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          基礎教育、高等教育、企業以及教育管理部門協同開展STEM教育

          電化教育研究 2021-08-26 14:15:17
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          趙慧臣, 陸曉婷, 馬 悅

          (河南大學 教育科學學院, 河南 開封 475004)


          [摘 要] 國內關于STEM教育的研究偏重于理論、模式、方法和案例等,而對于如何將基礎教育、高等教育、企業、教育管理部門協同來實施STEM教育的研究有待豐富。美國《印第安納州科學、技術、工程和數學(STEM)行動計劃》提出基礎教育、高等教育、企業(工業與商業)以及教育管理部門協同開展STEM教育。文章針對我國STEM教育的現狀,認為我國STEM教育應該:面向STEM職業需求,協同建構STEM教育目標;基礎教育和高等教育合作設計課程,提升學生STEM知識與技能;高等教育和企業支持教師專業發展,提升STEM教師教學能力;組建STEM教育的管理部門,制定和完善STEM教育政策。

          [關鍵詞] STEM教育; 行動計劃; 協作關系;印第安納州


            STEM教育打破學科領域邊界,以跨學科方式培養學生綜合素養與創新能力。教育部發布的《教育信息化“十三五”規劃》提出,要積極探索跨學科學習(STEAM教育)等新型教育模式的應用,提升學生的創新能力?!癝TEM教育的推進不僅僅是教育體制內的事情,更牽涉了廣大社會力量的參與?!?sup>[1]目前,國內關于STEM教育的研究偏重于理論、模式、方法和案例等,對于如何將基礎教育、高等教育、企業、教育管理部門協同來實施STEM教育的研究有待豐富。

            美國STEM教育強調關注發揮學校與企業、教育管理部門的力量,促進STEM教育的發展與完善。1996年,美國國家科學基金會發表的《塑造未來:透視科學、數學、工程和技術的大學教育》報告,對學校、地方政府、工商業界和基金會提出了明確的合作建議。在此背景下,美國《印第安納州科學、技術、工程和數學(STEM)行動計劃》(以下統一簡稱為STEM教育行動計劃)注重基礎教育(K-12)、高等教育、企業(工業與商業)以及教育管理部門的合作、協同和聯動,可以為我國開展STEM教育提供參考。


          STEM教育行動計劃關注


            STEM教育實施問題

            美國印第安納州STEM教育致力于為學生實現最好的學業成績與職業生涯準備,保持與國際上最具競爭力地區的同等水平。印第安納州在分析STEM教育現狀與需求的基礎上,根據STEM教育的目標,形成STEM教育行動計劃,以便更好地推動與引導STEM教育。


            (一)美國印第安納州STEM教育的現狀與需求


            在具備相同教育水平的工作者中,STEM工作者相對于非STEM工作者擁有更高收入?!懊绹谌蚴袌錾系膭撔铝透偁幜εc美國公立學校能否保障學生的STEM素養直接相關?!?sup>[1]STEM教育傾向于為學生提供職業中所需知識與技能的學習支持。

            印第安納州的高中畢業生中完成大學數學和科學先修課的比率相對較低,輟學的高發率難以克服。究其原因,部分學生不喜歡學校、看不到工作價值、不喜歡老師以及學習無挑戰性等。為此,印第安納州在關注通過STEM教育來發展學生職業技能的同時,也期許提升學生的積極性、獲得感、幸福感以及對學校教育的認可度。


            (二)美國印第安納州STEM教育行動計劃的目標


            STEM教育行動計劃明確了任務:在科學、技術、工程和數學課程中發現并提高學生勞動力技能;為確保計劃任務的成功實施,闡述必要的措施方法。為此,印第安納州教育管理部門制定了STEM教育行動計劃的教育目標:為學生提供STEM教育,培養具備STEM素養的學生, 使之成為具有創新能力的國民;明確提出需要提高公眾對P-16 STEM教育體系的認識和支持,見表1。

          表1 STEM教育行動計劃的教育目標[2]

          (三)STEM教育行動計劃分析如何實施STEM教育


            關注學生的發展,為學生成長營造良好環境,是STEM教育的根本目標?!傲己玫腟TEM學習生態系統,既整合了自主、親手操作的STEM校內外學習,又不斷向學生強調所參與的活動與他們的生活、周圍世界以及未來職業的聯系?!?sup>[3]為實現教育目標,STEM教育行動計劃強調協同基礎教育、高等教育、企業和教育管理部門等相關要素,并發揮它們各自在課程制定、教育研究、資源支持、項目實踐、政策制定等方面的優勢,為STEM教育提供科學有效的系統支持。


          STEM教育的實施要素分析


            “系統的協同是分支系統的要素相互交叉,因此協同具有互補性功能。通過要素交換、互通信息、互通有無、取長補短,達到互補共贏?!?sup>[4]通過系統科學來闡釋STEM教育系統的要素及其關系,有助于構建STEM教育的實施框架。STEM教育的實施要素包括基礎教育、高等教育、企業和教育管理部門。STEM教育行動計劃根據實施要素的特征和價值,針對性地制定了明確的職責范圍。


            (一)基礎教育聯系學生、教師、課程,為學生學習提供可持續支持


            首先,針對STEM專業學生與高級學生分別制定明確標準,以針對性地引導學生發展。高中畢業的STEM學生可以劃分為 STEM專業學生和STEM高級學生。相對于STEM專業學生,STEM高級學生指既能夠立刻進入勞動力市場,又可以成功進入高校STEM專業的學生。對STEM高級學生的進一步的要求主要體現在對學生的批判性思維、語言表達能力、創新能力、復雜問題的解決能力、團隊合作能力等提出了更高要求,見表2。具體體現在:在分析技術的局限和弊端、改進和創造新技術以及創建和運用模型來表征真實世界情況的基礎上,整合和應用STEM學科的知識,構建創造性觀點、解決方案以及產品。

          表2 高中畢業STEM專業學生與高級學生核心知識和課程標準對比[2]

            其次,根據學生STEM能力提升的需要,設計與開發STEM課程。STEM課程不僅應當通過真實世界的實踐應用和項目合作為學生提供獨立學習和團隊合作的機會,而且需要支持學生積累實踐參與、邏輯演繹和定量推理的相關經驗。印第安納州鼓勵學生從小學開始累積STEM學科的學習經驗,要求高中生每年參加一門數學或定量推理課程。為此,STEM學校兼顧學生的文化體驗和民族語言,采用數學、科學、技術等課程作為核心課程,以滿足學生的創新需求以及對于STEM的職業需要。STEM學生學習課程后擁有淵博的跨學科知識,并能聯系現實世界的問題進行知識創新。STEM教師應評估STEM教學實踐和課程材料,努力尋求個別化和針對性的教學策略,以確保STEM學生的培養質量。

            最后,為教師提供持續有效的專業發展機會。專業發展應著眼于培養教師的能力,使教師能夠整合與教授STEM教育相關的內容和主題,解決教學上遇到的問題。為教師提供高質量的專業發展機會,可以引導教師關注科學、技術、工程、數學等相關課程的整合,支持教師善于利用有效的教學策略和課程材料,提高他們滿足STEM學生學習需求的能力。


            (二)高等教育注重以學生為中心的教學,并與基礎教育存在課程上的聯系


            一方面,改革課堂教學實踐內容,提高學生心理投入。為此,高等教育的教學實踐環節應該作出調整。本科STEM教育的課程實踐強調關注真實任務和實踐教學,讓學生應用跨學科知識探索世界,運用形成性評價技術獲得連貫、深入的學習體驗,不斷提升解決復雜問題的能力,見表3。作為學生項目實踐的引導者,教師可采用基于問題的學習、自主學習以及混合式學習等多樣化的教學形式。

          表3 美國國家教育委員會本科STEM創新教育課程實踐內容[2]

            另一方面,拓展高中STEM課程有助于實現基礎教育與高等教育之間的無縫連接,可以支持高等教育招收STEM專業的學生,為部分高中學生提供在高中獲得大學學分的機會。這些課程能激發學生參與STEM學習的熱情,降低大學學費的經濟負擔。印第安納州的國際學士學位(IB)課程、雙學分課程和大學先修(AP)課程等計劃已經實現,致力于提高接受過和擅長大學先修課程與雙學分課程學生的數量。


            (三)企業(工業與商業)與STEM學校建立互惠關系


            一方面,學校制定滿足企業所需的STEM職業技能標準,為企業培養匹配職業需求的人才。STEM領域的核心知識與STEM職業技能應當根據企業對人才的知識素養與技能需求來制定。STEM教育行動計劃根據企業需要,為STEM教育中的學生列舉出了24項所要獲得的職業技能,每項職業技能又有明確的解釋,見表4。為滿足社會變革和企業發展的需求,STEM職業技能不僅僅要求學生掌握跨學科知識,而是強調學生在不同情境中應用知識以及面向復雜問題時形成創新性解決方案。

          表4 STEM教育行動計劃中STEM職業技能種類與解釋[2]

            另一方面,企業為STEM學校提供學習資源、實踐平臺的支持。相對于傳統學校,STEM學校需要更多資源,尤其是學生需要參與真實世界的問題解決時。作為STEM教育的合作伙伴,企業可以為學生研究、學徒式訓練和項目學習提供平臺,引導學生獲得真實工作的實踐體驗,以更好地輔助學生的職業選擇。此時,企業中STEM相關領域的專家進入課堂,與教師和學生一起開展STEM項目探究,可以有效支持STEM教學活動。


            (四)教育管理部門為發展STEM教育作出政策引領


            作為跨學科的新型教育形式,傳統學校教育的政策難以有效支持STEM教育。教育管理部門應與企業、高等教育以及基礎教育合作制定政策,消解可能阻止STEM教育發展的限制。STEM教育行動計劃列舉并闡釋了八項政策:創建STEM教育管理部門、教師許可、畢業要求、學術課程、課程途徑、辦學經費、學校認證和問責制度[2]。

            1. 創建教育管理部門,協調STEM教育的方方面面,包含但不限于正式和非正式的STEM教育組織、企業、教師專業發展、資源協調以及學校認證等。

            2. 教師許可政策,關注STEM學校對擁有各種技能教師的需求。部分教師來自STEM行業,而非學校教育。許可這部分教師轉型,有助于緩解STEM師資不足的現狀。

            3. STEM學生畢業要求盡可能符合印第安納州技術榮譽畢業文憑(Indiana’s Technical Honors Diploma)的要求。STEM榮譽畢業文憑需要8個學分的數學與科學以及工程/技術課程,涉及工程與技術課程、職業專業課程以及在職培訓/實習等。

            4. STEM課程的設置既要依據STEM學科的課程要求,又要符合STEM領域的職業需要。STEM課程可以針對某個地區的工作狀況和職業需求,并考慮學生未來的職業發展。

            5. 職業途徑應被擴展至STEM 的其他學科,學生需要在STEM教育中借助“職業實踐”的機會確定職業路徑。

            6. 辦學經費的保障。STEM學校需要附加資金,或者在預算和資金方面需要更大的自由度。

            7. STEM學校認證用來審核某個學校能否實施STEM教育。教育管理部門需要確定審核STEM學校的標準,并根據當地經濟、文化和教育等情況制定審核標準。

            8. 根據需要引入學校問責制。問責制度有助于保證STEM教育政策、項目、任務等的有效實施,促使STEM教育的持續良性發展。


          STEM教育的協作方式探討


            “系統的協作是由子系統的要素相互交換,通過自組織而形成合作、協同、同步和互補的功能結構?!?sup>[5]STEM教育行動計劃根據基礎教育、高等教育、企業、教育管理部門等要素的屬性,設計了相應的協作方式,以實現相互支持。STEM教育行動計劃制定了STEM教育的協作關系,如圖1所示。

            “某一系統那些獨有的要素或信息進入另一系統與另一系統的要素相互聯系與作用,產生協同效應?!?sup>[6]在協同開展STEM教育過程中,基礎教育和高等教育獲得教育管理部門對STEM教育的政策支持,企業給予STEM學生職業實踐的機會,高等教育提升STEM學生研究能力,企業獲得符合崗位需求的STEM畢業生,教育管理部門則根據高等教育、基礎教育和企業提供STEM教育政策應用的情況,不斷完善STEM教育的支持政策。

          圖1 STEM教育的協作方式[2]


            (一)基礎教育與高等教育之間形成互補的教學銜接


            “對于不同地區和不同類型學校系統之間的協同,可以達到資源共享、取長補短,實現教育公平?!?sup>[6]基礎教育與高等教育存在顯著的合作關系,主要體現在為學生提供雙學分課程、提高教師專業發展、共同完善現有課程。

            基礎教育與高等教育合作制定STEM教育的人才培養方案?;A教育是培養學生學習興趣的關鍵階段,高等教育為提升學生職業能力的重要途徑。兩者應構建交流合作平臺,定期進行交流討論,分享在項目評估、課程改革、專業發展和教師協作等方面的優秀經驗,共同形成相得益彰的教學方案。


            (二)高等教育與企業建立互惠互利的合作方式


            高等教育與企業之間的合作主要體現在拓展學生學習空間、提高教師專業發展、創建實踐項目、提供專家指導/實習機會。在支持高等教育方面,企業既可以為STEM學生提供項目實踐、實習的場地,又能夠為STEM學校提供資金與專家支持。高等教育與企業之間的合作可以滿足學生對于未知職業的“嘗試”,習得未來所從事職業的技能,使高等教育培養的STEM人才符合社會經濟發展的需求。為提升合作效果,高等教育應當分析企業的人才需求,指導教師教學改革的方向,設置面向學生職業能力的課程。


            (三)教育管理部門與高等教育共同推動STEM教育


            教育管理部門與高等教育的合作體現在政策的完善、問責制度的制定、資金的支持、課程的定位、專業的設置等方面。教育管理部門指導高等教育設置STEM課程時,需要針對學生STEM知識學習和技能提升的需求,明確STEM教育中課程的定位與設置。

            高等教育根據STEM教育實施中遇到的難題,向教育管理部門反映STEM教育政策實施的問題。教育管理部門根據STEM教育的需求與現狀,反思STEM教育政策的應用狀況,不斷完善STEM教育政策,從而提升STEM教育政策制定的科學性和有效性。


            (四)教育管理部門與企業合作提高STEM教育質量


            教育管理部門與企業共同制定STEM項目,不斷優化STEM項目與教學,形成高質量的STEM項目實踐和教學效果。教育管理部門與企業的合作體現在為調整職業準備標準、制定和改變政策、制定STEM項目等方面。教育管理部門不斷協調和優化STEM教育政策,鼓勵企業加入STEM教育,并為學校與企業搭建溝通的橋梁,使STEM人才培養更加契合企業的職業需求。

            教育管理部門與企業的合作方式、合作密度以及合作效果關系到STEM教育的發展。教育管理部門不斷擴大宣傳,使STEM教育政策更好地為學校和企業帶來益處。教育管理部門與企業共同商討如何為STEM教育提供政策指導、教育資源和實踐項目。


          我國STEM教育的實施建議


            從系統角度看,人們不僅需要關注STEM教育開展的內部因素,更應該關注STEM教育發展的外部支持。STEM教育行動計劃明確提出基礎教育、高等教育、企業以及教育管理部門協同開展STEM教育,為我國開展STEM教育提供了啟示。


            (一)面向STEM職業需求,協同建構STEM教育目標


            STEM教育以跨學科與創新理念為指導,培養學生進入企業從事STEM職位的知識與技能,更好地促進社會經濟與人的協調發展。企業和學校合作制定與企業崗位相匹配的職業技能標準,并提供項目資金、資源、工具、人員支持,為提高學生STEM職業技能提供機會和指導。

            我國STEM教育應當根據經濟發展和社區需求,綜合多方需求制定教育目標?!坝嘘P部門應該動員工業界、商業界、基金會、科研機構、學術組織以及其他利益相關者組建一個STEM教育聯盟,共同關注STEM教育需求?!?sup>[1]例如,企業、學校和教育管理機構等多方調查STEM職業需求,共同制定STEM教育目標針對不同類型的企業擁有不同的職業需求,企業與學校在教育管理部門的政策支持下,通過溝通與合作確定STEM職業技能的種類和內涵。


            (二)基礎教育和高等教育合作設計課程:提升學生STEM知識與技能


            STEM教育著眼于從系統角度分階段培養STEM職業人才。教育管理部門和高等教育需要關注與研究如何根據學生的學習需求設計STEM課程,激發學生的學習興趣,并結合評價技術,不斷優化課程設置。

            STEM教育在小學教育階段側重于數學和科學等綜合課程,培養學生STEM素養;在高中階段應根據學生的興趣與能力,個性化定制課程,為大學和職業生涯選擇做準備;在大學階段應和企業合作,形成STEM教育的核心知識與課程標準。


            (三)高等教育和企業支持教師專業發展,提升STEM教師教學能力


            “勝任STEM教學任務的教師不僅需要具備良好的STEM學科知識,更要掌握STEM整合教學的知識與技能,并且對STEM教育抱積極態度?!?sup>[7]從協同教育的角度看,STEM教師在設計與實施STEM教學時, 必須考慮企業與社會的支持與配合。例如,“美國鼓勵大學和中小學校、校區合作,為STEM 入職教師提供良好的教育實習基地”[8]。

            鑒于STEM教育的特性,STEM教師培訓不僅注重STEM知識與技能和教學方法,更關注跨學科理念與新技術的滲入。高等教育和企業支持教師專業發展,提升STEM教師教學能力。高等教育提供STEM教師專業發展的課程資源和培訓方案,企業為提升STEM教師教學能力提供跨學科的教學資源和針對性的行業指導,共同引導STEM教師利用所獲得的經驗探索新型的教學方式,實現STEM理論知識學習與教學能力提升的有效融合。


            (四)組建STEM教育的管理部門,制定、完善STEM教育政策


            作為STEM教育政策的制定者,教育管理部門需要考慮多方因素。首先,確保制定的STEM教育政策符合國家相關法律的規定。其次,擴大學校實施STEM教育的權利和自由度,為STEM學校掃清障礙。再次,尋求支持政策推動的合作者,與企業共同為STEM教育提供資金和人員支持。最后,與企業、基礎教育、高等教育合作交流,不斷優化STEM教育政策。例如,“美國由國會、國家科學基金會、教育部、學校、協會及聯盟等社會多方通力合作,共同推動STEM教育政策的具體實施和有效落實?!盵8]STEM教育政策涉及教師許可、STEM學生畢業要求、STEM課程設置、課程職業途徑、STEM學校認證、學校問責制等方面,需要組建專門的STEM教育管理部門來制定。

          發表于《電化教育研究》2017年第4期

           參考文獻

          [1] 鐘柏昌,張麗芳.美國STEM教育變革中“變革方程”的作用及其啟示[J].中國電化教育,2014(4):18-24.

          [2] The Arizona STEM Network. Indiana’s science, technology, engineering, and mathematics(STEM) initiative plan[DB/OL].[2016-05-15].http://www.doe.in.gov/sites/default/files/ccr/indiana-framework-stem-educationv2.pdf.

          [3] 趙中建,龍玫.美國STEM學習生態系統的構建[J].教育發展研究,2015(5):61-66.

          [4] 李運林,張瑜,黃慕雄. 論協同功能與促進教育信息化[J].電化教育研究,2014(10):17-22.

          [5] 李運林,李克東,南國農,徐福蔭,胡欽太,許駿,黃慕雄.協同創新30年——紀念華南師范大學創辦新中國第一個電化教育專業30周年[J].電化教育研究,2013(11):5-16.

          [6] 李運林,張瑜,黃慕雄.論協同功能與促進教育信息化[J].電化教育研究,2014(10):17-22.

          [7] 丁杰,蔡蘇,江豐光,余勝泉.科學、技術、工程與數學教育創新與跨學科研究——第二屆STEM國際教育大會述評[J].開放教育研究,2013(2):41-48.

          [8] 上官劍,李天露.美國STEM教育政策文本述評[J].高等教育研究學報,2015(2):64-72.

          Basic Education, Higher Education, Enterprise and Education Management Departments Carrying Out STEM Education Collaboratively:

          An Enlightenment from Indiana's Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Initiative Plan

          ZHAO Huichen, LU Xiaoting, MA Yue

          (College of Education Science, Henan University, Kaifeng Henan 475004)

          [Abstract] Researches on STEM education in China focus on its theories, models, methods and cases etc. However, the research on how to implement STEM education through the collaboration of basic education, higher education, enterprise and education management department is insufficient. Indiana's Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Initiative Plan in America proposes that basic education, higher education, enterprise (business and industry) and education management department should conduct STEM education collaboratively. According to the status of STEM education in China, this study suggests that in China, faced with STEM career needs, STEM education needs to construct instructional objectives collaboratively and to design courses through collaboration of basic education and higher education for the purpose of improving students' STEM knowledge and skills. Teachers' professional development should be supported by higher education and enterprise in order to enhance STEM teachers' teaching competence. The management department of STEM education should be established and the policy of STEM education needs to be developed and improved.

          [Keywords] STEM Education; Action Plan; Collaborative Relationship; Indiana

          [作者簡介] 趙慧臣(1982—),男,河南永城人。副教授,博士,主要從事教育信息化與知識可視化研究。E-mail:zhc412328@163.com。

          [基金項目]2016年河南省哲學社會科學項目“我國中小學實施科學、技術、工程和數學(STEM)教育的路徑與對策研究”( 項目編號:2016CJY032);2017年度河南省教師教育課程改革研究項目“中學教師STEM(科學、技術、工程、數學)教學能力提升的研究與實踐”(項目編號:2017-JSJYYB-004)

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