识，又可以生动地走进和理解科学知识(任友群，2017)。结合积累的STEAM教育实践经验，我们认为，要解决我国STEAM教育发展问题，推进STEAM教育深化改革，可以从政策支持、教育生态构建、学习模式构建、课程开发、技术助力和教师培养六个方面综合考虑。问题与对策之间的映射关系见图2：构建STEAM教育生态与基于统整实践的学习模式，能够解决STEAM教育学科知识不交叉的问题；制定政策、运用技术手段可以解决商业利益的过度介入问题；培养专业的STEAM教师和开发特定的STEAM课程，能帮助老师准确理解STEAM教育目标， STEAM教育资源匮乏、开展动力不足问题也能得到有效解决。

图2 STEAM教育发展问题与对策

1.政策支持：国家加强顶层设计与整体规划

自美国提出STEAM教育概念以来，很多国家相继发布了STEAM教育相关政策或发起相关项目(见表二 )，国家层面出台的政策是实施STEAM教育的有力保障。

表二 部分国家STEAM教育政策解读

纵观各国STEAM教育政策可以发现，美国十分重视STEAM教育公平，力求让所有青少年都能参与STEAM学习；德国注重提高学生对STEAM教育的兴趣，追求STEAM教育的职业化发展；澳大利亚除了对学生提出要求，还要求教师具备较高的STEM教学能力；荷兰发展STEAM教育的目的是解决科学家和工程师的短缺。

为了培养更多的复合型和创新型人才，我国也开始关注并实施STEAM教育，但缺乏支持STEAM教育全面发展的专门政策及保障和激励机制(祝智庭等，2018)，现阶段的STEAM教育大多以综合实践活动或者研究性学习的形式加以实施。基于以上问题，我国政府部门要加强顶层设计，制定国家层面和区域层面的STEAM教育政策。STEAM教育政策应明确高等院校、中小学、社会企业等机构应承担的职责、说明开展STEAM教育的目的和方式、提出专业STEAM教师培养的措施、从职业发展的角度思考STEAM教育的角色定位等内容，形成较完善的政策法规体系，从政策层面保障STEAM教育的实施，最终达到人才强国的目的。

2.教育生态：建立“学校-社区-企业”三位一体教育体制

完整的教育体制是开展STEAM教育的重要前提，确保师生对STEAM教育的关注度、学习兴趣和重视程度。《美国STEM教育战略2018》提出了构建包括政府、企业、研究机构在内的STEAM教育生态系统，通过丰富STEAM教育的参与主体，为课程开发、学习者活动等提供支持(宿庆等，2020)。参考美国教育战略，我们提出了基于我国STEAM教育现状的生态系统：“学校-社区-企业”三位一体的教育体制，将与STEAM学习相关的学校、企业和社区环境全都囊括其中，通过正式学习、非正式学习与课外学习的融合，真正达到“STEAM教育无处不在”的目的(赵中建等，2015)。为了使STEAM教育得到可持续发展，教育机构、社会及企业均需承担一定的职责：高校和基础教育学校作为STEAM教育研究和实践的重要场所，肩负着开发一系列STEAM项目、探索切实可行的STEAM教学模式、探讨STEAM教育教学效果等任务；社区为学生课外项目提供了场所，同时提供了学生社会实践的机会。例如，探究社区植物的种类与生长状况、调查小区垃圾分类情况，使学生做到学以致用，真正培养学生的问题解决能力；企业负责为STEAM教育资源的开发、STEAM课程的实施提供经济支持，同时，企业应与研究机构合作开发STEAM教育项目，提供丰富的STEAM课程。“学校-社区-企业”三位一体的教育模式，有助于STEAM课程变得生活化，将非正式学习活动融入课程中。

3.学习模式：构建基于统整实践的STEAM学习模式

国内学者提出了基于工作坊的STEAM学习模式(STEAM-工作坊学习)，该模式包含教育人员、学习方式、学习过程、学习目标等要素，致力于培养学习者的高阶思维、核心技能、学科知识、创新能力以及合作精神(李王伟等，2018)。基于工作坊的STEAM学习的核心是统整与实践，既整合各学科知识，又提高学生的参与度。

基于统整实践的STEAM学习，其基本构成要素包括小规模的学习小组、真实的学习情境、精确的学习材料、明确的学习任务、多元的学习评价。学习小组是学生开展协作学习的基础，小组成员之间的沟通交流、合作探究等活动有利于提高STEAM学习的效率和质量；真实的学习情境对学生的整个学习过程起到支撑作用，包括技术支持、设备支持和学习方法支持；作为学生开展STEAM学习的先前材料，学习材料能够使学生更好地理解需要完成的学习任务，增加自己的知识储备；学习任务表现明确了学习小组的团队任务和小组成员的任务分工，使每位小组成员都能参与团队任务；学习评价的多元化不仅体现在评价主体的多元，还体现在对学生学习效果评价维度的多元，学生的动手实践、小组成员的讨论、小组作品的创意等都可以作为评价的内容。

4.课程开发：培养学生综合能力的STEAM校本课程

优质STEAM课程是实施STEAM教育的前提。STEAM课程的开发是跨学科课程整合的过程，涉及学科知识整合、儿童经验整合和社会生活整合等多个方面(李学书，2019)。开发STEAM校本课程是解决我国基础教育STEAM教育资源短缺的重要途经。

STEAM校本课程的开发在整合社会、学校、企业等多方资源的基础上进行，鼓励教师跨学科合作(黄璐，2020)。课程开发人员可结合设计思维的过程模式，以培养学生的综合能力为基本落脚点。通过学习STEAM课程，学生能提高问题解决能力、科学探究能力、动手实践能力、创新设计能力等(陈鹏等，2019b)。开发STEAM校本课程的流程一般包括生成课程主题、设计学习活动、优化设计三个步骤，其中，设计学习活动是课程开发的重点，需围绕特定的学习目标设计，综合考虑交互过程、学习资源、学习工具和活动规则等因素(杨开城等，2020)。以培养学生综合能力为目标的STEAM校本课程能有效提高学生的参与度、培养学生的科学探究精神。中小学教师应充分利用校内外教育资源，与校外STEAM教育企业合作，开发优秀的STEAM校本课程。

5.技术助力：借助技术手段推动STEAM教育发展

作为STEAM教育中的一门学科，技术发挥着重要作用。3D打印、虚拟/增强现实、人工智能等技术的发展为STEAM教育提供了便利。目前，一些国家和机构正积极探索3D打印技术和STEAM教育融合。例如，美国斯特塔西有限公司推广技术与工程教育的3D Printing Curriculum STEAM学习资源包，整合了3D打印技术、工程设计、科学、数学、艺术等知识，培养学生问题解决、协作和沟通技能(王娟，2016)。人工智能技术在智能引导、自适应学习环境创设、实时记录追踪、监控与反馈、资源推荐和知识共享六个方面为STEAM教育提供支持(唐烨伟等，2017)。借助相关技术开展STEAM教育，既可以培养学生的多项技能，又能够有效推动STEAM教育的实施。融入虚拟现实技术的STEAM教育能给学习者提供逼真的学习环境，在虚拟环境中感受现实生活中难以接触的场景。STEAM教育与技术的结合需要教育工作者的不断实践，高等教育机构、科研部门要与中小学紧密配合，将技术应用于STEAM教育实践(王卓玉等，2018)，使STEAM教育成为常态，从而解决商业利益过度介入STEAM教育的问题。

6.教师培养：加强STEAM教师专业发展

STEAM教育的高效开展离不开专业的STEAM教师。为了培养卓越的STEAM教师，美国推出了UTeach项目。该项目从课程设置原则、培养方案、评价体系、保障系统四个方面作了详细论述(见表三)(高巍等，2019)。我们可以通过多种途径解决当前STEAM教育师资不足的问题，例如，美国UTeach项目，注重课程体系构建、课程评价体系构建、教师专业培训及经费支持等。其中，教师专业培训是加强STEAM教师专业发展的重要方式，除了传统的线下培训以外，还可以采用在线研讨、视频课程等线上培训。大学设置STEAM教育相关专业能够增强STEAM教师的专业性，使STEAM教师具备较高的综合素质，包括提高STEAM课程研发、课程活动的把控能力等。高素质的STEAM教师是培养学生核心素养的重要保障。此外，“双高合作”(高中和高校合作)也是加强STEAM教师专业发展的有效途径，能促进基础教育教师学科专业知识、项目设计与实施技能、跨学科教学实践能力的发展(朱征，2018)。卓越的STEAM教师能够准确把握STEAM教育的概念与内涵，突出STEAM教育的“跨学科”特点，带动STEAM教育的科学发展。

表三 美国UTeach项目课程体系

三、结 语

2017年4月科技部印发的《“十三五”国家科技人才发展规划》指出：“科学前沿领域高水平人才、高端研发人才和高技能人才存在较大的供给缺口”，现在的儿童将为我国下一阶段现代化发展提供重要的人才支撑(科技部，2017)。儿童时期是学生养成良好学习态度、培养兴趣爱好的重要时期。作为一种跨学科教学的理念和培养科技创新人才的有效模式，STEAM教育应该从儿童时期开始，幼小衔接阶段基于项目的STEAM教学模式以低门槛、低成本、普惠性为特点，抓住儿童成长的关键期启发他们对世界的探究热情，从生活实际问题出发，围绕核心概念和关键技能培养儿童的STEAM素养。

融入人工智能等科技的STEAM教育将为学生核心素养的培养提供新的路径。一方面，在人工智能的推动下，基础教育教与学的方式发生了重大转变，学生能够随时随地在生活中学习，多元化评价、差异化评价的方式也变得容易实现。智能机器可以提高教学效率，使学生有更多的时间用于判断、交流、合作和创造；另一方面，通过引入虚拟/增强现实等技术，结合正式学习与非正式学习，可实现STEAM课程、环境、评价三位一体。因此，在科学技术高速发展的新时期，我们要充分利用科技的力量推动STEAM教育的发展，打造涵盖幼儿、小学、中学乃至大学的全学段STEAM教育体系。