OECD“催化劑項目”中的STEM教學(xué)模式及其啟示

鄭浩　王者鶴等

摘要：隨著科技創(chuàng)新能力日益成為國際競爭的核心要素，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為主要目標(biāo)的STEM教育正逐漸被世界各國視為一種國家發(fā)展戰(zhàn)略。該文首先描述了OECD“催化劑項目”的基本情況，然后分析了該項目中STEM教學(xué)模式所依據(jù)的主要理論——“做中學(xué)”“情境學(xué)習(xí)理論”與形成性評價，并進一步歸納了“催化劑項目”所倡導(dǎo)的教育游戲、線上實驗室、通過技術(shù)的合作、實時形成性評價和基于技能的課程模塊等五種STEM教學(xué)模式的基本形式和經(jīng)典案例。基于此，提出我國在STEM教育教學(xué)模式上應(yīng)加大資金投入，完善STEM教育的技術(shù)支持和設(shè)施建設(shè)；整合教育課程，構(gòu)建以技能為導(dǎo)向的STEM課程體系；加快STEM師資培養(yǎng)，提高STEM教師的教學(xué)能力；構(gòu)建實時的、多元化的形成性教育評價體系，提升STEM教學(xué)效果；強化頂層設(shè)計，合作開發(fā)與共享STEM教育資源。

關(guān)鍵詞：STEM教育；教學(xué)模式；教學(xué)啟示

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A

知識經(jīng)濟時代，科技創(chuàng)新能力日益成為國際競爭的核心要素。美國前總統(tǒng)奧巴馬認為，美國之所能夠獲得今天的國際領(lǐng)導(dǎo)地位，在很大程度上得益于STEM教育所培養(yǎng)的科技創(chuàng)新人才。2017年2月28日，美國總統(tǒng)特朗普簽署了“激勵下一代女性太空先鋒者、創(chuàng)新者、研究者和探索者法案”，鼓勵更多的女性和K-12的女孩學(xué)習(xí)并進入STEM領(lǐng)域，以繼續(xù)增強美國在STEM領(lǐng)域中的全球領(lǐng)導(dǎo)力。STEM教育在國際競爭和國家安全中的戰(zhàn)略地位早已不言而喻。我國在《關(guān)于“十三五”期間全面推進教育信息化的指導(dǎo)意見》中要求各級各類學(xué)校加快探索STEAM教育的新模式。但總體看來，目前我國的sTEM教育尚處于起步階段，在教育理念、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)模式等方面都存在諸多問題，特別是在已有不少學(xué)校先行試點STEM教育的背景下，分析經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（Organization for Eeonomic Co-operation and Development，簡稱OECD）“催化劑項目”（Catalyst Initiative Program，簡稱CIP）中成熟有效的STEM教育理念與教學(xué)模式，可以為我國STEM教育提供一定的借鑒。

一、OECD“催化劑項目”的概況

“催化劑項目”是2010年由經(jīng)濟合作組織教育研究和創(chuàng)新中心（OECD Center for Educational Researeh and Innovation，簡稱CERI）與美國惠普公司可持續(xù)和社會創(chuàng)新中心（Hewlett Packards Sustainability and Social Innovation Center，簡稱SSIC）共同發(fā)起的一項關(guān)于STEM教育改革與創(chuàng)新的研究項目。該項目為期3年（2010年初-2012年底），主要目的是借助信息化教學(xué)技術(shù)來探索新的STEM教育教學(xué)模式，通過STEM教育、創(chuàng)客教育與信息技術(shù)的有機結(jié)合，最終提高學(xué)生的合作與創(chuàng)新能力。具體分為以下三個方面：（1）創(chuàng)新以技術(shù)為支撐的（Technology-Enable）STEM教學(xué)模式；（2）借助STEM培養(yǎng)學(xué)生的合作與創(chuàng)新能力；（3）實現(xiàn)STEM教育終身化和學(xué)生創(chuàng)新能力的可持續(xù)發(fā)展。

2010-2011年，CIP從申請合作機構(gòu)中篩選出來自全球15個國家和地區(qū)的50所機構(gòu)（包括大學(xué)、高中、企業(yè)和非政府組織）進行資助。按照研究目的，CIP提出了6大研究主題（如下頁表1所示），并在自愿組合、適度競爭的原則下，依據(jù)研究主題將50個合作單位劃分為6個規(guī)模均衡的研究聯(lián)盟（Reach Consortia）。雖然各聯(lián)盟主要是圍繞各自的研究主題開展研究工作，但是各聯(lián)盟間也要確保信息互通，資源共享，以保障項目整體的連貫性與系統(tǒng)性。2013年項目完成后，CERI與SSIC將研究項目的教學(xué)資源、官方網(wǎng)站和合作伙伴關(guān)系等逐漸委托并轉(zhuǎn)交給美國新媒體聯(lián)盟（NEW Media Consortium）進行CIP的成果推廣和后續(xù)開發(fā)工作。

二、“催化劑項目”中STEM教學(xué)模式的設(shè)計理念

（一）以“做中學(xué)”理論作為教學(xué)活動開展的主要基礎(chǔ)

STEM教育重視的是學(xué)生跨學(xué)科綜合能力的培養(yǎng)，鍛煉的是學(xué)生靈活運用知識解決實際問題的能力，強調(diào)借助項目和技能學(xué)習(xí)來培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的復(fù)合型人才。這和美國教育學(xué)家杜威的“做中學(xué)”理論有密切的關(guān)系，有學(xué)者甚至認為，“做中學(xué)”是STEM教育的理論基石，沒有“‘做中學(xué)就沒有STEM教育的成功實踐”。概言之，“做中學(xué)”理論的核心思想是在傳統(tǒng)知識教學(xué)的基礎(chǔ)上，更加重視學(xué)生的直接經(jīng)驗和實踐活動，強調(diào)在“活動中”學(xué)習(xí)，借助經(jīng)驗學(xué)習(xí)。其本質(zhì)是以“新三中心”代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)所推崇的“老三中心”，從而徹底改變了傳統(tǒng)課程過度重視學(xué)生記憶能力的知識學(xué)習(xí)模式，轉(zhuǎn)而強調(diào)學(xué)生的批判性思維和解決實際問題的能力。STEM中的工程活動與科學(xué)研究活動蘊含了大量難以用語言加以描述和傳授的“主觀知識”與“實踐情境知識”，這些知識不是教師強制灌輸?shù)模菍W(xué)生通過自身積極主動的建構(gòu)而獲得的。這意味著STEM教學(xué)的必要條件是教師與學(xué)生的知識互動，教師的教學(xué)過程要為學(xué)生提供獨立探索和動手的機會，激勵學(xué)生“在做中學(xué)”，因此，學(xué)生成為了教學(xué)活動的中心，教師則轉(zhuǎn)為“助學(xué)者”的角色。

（二）以“情境學(xué)習(xí)理論”作為教學(xué)環(huán)境設(shè)計的主要依據(jù)

STEM教學(xué)的另一個理論基礎(chǔ)是情境教學(xué)理論。情境學(xué)習(xí)理論發(fā)源于哲學(xué)家哈貝馬斯倡導(dǎo)的“情境理性”（Situated Rationality）知識觀。哈氏認為，人們對知識的學(xué)習(xí)取決于其所處的周圍情境，情境的變化也必然會導(dǎo)致所學(xué)知識的不同，先驗的、抽象的、普適的理性是不存在的。情境學(xué)習(xí)理論重新定義了知識學(xué)習(xí)：（1）“知識具有情境性”。人類的知識只能從情境中獲取；（2）“合法的邊緣參與”。情境學(xué)習(xí)強調(diào)學(xué)生一定要成為這個學(xué)習(xí)共同體的“合法”參與者，但由于學(xué)生不可能參與學(xué)習(xí)共同體的所有活動，所以需要通過討論，觀察等方式進行“邊緣參與”。（3）實踐共同體的建構(gòu)。強調(diào)學(xué)習(xí)共同體與實踐共同體的建設(shè)，以學(xué)習(xí)共同體為單位進行“做中學(xué)”。STEM教育主要依托科學(xué)實驗、工程和技術(shù)項目來形成學(xué)生的STEM素養(yǎng)，使學(xué)生“能夠像科學(xué)家一樣思考問題”。特別是在大科學(xué)和大工程時代，依托大型科研團隊合作來完成系統(tǒng)性的科學(xué)研究已成常態(tài)，合作創(chuàng)新已成為一種最基本的工作要求和思維模式。因此，情境教育理論框架下的STEM教育提倡學(xué)習(xí)成果能與真實的工作環(huán)境相結(jié)合，使學(xué)生能靈活應(yīng)用所學(xué)得的知識與技能。

（三）以形成性評價作為保障教學(xué)效果的重要抓手

與傳統(tǒng)評價只重視學(xué)生的筆試結(jié)果不同，形成性評價的目標(biāo)和內(nèi)容更加廣泛，涉及學(xué)生知識、技能及態(tài)度的發(fā)展與獲得。這種評價方式將教學(xué)活動與評價活動有機的結(jié)合在了一起，允許教師在動態(tài)、開放的教學(xué)環(huán)境或任務(wù)（等試）中對學(xué)生知識與技能的形成、發(fā)展進行實時的、全過程的評價。所以，從本質(zhì)上講，形成性評價與“做中學(xué)”“情境學(xué)習(xí)理論”在學(xué)生觀和知識觀上是相互一致的，三者都強調(diào)學(xué)生在課堂教學(xué)中的中心地位以及在真實情境中建陶知識，甚至可以說，形成性評價就是針對“做中學(xué)”“情境學(xué)習(xí)理論”為基礎(chǔ)的教學(xué)模式而開發(fā)的一種教學(xué)評價方式。形成性評價對教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)都具有很好的促進作用：一方面，形成f生評價可以讓教師更加全面地了解學(xué)生對知識、技能的掌握情況，從而更好地進行師生活動；另一方面，形成性評價可以營造一種積極向上的“成功文化”，進而增強學(xué)生的自信心，幫助學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)進展，提高學(xué)生的總體學(xué)習(xí)能力。因此，無論是一般意義上的STEM教學(xué)，還是CIP基于“做中學(xué)”和“情境學(xué)習(xí)理論”建構(gòu)的STEM教學(xué)模式，都強調(diào)在真實的問題情境中來培養(yǎng)學(xué)生的知識和解決問題的能力與技能。這種多樣化、開放性和多變性的教學(xué)模式必然要求教師以形成性評價作為保障教與學(xué)效果的重要抓手，掌握每個學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和收獲，并且要針對每個學(xué)生遇到的不同問題和掌握的不同情況，因材施教，適時指導(dǎo)。

三、“催化劑項目”中STEM教學(xué)模式的內(nèi)容與案例

CIP的STEM教學(xué)模式以培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)為目標(biāo)，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、合作能力和實踐能力，基于“做中學(xué)”和“情境學(xué)習(xí)理論”，依靠現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了五種教學(xué)模式（如圖1所示）。

（一）教育游戲（Edueational Gaming）模式：在真實環(huán)境中進行“做中學(xué)”

教育游戲的關(guān)鍵是給學(xué)習(xí)者提供一個虛擬的“問題情境”，讓學(xué)生在其中去綜合運用STEM知識和技能，激發(fā)學(xué)習(xí)動機，以更好地培養(yǎng)創(chuàng)造能力和創(chuàng)新思維。STEM教育游戲一般所采用“基于項目”（Program-Based Learning）的教學(xué)方式，通過虛擬的電子游戲、視頻錄像等高度互動的虛擬環(huán)境為學(xué)生提供在真實環(huán)境中進行“做中學(xué)”的機會。在STEM教育游戲中，學(xué)生們通常是被分成學(xué)習(xí)小組來進行集體學(xué)習(xí)，每一個學(xué)習(xí)小組的都是相同的學(xué)習(xí)項目來分析問題、組織材料、交流溝通、最終動手解決問題。教育游戲作為一種開放式的教學(xué)模式，其學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)材料由學(xué)生自行設(shè)計，因此，對學(xué)生的自主性、參與性和師生互動的要求較高。本文結(jié)合CIP推廣的“生態(tài)虛擬環(huán)境”教育游戲加以分析。

“生態(tài)虛擬環(huán)境”（Eco-Vintual Environment，簡稱EVE）是英國諾維奇城市學(xué)院（City Academy Norwich）開發(fā)的一項教育游戲。EVE的教育游戲多具有代人感和挑戰(zhàn)l生，可以很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。EVE有一個關(guān)于“環(huán)境與能源挑戰(zhàn)”的小游戲頗具特色。該游戲假定學(xué)生在“一個能源需求日益增長的島嶼”上工作，地方政府聘請他們“根據(jù)自己所學(xué)的STEM知識，合作設(shè)計一個能源網(wǎng)絡(luò)”來確保島嶼能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。他們所作出“任何決策將得到來自能源、金融和環(huán)境方面提供的實時反饋（由游戲系統(tǒng)自動提供）”，這些反饋又影響學(xué)生的下一步?jīng)Q策。在EVE游戲中，學(xué)生既是學(xué)習(xí)材料的主導(dǎo)者與創(chuàng)造者，又是學(xué)習(xí)團隊的一部分，而教師在游戲中則處于指導(dǎo)的角色。EVE巧妙地利用現(xiàn)代教育技術(shù)為學(xué)生營造了一個較為真實的問題情境，并且以“做中學(xué)”的方式讓學(xué)生合作解決一個復(fù)雜的STEM項目問題，這就增強了STEM教學(xué)的多樣性與趣味性，鍛煉了學(xué)生的團隊合作能力與動手解決問題的能力。

（二）線上實驗室（Online Laboratories）模式：遠程技術(shù)營造STEM教學(xué)“真實情景”

線上實驗室是為滿足STEM教學(xué)對實驗設(shè)備的需求而開發(fā)一種遠程的教學(xué)資源平臺。由于線上實驗室成本低、資源可共享、使用便捷，因此它可以很好地解決普通院校，特別是偏遠地區(qū)中小學(xué)高科技教學(xué)實驗設(shè)備不足的問題。CIP的線上實驗室主要有兩種形式：一是虛擬仿真實驗室，這是一種通過電腦合成技術(shù)搭建的數(shù)字化實驗室，將STEM教育所需要的實驗儀器按照教學(xué)要求進行3D數(shù)字化仿真，師生可以利用電腦來操作仿真實驗儀器進行實驗和數(shù)據(jù)分析；另一種，是遠程實驗室，這是通過CIP的網(wǎng)絡(luò)平臺與項目合作大學(xué)、研究所共同搭建的遠程演示實驗室，該實驗室可以在滿足STEM實驗教學(xué)要求的同時，最大限度地避免實驗可能對學(xué)生身心健康造成的危害，比如，物理輻射實驗、環(huán)境污染調(diào)查、危險化學(xué)品實驗等。

例如，美國西北大學(xué)（Northwestern University）主導(dǎo)建設(shè)的@線上實驗室——“放射性iLab實驗室”就很好地滿足了該校STEM教學(xué)需要。在放射性iLab實驗室中，學(xué)生可以“遠程控制蓋革計數(shù)器（Geiger Counter）來測量放射性鍶-90樣品的輻射”快際的實驗室設(shè)備位于澳大利亞昆士蘭大學(xué)）。此外，學(xué)生在實驗操作、數(shù)據(jù)分析等方面的技能也可以通過在線實驗室的“在線期刊”功能進行訓(xùn)練，學(xué)生的實驗結(jié)果或作業(yè)都能妥善保存，隨即發(fā)送給代課教師。

總之，線上實驗室的初衷是給學(xué)生提供在“真實的STEM學(xué)習(xí)情境”進行“做中學(xué)”的機會，并通過互聯(lián)網(wǎng)延展了STEM學(xué)習(xí)的時間和空間。學(xué)生隨時都可以上網(wǎng)，通過STEM實驗設(shè)備網(wǎng)絡(luò)平臺來遠程操控部分實驗設(shè)備，完成指定的STEM教育任務(wù)。需要指出的是，由于網(wǎng)上實驗室也具有實時評價和師生互動交流的功能，這就在很大程度上使網(wǎng)上實驗室具備了“開放教育的理念”。

（三）通過技術(shù)合作（Collaboration through Technology）模式：科技搭建STEM合作平臺

無論是從教學(xué)內(nèi)容的角度看，還是從教學(xué)形式與手段視角去分析，合作（Collaboration）始終在STEM教育中扮演者重要的角色。STEM教育很重視技術(shù)與課堂教學(xué)的交融，利用先進的教育技術(shù)來提升課題教學(xué)的合作程度，擴展學(xué)生的視野，為學(xué)生提供進行國際合作學(xué)習(xí)的機會與平臺。信息化和全球化時代的STEM教育已經(jīng)超越了20世紀工業(yè)時代的局限，STEM教育不僅要培養(yǎng)能夠解決STEM問題的科學(xué)家和工程師，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生在文化多樣性的背景下進行跨文化合作與交流的能力，為學(xué)生在多元文化維度下轉(zhuǎn)換和創(chuàng)新思維方式提供了可能。

英國考文垂大學(xué)（Coventry University）已經(jīng)為該校建筑環(huán)境專業(yè)的學(xué)生開發(fā)了服務(wù)于多學(xué)科交叉的技術(shù)交流平臺——“考文垂國際合作交流系統(tǒng)”，該平臺偏重“處于開發(fā)初期的建筑施工項目”和不同機構(gòu)學(xué)生的遠程合作。例如，在“居民環(huán)境改善項目”中，考文垂大學(xué)的本科生擔(dān)任民用房屋結(jié)構(gòu)工程師，而加拿大瑞爾森大學(xué)的學(xué)生則擔(dān)任建筑師職務(wù)。在團隊組建初期，雙方成員都要通過海報展示自己的特長，而各方團隊都可以通過海報展示機會爭取“對方隊伍中最好的團隊來補充他們的技能”。為鼓勵學(xué)生合作，項目最終的評估采用“團體成績和個人表現(xiàn)相結(jié)合的原則”，在具體評價方式上則采取小組自評、同行評價和專家驗收等多種方式。通過實時視頻聯(lián)系、網(wǎng)絡(luò)直播平臺等遠程教育手段，“考文垂國際合作交流系統(tǒng)”實現(xiàn)了學(xué)生跨區(qū)域、跨文化的STEM互動學(xué)習(xí)和項目的國際合作。總之，新教育技術(shù)更好地實現(xiàn)了教師與學(xué)生之間的教學(xué)互動，師生可以就某些STEM問題進行在線的互動交流，提高了教學(xué)的參與度和學(xué)生合作解決具體問題的能力。

（四）實時形成性評價（Real-time Formative Assessment）：師生互動中的形成性評價

如前所述，以在“真實情境”中“做中學(xué)”為特點的STEM教學(xué)很強調(diào)形成性評價。現(xiàn)代技術(shù)的進步對進行形成性評價最大的幫助就是允許教師對學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)過程和學(xué)科知識的理解程度進行交互式的實時評價。CIP項目主要是通過開發(fā)免費的手機APP和電腦軟件來實現(xiàn)教師對學(xué)生STEM學(xué)習(xí)情況的實時評價和反饋的。其中，美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)開發(fā)的STEM教學(xué)實時形成性評價的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——InkSurvey就很好地詮釋了CIP的實時形成性評價模式。

InkSurvey平臺允許學(xué)生通過電腦、智能手機或其他移動終端來回答教師設(shè)定的開放性和探索性的STEM問題（不采用多項選擇題的形式）；同時，學(xué)生可以利用InkSurvey系統(tǒng)中的“互動問答”欄目向STEM教師提出自己學(xué)習(xí)中遇到的問題并嘗試給出自己認為的正確答案。教師可以立即查看學(xué)生的回答和提問，快速了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時對學(xué)生的問題和狀態(tài)給出回應(yīng)和評價。科羅拉多礦業(yè)大學(xué)還專門成立了專門的InkSurvey系統(tǒng)維護小組，不斷進行系統(tǒng)升級。此外，科羅拉多礦業(yè)大學(xué)還將InkSurvey系統(tǒng)與其他教學(xué)方法進行結(jié)合，以強化學(xué)生STEM學(xué)習(xí)成果。特別是在學(xué)生主導(dǎo)的項目學(xué)習(xí)中，教師先和學(xué)生在課堂上進行STEM學(xué)習(xí)項目的電腦仿真互動，課后教師則借助InkSurvey系統(tǒng)，給學(xué)生安排類似的模擬仿真練習(xí)，并及時對學(xué)生的課后練習(xí)給出指導(dǎo)和評價，效果良好。

STEM教學(xué)中的實時形成性評價，通過采取視頻、語音、圖片等多種形式讓師生互動已經(jīng)跳出了以前的紙筆形式，從而很好地鼓勵了學(xué)生對STEM教育的參與，也很大程度上延伸擴展了STEM學(xué)習(xí)的時間和空間。

（五）基于技能的課程模塊（Skills-Based Curriculum Alignment）：系統(tǒng)構(gòu)建STEM課程

STEM教育提倡跨學(xué)科知識整合，通過實踐活動培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，因此，需要對STEM課程進行基于技能的模塊化整合設(shè)計。基于技能的STEM課程模塊是將原本分散的STEM課程圍繞若干主題或者項目進行重組，針對具體的STEM問題進行情境教學(xué)和實踐教學(xué)，利用項目學(xué)習(xí)提升學(xué)生的知識與技能。因此，一個優(yōu)秀的STEM課程模塊不是知識與技能的簡單疊加，而是一個包含教學(xué)目標(biāo)、教材、教學(xué)和評價等要素的系統(tǒng)工程。例如，法國里昂中央理工大學(xué)（Ecole Centrale de Lyon）設(shè)計的“基于技能學(xué)習(xí)的STEM課程框架”，就是一個優(yōu)秀的STEM校本課程模塊。該框架將以前注重理論知識的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹R、技能與合作“三位一體”的技能型教學(xué)體系。課程框架由目標(biāo)技能標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)實施指南、技能評價三部分組成。其中，教學(xué)實施指南又包括：（1）各項能力的含義；（2）各項能力培養(yǎng)與評價所要使用的實驗設(shè)計、課程網(wǎng)址、文件等教學(xué)資源列表。由于STEM課程強調(diào)基于問題、基于項目來培養(yǎng)學(xué)生技能，所以該框架就要求教師要增加學(xué)生個人或團體課外實習(xí)的時間，例如，法國里昂中央理工大學(xué)要求學(xué)生每年必須參與一個團隊合作的實習(xí)項目，并且每周進行該項目實踐的時間不低于4小時。

面對新課程模塊，法國里昂中央理工大學(xué)的教師結(jié)合知識管理理論自發(fā)組織開發(fā)了針對STEM教育的共享網(wǎng)絡(luò)平臺。借助該平臺，教師們相互討論、分享自己的教育心得體會，對學(xué)生需要培養(yǎng)的STEM技能發(fā)表意見，并將這些觀點匯總成學(xué)校正式的教育課程模塊。在里昂中央理工大學(xué)的以技能為基礎(chǔ)的課程模塊中，知識被重新定義為“滿足技能需求的理論”“知識必須是因為技能的需要而教授的”“學(xué)生的知識庫是技能發(fā)展中的一種產(chǎn)物”。例如，最成熟的一個課程模塊——“設(shè)計生態(tài)跑車”的團隊學(xué)習(xí)項目，該課程模塊詳細羅列了需要培養(yǎng)的19種基本技能，以及與特定技能相關(guān)的238個知識點；同時，還要求教師使用多種不同的評價和測量方式來確定學(xué)生是否真的形成了某種技能，并且詳細規(guī)定了每種評價方法中涉及的基本要素。可見，基于技能的課程模塊要圍繞具體的STEM技能來重新組合STEM知識與技能，大膽地進行跨學(xué)科學(xué)習(xí)與實驗，從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法到教學(xué)環(huán)境、教學(xué)評價等維度對整個課程進行系統(tǒng)變革。

四、“催化劑項目”中STEM教學(xué)模式的啟示

“催化劑項目”開發(fā)的五種STEM教學(xué)方式成熟有效，CERI將其作為STEM教育的成功案例在成員國家中加以推廣。然而，CIP的STEM教學(xué)模式也有很大的弊端，比如，CIP模式對教學(xué)設(shè)施、課程設(shè)置、特別是教師的水平等提出了很高的要求，在我國現(xiàn)階段不具備大面積推廣的條件。但是，CPI教學(xué)模式所體現(xiàn)出的“真實性、參與性、應(yīng)用性與指導(dǎo)性”的STEM教育特點，以及“系統(tǒng)化、信息化、開放化”的STEM教育設(shè)計理念卻預(yù)示著未來STEM教育發(fā)展的一種必然趨勢，對我國STEM教育教學(xué)實踐具有啟示和借鑒意義。

（一）加大資金投入，完善STEM教育的技術(shù)支持和設(shè)施建設(shè)

STEM的教學(xué)中的科學(xué)研究、技術(shù)實踐和工程項目等知識的學(xué)習(xí)都需要一定實驗設(shè)備和技術(shù)裝備作為支撐。STEM教學(xué)要求提供必要的技術(shù)服務(wù)和信息資源維護與更新，并且要為教師和學(xué)生使用新技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)過程、開展共同學(xué)習(xí)、團隊合作、學(xué)習(xí)交流互動等提供技術(shù)支持、服務(wù)和培訓(xùn)。主要包括：（1）改造現(xiàn)有教室環(huán)境設(shè)計，為學(xué)生STEM學(xué)習(xí)提供更加自由和真實的學(xué)習(xí)情境；（2）完善配套的STEM多媒體教學(xué)和實驗設(shè)備，利于進行實驗操作和培訓(xùn)；（3）加大校園信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提高生均電腦比例，方便學(xué)生進行STEM遠程和網(wǎng)絡(luò)的自主學(xué)習(xí)，提供與國際合作學(xué)習(xí)的平臺，同時也為教師對學(xué)生進行實時的形成性評價提供技術(shù)支持。從這個角度來講，開展優(yōu)質(zhì)的STEM教育需要大量的資金投入。

出于辦學(xué)水平和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的限制，我國很多學(xué)校的STEM教學(xué)活動缺乏先進的實驗設(shè)備和必要的活動場所，這是一時難以改變的客觀事實，但是為STEM教學(xué)提供專門的教室或項目活動基地則是STEM教育的基本條件。尤其是在信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)達的今天，學(xué)校可以通過網(wǎng)絡(luò)實驗室、遠程技術(shù)合作等手段，很大程度上克服實驗設(shè)備短缺的問題。此外，STEM學(xué)校要重視利用社會組織（科技館、博物館等）的STEM設(shè)備。

（二）整合教育課程，構(gòu)建以技能為導(dǎo)向的STEM課程體系

STEM課程重點在于突出知識的應(yīng)用性和技能的遷移性，其中的工程和技術(shù)更是關(guān)注學(xué)生主體對技能應(yīng)用的學(xué)科，但是當(dāng)前我國的科學(xué)和數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)缺少對技術(shù)和工程內(nèi)容的關(guān)注，因此構(gòu)建一種以學(xué)生為中心，以技能為導(dǎo)向，以跨學(xué)科融合為框架，以項目為依托的STEM課程體系，以此來打通STEM知識與社會生活之間的邊界，實現(xiàn)“社會資源STEM課程化，STEM課程資源社會化”的良好互動，加強STEM教育教學(xué)內(nèi)容與社會的聯(lián)系和應(yīng)用。

構(gòu)建以技能為導(dǎo)向的STEM課程體系，關(guān)鍵在于能夠借助課程模塊的方式實現(xiàn)“課程—生活—社會需求”三者之間匯通：（1）STEM課程資源的建設(shè)要強調(diào)“問題情境”，重視情境的真實性。情境和問題是跨學(xué)科知識得以整合聯(lián)系的橋梁，學(xué)生只有借助真實的情境問題才便于能力與知識的遷移；（2）STEM課程資源的開發(fā)不能“閉門造車”，而是要匯集具有實踐經(jīng)驗的科學(xué)家、工程師、技術(shù)人員和一線教師的智慧，調(diào)動社會的力量合作開發(fā)。如，美國現(xiàn)行STEM課程和教材就有很多NASA和NSF牽頭，協(xié)同VEX機器人公司、微軟、谷歌等科技企業(yè)一起開發(fā)的；（3）STEM課程要考量學(xué)校的實際情況，立足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟和文化特點，開發(fā)具有可行性的“校本教材”，這樣的STEM課程才會能讓學(xué)生有成就感，意識到STEM教育與生活的密切聯(lián)系，增強學(xué)習(xí)動力。

（三）加快STEM師資培養(yǎng)，提高STEM教師的教學(xué)能力

STEM的師資隊伍建設(shè)對于STEM教育教學(xué)的開展和進步有著最直接的影響。就我國目前情況而言，一方面，由于分科教學(xué)教育模式的普遍流行，造成STEM四門課程之間的相互聯(lián)系和整體的跨學(xué)科教育十分薄弱，導(dǎo)致我國STEM教學(xué)存在師資不足的問題；另一方面，由于STEM教學(xué)十分重視在“做中學(xué)”和“情境學(xué)習(xí)”，使得STEM的課堂教學(xué)具有了靈活性、多樣化的特點，所以這就對STEM教學(xué)對教師的知識儲備和教學(xué)能力提出了極高的要求。教師不僅能夠教授教學(xué)計劃中的內(nèi)容，同時還要有能力處理“生成性知識”和突發(fā)情況，真正做到“因時施教”和“因材施教”。

具體可以從以下方面人手：（1）對STEM教師的實驗和動手操作能力進行針對性的培訓(xùn)，強化教師對電腦、遠程教育設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室等教學(xué)設(shè)施使用的技術(shù)水平；（2）教師需要更新教育觀念，系統(tǒng)學(xué)習(xí)情境教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和基于項目教學(xué)等STEM專業(yè)的教學(xué)模式，提高教學(xué)能力；（3）建立健全STEM教師的職前、職中和職后的培訓(xùn)體系，讓STEM教師在專業(yè)知識、教學(xué)技能上能夠保證持續(xù)發(fā)展，適應(yīng)知識更新和教育技術(shù)升級的教育“新常態(tài)”；（4）搭建STEM教師協(xié)會和經(jīng)驗交流平臺，方便教師進行教學(xué)案例、經(jīng)驗和心得體會的分析與討論。

（四）構(gòu)建實時的、多元化的形成性教育評價體系，提升STEM教學(xué)效果

STEM教學(xué)是綜合多學(xué)科、參與性和技能導(dǎo)向為一體的綜合教育活動，十分重視利用以STEM學(xué)習(xí)活動模型、項目為依托的教學(xué)實踐對STEM技能的培養(yǎng)進作用。這就使STEM教育的教學(xué)評價有了更多的實時性、多元化和形成性的特征與要求。由于以項目活動為主的STEM的教學(xué)和學(xué)習(xí)評價已經(jīng)超出了傳統(tǒng)教學(xué)中的紙筆評價，所以這就要求STEM的專業(yè)教師必須要能夠借助先進的技術(shù)手段與學(xué)生進行良好互動，捕捉到學(xué)生在瞬間產(chǎn)生的STEM實踐活動和學(xué)習(xí)行為，并對之作出及時的評價和反饋。因為STEM教育具有很強的邏輯延續(xù)性，所以一旦錯過教育時機，沒有及時更正學(xué)生的錯誤的學(xué)習(xí)方式，就極有可能導(dǎo)致學(xué)生難以形成正確的STEM學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，養(yǎng)成正確的STEM學(xué)習(xí)習(xí)慣。

另外，由于STEM教育十分重視和強調(diào)學(xué)習(xí)的情境真實性，這又進一步要求STEM的評價方式也必須是真實性評價，不僅注重學(xué)生學(xué)到了哪些知識，更要評價學(xué)生在解決項目問題時所表現(xiàn)出的協(xié)作、溝通以及創(chuàng)新思維的能力。上述的諸多情況都要求我們盡快構(gòu)建出針對STEM教學(xué)特點的，實時的、多元化的形成性教育評價體系，以有效提升STEM的教學(xué)效果。

（五）強化頂層設(shè)計，合作開發(fā)與共享STEM教育資源

不管是從學(xué)生素養(yǎng)的形成還是STEM教育體系的自身來講，STEM教育都是一個系統(tǒng)的教育實踐活動。學(xué)生STEM素養(yǎng)的形成具有階段性和連續(xù)性，高級的STEM素養(yǎng)和技能建立在早期STEM教育的基礎(chǔ)之上，不能絕對割裂早期幼兒教育、基礎(chǔ)教育、高等教育在STEM教育上的一致性和遞進性。因此，要以系統(tǒng)思維為指導(dǎo)，以頂層設(shè)計為導(dǎo)向，做好中小學(xué)STEM教育與大學(xué)STEM教育的聯(lián)系，特別強調(diào)大學(xué)、研究院等科研機構(gòu)的STEM教育資源對中小STEM教育的支持與共享。一方面，打破中小學(xué)與大學(xué)之間相互孤立的教學(xué)狀態(tài)，鼓勵大學(xué)主動對基礎(chǔ)教育開放實驗室、共享教育資源、與中小學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)STEM教師，積極參與到中小學(xué)和早期教育的STEM反饋和普及教育活動中來；另一方面，吸引科研院所、高科技企業(yè)、科技館等社會力量參加到國家STEM教育戰(zhàn)略規(guī)劃和STEM教育資源的建設(shè)與共享活動中，借鑒遠程教育、網(wǎng)絡(luò)實驗室等教學(xué)形式盡可能的向?qū)W校開放實驗室和學(xué)習(xí)資源。有條件的學(xué)校還可以嘗試與國外機構(gòu)進行STEM教育合作，共享國際先進的STEM教育資源、經(jīng)驗與成果，優(yōu)化和完善我國的STEM教育的實施效果。