為了創(chuàng)新而教育

-.z為了創(chuàng)新而教育近年來(lái)，隨著奧巴馬入住白宮正式中選為美國(guó)總統(tǒng)，“科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)〞教育〔STEMeducation〕作為一個(gè)新的概念，不斷出現(xiàn)在美國(guó)聯(lián)邦政府的各種教育改革政策和工程中。2009年7月美國(guó)教育部制定的“邁向巔峰方案〞將其作為該方案的6項(xiàng)重點(diǎn)工程之一，同時(shí)希望各州競(jìng)報(bào)這一聯(lián)邦資助工程。此后開(kāi)展的“為了創(chuàng)新而教育〞運(yùn)動(dòng)，旨在提高美國(guó)學(xué)生對(duì)STEM教育的參與程度，并改善他們的學(xué)業(yè)成績(jī)。

而在2011年2月，美國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)委員會(huì)、經(jīng)濟(jì)參謀委員會(huì)和科技政策辦公室聯(lián)名發(fā)布了?美國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略——確保我們的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和繁榮?的政府報(bào)告，強(qiáng)調(diào)要用21世紀(jì)技能來(lái)教育美國(guó)人并培養(yǎng)出世界一流的勞動(dòng)力，這就要求奧巴馬政府關(guān)注教育改革，尤其要重視STEM教育，并努力在2020年前再培養(yǎng)出10萬(wàn)名從事STEM教育的教師。為了響應(yīng)奧巴馬總統(tǒng)的號(hào)召，美國(guó)100多位企業(yè)首席執(zhí)行官已經(jīng)組建了一個(gè)名叫“變革方程〞的機(jī)構(gòu)，并承諾在至少100個(gè)效勞缺乏的學(xué)區(qū)內(nèi)擴(kuò)大有效實(shí)施STEM課程方案，尤其要擴(kuò)大培養(yǎng)全體美國(guó)人的能力和潛質(zhì)的參與度。對(duì)我們而言，是該認(rèn)識(shí)、理解和深入研究STEM教育的時(shí)候了。1在“雜亂無(wú)章〞中培養(yǎng)創(chuàng)新型科技人才

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)英文首字母的縮寫(xiě)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)最早將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門(mén)學(xué)科統(tǒng)稱(chēng)為STEM教育，這反映了一種教育哲學(xué)的變化。STEM教育是一種“后設(shè)學(xué)科〞，即這一學(xué)科的建立是基于不同學(xué)科之間的融合然后形成一個(gè)新的整體，將原本分散的學(xué)科形成一個(gè)整體，這就形成了當(dāng)今日趨受到重視的、跨領(lǐng)域的STEM教育了。美國(guó)高度重視STEM教育的根本原因，在于其深刻認(rèn)識(shí)到美國(guó)科學(xué)技術(shù)的滑坡在于其人才的嚴(yán)重短缺，這在美國(guó)近10余年來(lái)的大量文獻(xiàn)中屢屢被提及。

STEM素養(yǎng)是由科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科的素養(yǎng)所組成，但又不是它們的簡(jiǎn)單組合，而是把學(xué)生學(xué)習(xí)到的各學(xué)科知識(shí)與機(jī)械過(guò)程轉(zhuǎn)變成一個(gè)探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過(guò)程。一個(gè)STEM課堂的特點(diǎn)就是在“雜亂無(wú)章〞的學(xué)習(xí)情境中強(qiáng)調(diào)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、批評(píng)性思維和問(wèn)題解決能力。這種復(fù)雜的學(xué)習(xí)情境包含了多種學(xué)科，其問(wèn)題可能涉及納米技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)和天體生物學(xué)等學(xué)科知識(shí)。一個(gè)STEM課堂上教師可能提出一個(gè)問(wèn)題，然后希望學(xué)生組成一個(gè)班級(jí)*圍內(nèi)的探究小組開(kāi)展研究。在研究過(guò)程中，學(xué)生要使用技術(shù)搜集、分析數(shù)據(jù)，并設(shè)計(jì)、測(cè)試和改良一個(gè)解決方案，然后與其同伴交流研究成果。學(xué)生的STEM素養(yǎng)，就是在這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步形成的。2STEM教育在美國(guó)是項(xiàng)系統(tǒng)工程

其實(shí)，美國(guó)提出和重視STEM教育并非始自?shī)W巴馬政府。早在1986年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)就發(fā)表過(guò)?本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育?報(bào)告，這被認(rèn)為是美國(guó)STEM教育集成戰(zhàn)略的里程碑，指導(dǎo)了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)此后數(shù)十年對(duì)美國(guó)高等教育改革在政策和財(cái)力上的支持。該報(bào)告首次明確提出“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)〞教育的綱領(lǐng)性建議，從而被視為STEM教育的開(kāi)端。

1996年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)發(fā)表了題為?塑造未來(lái)：透視科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)的本科教育?報(bào)告，并提出今后的“行動(dòng)指南〞。報(bào)告針對(duì)新的形勢(shì)和問(wèn)題，對(duì)學(xué)校、地方政府、工商業(yè)界和基金會(huì)提出了明確的政策建議，包括大力“培養(yǎng)K-12教育系統(tǒng)中STEM教育的師資問(wèn)題〞。2007年10月30日，美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)發(fā)表?國(guó)家行動(dòng)方案:應(yīng)對(duì)美國(guó)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育系統(tǒng)的緊急需要?報(bào)告，提出的行動(dòng)方案主要包括兩個(gè)方面的措施：一是要求增強(qiáng)國(guó)家層面對(duì)K-12階段和本科階段的STEM教育的主導(dǎo)作用，在橫向和縱向上進(jìn)展協(xié)調(diào)；二是要提高教師的水平和增加相應(yīng)的研究投入。這一報(bào)告顯示了STEM教育從本科階段延伸到中小學(xué)教育階段，希望從中小學(xué)就開(kāi)場(chǎng)實(shí)施STEM教育。

也正是在2007年，美國(guó)參眾兩院在8月2日一致通過(guò)了?美國(guó)創(chuàng)造時(shí)機(jī)以有意義地促進(jìn)技術(shù)、教育和科學(xué)之卓越法?。有意思的是，該法英文中除第一個(gè)和最后一個(gè)單詞外，其余單詞以首字母縮寫(xiě)而成為PETES，因而該法英文又縮寫(xiě)為AmericaPETESAct，故可直接稱(chēng)作?美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)法?。?美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)法?一共包括8個(gè)局部，其中第六局部的標(biāo)題即為“教育〞，其他局部也有多項(xiàng)條款與教育有關(guān)。教育條款主要涉及教師教育、STEM教育、外語(yǔ)教育和本科生研究生獎(jiǎng)學(xué)金等4個(gè)方面。?美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)法?對(duì)STEM教育的重視，極大程度上反映了美國(guó)社會(huì)的一種共同關(guān)注趨勢(shì)。例如，2007年度美國(guó)州長(zhǎng)協(xié)會(huì)冬季會(huì)議就高度強(qiáng)調(diào)STEM教育在各州乃至全美國(guó)創(chuàng)立“創(chuàng)新環(huán)境〞中的重要意義。又如美國(guó)學(xué)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力委員會(huì)在2007年5月公布的委員會(huì)報(bào)告中，分析研究了2006年度總額達(dá)31億美元的105項(xiàng)聯(lián)邦STEM教育工程。

2011年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院研究委員會(huì)發(fā)布了?成功的K-12階段STEM教育：確認(rèn)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的有效途徑?的報(bào)告，報(bào)告認(rèn)為在中小學(xué)實(shí)施STEM教育的目標(biāo)主要有三個(gè)：一是擴(kuò)大最終會(huì)在STEM領(lǐng)域修讀高級(jí)學(xué)位和從業(yè)的學(xué)生人數(shù)，并擴(kuò)大STEM領(lǐng)域中女性和少數(shù)族裔的參與度；二是擴(kuò)大具有STEM素養(yǎng)的勞動(dòng)力隊(duì)伍并擴(kuò)大這一隊(duì)伍中女性和少數(shù)族裔的參與度；三是增強(qiáng)所有學(xué)生的STEM素養(yǎng)，包括那些并不從事與STEM職業(yè)相關(guān)工作的學(xué)生或繼續(xù)修讀STEM學(xué)科的學(xué)生。而美國(guó)州長(zhǎng)協(xié)會(huì)在2011年12月又針對(duì)STEM教育行動(dòng)發(fā)布了?制定科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育議程：州級(jí)行動(dòng)之更新?報(bào)告，分析了該協(xié)會(huì)2007年提出的行動(dòng)議程中的弱勢(shì)之處，重新提出“實(shí)施州級(jí)STEM議程〞的各項(xiàng)具體措施。3從“工程引路〞機(jī)構(gòu)看STEM教育根本特征

美國(guó)有一個(gè)專(zhuān)門(mén)致力于在初中和高中提供嚴(yán)密的STEM教育課程方案的機(jī)構(gòu)，名字為“工程引路〞機(jī)構(gòu)〔PLTW〕，成立于1987年。“工程引路〞機(jī)構(gòu)從1997年開(kāi)場(chǎng)在紐約州的12所高中推行“工程之路〞課程工程，其設(shè)置類(lèi)似于四年制高中的課程設(shè)置順序，包括根底課程、專(zhuān)業(yè)化課程和頂層課程。

根底課程包括“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)論〞、“工程原理〞和“數(shù)字電子學(xué)〞；專(zhuān)業(yè)化課程包括“航空宇宙工程〞、“生物技術(shù)工程〞、“土木工程和建筑〞和“計(jì)算機(jī)整合制造〞；頂層課程僅包含“工程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)〞一門(mén)科目，其內(nèi)容簡(jiǎn)介為：“在工程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)課程中，學(xué)生就*個(gè)開(kāi)放性的問(wèn)題進(jìn)展團(tuán)隊(duì)合作，一起研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并得出結(jié)論。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的生命周期和設(shè)計(jì)過(guò)程將被用來(lái)指導(dǎo)和幫助團(tuán)隊(duì)完成問(wèn)題的解決方案。團(tuán)隊(duì)成員將向那些對(duì)本課程提供咨詢(xún)的外部觀察者組成的委員會(huì)陳述和界定他們?cè)O(shè)計(jì)的方案。這一課程允許學(xué)生應(yīng)用在前期的“工程引路〞課程中學(xué)到的所有知識(shí)和技能。3D設(shè)計(jì)軟件的運(yùn)用也會(huì)幫助學(xué)生設(shè)計(jì)出他們團(tuán)隊(duì)所選擇的問(wèn)題解決方案。這門(mén)課程同時(shí)也使學(xué)生學(xué)會(huì)統(tǒng)籌和團(tuán)隊(duì)合作的技巧，這對(duì)他們是大有裨益的。本課程是為12年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)的。〞

“工程引路〞又于2000年開(kāi)場(chǎng)在初中階段推行“技術(shù)之門(mén)〞課程工程?！凹夹g(shù)之門(mén)〞課程以活動(dòng)為導(dǎo)向，旨在挑戰(zhàn)和吸引學(xué)生的天然好奇心和想象力。這一課程分為為時(shí)9周的6個(gè)獨(dú)立的單元，分別是設(shè)計(jì)與建模、自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)、能源與環(huán)境、飛行與空間、技術(shù)科學(xué)和電子魔力。

此外，“工程引路〞還從2008年開(kāi)場(chǎng)在高中階段推行“生物醫(yī)學(xué)科學(xué)〞課程工程。這一課程工程目前包含了4門(mén)課程，且與適當(dāng)?shù)娜珖?guó)課程學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)相一致，分別是生物醫(yī)學(xué)科學(xué)原理、人體系統(tǒng)、醫(yī)療干預(yù)和生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新。我們不妨看一下“醫(yī)療干預(yù)〞科目的如下根本內(nèi)容：“學(xué)生在跟蹤他們?cè)O(shè)定的虛擬家庭的日常生活中，研究各種干預(yù)法，包括預(yù)防、診斷和疾病的治療。這門(mén)課程是如何保持身體的整體安康和動(dòng)態(tài)平衡的指南。學(xué)生會(huì)探究如何預(yù)防和對(duì)抗感染，如何篩選和評(píng)估人類(lèi)的DNA代碼，如何預(yù)防、診斷和治療癌癥，還有當(dāng)身體器官機(jī)能開(kāi)場(chǎng)衰退時(shí)，如何進(jìn)展對(duì)抗。通過(guò)這些情境，學(xué)生接觸到廣泛的相關(guān)干預(yù)措施，包括免疫學(xué)、手術(shù)、遺傳學(xué)、藥理學(xué)、醫(yī)療設(shè)備和診斷。在這門(mén)課程中，生活方式的選擇和預(yù)防措施是非常重要的，正如科學(xué)的思維方式和工程設(shè)計(jì)在將來(lái)干預(yù)措施的開(kāi)展中發(fā)揮重要的作用一樣。〞

“工程引路〞的上述課程工程目前已經(jīng)在美國(guó)50個(gè)州和哥倫比亞特區(qū)的4200多所學(xué)校推廣，超過(guò)40多萬(wàn)名學(xué)生修學(xué)了這些課程。這一課程的一個(gè)顯著特征，就是使“參與課程的學(xué)生能夠進(jìn)展以活動(dòng)為根底、以工程為根底和基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)，同時(shí)獲得實(shí)踐的課堂體驗(yàn)。〞

自“工程引路〞課程工程實(shí)施以來(lái)，一些學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)其學(xué)術(shù)效果進(jìn)展了獨(dú)立評(píng)估，發(fā)表的報(bào)告集中強(qiáng)調(diào)了“工程引路〞課程促使學(xué)生通過(guò)STEM教育在開(kāi)展心和腦方面的成功意義。美國(guó)教育部部長(zhǎng)鄧肯也在2011年將“工程引路〞機(jī)構(gòu)的STEM課程稱(chēng)之為一種“在全國(guó)成功實(shí)施的新生涯和技術(shù)教育的卓越模式〞。

在由華東師*大學(xué)和美國(guó)紐約大學(xué)合作舉辦的**紐約大學(xué)〔2