非正式STEM学习的实践与思考

王雨婷　王萍

摘   要：大学预科卓越研究计划（Pre-college Research Excellence Programs，PREP）是美国田纳西州中学生的非正式STEM项目的重要一环，旨在促进全州范围内非正式STEM学习的可持续发展，实施以科学与工程实践为基础的职业导向计划。文章分析了PREP的项目目标、项目内容和项目特征。PREP项目对我国推进学习校外STEM学习活动，开展STEM视域下的非正式STEM学习研究与实践，具有借鉴意义。

关键词：美国 非正式STEM学习 PREP 课外学习

一、引言

推行STEM教育是美国保持科技领先和国际竞争力的重要战略之一。多项研究表明，越早发现学生的STEM兴趣并让学生参与STEM学习，学生在未来选择STEM相关专业的可能性越大，在未来科技创新相关领域取得卓越成就的可能性越大。学生在校内和校外所接受的教育对于发展学生STEM学习动机和兴趣都具有积极影响[1]。2018年，美国的田纳西州发布了修订后的《STEM战略：田纳西州的K-12 STEM提案》，指出要从课程和教学、学生成就、教育工作者的专业发展、建立社区和高等教育的伙伴关系四个优先领域推进STEM教育[2]。田纳西大学诺克斯维尔分校的大学预科卓越研究计划（Pre-college Research Excellence Programs，PREP）是其中一项重要的非正式STEM学习项目[3]。本文通过分析其项目目标、项目内容、項目特征，旨在为我国STEM教育在非正式教育领域中的研究和实践提供借鉴。

二、PREP概述

PREP是面向田纳西州中学生的研究型计划，由田纳西大学诺克斯维尔分校主导，通过政府、企业、非营利组织、基金会等不同组织间的相互合作与配合，共同促进全州范围内非正式STEM学习的可持续发展，实施以科学与工程实践为基础的职业导向计划。

（一）PREP内容框架

PREP由田纳西州科学奥林匹克竞赛（Tennessee Science Olympiad）、南阿巴拉契亚科学与工程博览会（Southern Appalachian Science and Engineering Fair）、州长科学与工程学院（Governor’s School for the Sciences & Engineering）、田纳西州青少年科学与人文研讨会（Tennessee Junior Science and Humanities Symposium）以及虚拟科学俱乐部（Virtual Science Club）五个子项目构成，如图1所示。PREP针对不同学段的学生开展了类型多样的活动。

1. 田纳西州科学奥林匹克竞赛

田纳西州科学奥林匹克竞赛是美国科学奥林匹克竞赛的州级锦标赛之一，旨在提高科学教育质量，增加学生对科学的兴趣，并为学生和教师在科学教育中的杰出成就提供认可。

针对K-6年级，小学奥林匹克科学竞赛（Elementary Science Olympiad）项目为学生、教师和家庭提供在教室、俱乐部、社区等环境中探索STEM世界的机会[4]。例如，举办科学奥林匹克趣味日和趣味夜（Science Olympiad Fun Day and Fun Night），父母和孩子共同参加有趣的STEM团队活动，并邀请地质学家、博物学家、建筑师等，让父母和孩子近距离接触科学家，激发孩子对科学的兴趣。针对K6-12年级，由15名学生组成团队参与竞赛，培养他们的团队精神和问题解决能力。竞赛科目包括科学、生物学、化学、物理学、数学、工程学等多个领域。优胜者可以参加更高级别的科学奥林匹克竞赛锦标赛。

2. 南阿巴拉契亚科学与工程博览会

南阿巴拉契亚科学与工程博览会是国际科学与工程博览会的官方附属区域博览会之一[5]，为东田纳西州23个县的初中和高中学生提供了展示STEM领域各种类型研究成果的机会，并能够得到专业科学家和工程师的指导和评价。在活动中，学生提出一个可以验证的问题，并开展探究式学习。通过实验收集和分析数据，培养批判性思维技能。在此过程中，学生能够在一定程度上体验成为科学家的感觉，有助于培养他们对STEM学习的兴趣，并将STEM领域作为其未来职业发展方向。

3. 虚拟科学俱乐部

虚拟科学俱乐部是南阿巴拉契亚科学与工程博览会和田纳西大学诺克斯维尔分校联合举办的项目[6]，旨在提供免费的虚拟编程活动，帮助学生和教师共同发展 STEM技能。虚拟科学俱乐部通常每月举行两次会议。第一次会议由来自STEM领域的客座演讲者主持，演讲者包括大学教师、STEM专业人员及南阿巴拉契亚科学与工程博览会参与者。第二次会议则针对人文科学、自然科学、物理科学、工程和数学四个研究领域进行详细的分组讨论，每个研究领域的分组讨论室都有导师进行指导，包括1名田纳西大学研究生、至少1名科学和工程相关专业人士、至少1名南阿巴拉契亚科学与工程博览会董事会成员。

4. 田纳西州青少年科学与人文研讨会

田纳西州青少年科学与人文研讨会是一项由美国陆军、海军和空军部门的研究办公室联合发起、国家科学教学协会与全国领先的研究型大学合作管理的项目，旨在通过挑战和吸引学生参与 STEM 来推动国家的科学和技术进步[7]。田纳西州青少年科学与人文研讨会是48 个区域性青少年科学与人文研讨会项目之一，为高中生提供了在公共论坛上展示原创科学研究并竞争奖学金的机会，为参与者提供了实践研讨会、小组讨论、职业探索和访问研究实验室的机会。

5. 州长科学与工程学院暑期项目

州长科学与工程学院项目是一个为期4周的暑期大学体验项目，为学生提供5个大学学分①，并让他们在田纳西大学诺克斯维尔分校的环境中接触科学学科，以满足田纳西州公立和私立高中的十一年级和十二年级的顶尖学生的需要。[8]

州长科学与工程学院暑期项目的课程包括了公共课程和选修课程两大类型，既培养了学生的综合STEM素养，又满足了不同学生的需求与兴趣。公共课程包括“STEM技能”和“社会学中的STEM”两门课。“STEM技能”以项目式学习为载体，包括编程、3D建模、3D打印、移动应用开发等其他支持STEM技能发展的主题，旨在培养学生的计算思维。“社会学中的STEM”将人文科学融到了STEM之中，致力于培养学生的写作能力和表达能力。选修课程包括生物学、化学、工业与系统工程、材料科学与工程、数学、物理等多个研究领域。课程采用项目式的形式开展，学生通过“做中学”获得理论知识和实践性知识，以解决现实生活中实际存在的问题，在提升学生学习兴趣的同时发展创造性思维。

（二）PREP的特征分析

1. 多样性

PREP为不同年龄和层次的学生提供了多样的非正式STEM学习机会，为K-12课堂学习和外部学习机会的整合提供教学和社区资源，注重以项目为基础的动手学习和应用。针对小学教育阶段，吸引家长和学生共同参加到STEM的课外活动当中，为学生选择STEM行业打下基础。针对中等教育阶段，则以暑假夏令营、多种类型的竞赛项目形式开展，力图把STEM的教育与今后的工作相关联，使学生初步了解STEM职业并获得适当的学术培训。

2. 合作性

PREP与很多社会机构组织保持着良好的合作关系，联合学生、家长、教师、社区组织和企业多方参与，通过信息和资源共享来满足地区在STEM教育方面的需求[9]。从功能职责层面看，PREP 的合作者包括課程开发者、软件提供商和经费捐助者。例如，美国能源部与 PREP合作，为州长科学与工程学院暑期项目的开展和课外活动探究提供了条件;与Ward’s Science公司合作的课程产品，为小学奥林匹克竞赛的赛事提供了可靠的赛事项目资源。此外，阿尔伯特·爱因斯坦学会（Albert Einstein Society）、乔治·华盛顿·卡弗学会（George Washington Carver Society）等为南阿巴拉契亚科学与工程博览会提供充足的资金支持。

3. 真实性

美国《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards）强调真实的科学实践、科学核心概念和跨学科概念的整合，使学生的科学探索与真正的科学家和科学环境发生联系。PREP强调解决现实生活中存在的问题，将科学教育嵌入到社会和文化环境之中，把学生的日常经验和科学理解结合起来，如环境问题、伦理和社会问题的关注，以及发展学生的批判性思维的技能和社会责任[10]。通过各种形式的STEM特色项目，为学生提供多方面的STEM学习体验，使他们能够掌握复杂的STEM技能，尝试设计和测试现实生活中STEM问题的解决方案，并以小组合作的形式开展，在合作中形成良好的社会交往能力。[11]

三、启示

我国非正式STEM教育是学校课堂中科学教育的一个有效补充形式。我们应充分发挥学校的主渠道作用，积极利用各类社会资源，适当引入校外活动资源，构建以学校为主导的多主体协同体系，促进学生的视野开拓、实践锻炼和全面发展。

1. 借助高校力量，建立区域合作体

我国的STEM教育大多是以教育辅导机构为依托开展，尚且缺少联结学校教育与非正式教育的桥梁。高校组织本身具有雄厚的科研实力与优质的专家资源，有能力开展优质的课程和教学资源，可以有效地提升所开展协作的科学化、专业化程度[12]。应当构建大学—政府—社会—中小学多元主体协同培养的教育模式，鼓励更多的高校教育工作者与中小学进行合作项目，为如何在非正式组织中开展教育、如何建立不同组织间的有效协作作出贡献。此外，还需要重视当地实际情况，对已有的科学教育资源、教育机会，所具备的优势与劣势等进行系统性分析。基于STEM课程对跨学科、跨人际、跨校际合作的要求，开设本土化的STEM课程项目。

2. 以真实性STEM项目为抓手，打开非正式STEM课程新思路

美国非正式STEM项目旨在让学生能够最大程度上感受到科学家的工作，体验真实的工作环境和科学研究。通过邀请科学界专业人士进行指导，让学生深入了解科学家开展研究时的真实状态。通过STEM导师学徒制，吸引更多的教师参与到导师活动中，使教师和学生形成学习共同体。因此，在我们设计非正式项目活动时，应尽可能打破时间和空间的限制，让学生有机会接触最真实的科学工作者的场景，拓宽学生学习的渠道。

3. 创建多方合作伙伴关系，拓展校外STEM教育的不同形式

校外STEM项目是有效拓展STEM教育发展的重要抓手，能为STEM教育走向社会提供实践土壤。我国可借鉴美国PREP的经验，积聚多方力量，尤其是STEM企业、高校、行业协会、非营利组织以及基金会等，充分发挥各组织资金提供、实践场所、专业辅导以及职业信息指导方面的优势，拓展到高校、社区、工厂车间以及实验室等领域。针对不同年龄阶段的学习，提供不同类型的STEM活动形式，满足学生的个别化学习需要。在课堂之外通过组织STEM各类团队竞赛、STEM夏令营和创新与发明工作坊等活动延伸STEM教育。

注释：

①PREP设置了大学预科学分认证体系，即学生可以通过在高中阶段参与田纳西大学诺克斯维尔分校预科课程的学习，提前获得大学相应课程的学分。

参考文献：

[1]卓泽林.超越课堂：美国中小学校外STEM项目的实施和评估[J].中国电化教育，2017（11）：80-86.

[2]Division of College， Career & Technical Education. STEM strategic plan： an integrated K-12 STEM proposal for Tennessee[EB/OL].（2018-01）[2021-11-18].https：//www.tn.gov/content/dam/tn/education/ccte/ccte_stem_strategic_plan.pdf.

[3]The University of Tennessee， Knoxville. Pre-college research excellence programs[EB/OL]. [2021-11-05].https：//prep.utk.edu/.

[4]The University of Tennessee， Knoxville. Elementary school： Tennessee Science Olympiad[EB/OL]. [2021-11-18].https：//prep.utk.edu/elementary-school/.

[5]The University of Tennessee， Knoxville. Southern appalachian science and engineering fair[EB/OL]. [2021-11-18].https：//sasef.utk.edu/.

[6]The University of Tennessee， Knoxville. Virtual science club： southern appalachian science and engineering fair[EB/OL]. [2021-11-18].https：//sasef.utk.edu/virtual-science-club/.

[7]The University of Tennessee， Knoxville. Tennessee junior science and humanities symposium[EB/OL]. [2021-11-18].https：//jshs-tn.utk.edu/.

[8]The University of Tennessee， Knoxville. Governor’s school for the sciences and engineering[EB/OL]. [2021-11-18].https：//gsse.utk.edu/.

[9]陳鹏，田阳，刘文龙.北极星计划：以STEM教育为核心的全球创新人才培养——《制定成功路线：美国STEM教育战略》（2019-2023）解析[J].远程教育杂志，2019，37（2）：3-14.

[10]孙维，马永红，朱秀丽.欧洲STEM教育推进政策研究及启示[J].中国电化教育，2018（3）：131-139.

[11]刘亮亮，李雨锦.美国中小学STEM学习生态系统研究——以辛辛那提市STEM学习共同体为例[J].现代教育技术，2018，28（10）：113-119.

[12]陈舒，裴新宁.正式与非正式科学教育组织的协作——美国K-12科学教育的经验与启示[J].全球教育展望，2016，45（1）：84-93.

编辑 吕伊雯   校对 娜迪拉·阿不拉江

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