STEM教育的五大爭議及回應

趙興龍，許 林

(中央電化教育館，北京 100031)

STEM教育的五大爭議及回應

趙興龍，許 林

(中央電化教育館，北京 100031)

STEM教育對推動信息技術與教育融合創新，促進學生的全面發展具有重要的作用。該文針對當前STEM教育的研究和應用現狀，認為STEM教育面臨著本質、本地化、與創客的關系、人才培養和課程等五個方面的爭議，并分別進行了分析及回應，這有利于逐步完善對STEM教育的認知和理解，以期其在服務育人的全過程中發揮更大的作用。

STEM；STEM教育；創客；核心素養

“STEM”是科學、技術、工程和數學四門學科英文名稱的簡稱，20世紀中葉在科學素養概念提出和討論的過程中其實已經涉及。進入21世紀以來，由于一些發達國家在政策和實踐上的重視，使得STEM教育的研究和應用迅速升溫。我們國家很多地區、學校甚至企業都在積極探索和開展STEM教育，一些學術活動和觀摩活動等得到了很多研究者和一線教師的青睞。但是，STEM教育在本質、本地化、與創客的關系、人才培養和課程等五個方面都面臨著一些爭議，分析和回應這些爭議有利于完善對STEM教育的認知和理解，以期其在服務育人的全過程中發揮更大的作用。

一、STEM教育的本質爭議

STEM這個概念剛一引入我國，其本質就被眾多學者所討論。討論的主要議題是STEM這個概念的核心是什么。從應用層面看，大致上呈現出兩種取向：一種可以稱之為“整合取向”，即認為STEM教育的核心是跨學科整合，這也是STEM教育的核心特征，其強調在學科整合過程中培養學生的素養與能力并解決實際問題[1]。這種取向還認為STEM教育不應該僅僅停留科學、技術、工程和數學四門學科的整合上，而是需要整合更多的學科，即STEM應該朝著“STEM+”(或者是“STEMx”)的方向發展；另外一種取向可以稱之為“細分取向”，即認為STEM教育應該仔細分析四門學科整合的有效路徑，找出滿足社會需求發展的類型。持該觀點的學者認為STEM教育在引進過程中需要關注科學和工程的整合，這種整合較為適合中國基礎科學教育的發展現狀，并提出了科工教育的三種整合思路[2]。仔細思考分析后發現，現有的兩種取向為探索STEM教育奠定了非常好的基礎，但側重于從這個概念的歷史軌跡和組成要素上去進行分析式的界定，這對深入研究STEM教育的本質還是不夠的。從對ERIC2005年到2015年關于STEM教育文獻高頻關鍵詞[3]的前10位分析來看，“STEM教育”“科學教育”“工程教育”“工程”這四大關鍵詞反映出了STEM研究的整體方向；“高等教育”這個關鍵詞反映出了STEM研究的主要應用領域；“教學方式”“學生態度”“性別差異”這三個關鍵詞反映出了STEM研究的主要對象；“項目有效性”和“學業成績”這兩個關鍵詞反映出了STEM研究的應用效果。仔細分析后我們發現，STEM教育其實一直是在和分科教學的效果進行討論和對比，是從學科的角度上去推動和應用的。無論從前述當前研究的取向還是過去10多年高端學術研究的軌跡，都表明了研究的這種立場。

筆者認為，STEM教育保留學科痕跡，便于理解和操作，這是可取之處，但是僅僅停留在跨學科層面，或者說都是在討論學科整合后學生的狀態，忽視STEM“入駐”前學生本身的狀況，這是需要反思的。從學生健康成長和發展的角度而言，STEM教育的本質是通過跨學科整合，保護學生的核心素養，即通過這種教育方式，從小時候就開始重視學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力[4]，把學生的個人修養、社會關愛、家國情懷以及自主發展、合作參與以及創新實踐的這種素養進行保護、積累和沉淀，“隱去”學校教育分數、成績、對錯、機械記憶、題海戰術以及非理性比拼對學生素養的“侵蝕”，這樣才能更好地釋放學生健康成長的自然天性[5]，為國家和社會做出更大的貢獻。

二、STEM教育的本地化爭議

STEM這個概念的提出是由于奧巴馬政府想解決美國創新人才培養的問題，認為這四門學科相對較弱，其實這也折射出了美國政府對其科技創新國際領先地位的擔憂。從相關文獻的分析中可以發現，科學、技術、工程和數學有著不同的側重：科學注重知識運用；技術注重改造創新；工程注重項目設計與開發；數學注重分析推理，這四種思維方式綜合到一起，就是典型的一種理工科思維方式，即通過理工科的意識、思維和能力為培養創新人才奠定基礎，這是美國STEM教育的基本價值取向。一些企業積極引入美國學校的STEM課程，內容包括電路、數字化通訊、機械、能源等多個模塊，也從側面印證了美國學校開展STEM的理工科取向。從文獻中挖掘的美國知名度較高的七大STEM教育項目[6]，也無一例外是這個路數。其他如由美國專利和商標局、艾爾&海倫自由基金會、阿莫斯·E喬爾青年發明家基金會等資助和支持的“發明營”(Camp Invention)項目，主要關注學生創意、創新以及現實世界中的問題解決和發明精神，該計劃的首要任務是通過創新實踐活動展示STEM概念。美國航空航天局、S.D.貝克特爾Jr.基金會的“工程探險”(Engineering Adventures)項目通過有趣的活動和實踐來讓所有的初級學習者以專業工程師的視角一樣去做事和思考，并真正參與到工程設計實踐中。

也正因為如此，目前在我們國家STEM教育實踐領域，清一色地都是和美國STEM教育相仿的課程，幾乎都是花費巨資照搬和翻譯過來的，這使得一線的實踐者們實施起來不是那么得心應手，總是感覺本地化程度不夠。筆者認為，對于創新人才的培養，理工科意識、思維和能力是“硬幣”的一面，對符合中國特色教育信息化發展路子[7]起到促進作用的也不應該僅僅是原模原樣地從國外拿過來的STEM教育，而是要依據中國K-12教育的具體情況重點突破中小學校教育中的實踐落地和師資準備，在具體的實踐中逐步探索創新。中國特色的STEM教育不僅僅應該包括科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)和數學(Mathematics)等理工“STEM”，也應該包括社會(Society)、態度(Attitude)、環境(Environment)和夢想(Dream)等人文“STEM”，即應該承擔起社會責任，對任何事情都有積極向上樂觀的態度，能夠正確處理好人與人之間、人與環境之間的關系，富有理想和夢想并為之而努力，即將社會主義核心價值觀完整地嵌入到學生的健康成長和發展中，嵌入到創新人才的培養體系中，這符合當前我國STEM教育發展的現實情況。只有堅持正確的STEM育人觀，堅持立德樹人，才能更好地對學生的全面發展起到促進作用。

三、STEM教育與創客的關系爭議

STEM和創客的關系比較微妙。這兩個發端自不同領域的概念既有共通的地方，也有相異的地方。目前對這兩個概念之間關系的研究基本上呈現出四種觀點：第一種觀點是“不用辯解”。這種觀點代表了很多學者的看法，認為對于一個實踐概念而言，不用過多地去辯解和爭論，而是放在實踐應用中，關注教師和學生的使用以及對傳統課堂教學的突破和創新上；第二種觀點是包含關系論[8]，認為創客活動一定是包含在STEM活動中，而STEM活動不一定都是創客活動；第三種觀點是載體論，認為創客是STEM的載體，STEM不等于創客；第四種觀點是整合論，將創客過程作為一種方式方法，引導學生應用STEM教育中的跨學科知識解決問題，培養素養和能力[9]。一些學者從主要來源、社會參與、跨學科、解決真實情境問題、學生產出、數字化工具使用、素養品質、教師角色和學生角色等七大方面對STEM教育和創客教育進行了認真細致地對比分析，并認為創客教育的界定存在廣義和狹義之分[10]。從現有的實踐活動來看，絕大多數的創客活動中學生都在使用開源電路板等實現創意，這些內容既涉及跨學科知識，又涉及一些人工制品的創意呈現，很難說清楚這種活動的性質是屬于“STEM”還是屬于“創客”，這在一定程度上給一線的教育教學實踐帶來困惑。

筆者認為，STEM教育和創客雖然有著不同的起源，但都面向學生的核心素養，這是兩個概念對于當前教育教學改革和發展最大的貢獻。就拿這兩個概念最為明顯的區別元素“人工制品”而言，在跨學科整合過程中，STEM教育也產生人工制品，學生在綜合運用不同學科知識的過程中，或集成，或模仿，或創新，在與實際教育情景和技術手段融合的時候，也可能會出現制品類的學習成果；而對于創客而言，由于創作過程中允許成功，也允許失敗，創作的產品允許有不同水平和不同層次甚至不同價值以及不用的用途，能夠創新出制品也不一定是常態，有很多時候創客未必能有制品產生，需要不同知識的碰撞和群體智慧的幫助。強行把這兩個概念拉在一起比較，無論是從學理邏輯上，還是對實踐的推動上，都起不到明顯的作用。所以，在推動信息技術應用過程中，如果在形式上需要多種學科整合的，稱之為STEM教育較為妥當；如果需要創新出某種制品，稱之為創客較為妥當。當然，有的學者將創客教育劃分為學校創客教育和社會創客教育兩種類型[11]，從這個意義上說，在實踐中將學校內的創客教育視為STEM教育，也未免不是一種平衡實踐和理性的辦法。

四、STEM教育的人才培養爭議

對于STEM的人才培養是頗有爭議的。兩種觀點較為明顯：一種是STEM教育至少目前而言還沒有到培養人才這個層面上，目前我們國家的信息技術教師完全可以擔任這個角色，將信息技術教師進行培訓就可以作為STEM教育的師資資源，提高培養效率，節省培養成本；另外一種觀點是需要培養專門的STEM人才，用以支持STEM教育。我們從美國STEM教育的政策文件中也可以看出，美國政府特別關注STEM教師的培養，而且是需要在短期內培養10萬名教師[12]，這個培訓數量還是非常龐大的。美國不僅通過正規的學校教育培養STEM教師，而且發動了協會、企業甚至是通過招募志愿者、實習、競賽等各種方式宣傳推廣STEM人才培養計劃，試圖建立一個龐大的STEM教育人才培養體系和愿景，以便快速滿足STEM培養創新人才的國家戰略需求。

實際上，從美國推廣STEM的計劃中可以看出，短期從學校正規渠道培養大量STEM的師資是不太現實的，也必然會出現培養質量不高等方面的問題。這種急功近利不但達不到要求，反而會為學生的培養帶來不必要的麻煩。筆者認為，如果開展STEM教育，師資是必要的，但是如何培養這些老師是可以通過多種渠道的：一種辦法是職前/職后培養，在現有師范專業中增加STEM的課程或招收相關專業學生；或推薦一線教師在職培養，彌補師資短缺的局面[13]；另外一種辦法是，充分利用當地的STEM資源，通過與當地的博物館、科技館等可以支持STEM教育的場館進行合作，把學校教育延伸到場館教育中，以學校教師為主導進行STEM教育，這種過程本身就是在培養教師；也可以和一些科學、技術、工程以及數學等科研院所以及高精尖中心等合作，讓學生和這些本身在某方面具有一流水平的科研人員交流，利用他們的實驗室/中心進行探究學習、項目學習，讓學生接觸到真實的研究過程和研究對象，培養學生的STEM素養。

北京市教委在全北京市范圍內開展的開放性科學實踐活動為STEM教育的實施提供了很好的啟發[14]。面向全社會招募不同類型的社會資源單位，包括企業、科研院所等，這些社會資源單位所提供的六大類內容(自然與環境、健康與安全、結構與機械、電子與控制、數據與信息、能源與材料)都是課標之外的內容，一方面學生可以通過網上選課、團體預約和送課到校等三種方式親身參與實踐活動，在活動中實際參與，動手實踐；另一方面，政府通過購買公共服務的方式購買社會資源單位的資源與服務，按照要求進行后付費。這種開放性的科學實踐活動，不但拓寬了學生的視野，增加了學生的動手能力，加強了學校和社會之間的聯系，而且也無形地把行業的科研骨干力量的智慧通過實踐活動流轉給學校和學生，明確了學校和社會資源單位在“教”和“學”上的互補關系，彌補了短期內師資的匱乏，提升了家長和學生的獲得感，是一種受到普遍歡迎、行之有效的做法。

五、STEM教育的課程爭議

目前我們看到的STEM教育的課程，大致分為兩種類型：一種是從國外購買，照搬和翻譯國外學校STEM教育的課程資源和設置體系；另外一種由本校的信息技術教師按照自己的經驗直接開發。第二種形式是國內較為常見的形式，絕大多數是依托Scratch創意編程、Arduino創意電子等進行開發。從實施上看，國外購買課程費用昂貴，很多知識體系和國內還尚未有很好地銜接，教師使用起來需要有專門的培訓或購買一定的培訓服務；國內的課程普遍依托開源電路板這種工具進行設計與實現，沒有將創新應用落到實處，有時候甚至把STEM課程當作信息技術課程來上，很多學生其實是在完成課堂上老師布置的電路板任務，而沒有真正理解STEM教育在核心素養以及跨學科整合對自己學習和生活帶來的變化和發展上，這是我們不太愿意看到的。

STEM教育課程出現的問題，其實是對正確理解課程和社會關系的一種呼喚。筆者認為，學校課程和社會資源之間存在兩種關系：一種是課程資源社會化，即已有的知識和經驗盡可能吸收最新的知識和科技成果。從這個意義上講，課程標準是課程資源社會化最好的載體和導向；另外一種是社會資源課程化，即把課標要求之外的一些好的資源和服務，經過某種服務方式和學校教育有機對接起來，既作為學校教育的延伸，又可以讓學校和學生暢通地享受高精尖技術帶來的視野和能力的躍升以及以此為載體帶來的人際交流范圍的擴大，為其以后健康走入社會和生活奠定基礎。此外，這種資源的不斷積累和優化，逐漸會成為學校內校本課程的主要支撐力量，逐漸成為學校特色的一種體現，成為學校精品化和優質化資源的供給源泉。此外，STEM教育課程的出現與形成會有效牽引通用技術課程以及信息技術課程的升級變革，對學校教育中已經實施的探究性學習以及研究型課程實踐可以起到豐富和完善的作用。所以，要解決STEM課程的問題，需要通過社會資源課程化和課程資源社會化“雙輪驅動”才能有效打通邊界，使得教師之間、學生之間、課程之間、學校之間、家長之間的知識和智慧暢通流傳，以智慧生成智慧，最終服務于學生的健康成長與發展。

[1]余勝泉,胡翔.STEM 教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究,2015,21(4):13-22.

[2]唐小為,王唯真.整合STEM發展我國基礎科學教育的有效路徑分析[J].教育研究,2014,(9):61-68.

[3]詹青龍,許瑞.國外STEM教育研究的熱題表征與進路預判——基于ERIC(2005-2015)的量化考察[J].中國電化教育,2016,(10):66-73.

[4]教基二[2014]4號.教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見[Z].

[5]趙興龍,李奕.教師走網:移動互聯時代教師流動的新取向[J].教育研究,2016,(4):89-96.

[6][12]蔡蘇,王沛文.美國STEM教育中社會組織的作用及對我國的啟示[J].中國電化教育,2016,(10):74-78.

[7]教技[2016]2號.教育部關于印發《教育信息化“十三五”規劃》的通知[Z].

[8][13]柳棟,沈涓,武健.通用技術課程本體知識框架——兼論STEMx和創客教育[J].中國電化教育,2016,(10):79-82.

[9]王旭卿.面向STEM教育的創客教育模式研究[J].中國電化教育,2015,(8):36-41.

[10]楊曉哲,任友群.數字化時代的STEM 教育與創客教育[J].開放教育研究,2015,21(5):35-40.

[11]楊剛.創客教育:我國創新教育發展的新路徑[J].中國電化教育,2016,(3):8-13.

[14]李奕.北京:聚焦與服務“在家門口上好學”的實際獲得[J].人民教育,2016,(9):40-44.

STEM Education: Five Major Controversies and Further Discussion

Zhao Xinglong, Xu Lin
(National Center for Educational Technology, Beijing 100031)

Role of STEM Education is important because it improves the integration of information technology and education and promotes the all-around development of students. Based on the current status of research and application of STEM education, this paper presents five major controversies about nature, localization, relationship of maker, teacher training and courses, which were analyzed and responded. The purpose is to improve awareness and understanding of STEM education gradually and give more attention in the whole process.

STEM; STEM Education; Maker; Key Competencies

G434

A

趙興龍：博士，副研究員，研究方向為教育信息化(zhaoxinglong@moe.edu.cn)。

許林：編審，社長，研究方向為教育信息化(xul@moe.edu.cn)。

2016年8月16日

責任編輯：趙云建

1006—9860(2016)10—0062—04