STEM教育的课程设计与实施

**章 STEM教育的历史发展追溯 　　20世纪90年代，美国为应对国际人才竞争和经济发展压力，倡导开展一种集成科学(science)、技术(technology)、工程(engineering)、数学(mathematics)的STEM教育。STEM教育为何会在20世纪90年代被提出并迅速风靡全球？它是横空出世的一个全新概念，还是伴随着特定历史背景、历史事件，有着深刻时代烙印的必然产物？让我们走进STEM教育的发展历史去一探究竟。 　　**节 STEM教育的开端与萌芽 　　一、国际竞争呼唤教育变革 　　STEM是科学(science)、技术(technology)、工程(engineering)、数学(mathematics)英文首字母的缩写，起源于美国，是美国为应对未来社会挑战和提升国际竞争力而提出的教育新概念。美国对STEM教育的关注其实可以追溯到20世纪50年代。1957年10月4日，苏联发射了世界上**颗人造卫星Sputnik-1，并在1961年用东方号运载火箭把宇航员尤里 加加林送上太空，使他成为全世界**个进入太空的地球人。美国在这场科技与军事竞争中接连落后于苏联，使美国国内产生强烈的危机感，也引发了美国公众对学校教育的深刻反思。他们认为宇航技术之所以落后于苏联是美国“学校教育质量下滑导致的”，进而认为“这是进步主义教育偏废基础性、系统性，降低学术标准所造成的恶果。”[1]从此，美国开始大力发展科学教育。在苏联人造卫星发射之后，美国总统艾森豪威尔发表了著名演讲，向美国民众提出要求并呼吁全民行动起来，“苏联的各类科学家及工程师的数量现在已经比美国多很多了，并且这些领域以更快的速度产出毕业生 在未来的10年里，我急需科学家。我的智囊团告诉我：我们需要科学家的数量远远大于我们原计划所需要的。联邦政府只能解决这些困难中的一部分，但是必须解决它。这是一个需要合作才能完成的任务。联邦政府及当地政府，甚至所有公民都必须参与其中。”[2]反思强烈激发了美国公众对教育改革的热情，促使政府和各个组织机构开始反思其在科学技术领域的政策，并在教育界掀起了一场以科学技术为主题的改革运动。[3] 　　二、教育变革回应发展需求 　　1958年，美国国会通过《国防教育法》，确定要迅速纠正当时教育中存在的不能使青少年接受足够的数学、自然科学、外语及科技训练的现象，并将数学、自然科学、外语归为“新三艺”，强调加强这些学科的学习，从而为美国社会培养科技尖端人才[4]。1959年，美国著名的教育学家杰罗姆 布鲁纳(Jerome Seymour Bruner)主持召开了伍兹霍尔会议，在美国发起了一场声势浩大的课程改革运动，倡导任何学科都可以用恰当的形式教给任何年龄的儿童。布鲁纳希望“以此方式让学生高效地习得数学和自然科学的高深知识，从而迅速培养高精尖人才”[4]。尽管此次改革以失败告终，但美国的科学教育却得以迅速发展。 　　1983年，美国国家优质教育委员会发布了《国家在危机中：教育改革势在必行》报告，全方位地指出美国中小学教育中存在的不足，尤其是科学和数学教育的不足，从而揭开了美国基础教育改革的新序幕。1985年，美国科学促进会启动“2061计划”项目，以期帮助所有美国人提高其科学、数学及技术素养，该计划被誉为“美国历史上*显著的科学教育改革之一”。1986年美国国家科学研究委员会发布了**个关于STEM集成教育的指导性文件——《本科的科学、数学和工程教育》，强调在大学阶段“加强大学教育并追求卓越，以使美国下一代成为世界科学和技术的领导者”[5]。该报告首次明确提出“科学、数学、工程和技术教育”集成的纲领性建议，即SMET教育集成，这被视为STEM教育的开端。科学、数学、工程、技术4个英文单词首字母的集合本来是SMET，后来美国国家科学基金会的一位工作人员抱怨SMET听起来像smut(污垢、下流)，于是便用STEM取代了SMET[4]。此后，STEM逐渐成为一个较为固定的教育新概念被学者和大众广泛接受，并迅速风靡全球。 　　第二节 STEM教育的蓬勃发展 　　一、政策文件牵引STEM发展 　　在STEM教育的发展历程中，各国政府制定的相关政策起到了非常重要的推动作用。在过去20年，特别是近10年，政策这一重要角色不仅在战略层面指引着STEM教育体制、机制、课程、人力、资金的配备和建构，更影响着高等教育、基础教育甚至广大民众如何看待、定义、理解STEM教育，为STEM教育的蓬勃发展奠定了坚实的制度基础和民众基础。 　　1996年，美国国家科学基金会发布《塑造未来：透视科学、数学、工程和技术的本科教育》报告，该报告总结回顾了美国大学科学、数学、工程和技术教育10年的进展，提出未来STEM教育的发展规划，重点强调“关注K-12阶段STEM师资的培养问题”[4]。2006年，美国国会提出《美国竞争力计划：在创新中领导世界》，报告指出“要通过创新引领世界，知识经济时代的教育目标之一就是培养具有STEM素养的创新人才”[6]。2007年，美国国家科学基金会为应对美国人才培养的需求发布了《国家行动计划：应对美国STEM教育体系的重大需求》报告，这是从高等教育领域转而真正全面关注中小学STEM教育的重要政策性研究。报告提出两个方面的措施：一是增强国家对STEM教育的主导作用和协调作用；二是提高STEM教师的水平和增加STEM研究的投入，从而促进STEM教育在大学和K-12阶段的全面推行，为美国科技人才的培养发挥作用[7]。同年，美国州长协会发布《拟定STEM教育议程：州级行动之更新》，详细分析了美国各州都面临的五大问题[8]：①各州的数学标准和科学标准不一致；②合格的一线数学教师和科学教师缺乏；③大学的STEM学习缺乏准备；④未能激发学生对数学和科学的兴趣；⑤高等教育体系未能满足STEM工作的需求。这样的STEM教育现状显然与美国政府和社会期待的STEM教育和STEM人才培养有较大差距，这些问题也成为后期美国STEM教育政策关注的重点。 　　2010年，美国修订《美国竞争法再授权法》，提出“STEM支持计划”，从立法和经费支持角度为STEM教育的顺利实施提供保障。同年，总统科技顾问委员会提出《培养与激励：为美国的未来实施K-12年级STEM教育》，认为“21世纪美国的成功——其财富和福祉——将取决于全体美国人的思想和技能，这些一直是美国*重要的资本 这些资本的价值在相当大程度上依赖于STEM教育 要改进STEM教育必须重视培养和激励 在未来10年招收和培养10万名优秀的STEM教师，创建1000所STEM教育新学校 支持开发一系列高质量的基于STEM的课外项目和拓展性的日常活动，支持各州主导在STEM学科开发共同核心标准 联邦层面进行更有力的领导和一致性的策略与协作，以支持K-12的STEM教育创新 ”[9]。2013年，美国国家科学技术委员会公布《联邦STEM教育五年战略规划》。2015年，奥巴马签署《2015年STEM教育法》。2016年，美国教育部与美国教育研究协会联合发布《STEM 2026：STEM教育创新愿景》报告，在奥巴马政府原有支持举措的基础上，该报告描绘了美国在下一个十年如何继承已有成绩并继续推进STEM教育发展的愿景。 　　从20世纪80年代美国揭开教育改革的序幕到2016年发布《STEM 2026：STEM教育创新愿景》，美国STEM教育从快速发展阶段进入平稳发展阶段，从*初强调的科学教育逐渐延伸到技术、数学、工程、人文和艺术等多个学科的学习，从高等教育延伸至基础教育，从关注战略规划到关注实施细节，从狂热追逐到理性研究。当美国对STEM教育的研究日趋成熟时，其他国家也迅速加入其中，开始了对这一教育理念和实践的关注。英国在2017年发布了《建立我们的工业战略绿皮书》，澳大利亚制定《STEM学校教育国家战略2016—2026》、加拿大实施“加拿大2067”计划、芬兰出台LUMA(芬兰语的STEM)计划，纷纷强调STEM教育实践的重要意义，并推出系列改革措施。 　　下面就简要概述德国、澳大利亚、英国、芬兰、日本、韩国6个国家的STEM教育情况，以点带面地展现STEM教育在全球生机蓬勃的发展情况。 　　德国由于高质量综合型劳动力匮乏，也特别重视STEM教育(在德国，由于语言差异，STEM被称为MINT)。德国认为，“专业技术人才的创造力，是解决当前科技发展中遇到的关键问题以及迎接未来挑战的核心，为此中小学阶段的MINT教育更关注学生在MINT职业上的兴趣和发展”[4]。德国希望将STEM教育与终身教育结合起来，创造一种可持续发展的STEM教育模式。 　　澳大利亚从2013年开始提高对STEM教育的重视程度。2013年，澳大利亚首席科学家办公室发布《国家利益中的STEM战略》，2014年，制定《STEM：澳大利亚的未来》的战略规划，对“STEM教育和培训做了详细的规划，强调培养STEM专业教师、提高学生STEM素养、提高课程设计的科学性和合理性、加强与国家课程标准的联系、保证人才培养模式与市场需求相适应”[4]。2015年，澳大利亚联邦及各州和地区教育部部长在“教育委员会”会议上签署《STEM学校教育国家战略2016—2026》，通过采取全国联动的国家行动，提升澳大利亚学校科学、数学、信息技术教学质量与加快学校发展。 　　科学与数学教育一直处于世界领先水平的英国为鼓励下一代热衷并擅长科学、技术、工程及数学学科，政府也积极推进系列政策、项目和活动支持学生学习STEM课程。2012年，英国商业、创新和技能部颁发《2010—2015年国家政策：公众对科学和技术的理解》，文件中提到要鼓励学校开展科学教育并资助支持学生学习STEM课程的项目和活动[10]。2017年，发布《建立我们的工业战略绿皮书》，指出“在英国的现代工业战略中，技术教育是核心，同时还将促进数学教育的发展和解决STEM技能短缺问题”。英国在人才培养方面开展的STEM项目和活动也非常丰富，如建立STEMNET兴趣学习组织、开展YOUR LIFE学习计划、实施“国家科学与工程竞赛”等。 　　芬兰从1996年开始，通过芬兰国家教育委员会发起了名为LUMA(LUMA 是芬兰语Luonnontieteet和Mathematics两个词的缩写，意思是自然科学和数学)的科学发展项目，并在各大学建立LUMA中心，推动芬兰LUMA行动开展。2013年，芬兰LUMA国家中心成立。LUMA国家中心作为芬兰大学和大学校园内LUMA中心的伞状组织，链接起全国的LUMA行动，其主要工作内容包括：鼓励和支持3～19岁的青少年参与数学、科学、IT和技术，在全芬兰的STEM领域中申请下一阶段的教育；提高儿童和青少年的家长对STEM学科和专业研究重要性的认识；通过网络和媒体提高公众对STEM的关注；支持STEM教学的研究性发展”[11]。