STEM整合课程的历史、价值与趋势

张银荣　杨刚　徐佳艳

摘要：本文作者从STEM整合课程的发展历程着手，系统梳理了STEM整合课程的MT、SMT、SMET和STEM四个整合阶段，从中探析STEM整合课程打破理工人才培养困境、培养21世纪核心素养、助力教师专业发展、促进教育性别公平等时代价值和课程发展多元化、课程实施以学习者为中心、课程开展融合新兴技术等发展趋势，以期为STEM一线教师和研究人员提供借鉴。

关键词：STEM教育;教育价值;课程整合

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）17-0000-05

随着STEM课程的不断发展，其研究重点已经从单科课程如何实施转移到具有跨学科性质的整合课程如何实施。研究表明，综合的STEM经验可以为学生提供在STEM各学科之间建立联系的宝贵机会[1]，这些机会使学生处于学科融合的交界处，从而提高他们变革性发现和创新创造行为发生的几率。[2]同时，STEM整合课程也有利于学生批判思维、分析性思维、解决问题能力和沟通能力等21世纪技能的发展。[3]然而，关于如何有效实施STEM整合课程，教育界还存在许多争议，尚未有规范的标准。[4]另外，我国STEM整合课程的具体实施也有“雷声大雨点小”的倾向，收效甚微。[5]我国STEM整合课程实施效果不尽如人意的原因在于一线教师对STEM整合课程的认识尚不清晰。因此，笔者系统梳理了STEM整合课程的发展历程，并从中探寻STEM整合课程的价值与未来发展趋势，以期帮助一线教师更加清晰地认识STEM整合课程，从而有效开展STEM整合课程。

● STEM整合课程的历史

早在20世纪70年代美国就已经出现了课程整合的实例，如包含科学、技术、社会（Science， Technology and Society）的STS课程就是美国教育界为打破知识中心和分科课程而做的一次课程整合尝试[6]，尽管那时还没有课程整合的定义，但是将科学、技术、工程和数学之间进行某种程度上的整合已经达成共识。[7]20世纪50年代，因苏联成功发射第一颗人造卫星，美国开始重视本国科学教育状况并先后颁布了《国防教育法》和《中学科学和数学教师预备课程指南》以支持科学和数学专业建设以及在两者之间建立桥梁。[8]然而，美苏冷战时期，美国开发的大量科学课程和实行的干预措施并未产生预期效果，美国学习科学课程的学生人数并没大幅增长。为此国家教育卓越委员会（NCEE）在1983年做了《處于危险中的国家》的调查报告，该报告为改善数学和科学教育提供了建议。[9]首先，从相关标准和政策着手，建立严格的标准用以指导课程的发展，包括“2061项目：全民科学”[10]和“学校数学课程与评估标准”。[11]同时，美国国家科学委员会建议制定国家目标和课程框架并提供一份全面的文档用以明确学生应该了解并接受的数学和科学教育内容。这些要求进行国家教育改革的呼吁不断地强调课程整合或建立学科之间的联系[12]，为STEM整合课程的发展奠定了基础。STEM课程整合共经历了三个发展阶段，分别是MT（数学和技术）整合、SMT（科学、数学和技术）整合和SMTE（科学、数学、技术和工程）整合，如下图所示。美国国家科学基金会的教育与人力资源部在2001年将“SMET”重新排列为更加引人注目的“STEM”，围绕学科知识之间的内在联系开发整合课程并实施。

随着对STEM整合课程关注度的上升，研究者对什么是STEM整合课程越来越好奇。Tamara Moore等人曾将STEM整合课程界定为“基于学科和真实世界问题之间的联系，把STEM的一些特定学科或全部学科内容纳入到某一课堂、某一单元或某一节课之中”。[13]美国整合性STEM教育框架认为，STEM整合课程通过整合相关技术的工程设计和实践，来进行科学或数学的学科知识内容与实践的教学。[14]我国学者谢丽等认为STEM整合课程是以建构主义和认知科学为基础，以问题或项目为核心，为学生创设真实的学习情境，要求他们自行设计问题解决的方案，并通过实践检验方案的合理性，最后对自己的学习结果进行多元评价的课程。[15]尽管学者们对STEM整合课程定义的表述和侧重点有所不同，但对STEM整合课程本质的认识却具有异曲同工之妙。不难发现，STEM整合课程是在真实的问题情境中，通过整合多学科知识与经验完成综合性的项目或者任务，并在此过程中发展STEM素养和能力的课程。

● STEM整合课程的价值

STEM整合课程是综合四大学科知识的新型课程，学生在其中将学习如何把单一学科的零散知识元素整合到综合项目中。学科整合不仅可以帮助学生了解到课程与他们的生活息息相关，还能够使其获得计算思维等21世纪必备能力。具体而言，STEM整合课程不仅能够通过创设仿真环境完善计算思维培养过程，而且能够通过跨学段、跨年级的联动作用构建计算思维的培养体系。[16]此外，STEM整合课程还有助于打破国内理工人才培养的困境，培养学生21世纪核心素养，开启STEM教师专业发展之门，促进教育性别平等。

1.打破国内理工人才培养困境

国内针对高考制度的改革，使得学生可以自主选择自己感兴趣的科目作为高考科目，这是对国民素质提高和人才培养的长远考量，但也带来了一些“副作用”。例如，浙江和上海两地实施高考改革后，浙江高考选择物理科目的人数不足9万，不到全省高考人数的三分之一，上海也面临同样的问题，直接导致理工类的生源数量锐减。[17]而STEM整合课程的出现不仅能够从小培养青少年的理工科思维，而且能够增加他们对理工学科的热情，为理工人才的培养打下了良好的生源基础。

2.培养学生21世纪核心素养

STEM整合课程有效地组织起学科零碎化的知识和技能，打破原学科情境的局限性，有助于学生将其应用于各种学科情境当中。当学生在思考从STEM学习主题中引出的可迁移观念和问题时，其思维就能超越现有的事实和活动，达到更高的层次。21世纪核心素养具有很强的包容性和概括性，体现在学生解决各类真实问题之中。因此，21世纪核心素养的培养不应该局限于某些特定学科情境，而应渗透在多样化的情境中。从这一角度来看，STEM整合课程因其多样性和整合性特质而具有天然的优势，能够与21世纪核心素养的培养互相融合。

3.开启新型教师专业发展之门

STEM整合课程不仅是一种教师专业发展的形式，更是一个融合STEM综合实践、综合知识和人际关系的复杂教师学习体系。STEM整合課程融入传统教师教育体系是教师专业发展创新的应然之举。[18]近年来关于一线学科教师如何突破其发展瓶颈期的讨论愈加愈烈，笔者认为学科教师专业发展不应该仅是纵向发展，还应该注重横向发展，即教师专业发展需要均衡其深度和广度，而STEM整合课程将学科知识深度和广度相结合，为教师专业化发展方式的转变提供了契机。

4.关注女性，促进教育公平

在由技术进步促进社会发展的时代，使用、创造技术和科学解决问题的能力对于提高年轻人的社会地位至关重要，对于促进女性健康提高其教育地位和发言权也至关重要。由于社会分工不同，许多产品和技术方案主要是由男性设计并制作完成的，他们并不能设身处地地为女性着想，因此许多产品和技术不能满足女性的需求。并且，在科学、技术、工程和数学等理工科领域，女性人数占比微乎其微。而STEM整合课程则为她们提供了各种机会，让她们对理工科产生浓厚的兴趣。例如，通过让女学生在STEM整合课程中参与识别不同模式，测量、比较和创建不同模型来解决现实世界的真实问题，从而帮助她们发展理工科思维和计算思维。这些思维技能有利于女学生学习理工类科目。这对女性来说是至关重要的，她们可能因此在理工科领域占有一席之地，为实现性别平等贡献自身力量。[19]

● STEM整合课程的趋势

1.STEM整合课程发展多元化

未来的STEM社会文化环境将是多元化并伴随着多重机遇的，因此STEM整合课程的多元化发展是必然趋势。STEM整合课程发展的多元化包括课程内容多元化、教学方法多元化、整合模式多元化和价值取向多元化。课程内容多元化不仅有利于因材施教，而且能够吸引学生的注意力，尽可能避免学习枯燥感的产生。教学方法多元化能够针对不同的课程类型采用不同的教学方法，主要包括STEM探究教学法、STEM设计教学法、STEM项目教学法和STEM计算教学法。整合模式多元化是按照学科之间相互依存和联系级数进行层次划分的，主要包括学科整合、多学科整合、科际整合和跨学科整合。[20]STEM课程多元化发展既保留了各学科的核心内容，又能够利用多样化的学习活动促进学生创新创造能力的发展，对丰富和深化STEM课程大有裨益。

2.STEM整合课程实施以学习者为中心

未来的STEM教育将使每一位学生都能有效参与学习与生产活动，而学生也必须学会终身学习并训练能够适应世界快速发展的应变能力才能在未来的生产活动中占得一席之地。要在STEM整合课程中锻炼学生的这些能力，就必须让学生处于STEM整合课程中所有学习计划和学习活动的中心位置。因此，STEM整合课程的实施不再以教师提出探究问题或给定学习内容为唯一主线，而是更多地以学生根据自己的兴趣爱好自主调查社会现象或问题、发现导致问题的原因并解决问题为主要实施途径。[21]实施以学生为中心的STEM整合课程可以有效增强学生的成就感、激发学生对科学探究的好奇心与积极性，同时它对学生问题发现和问题解决能力的培养也颇有成效。

3.结合新兴技术开展STEM整合课程

未来的STEM教育将会利用技术为所有的学生提供平等学习的机会，在一定程度上促进教育公平。在STEM课程中，成熟技术的应用可以克服因学生社会经济背景或STEM基础导致的学习障碍，如虚拟现实技术和增强现实技术的应用。目前来看，类似于人工智能或虚拟现实的新技术，都是以特定的方式在正式和非正式环境中使用，用来确保学生获得相应的能力和STEM知识。在这种相对平等的技术环境中，所有的学习都以学生的学习兴趣为基石，如学生可以根据喜好在虚拟实验室和在线课堂中体验不同类型的学习活动。另外，STEM本身就包括技术这一学科领域，因此新技术的熟悉与使用并不会额外增加学生的负担，反而能够创造更多的机会促进STEM整合课程的教与学。[22]

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[22]唐烨伟，郭丽婷，解月光，等.基于教育人工智能支持下的STEM跨学科融合模式研究[J].中国电化教育，2017（08）：46-52.

作者简介：张银荣（1995.10—），女，河南省信阳市人，温州大学教育学院硕士研究生，研究方向为编程教育。杨刚（1979—），通讯作者，男，湖南省怀化市人，温州大学教育学院副教授，硕导，研究方向为数字化学习，信息技术教学。徐佳艳（1996—），女，浙江省东阳市人，温州大学教育学院硕士研究生，研究方向为计算思维。

本文为2020年浙江省教育厅项目“面向计算思维发展的青少年可视化编程教育实证研究”（项目编号：Y202044281）、2020年浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划课题“可视化编程教育促进青少年计算思维发展的实证研究”（项目编号：2020R434047）的阶段性研究成果。