超越課堂：美國中小學校外STEM項目的實施和評估

卓澤林

摘要：為探究美國校外STEMS項目的發展路徑，該文從校外STEMS項目的實施和評估兩大關鍵元素出發，梳理和總結目前美國校外STEM項目發展與運作狀況。校外STEM項目在實施過程中，呈現夏令營項目、周末項目以及放學后項目等多種類型，并以其獨特的優勢在普及STEM基礎教育中發揮重要作用，但也面臨資金、項目質量和師資等方面諸多新挑戰。為了確保校外STEM項目的有效實施，美國制定了校外STEM項目學生成就評估框架，針對校外STEM項目實行三級評估模式。該研究對于推動我國中小學在創建多樣化的校外STEM項目、提升校外STEMS項目的專業性和建立STEM項目有效評估等領域提供參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：美國；校外STEM項目；實施；評估

STEM是將科學（Seienee）、技術（Teehnology）、工程（Engineering）和數學（Mathematies）進行跨學科式整合的教育，有利于培養創新人才，當前已成為國際教育界的關注熱點。美國諸多教育研究表明，越早發現學生的STEM興趣，并讓學生參與STEM學習，學生則越有可能在未來選擇STEM專業，學生越早投身于STEM專業，則越能在未來科技創新相關領域取得卓越成就。研究同時顯示，學生校外所接受的教育和校內所接受的教育對于發展學生STEM學習動機和興趣都具有積極影響。因此，校外STEM教育作為STEM教育的重要方式之一，逐漸進入人們的視野，并受到教育界的高度重視。2016年，美國研究學會（American Institutes for Research）和美國教育部聯合發布了《STEM 2026：STEM教育中的創新愿景》，提煉了未來十年STEM教育的六大愿景，其中第一大愿景就是形成STEM“參與度高且網絡化的實踐社區”，期望未來各領域的正式、非正式教育工作者和學生都能積極參與到校內和校外STEM教育的進程中。校外STEM項目也被廣泛認為是普及美國K-12階段STEM教育的重要路徑，越來越多的學生參與到校外STEM教育，校外STEM項目也如雨后春筍般地出現。因此，分析美國校外STEM項目當前的實施過程和評估模式，有助于全面地把握和認識美國中小學STEM教育的發展趨勢，并為國內STEM教育、創客教育提供國際經驗與案例。

一、美國中小學校外STEM項目實施的現狀

（一）校外STEM項目實施概況

相關調查發現，美國學齡兒童在校時間占清醒時間（Waking Hours）的20%，余下的80%時間都花在校外，包括平時校外時間、周末和夏季的受監督校外項目（Supervised Out-of-School Programs）。美國中小學生大量的校外空閑時間正是為校外項目的開展提供了巨大空間。校外中小學STEM項目（Out-of-School Time STEM Program）主要從校外項目延伸而來，以STEM活動學習為主題。由加州大學伯克利分校所開展的校外項目的調查研究顯示，超過90%的校外項目領導者都愿意為學生增加以科學為代表的STEM項目。為了推動校外STEM項目的發展，引起全社會對STEM教育的重視，2000年美國成立校外聯盟（Afterschool Alliance），旨在為所有學生提供可參加且高質量的校外項目。隨著STEM重要性得到廣泛認可，以校外聯盟為首的校外組織更是建立校外STEM中心（Aftersehool STEM Hub），系統的推進中小學校外STEM項目的實施。2015年，在由美國校外聯盟發起的一項調查中，美國約有7萬名中小學生正在參加各種類型的校外STEM項目，而且這一數字還在不斷上升中。在地區層面，伊利諾伊州的芝加哥市是校外STEM項目開展代表性城市之一。2011年，芝加哥STEM通道合作項目（Chicago STEM Pathway Cooperative）調查發現，芝加哥市目前有超過500個校外組織，正在實施超過2032個校外STEM項目，所服務的學生約88576名?？梢?，芝加哥市的校外STEM項目實施規模非常之大。美國從國家到地區，從社會到學校，都在如火如荼地實施校外STEM項目，吸引學生參加校外STEM的學習。

（二）校外STEM項目實施的類型

目前，美國各地區所開展的校外STEM項目形式多樣，規模各有不同，但依據項目實施的時間點主要可分為三大類，分別為夏令營項目（Summer Camp Programs）、周末項目（Weekend Programs）以及放學后項目（America after 3PM Programs）。（1）STEM夏令營項目，利用美國中小學漫長的暑假時間，為學生提供與課堂不一樣的學習場所，學生能以更為輕松的學習方式學習STEM內容。夏令營為學生提供一個非正式輕松的學習環境，為學生提供多種類型的STEM活動，讓學生找到學習的樂趣。此外，STEM夏令營持續的時間往往較長，一般會進行幾周，有的甚至持續整個暑假。（2）周末STEM項目，主要讓學生利用周末時間參與STEM學習。例如，美國培養黑人化學家和化學工程師項目，為處于弱勢地位的美國少數族裔中小學教師和學生提供豐富的周末STEM教育項目和活動。（3）放學后STEM項目，主要利用中小學生放學后到回家前的一段時間，通常為下午3點到6點，開展STEM項目活動。放學后STEM項目提供的STEM課程和活動與校內STEM教育最為相像，這些學習活動往往更具有結構化，通常由專職教師、科學家志愿者等進行指導。早在2004年，放學后項目聯盟通過“午后3點的美國”（America after 3PM）調查發現，K-12階段約有11%的學生參加了校外項目，而且這些學生每周平均大約投入8小時。不同類型的校外STEM項目為學生參與STEM學習提供了多種選擇，所有校外STEM項目都是建立在學生自由選擇的基礎之上，這對于普及美國STEM基礎教育起著非常關鍵的作用。校外STEM項目實施場所也是非常多樣，根據具體活動內容，有選擇地在圖書館、博物館、科技館和動植物園等地開展，有些甚至會在戶外實地實施，例如公園、濕地、農場等等。當然，學生有時則也會借助課堂中比較常見的工作表和材料包等工具設備在固定場所進行STEM學習。其中，已有百年歷史的4HfHead，Heart，Hands，Heathl教育組織，以“做中學”作為主要教育理念，廣泛分布于美國的農場、農村、城鎮、郊區等地，為學生開展與STEM相關的各項體驗活動和研究課題。

二、美國中小學校外STEM項目實施的優勢與挑戰

（一）校外STEM項目實施的優勢

美國校外STEM項目依托校外學習機構，特別是各類場館和教育組織，通過提供STEM相關課程或活動，在拓展學生校外學習STEM的同時，更以其獨特的優勢，成為美國STEM學習生態系統的重要組成部分。

1.更為生活化

與校內課堂的STEM活動相對抽象而言，美國校外STEM項目的生活化主要體現在其與學生日常生活聯系更為緊密。一般情況下，校外STEM項目所開展的活動都在課堂之外，不少甚至在戶外進行，往往沒有嚴格的主題要求，時間分配相對于校內教育更為自由。當學生對某一內容感興趣時，項目的教育人員允許和鼓勵學生追求新奇的想法，不會為了時間原因而去打斷學生的學習嘗試。而且，校外STEM活動往往建立與STEM內容元素相關的地點、資料和工具等常見的生活資源，這些恰恰在學校課堂中就比較難以具備。例如，在某個校外STEM項目活動中，以“島上野營”為主題。學生想要去當地小湖的島上進行野營，那他們就需要建造獨木舟fCanoe）。在這一任務驅動下，學生就要經歷設計獨木舟、尋找相關材料、實地制造獨木舟以及實驗獨木舟是否可航行等過程，整個STEM項目就圍繞如何建造一艘能夠載人的獨木舟進行。這是一項非常生活化的STEM項目，給予學生真實的問題情境，在讓學生投入STEM項目的同時，強調動手學習、生活式探究，從而解決生活中經常會碰到的問題。

2.低利害（Low-stakes）的學習環境

校外STEM項目所提供的學習活動更多的是為學生提供科學實驗甚至娛樂學習的機會，這也是學校課堂較難實現的，因為學校課堂往往給學生更多的壓力讓學生按照既定的規則程序回答出特定的答案，課堂紀律也要求較高。校外STEM活動所提供的低利害學習氛圍則有利于學生投入到自我感興趣的STEM活動中，特別是那些對科學自我效能低且不受關注的學生重拾信心。在相對寬松自由的非正式學習環境中，學生的學習動機不是一味依賴外部刺激。處于不同能力水平的學生可以根據自己感興趣的問題，進行觀察、研究并解決問題，進而來和其他同學分享他的項目解決經歷，這樣的經歷可以是成功的，但也可以是失敗的。幾乎所有的校外STEM項目都會主動淡化學生之間的競爭性，注重讓學生合作，在積極參與項目活動中體驗學習。正是這一低利害且能支持學生學習的環境，才能夠引發學生發自內心的主動的研究精神。

3.促進社會公平

美國國家科學委員會（National Science Board）的調查顯示，在所有STEM相關專業的博士學位中，只有10%授予給非白人和非亞裔學生，然而這些群體占美國人口的四分之一。相比于白人的少數族裔和相比于男生的女生，在STEM領域一直處于弱勢地位，這并不是一個正常的社會現象。而校外STEM項目恰恰能夠吸引美國少數族裔和女生參加STEM學習，對處于STEM教育弱勢的少數族裔學生和女生的STEM學習起著積極效果，在某種程度上能夠扭轉上述不公平的局面。例如，美國內布拉斯加州STEM校外項目由本科生發起，大學教師主導，目的是為了促進少數族裔學生參與STEM項目。通過對本科生指導者的評價和對學生的評價后，結果顯示該項目既能促進本科生的STEM領域知識和興趣，更為重要的是能促進那些少數族裔學生的STEM能力，保障處于STEM弱勢的學生權利。同樣，通過利用校外研究與評估數據庫（OST Research and Evaluation Database），對女生校外STEM學習數據進行分析之后，得出校外STEM項目能夠顯著提升女生的學業成績、問題解決能力、從事STEM職業的能力等。塞尼斯克（Scinski，2014）通過對美國加州的美籍西班牙裔初中學生參與校外STEM夏令營項目跟蹤研究后發現，校外STEM項目能提高這些西班牙裔學生對STEM領域的興趣，并對STEM學習抱以積極態度。為STEM弱勢群體提供STEM學習機會，提升弱勢群體STEM學習的自信心，縮小不同群體中的STEM專業人數鴻溝，這正是校外STEM項目促進社會公平的重要優勢的體現。

4.有效提升學生的STEM成就

諸多研究表明，學生在參加校外STEM項目之后，其STEM成就得到明顯提升。史密斯和霍克斯評估了七家校外STEM項目后發現，參加過校外STEM項目后的學生，他們的科學動機、自信心和科學知識等方面都有顯著進步。美國校外聯盟調查發現當學生參與高質量的STEM校外項目時，學生就會對STEM領域和事業持有積極態度，增加STEM知識和技能、產生更高的畢業率以及從事STEM事業的可能性。達布尼（Dabney）等人調查參加校外STEM項目的6，882名學生和在高校選擇STEM職業興趣之間的關系。結果發現，學生參與校外STEM項目對于高校學習期間的STEM職業興趣有著重要的積極影響，參加校外STEM項目的學生更愿意在高校選擇與STEM相關的專業。這些調查不同程度的發現實施校外STEM項目之后學生STEM知識水平、STEM態度、STEM興趣等的積極變化，反映了校外STEM項目對學生STEM成就起著促進作用。

（二）校外STEM項目實施的挑戰

任何改革或項目在實際操作過程中都會遇到一些挑戰與阻礙，同樣，美國校外STEM項目在實施過程中也無法獨善其身。校內STEM教育得益于學校的力量，在開展STEM活動時，有著天然的優勢，無論是人力還是物力，相較于校外STEM項目，顯得更為充裕。而作為非正式教育形式存在的校外STEM項目，盡管是今后美國拓展學生STEM學習方式的主要趨勢，但是它仍然處于初步的發展階段，結合美國相關調查研究，可以發現在其推進的過程面臨著更為嚴峻的挑戰，特別是在資金投入、活動開展質量以及教學人員水平等方面。

1.資金投入不夠

雖然校外STEM項目數量在不斷增加，但對于校外STEM項目高質量的發展要求而言，在資金的投入方面，與校內STEM教育還是有較為明顯的差距。在2008年的關于校外科學項目實施調查中，73%的受訪者認為缺少資金投入是項目實施面臨的最大困境。到了2011年，在美國校外聯盟的校外STEM項目調查中，全美1000多位校外STEM項目主要負責人和工作者參與了調查，其中87%的受訪者認為需要增加對校外STEM項目的資金投入，才能提供更高質量的STEM服務。資金投入的不足，是目前美國大多數校外STEM項目發展遇到的最大挑戰之一。沒有足夠的資金投入，也就無法保證校外STEM項目配套設施、資源的更新和完善，進而影響一系列項目的后續實施。這就預示著，如何平衡校內和校外STEM教育的投入，吸引社會對校外STEM教育的更多關注，擴大STEM教育生態系統的輻射范圍，是今后美國校外STEM項目實施能否可持續的關鍵所在。

2.活動質量參差不齊

盡管美國校外STEM項目的發展已經初具規模，遺憾的是，項目所開展的STEM活動質量卻參差不齊。以美國芝加哥市為例，即使在2011年，該市就有超過500個組織開展了校外STEM項目，然而這些項目缺乏有效的合作和統一的STEM教學策略。也就是說，許多校外STEM項目各自為營，按照自己的模式開展項目活動，缺少相互之間的聯動協作，項目活動資源分享不充分，這就導致項目活動質量千差萬別。STEM活動開設的質量偏低，降低了學生的STEM學習效果，甚至影響校外教師的教學態度。有研究更是指出當教師對STEM課程活動不滿意時，那么對學生的STEM成就和課程實施都會產生消極影響。這就說明，當缺少足夠專業的校外課程活動時，讓教師教授不專業的課程時，勢必造成教師對課程的不滿意，從而對學生STEM學習造成負面效應。校外STEM項目雖然屬于非正式STEM教育，但并不是非正規，“打鐵還需自身硬”，只有在所開展的項目活動有質量保證的前提下，才能提升項目本身的專業性，也就有可能得到社會的更多支持。

3.缺乏專業的教學人員

盡管美國校外STEM項目給予學生和教師更多的時間和自由，但要實現校外STEM項目的育人目標，仍需要具有專業資格的教學人員。2008年，美國校外聯盟專門針對校外STEM項目開展情況做了一份調查，來自于36個州的792個校外項目負責人作為調查對象。當被問到開展STEM活動時，遇到的巨大困難和挑戰時，40%的項目負責人認為是缺乏足夠專業的教師實施校外STEM項目活動。此外，結果表明只有29%的校外STEM項目中有專業人員教授，而且大多數教師都沒有對口的學科專業背景。沒有STEM學科背景的STEM教學人員，也就無法勝任STEM教學?？贫鳎–ohen）的研究正是揭示了這一問題，其在對133位從事校外STEM教學人員進行學科專業與STEM教學的順利度之間的關系研究時，發現沒有STEM相關學科背景的教學人員較難有效地實施校外STEM教學。但到了2011年，情況仍然沒有好轉，美國校外聯盟再次發現，所調查的近四分之一項目還是沒有為教學人員提供STEM的專業培訓，近一半的受訪者提到每月提供不到一小時的專業發展培訓。然而，68%的校外項目負責人認為提供更多的專業發展培訓是改善其校外STEM項目的主要途徑之一。因此，從事校外STEM項目的教學人員必須足夠專業，擁有足夠的STEM知識、探究技巧并能自如運用，才有可能讓學生投入到STEM學習。未來如何吸引更多專業的STEM教育工作者，特別是高校STEM學科相關的教師和學生參與到校外STEM項目，以及建立校內和校外的STEM教師合作機制，是美國校外STEM項目提升教師專業水平的可選之路。

三、美國中小學校外STEM項目的評估

高質量的校外STEM項目對學生的STEM成就有著積極的促進意義已在STEM教育界達成共識，然而，正如前面所提到美國校外STEM項目類型多樣、形式各異，處于“公說公有理，婆說婆有理”的狀態。那么不同類型的校外STEM項目到底有何不同？如何才能提升這些項目的質量？成功的校外STEM項目應該是什么樣的？這一系列的問題都關乎校外STEM項目能否有效開展。為了回答上述問題，更好地理解校外STEM是對整個STEM學習生態系統的促進作用，有效評估校外STEM項目則顯得非常有必要。目前，美國諸多校外STEM評估專家和組織已著手研究評估校外STEM項目的機制，將校外STEM項目實施變得更為專業、有效。已有的評估模式主要包括個人層面的對學生STEM成就的評價、項目層面的對校外STEM項目本身的評估、系統層面的對校外STEM學習生態系統的評估這三大類。

（一）學生STEM成就評估框架

校外STEM項目設立的最主要目標是為了促進學生的STEM成就，因此對于學生STEM成就的影響評價則是評估校外STEM項目是否有效的第一要義。為了更好地測評學生參與校外STEM項目對學生STEM成就的影響，美國校外聯盟邀請兩組專家，分別為STEM項目贊助者（Providers）和STEM項目支持者（supporters）進行評估，經過三輪研討，最終形成校外STEM項目學生成就評估指標，用于評估學生參與校外STEM項目的STEM成就。整個STEM成就評估框架分為三個維度，分別為：對STEM和STEM學習感興趣、能夠有效地參與STEM學習活動、對STEM和STEM學習活動的目標價值達成共識。三個維度下面各設一級指標和二級指標，如下頁表所示。在評估校外STEM項目對學生STEM成就的影響時，就可以依據以下指標設計具體內容進行評估。美國校外聯盟的學生STEM成就評估框架主要關注學生個人層面的STEM成就發展，將學生STEM成就的發展水平高低作為評估校外STEM項目成功與否的核心指標。

（二）校外STEM項目的三級評估模式

美國國家研究委員會（2015）對校外STEM項目的評估從更為整體的視角出發，主要從個人（Individual-level）、項目（Program-level）和社區（Community-level）這三個層面評估STEM學習生態系統（STEM Learning Ecosystem）。

在個人層面，評估內容主要包括個人STEM智能的發展、STEM身份的認同和性情的發展、個人眼界的擴展、對STEM職業的參與度。對個人層面的評估主要為了獲取學習者個人對STEM的學習需求、學習能力和興趣。

在項目層面，評估主要來證明校外STEM項目所提供的資源和機會。項目評估主要包括STEM項目的設計和實施是如何更好地促進學生智能、社會、情感的參與，以及項目有多大程度激發參與者的興趣和經驗。項目層面的評估能夠比較不同STEM項目的STEM參與度、方案活動的種類、工作人員的培訓和專業發展信息、參與水平。項目層面的評估讓工作人員和評估者將項目資源、活動與學生個人成果建立聯系，從而來明確哪些做得好，哪些可以改進。同樣，項目層面的評估還可以讓工作人員和評估者將項目資源活動和社區資源和活動建立聯系。

在社區層面，評估主要關注各種STEM學習機會的分布；STEM項目與當地社區環境資源的協作方式；在不同社區環境中，項目通過增加學習機會和STEM學習參與機會，以不同形式對當地社區產生的影響。社區層面的評估能夠體現社區資源多大程度對校外STEM項目產生積極影響，以及確定任何項目行動的需要。因此，社區層面的評估指導整個校外STEM項目的設計和開展。

可以說，校外SETM三級評估模式在整合個人STEM成就和項目成就評估的基礎上，延伸到STEM社區成就的評估，主要關注項目質量是如何影響個人參與者的成就、以及社區背景又是如何來影響項目和個人。從學生個體、到項目活動、再到整個項目組織，以這種點面結合式的評估，在全面反映校外STEM項目實施效果的同時，并為實施提供多方面的反饋，促進學生個體的學習，項目活動的完善，以及整個校外STEM項目的不斷發展。

四、啟示

美國校外STEM項目出現的初衷是為了讓學生充分利用校外時間，然而隨著校外STEM項目實施的推進，作為拓展和普及STEM教育的重要方式，校外STEM項目不斷吸引中小學生參與STEM學習、投身于STEM領域，對社會產生了積極影響。在美國校外STEM項目的實施歷程中，其重要性不言而喻。需要指出的是，實施了并不意味著項目就一定能帶來積極效果，還應對項目實施進行有效的評估，盡可能地全面獲取校外STEM項目的實施信息和數據，從而來推動校外STEM項目的進一步發展。近年來，在國際校外科學學習研究、創客實驗室建立等的推動下，以青少年宮、博物館、科學館、專門性的STEM機構為載體的我國校外STEM教育實踐大量涌現。盡管這些校外STEM機構各具特色，但總體而言，我國校外STEM項目的發展目前還不成體系，多以科普活動的性質存在，其發展模式和路徑也與美國存在一定差異。但不可否認的是，校外STEM項目作為我國普及STEM教育的重要發展策略之一。結合我國STEM教育發展特點，借鑒美國校外STEM項目的實施和評估的可取經驗，同樣可以得到相關啟示。

（一）充分調動社會資源，實施多種形式的校外STEM項目

校外STEM項目既是STEM教育發展的重要路徑，更能為STEM教育走向社會提供實踐土壤。從美國校外STEM項目的實施來看，基本做到了充分利用學生的校外時間，所提供的項目類型較為多樣，不再局限于博物館、科技館等傳統校外教育地點，更是拓寬到公司、企業、高校以社區等領域。反觀我國，許多校外STEM項目各自為戰，尚未形成一定的社會聯動機制，這就使得我國許多校外STEM項目或者校外科普活動質量也是良莠不齊?？梢?，我國在普及STEM教育還有諸多空間可以利用，亟待拓寬STEM教育的實施范圍，在開展校外STEM項目時，應打破常規的地域隔閡，調動學校、企業、社會等的資源，利用各個單位的資源優勢，通力合作，形成全社會的合力，特別是構建STEM社群，包括政府機構、院校單位、社會組織等，為校外STEM項目實施提供平臺和資源，為其可持續發展保駕護航。正如新近發布的中國STEM教育白皮書所提及的打造一體化STEM創新生態系統所言，必須“愿與各種社會力量協作，建立基于地區特色的STEM實踐社區。同時倡議博物館、青少年宮、科技館、數字媒介等社會機構積極開放空間，成為STEM教育非正式學習的組成部分”。

（二）加強校內外合作，提升校外STEM項目的專業性

校外教育不是“非正規”的教育，它以非正式教育的形式，對學校正式教育起到補充和拓展作用。因此，校外STEM項目作為拓展學生學校學習的重要方式，同樣需要有專業的師資力量、專業的課程資源。誠如前面所分析的，美國校外STEM項目實施的關鍵瓶頸之一就是缺乏專業的教師人員，而這正是阻礙校外STEM教育高質量發展的癥結所在。如何提升校外STEM項目從業者或教育工作者的專業資質是校外STEM教育可持續發展的必要保障。目前，我國校外科普機構盡管數量不少，但其中的從業人員專業性卻不容樂觀。再好的硬件資源，如果沒有得到專業化地使用，那實施也就很難達到效果。對此，在建立一套專業的校外STEM教育從業人員的資格審查機制的同時，鼓勵校外STEM項目與學校建立可持續的合作機制，如有可能進行以校內外師資交流的形式，形成師資互補的常態教師合作，引導校內STEM師資力量向校外良性輸送，只有這樣，才能在校內外互補的過程中推進校外STEM項目的專業化。

（三）建立有效的評估機制，防止校外STEM項目的盲目發展

美國校外STEM項目對美國學生學習STEM發揮了顯著作用，但并不意味著移植美國校外STEM項目的實施模式到其他國家地區就能產生同樣的積極效應，為了確保校外STEM項目評估的健康發展，必須要以項目的獨特性為基點，建立及時、有效的評估機制，為校外STEM項目發展提供真實、客觀的數據。就美國校外STEM項目的評估而言，無論是個體層面的學生STEM成就評估框架，還是項目系統層面的三級評估模式，都有其鮮明的特點，都是為了防止校外STEM項目盲目發展，所有評估核心都是為了確保校外STEM項目指向學生的STEM成就發展。有必要指出的是，一套完整而又科學的評估機制決定著校外STEM項目能否可持續發展。因此，我國在實施校外STEM項目時，必須理清項目實施中的可評估要素，圍繞學生的STEM成就發展為中心，以校外STEM項目投入和產出作為評估的主線，構建個體-項目-區域三級有效評估機制，發揮指向發展的評估功能。只有在這樣的基礎上，才能為校外項目的開展提供合法性地位和源源不斷的資源支持，才能真正實現STEM育人目標。