美國(guó)印第安納州如何開展STEM教育

吉爾·韋爾納

印第安納州的教育體系是由294個(gè)獨(dú)立學(xué)區(qū)組成的教育綜合體，為全州約100萬(wàn)學(xué)生提供服務(wù)。印第安納州是一個(gè)地方自治州，州教育廳為學(xué)區(qū)提供課程標(biāo)準(zhǔn)和指南，各學(xué)區(qū)則可以靈活決定如何在教學(xué)中實(shí)施這些課程標(biāo)準(zhǔn)。

印第安納州存在的STEM教育績(jī)效問題

我們注意到，印第安納學(xué)生與美國(guó)以及世界上其他國(guó)家同齡學(xué)生的激烈競(jìng)爭(zhēng)需求在不斷增長(zhǎng)。2013年，83.6%的印第安納州四年級(jí)學(xué)生和80.8%的八年級(jí)學(xué)生通過了印第安納州教育進(jìn)步測(cè)試——ISTET+數(shù)學(xué)考試。而根據(jù)美國(guó)國(guó)家教育進(jìn)步評(píng)估NAEP，只有52%和38%的學(xué)生能夠?qū)χR(shí)的掌握達(dá)到精通水平。NAEP和ISTET+等評(píng)估結(jié)果讓我們意識(shí)到，印第安納州存在STEM教育績(jī)效問題。

通過分析數(shù)據(jù)，我們更容易發(fā)現(xiàn)問題所在：從1998年到2008年，印第安納州小學(xué)的科學(xué)課時(shí)間從每周的三小時(shí)下降到兩小時(shí)，即每天只有24分鐘。女性只占獲得STEM學(xué)位和認(rèn)證的27%，這一數(shù)據(jù)比2001年下降2%，并且黑人和西班牙裔學(xué)生分別只有4%和2%。從就業(yè)前景來(lái)看，計(jì)算機(jī)科學(xué)能夠?yàn)镾TEM相關(guān)行業(yè)提供70%的就業(yè)增長(zhǎng)，但在2014年，印第安納州只有507名學(xué)生參加了AP計(jì)算機(jī)科學(xué)考試，平均得分為2.5分。其中，只有19名亞裔美國(guó)學(xué)生參加考試，并且只有4名學(xué)生取得3分或3分以上的成績(jī)，只有70名女學(xué)生參加了考試。

從社會(huì)需求和教育機(jī)構(gòu)得到的啟示

一個(gè)由100多位來(lái)自商業(yè)和產(chǎn)業(yè)的CEO組成的非營(yíng)利組織——CTE（Change the Equation）有以下發(fā)現(xiàn)：（1）在印第安納州，平均每個(gè)空缺的工作崗位，就有5個(gè)待就業(yè)人員競(jìng)爭(zhēng)，但對(duì)于STEM職業(yè)，2.4個(gè)空缺崗位卻對(duì)應(yīng)1個(gè)待就業(yè)人員。（2）印第安納高等教育機(jī)構(gòu)中，只有12%的大學(xué)所頒發(fā)的學(xué)位和證書涉及STEM領(lǐng)域。（3）印第安納州即將升入大學(xué)的高中畢業(yè)生中，有64%的學(xué)生需要補(bǔ)習(xí)數(shù)學(xué)，補(bǔ)習(xí)花費(fèi)高達(dá)每年16，225，502美元。（4）印第安納州只有一半的科學(xué)教師認(rèn)為，他們已經(jīng)擁有了教授科學(xué)所需要的資源。

另一項(xiàng)來(lái)自美國(guó)“項(xiàng)目引路”機(jī)構(gòu)（Project Lead The Way，簡(jiǎn)稱PLTW）的數(shù)據(jù)表明，印第安納州參與該機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)的高中生中，高達(dá)97%的學(xué)生打算攻讀四年制或者更高的學(xué)歷。PLTW是目前美國(guó)最大的非營(yíng)利STEM教育項(xiàng)目提供者，它為全美K12階段的學(xué)生和教師提供具有創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生參與基于活動(dòng)的、基于項(xiàng)目的和基于問題解決的學(xué)習(xí)。

我們還發(fā)現(xiàn)，完成職業(yè)和技術(shù)教育CTE（Career & Technical Education）項(xiàng)目學(xué)習(xí)的學(xué)生更容易畢業(yè)，并獲得更多的大學(xué)學(xué)分。其中，大多數(shù)CTE證書都是STEM領(lǐng)域的，并且至少有2300名印第安納州商業(yè)和工業(yè)代表積極參與到了本地的CTE項(xiàng)目中。他們有的為學(xué)生提供建議，有的為學(xué)生提供設(shè)備，有的則為學(xué)生提供在工作中學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，包括實(shí)習(xí)、現(xiàn)場(chǎng)訪問、嘉賓演講等。

印第安納州哥倫布市的EcO15項(xiàng)目，則正在為學(xué)生提供一條從學(xué)校到職業(yè)生涯的發(fā)展路徑，并且已經(jīng)培育了K12、工業(yè)與商業(yè)和高等教育的緊密合作關(guān)系?！癐-STEM資源網(wǎng)絡(luò)”聯(lián)盟，則通過印第安納州科學(xué)計(jì)劃和數(shù)學(xué)-科學(xué)伙伴關(guān)系基金，在印第安納州的129所學(xué)校實(shí)施了一門旨在提高學(xué)生讀寫能力的探究式科學(xué)課程。課程實(shí)施效果表明，學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和英語(yǔ)語(yǔ)言的藝術(shù)表現(xiàn)均得到了明顯改善。

印第安納州STEM教育計(jì)劃

成功的設(shè)計(jì)與成功實(shí)施離不開K12、高等教育、州教育廳以及商業(yè)與社區(qū)這四個(gè)實(shí)體對(duì)共同的STEM教育愿景的彼此協(xié)調(diào)運(yùn)作。為此，我們分別從這四個(gè)方面制定了印第安納州的STEM教育工作計(jì)劃。

1. K12

K12階段的教育者主要負(fù)責(zé)以下工作：第一，打通從幼兒園到職業(yè)生涯的路徑，包括實(shí)習(xí)和合作。第二，提供一體化的基于探究的課程，包括現(xiàn)實(shí)世界的問題和項(xiàng)目。第三，培養(yǎng)高等教育、社區(qū)、工商業(yè)的合作伙伴關(guān)系。第四，為學(xué)生、教師和工作人員提供協(xié)作環(huán)境。第五，給學(xué)生提供課后參與STEM項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。第六，擴(kuò)大CTE和STEM的供給。第七，制訂方案以支持和容納更多的學(xué)生參與CTE項(xiàng)目中的STEM學(xué)習(xí)等。

2. 高等教育

在高等教育階段，從教師準(zhǔn)備和職業(yè)準(zhǔn)備兩部分設(shè)定計(jì)劃的框架。

（1）教師準(zhǔn)備：為高素質(zhì)STEM教育人才創(chuàng)建輸送渠道，為STEM教師開發(fā)和提供專業(yè)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，將課程內(nèi)容和教學(xué)方法更新為以研究為基礎(chǔ)的最佳實(shí)踐。

（2）職業(yè)準(zhǔn)備：為K12階段的學(xué)生提供具有大學(xué)水平的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，設(shè)置當(dāng)前的課程內(nèi)容和要求，使其與商業(yè)、工業(yè)的實(shí)際需求相協(xié)調(diào)。給學(xué)生提供雙重學(xué)分機(jī)會(huì)，即學(xué)生在高中階段就可以得到大學(xué)的學(xué)分。此外，還應(yīng)為學(xué)生提供實(shí)習(xí)和職業(yè)培訓(xùn)輔導(dǎo)等。

3. 印第安納州教育廳

教育廳的職責(zé)包括以下方面：（1）編寫并實(shí)施激勵(lì)科學(xué)教學(xué)的相關(guān)政策，制訂并實(shí)施科學(xué)問責(zé)措施，創(chuàng)建STEM資源，促進(jìn)合作伙伴關(guān)系。（2）為STEM學(xué)校創(chuàng)建認(rèn)證流程，識(shí)別優(yōu)質(zhì)的STEM項(xiàng)目和教學(xué)，擴(kuò)大對(duì)STEM項(xiàng)目和教師的資金投入。（3）根據(jù)行業(yè)需要，創(chuàng)建額外的CTE和STEM課程，修訂核心40的文憑認(rèn)證，以承認(rèn)學(xué)生參與CTE/STEM項(xiàng)目所承擔(dān)的額外課程作業(yè)。（4）嘗試開發(fā)六年制高中教育模式，并為學(xué)生接受課后學(xué)習(xí)活動(dòng)提供贏得學(xué)分的機(jī)會(huì)。（5）制訂方案，在獲得和參與STEM教育方面，促進(jìn)性別和種族平等。

印第安納州教育廳將繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作，以促進(jìn)和改善STEM教育。顯然，如果前進(jìn)的勢(shì)頭停止，那么前述問題將持續(xù)存在。在教育廳廳長(zhǎng)格蘭達(dá)·利茲的支持下，我們優(yōu)先開展以下STEM工作。首先，實(shí)施STEM教育框架，其中包括我們的嵌入式矩陣、需求評(píng)估、時(shí)間表和評(píng)價(jià)量規(guī)等。其次，作為STEM行動(dòng)聯(lián)盟的成員，并在其中發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用。STEM行動(dòng)聯(lián)盟是由印第安納州教育廳、商業(yè)和工業(yè)、K12、高等教育、課后托管項(xiàng)目、非營(yíng)利組織、博物館以及印第安納教育圓桌會(huì)議組成的全州范圍的特別工作組。再次，設(shè)計(jì)和實(shí)施小學(xué)階段的STEM整合圖，識(shí)別并創(chuàng)建STEM集群和路徑。最后，研究和推進(jìn)新的STEM政策，比如，推進(jìn)校外教學(xué)項(xiàng)目、核心40的文憑認(rèn)證、CTE認(rèn)證以及額外STEM課程作業(yè)之間靈活的學(xué)分互認(rèn)，六年高中教育模式也應(yīng)為學(xué)生提供相關(guān)的學(xué)位。

4. 商業(yè)與社區(qū)

商業(yè)和社區(qū)則承擔(dān)以下職責(zé)：首先，為學(xué)生和教師提供指導(dǎo)、實(shí)習(xí)和見習(xí)機(jī)會(huì)，協(xié)助規(guī)劃從幼兒園到職業(yè)生涯的路徑。其次，為教師的專業(yè)發(fā)展提供包括工作機(jī)會(huì)在內(nèi)的直接幫助，并向?qū)W校提供資源、工具、工作人員等。再次，建立與學(xué)校目標(biāo)和商業(yè)目標(biāo)相一致的基金項(xiàng)目，支持STEM計(jì)劃立法的游說(shuō)。最后，根據(jù)商業(yè)和工業(yè)的區(qū)域性需求來(lái)定義職業(yè)準(zhǔn)備。

讓其發(fā)生—— STEM教育計(jì)劃推進(jìn)時(shí)間軸

印第安納教育廳的STEM教育團(tuán)隊(duì)為所有對(duì)SETM教育感興趣的利益相關(guān)者提供服務(wù)，尤為重要的是為學(xué)生提供服務(wù)，使其能夠在K12階段接受高質(zhì)量的STEM教育。為支持整個(gè)州的需要，我們一直在建設(shè)資源，提供專業(yè)發(fā)展的建議等。以下是我們?cè)谛袆?dòng)計(jì)劃的框架指引下，過去的幾年所開展的行動(dòng)，這些行動(dòng)有力地保障了計(jì)劃的落實(shí)。

2013年，我們首先創(chuàng)建了STEM實(shí)施指南，組織了首次“女孩參與STEM”會(huì)議，創(chuàng)建了STEM認(rèn)證學(xué)校的認(rèn)可項(xiàng)目，并資助8個(gè)數(shù)學(xué)、科學(xué)合作伙伴開發(fā)STEM項(xiàng)目。

2014年，我們舉辦了印第安納第一屆STEM會(huì)議，采納新的數(shù)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)開展教學(xué)，為開展STEM教育的學(xué)校和教師提供專業(yè)發(fā)展建議，資助12個(gè)數(shù)學(xué)、科學(xué)合作伙伴開發(fā)STEM項(xiàng)目，并與高等教育合作，審查STEM教師的招聘。

2015年，我們審查和修訂了2010年版科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，主辦第二屆STEM年度會(huì)議，創(chuàng)建STEM行動(dòng)聯(lián)盟，將首批12所學(xué)校認(rèn)定為印第安納STEM認(rèn)證學(xué)校，并資助8個(gè)數(shù)學(xué)、科學(xué)合作伙伴，以提高本地STEM教師的專業(yè)化發(fā)展水平。

2016年，我們采納新的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)新的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，提升全州的專業(yè)發(fā)展水平。我們舉辦的STEM教育會(huì)議專注于在課堂上如何開展教學(xué)活動(dòng)，將第二批10所學(xué)校認(rèn)定為印第安納STEM認(rèn)證學(xué)校，全力推進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)的專業(yè)發(fā)展。

印第安納州STEM教育實(shí)現(xiàn)矩陣

印第安納州以矩陣圖的方式將STEM計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程劃分為基礎(chǔ)、發(fā)展、成熟和完善四個(gè)階段。

基礎(chǔ)——學(xué)校提供STEM學(xué)習(xí)體驗(yàn)，但這并不作為學(xué)校的常規(guī)項(xiàng)目。它包括課外活動(dòng)，夏令營(yíng)，學(xué)校社團(tuán)等。

發(fā)展——基于傳統(tǒng)的教育模式，將與STEM相關(guān)的、基于問題的學(xué)習(xí)附加到原有課程中。在一個(gè)單元或一個(gè)學(xué)期結(jié)束時(shí)，由學(xué)校來(lái)實(shí)施單獨(dú)的STEM單元。當(dāng)然，也包括由工業(yè)或非營(yíng)利組織提供的短期項(xiàng)目。這些短期項(xiàng)目為學(xué)生提供簡(jiǎn)化的STEM體驗(yàn)，以發(fā)展他們?cè)谖磥?lái)職業(yè)發(fā)展中所需的技能。

成熟——采用非傳統(tǒng)的學(xué)校教學(xué)模式。學(xué)校的課程整合進(jìn)了STEM體驗(yàn)以及相關(guān)技能。STEM項(xiàng)目將可能是學(xué)校范圍的，由教師組織的、有紀(jì)律的長(zhǎng)期項(xiàng)目。這些長(zhǎng)期項(xiàng)目是學(xué)校常規(guī)課程的補(bǔ)充，或者用來(lái)加強(qiáng)教學(xué)流程。學(xué)生也可以部分時(shí)間在學(xué)校參與這些長(zhǎng)期項(xiàng)目，部分時(shí)間在CTE學(xué)習(xí)基于職業(yè)發(fā)展的STEM課程。學(xué)校將與材料、資源和資本提供方保持經(jīng)常性的合作伙伴關(guān)系。

完善——整個(gè)學(xué)校或?qū)W區(qū)主動(dòng)自發(fā)地開展STEM教育。它與傳統(tǒng)教育模式有很大的不同。在學(xué)校里，教室將基于工作環(huán)境重新改造，學(xué)生致力于解決社區(qū)出現(xiàn)中的問題。由STEM職業(yè)、經(jīng)歷以及技能來(lái)驅(qū)動(dòng)課程開發(fā)。學(xué)生為解決問題而進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，教師幫助學(xué)生團(tuán)隊(duì)提高解決問題能力、提高勞動(dòng)力技能以及STEM商業(yè)所需的共同技能。學(xué)校將與材料、資源和資本提供方保持頻繁互動(dòng)的合作伙伴關(guān)系。