一、美國實(shí)施K-12階段STEM教育的措施
1.制定多層次、個(gè)性化的課程標(biāo)準(zhǔn)
美國K-12階段的教育，每一門課程都有詳細(xì)的規(guī)劃和操作標(biāo)準(zhǔn)。具體到STEM教育，不同年級、不同課程也有詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)。如《K-12科學(xué)教育框架》、《新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》、《K-12工程教育標(biāo)準(zhǔn)》、《各州共同數(shù)學(xué)核心標(biāo)準(zhǔn)》等。除了這些獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，還有與之配套的解釋性文件。學(xué)校的教學(xué)以具體標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，以保證教學(xué)質(zhì)量。如《各州共同數(shù)學(xué)核心標(biāo)準(zhǔn)》[1]，規(guī)定了不同年級的數(shù)學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)，為各個(gè)學(xué)校獨(dú)立開展數(shù)學(xué)教學(xué)提供綱領(lǐng)性的指導(dǎo)。到了高年級，學(xué)校還會幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的學(xué)科概念，并有意識地建立學(xué)科之間的廣泛聯(lián)系。以科學(xué)教育為例，美國初中和高中的科學(xué)教育采用“3+1”的內(nèi)容設(shè)置，即三個(gè)主要的科學(xué)領(lǐng)域：物理科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)——工程設(shè)計(jì)。與小學(xué)相比，中學(xué)科學(xué)教育有了明顯的學(xué)科劃分，并且逐步形成一定的學(xué)科知識和理論體系。
全國性的STEM教育標(biāo)準(zhǔn)起到統(tǒng)領(lǐng)全局的作用，各州還根據(jù)自身的實(shí)際情況，在全國性標(biāo)準(zhǔn)的框架下，設(shè)計(jì)州一級的STEM教育方案，因地制宜地開展STEM教育。如北卡羅來納州在國家標(biāo)準(zhǔn)的框架下設(shè)置了多種形式的STEM教育課程。[2]各學(xué)區(qū)、學(xué)校制定自己的標(biāo)準(zhǔn)，有助于發(fā)揮自身的優(yōu)勢，形成STEM教育的特色。
2.增強(qiáng)STEM課程融合
進(jìn)行學(xué)科之間的融合，已經(jīng)成為很多國家科學(xué)教育政策主導(dǎo)和研究的熱點(diǎn)。[3]美國現(xiàn)行的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，均體現(xiàn)出不同程度的學(xué)科融合傾向。2012年最新的《K-12科學(xué)教育框架》強(qiáng)調(diào)“科學(xué)”與“工程”的融合，強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育的跨學(xué)科性。美國K-12階段的技術(shù)教育也注重與其他教育內(nèi)容交叉和融合。以技術(shù)與工程的融合為例，美國K-12階段有專門的工程技術(shù)內(nèi)容，設(shè)置計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程兩方面的內(nèi)容。不同階段科學(xué)教育內(nèi)容的設(shè)置方式也有所不同。2014年發(fā)布的《K-12教育中的STEM融合：現(xiàn)狀、預(yù)期與一項(xiàng)研究議程》概括了STEM教育中各領(lǐng)域從獨(dú)立到不斷融合的歷程。
項(xiàng)目是美國STEM教育中實(shí)現(xiàn)課程融合的又一重要方式。例如，PLTW(Project Lead The Way)項(xiàng)目、暑期項(xiàng)目、課外項(xiàng)目等，這些項(xiàng)目強(qiáng)化STEM教育的地位，并將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)內(nèi)容密切結(jié)合起來。融合的STEM課程，有助于激發(fā)學(xué)生的STEM興趣，引導(dǎo)學(xué)生在高等教育中選擇STEM專業(yè)，甚至走上STEM職業(yè)道路。
美國特別關(guān)注人文社科類課程對K-12 STEM學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用。在STEM課程以外，還有諸如戲劇、繪畫等在內(nèi)的課程。學(xué)生在具備了充分的學(xué)術(shù)能力以外，還有較高的人格修養(yǎng)，不僅為升入大學(xué)做準(zhǔn)備，也為職業(yè)生涯做好了充分的準(zhǔn)備。
3.社會力量廣泛參與K-12 STEM教育
美國的社會團(tuán)體和組織在促進(jìn)K-12 STEM教育方面發(fā)揮著重要作用。除了聯(lián)邦政府和州政府，這些社會力量可以大致分為三類：教育機(jī)構(gòu)組成的團(tuán)體、企業(yè)團(tuán)體和公益組織。
美國的教育機(jī)構(gòu)彼此之間聯(lián)系密切，并成立了各類協(xié)會，共同商討教育問題。全國STEM中學(xué)聯(lián)盟(National Consortium of Secondary STEM Schools，NCSSS)是一個(gè)致力于推動(dòng)STEM教育的組織，成員以初中為主，還包括一些頂級高中，同時(shí)還有大學(xué)、暑期項(xiàng)目、公司、基金會。該組織的宗旨就是為學(xué)生成為科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)方面的領(lǐng)軍人物做準(zhǔn)備。在具體的工作中，NCSSS主要通過為成員單位的師生提供服務(wù)、建立合作、傳達(dá)STEM教育通知、發(fā)起教育改革等活動(dòng)促進(jìn)中學(xué)STEM教育的發(fā)展。除了像STEM中學(xué)聯(lián)盟這樣的專門組織外，一些STEM領(lǐng)域的高級機(jī)構(gòu)也對K-12 STEM非常重視。美國國家工程院(National Academy of Engineering，NAE)的工作內(nèi)容之一就是為K-12工程教育提供前沿思想。NAE通過設(shè)立項(xiàng)目的形式，鼓勵(lì)基礎(chǔ)階段的工程教育研究。通過這種方式，充分調(diào)動(dòng)老師和學(xué)生的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生參與到創(chuàng)新性學(xué)習(xí)中。[4]通過一系列項(xiàng)目，NAE讓K-12階段的工程教育與大學(xué)教育逐步接軌，并且將視野拓展到整個(gè)STEM領(lǐng)域，進(jìn)而推動(dòng)K-12階段STEM教育的發(fā)展。
美國的企業(yè)致力于推動(dòng)K-12 STEM教育的發(fā)展，這是因?yàn)檫M(jìn)入知識時(shí)代，美國企業(yè)認(rèn)識到如果沒有高素質(zhì)的人力資源，企業(yè)的生存與發(fā)展將無從談起。企業(yè)參與的方式不一，有的聯(lián)合成立公益機(jī)構(gòu)，如一百多位企業(yè)CEO發(fā)起的致力于推動(dòng)中小學(xué)STEM教育的“變革方程”;有的則是直接向政府提供STEM教育改革建議，影響美國STEM教育的政策，如名為“激活美國的潛力：為了創(chuàng)新計(jì)劃的教育”的報(bào)告即為“企業(yè)圓桌會議”這一協(xié)會所提交。
圖書管理員在K-12階段的STEM教育中也發(fā)揮著重要作用。在一個(gè)以創(chuàng)新為中心的環(huán)境中，圖書管理員是創(chuàng)造者、創(chuàng)新者和導(dǎo)師。[5]他們作為STEM項(xiàng)目的參與者，不僅通過動(dòng)畫、數(shù)字等技術(shù)手段對學(xué)生進(jìn)行教育，而且能夠成為連接學(xué)校和企業(yè)的橋梁，為STEM教育項(xiàng)目籌集資金。除了圖書館，國家公園、博物館等通過提供有效的STEM經(jīng)歷，培養(yǎng)學(xué)生的興趣，使學(xué)生形成對STEM的積極態(tài)度，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
目前，美國正在構(gòu)建一種新的STEM學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)正規(guī)教育、非正規(guī)教育和課外教育三位一體的STEM教育，有效整合K-12 STEM教育的資源，提高STEM教育的效率。
4.多項(xiàng)機(jī)制保障K-12 STEM教育
(1)優(yōu)秀師資培育機(jī)制。要切實(shí)提高K-12階段學(xué)生STEM方面的素養(yǎng)，師資是重要的保障之一。一方面，美國制定了不同專業(yè)教師的資格標(biāo)準(zhǔn)，STEM教師不僅要具備所教課程的知識和資格，而且還要具備跨學(xué)科的知識和能力，以適應(yīng)STEM教育的最新形勢。另一方面，美國計(jì)劃增加K-12階段STEM教師數(shù)量。根據(jù)2013年《美國聯(lián)邦政府STEM五年戰(zhàn)略規(guī)劃》，到2020年美國將增加100，000名K-12階段STEM教育的優(yōu)秀教師。[6]與之相呼應(yīng)，美國有各種形式的STEM領(lǐng)域教師培訓(xùn)項(xiàng)目，以提供給教師更多的培訓(xùn)。不僅如此，還對表現(xiàn)優(yōu)異的STEM教師給予激勵(lì)，“數(shù)學(xué)和科學(xué)卓越教學(xué)總統(tǒng)獎(jiǎng)”即是激勵(lì)方式之一。這些措施為美國培養(yǎng)優(yōu)秀師資以及高素質(zhì)的STEM學(xué)生提供了保障。
(2)多元經(jīng)費(fèi)支持機(jī)制。為了能夠保障K-12階段的STEM教育，美國還特別注重教育投入。研究認(rèn)為中學(xué)和高等教育階段高質(zhì)量的STEM教育與美國的創(chuàng)新能力和經(jīng)濟(jì)繁榮密切相關(guān)，[7]對STEM教育進(jìn)行投入就成為保持經(jīng)濟(jì)活力的關(guān)鍵。在經(jīng)費(fèi)投入方面，美國聯(lián)邦政府主要是通過聯(lián)邦教育部、國家科學(xué)基金會、衛(wèi)生及福利部進(jìn)行STEM教育經(jīng)費(fèi)發(fā)放，這些投入占STEM教育投入的80%以上。2015年奧巴馬政府在STEM教育上的預(yù)算為29億美元，其中用于K-12 STEM教育的為3.2億美元。[8]除了聯(lián)邦政府的投入，美國的社會團(tuán)體、公司等也對K-12 STEM教育投資，他們的投資主要針對STEM項(xiàng)目或課外STEM活動(dòng)。例如，美國科學(xué)促進(jìn)會(AAAS)對非營利組織用以加強(qiáng)K-12階段STEM教育中學(xué)生、老師和專業(yè)人士的合作。[9]
(3)行政支持機(jī)制。美國聯(lián)邦政府通過制定規(guī)劃、發(fā)布文件等方式對K-12階段的STEM教育提供行政支持。這些行政行為對具體教育方案的制定和實(shí)施起指導(dǎo)作用。例如2013年美國政府發(fā)布了《聯(lián)邦科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)教育五年戰(zhàn)略規(guī)劃》，對包括K-12在內(nèi)的STEM教育活動(dòng)進(jìn)行了部署，明確提出“STEM教育應(yīng)優(yōu)先于政府在教育方面的其他工作”，[10]同時(shí)也為各州制定各自的STEM教育及普及方案提供了框架。不僅如此，一些州將K-12 STEM教育作為本州事務(wù)的重點(diǎn)加以重視，采用行政的手段予以保障。2014年，愛德華州立法機(jī)構(gòu)會議討論的立法優(yōu)先權(quán)議題中就包括K-12 STEM教育。[11]
(4)特殊群體STEM教育保障機(jī)制。在加強(qiáng)STEM教育的背景下，美國注重對少數(shù)族裔、女性及家庭貧困等弱勢群體的STEM教育，并且鼓勵(lì)他們在未來從事STEM相關(guān)工作。增加女性及少數(shù)族裔在STEM工作中的比例，是當(dāng)前美國成功的STEM教育的目標(biāo)之一。[12]除此之外，一些社會組織及公司針對這些弱勢群體采取相應(yīng)的措施，如2014年尼桑捐贈18萬美元用以支持拉美裔美國公民的教育，并鼓勵(lì)他們從事STEM方面的職業(yè)。[13]
5.強(qiáng)化K-12與大學(xué)STEM教育的銜接
美國K-12與大學(xué)STEM教育銜接首先體現(xiàn)在一般課程設(shè)置和實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置上。這種銜接主要是通過在中小學(xué)開設(shè)STEM相關(guān)課程的方式實(shí)現(xiàn)的，如學(xué)院高中課程。[14]這種做法在美國由來已久，如工程教育課程可以追溯到20世紀(jì)90年代初。[15]除了課程設(shè)置，美國K-12 STEM教育還有課外活動(dòng)環(huán)節(jié)，這些課外活動(dòng)通過學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)、參觀體驗(yàn)等形式，讓學(xué)生不斷增加對STEM的認(rèn)識和興趣，培養(yǎng)STEM思維，并引導(dǎo)他們在大學(xué)選擇STEM專業(yè)。
K-12與大學(xué)STEM教育的銜接還體現(xiàn)在與招生掛鉤的特殊課程上。為了培養(yǎng)更多的STEM創(chuàng)新人才，美國越來越多的大學(xué)與中學(xué)建立了密切的聯(lián)系，雙錄取項(xiàng)目[16]是美國大學(xué)招生方式之一。實(shí)施雙錄取項(xiàng)目的大學(xué)為基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生，特別是高中生提供STEM類的課程，這類課程一般稱為AP(Advanced Placement Program)課程，針對那些學(xué)有余力、成績優(yōu)異的高中生，允許他們先修大學(xué)的部分課程并獲得學(xué)分。研究表明，雙錄取制度不僅有助于實(shí)現(xiàn)高中與大學(xué)的銜接，[17]而且是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。[18]不僅如此，美國還通過制定各項(xiàng)政策來保障K-12與大學(xué)的銜接，[19]《不讓一個(gè)孩子掉隊(duì)法案》就是其中之一。在美國文化中，人們認(rèn)為每個(gè)孩子都能成功，托馬斯·阿姆斯特朗的經(jīng)典教育專著《每個(gè)孩子都能成功》認(rèn)為，很多孩子在學(xué)校不成功，是學(xué)校教育方式的問題，而非孩子本身的問題。所謂問題孩子、差生應(yīng)當(dāng)采取特別的教育方式，保障每個(gè)孩子都能實(shí)現(xiàn)各自價(jià)值。
6.成立專門STEM學(xué)校
當(dāng)前，STEM中學(xué)是美國K-12 STEM教育中的一個(gè)特色。史蒂文森中學(xué)是美國最早的STEM中學(xué)，同類的學(xué)校還有俄克拉荷馬數(shù)學(xué)與科學(xué)學(xué)校、伊利諾伊數(shù)學(xué)與科學(xué)學(xué)校等。STEM中學(xué)最初是為了培養(yǎng)技術(shù)工人，服務(wù)于美國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著后來各國在科技領(lǐng)域競爭環(huán)境的變化，STEM中學(xué)逐漸演變成為培養(yǎng)STEM領(lǐng)域人才的精英教育學(xué)校。這些學(xué)校在美國的影響力較大，是美國培養(yǎng)高層次人才和創(chuàng)新人才的重要方式。STEM中學(xué)不僅有自己的招生制度，還設(shè)置有幫助學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展的課程。通過分階段的培養(yǎng)，STEM中學(xué)成為STEM人才的搖籃。
二、美國K-12 STEM教育對我國的啟示
1.增加實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)STEM整體思維
盡管素質(zhì)教育在我國已經(jīng)提出了數(shù)十年，但在實(shí)際操作過程中，很多學(xué)校仍然以升學(xué)率等指標(biāo)為導(dǎo)向，中小學(xué)教育中的應(yīng)試思維仍然沒有得到根本的轉(zhuǎn)變。在一個(gè)以創(chuàng)新為主旋律的時(shí)代，迫切需要培養(yǎng)中小學(xué)生的創(chuàng)新思維，這是學(xué)生發(fā)展的需要，也是國家創(chuàng)新能力和國際競爭力提升的需要。培養(yǎng)創(chuàng)新能力的關(guān)鍵在于重視STEM教育中的興趣培養(yǎng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置。首先，增加學(xué)校教育中的實(shí)踐環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)在中小學(xué)教育中增加類似美國的“工程設(shè)計(jì)”內(nèi)容或環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識、動(dòng)手能力和思維能力。其次，增加課外實(shí)踐環(huán)節(jié)，我國中小學(xué)的STEM教育盡管成績斐然，但卻存在動(dòng)手能力差、實(shí)際應(yīng)用能力弱等問題，學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力沒有得到充分的發(fā)揮。為此，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生更多地走出教室參與實(shí)踐，科技展覽、博物館、各類STEM相關(guān)的課外項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)納入到中小學(xué)STEM教育中。最后，加強(qiáng)教學(xué)過程中的課程融合，形成STEM大課程思維，避免教學(xué)過程中各個(gè)課程之間的人為撕裂與孤立，進(jìn)而讓學(xué)生形成對STEM領(lǐng)域問題的全面感知。這不僅有助于保持和增加對STEM領(lǐng)域的興趣，而且能夠?yàn)槲磥淼膶W(xué)習(xí)和工作打下重要基礎(chǔ)。
2.動(dòng)員社會力量，加大STEM基礎(chǔ)教育投入
社會機(jī)構(gòu)參與中小學(xué)的STEM教育，不僅能夠提供更多的資金支持，而且能夠起到聯(lián)系和溝通的作用。另外，社會機(jī)構(gòu)的參與還能夠提供更多的教育資源，豐富教學(xué)內(nèi)容，例如可以通過設(shè)立項(xiàng)目的方式參與中小學(xué)的STEM教育，使學(xué)生的想法和實(shí)踐能夠找到現(xiàn)實(shí)的支持平臺。圖書館、博物館、科技館這樣的公益組織，也可以發(fā)揮在STEM方面的優(yōu)勢，與中小學(xué)建立廣泛的聯(lián)系，參與到STEM教育中來。鼓勵(lì)民間的STEM教育基金會、學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)、中小學(xué)STEM教育聯(lián)盟等多種類型的社會機(jī)構(gòu)參與，可以充實(shí)我國中小學(xué)STEM教育的力量，更好發(fā)揮中小學(xué)在STEM創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用。
3.培養(yǎng)卓越師資隊(duì)伍，保障STEM基礎(chǔ)教育經(jīng)費(fèi)
保障機(jī)制是中小學(xué)STEM教育成功的必要條件，師資、經(jīng)費(fèi)是保障機(jī)制中的兩項(xiàng)重要內(nèi)容。處于教學(xué)一線的中小學(xué)教師對STEM教育的效果有直接的影響，高素質(zhì)的師資對提高學(xué)生的STEM素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和能力至關(guān)重要。根據(jù)《中國教育報(bào)》的報(bào)道，我國中小學(xué)教師發(fā)展總體處于世界中等水平，[20]這表明中小學(xué)教師發(fā)展的總體水平仍有上升的空間。2012年2月教育部印發(fā)了《幼兒園教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》《小學(xué)教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》和《中學(xué)教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，以文件的形式對相關(guān)教師標(biāo)準(zhǔn)作了規(guī)定。盡管這些標(biāo)準(zhǔn)對不同學(xué)段的教師提出了有針對性的要求，但對教師自身的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力及跨學(xué)科能力的要求還不夠突出。當(dāng)前教師的選拔和考核以“合格”為標(biāo)準(zhǔn)，尚未到達(dá)“優(yōu)秀”、“卓越”的層次，未來應(yīng)當(dāng)完善中小學(xué)STEM教師的選拔和考核標(biāo)準(zhǔn)，健全中小學(xué)STEM教師的激勵(lì)機(jī)制，提升中小學(xué)STEM教師的整體水平和工作熱情，以培養(yǎng)更多的優(yōu)秀中小學(xué)STEM教師。
2007年至2011年，我國的中小學(xué)教育經(jīng)費(fèi)連續(xù)增長，截至2011年，中學(xué)和小學(xué)的財(cái)政性經(jīng)費(fèi)分別超過了85%和95%，[21]①但并沒有細(xì)化到各學(xué)科，對STEM教育的投入沒有相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。另外，根據(jù)研究教育投入對經(jīng)濟(jì)增長并無明顯的作用，而教育質(zhì)量則與經(jīng)濟(jì)增長正相關(guān)。[22]與經(jīng)濟(jì)增長密切相關(guān)的領(lǐng)域是STEM領(lǐng)域，應(yīng)當(dāng)注重提高STEM教育的質(zhì)量，特別是作為基礎(chǔ)的中小學(xué)STEM教育的質(zhì)量。
4.與大學(xué)STEM教育接軌，制定戰(zhàn)略性STEM基礎(chǔ)教育方案
傳統(tǒng)應(yīng)試教育中，中學(xué)只負(fù)責(zé)把學(xué)生送到大學(xué)，大學(xué)只負(fù)責(zé)學(xué)生入學(xué)后的教育，中學(xué)和大學(xué)之間缺少必要的銜接。中小學(xué)是STEM創(chuàng)新的萌芽階段，如果缺少必要的培育條件，必將影響大學(xué)及未來創(chuàng)造力的生長和創(chuàng)新成果的產(chǎn)生，為此有研究指出應(yīng)當(dāng)進(jìn)行“聯(lián)動(dòng)大學(xué)、立足中學(xué)、推動(dòng)大中學(xué)的深度合作”等建議。[23]借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)，我們已經(jīng)在少部分學(xué)校試行美國的AP課程。這種試行應(yīng)當(dāng)以中小學(xué)教師深刻理解STEM教育及創(chuàng)新人才的素質(zhì)要求為前提，同時(shí)大學(xué)更應(yīng)當(dāng)掌握中小學(xué)教育的客觀實(shí)際，以便制定符合中國現(xiàn)狀的STEM人才培養(yǎng)方案。
在招生制度方面，我國正在實(shí)施的自主招生制度是選拔創(chuàng)新人才的一種有益嘗試，在理念上拉近了高中教育與大學(xué)教育的距離。在實(shí)際操作中，這種方式仍存在許多問題。[24]在通過招生制度改革，加強(qiáng)中學(xué)與大學(xué)銜接方面，中國還有很多路要走。
