STEAM教育：發展、內涵與可能路徑*

范文翔 張一春

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STEAM教育：發展、內涵與可能路徑*

范文翔 張一春

（南京師范大學 教育科學學院，江蘇南京 210097）

STEAM（Science, Technology, Engineering, Art, Mathematics）教育是以跨學科整合的方式培養學生STEAM素養的一種技術教育。文章首先回顧了STEAM教育的發展歷程，然后分析了STEAM教育的本質，重點梳理了STEAM教育的內涵，指出：STEAM教育作為一種技術教育，是一種跨學科整合的教育、在做中學的教育、創新意識的教育、基于項目與問題的教育、依托工具與資源的教育、真實情境下的探究教育以及多元主體共同參與的教育。最后，文章提出政府與社會的支持、優質的課程資源、教學模式的轉型、優秀的師資隊伍、教學環境的建設是推進STEAM教育的可能路徑，以期為我國STEAM教育的開展提供一些有益的參考。

STEAM教育；STEM教育；技術教育；項目引路

高層次創新型人才是國家競爭力的關鍵。20世紀80年代，美國國家科學委員會（National Science Board，NSB）就已深刻地認識到這一點，提出“STEM（Science, Technology, Engineering, Mathematics）教育集成”的建議并發展成為國家戰略[1]，其初衷是通過STEM教育的開展，使更多的學生在高等教育階段選擇與STEM相關的學科，以保持美國在科技創新與國際競爭力上的領先地位。STEAM教育是步入21世紀以后，由美國弗吉尼亞科技大學的Yakman教授[2]在原有STEM教育的基礎上，將藝術（Art）作為一個重要的人文因素加入其中而發展起來的。目前，STEAM教育已得到教育界的廣泛認可[3]。新媒體聯盟在《2015年地平線報告（基礎教育版）》中指出：STEAM教育將在全球興起，成為知識經濟時代一種全球性的科技教育戰略，并且將在近期對學校教育特別是基礎教育產生重要影響。2017年3月，《2017新媒體聯盟中國高等教育技術展望：地平線項目區域報告》也明確指出：STEAM學習的興起將是短期內我國教育技術的重要發展趨勢之一。可以預見，STEAM教育將迅速在我國教育教學領域火熱起來。在此背景下，STEAM教育的研究者與實踐者需要在“STEAM教育熱”中保持“冷思考”，形成對STEAM教育之發展、內涵以及可能路徑的清醒認識。

一 從STEM教育到STEAM教育

STEAM教育發源于美國，是在STEM教育的基礎上發展完善而來的。目前，美國不僅有項目引路（Project Lead the Way，PLTW）機構專注于K-12階段的STEAM教育，還建立了布朗斯科學高中（Bronx High School of Science）等專門的STEAM中學。經過30余年的歷史積淀，美國的STEAM教育走在了世界的前列，引領著世界各國STEAM教育的發展。

1 STEM教育的萌芽與形成

第二次世界大戰后，美國與蘇聯為了爭奪世界霸權，開始了長達44年的冷戰。在冷戰初期，占據太空新據點成為彰顯國家實力的重要標志，為此美、蘇兩國展開了一場太空據點爭奪的競賽。蘇聯率先于1957年10月用P-7洲際導彈發射了世界上第一顆人造衛星“斯普特尼克1號”，并且在1961年4月用東方號運載火箭把宇航員Gagarin送上太空，使他成為了世界上第一個進入太空的地球人。美國在這場競賽中接二連三地落后于蘇聯，使美國這個極具危機感與反思精神的民族陷入了恐懼與不安：一方面擔心蘇聯會使用類似的飛行器向他們的城市投擲炸彈，另一方面擔心在科技與軍事的競爭中也無一例外地敗給蘇聯[4]。

這場太空據點爭奪賽的失利，引發了美國公眾對學校教育的深刻反思，他們認為宇航技術之所以落后于蘇聯是學校教育質量下滑導致的，是由于對教育投入不足、課程設置缺乏基礎性和系統性與不重視數學和科學教育所帶來的惡果[5]。這種反思強烈激發了美國公眾對教育改革的熱情，促使政府和各個組織機構開始反思其在科學技術領域的政策，并在教育界掀起了一場以科學技術為主題的改革運動，STEM教育就此萌芽[6]。1986年，美國NSB發布了第一個關于STEM教育的指導性文件——《本科科學、數學和工程教育》[7]。該報告在肯定STEM教育之突出地位的基礎上，提出了STEM教育發展的指導性意見，成為STEM教育的開端。此后，針對美國K-12階段STEM教師素質普遍不足的問題，美國國家科學基金會（National Science Foundation，NSF）于1996年發布報告《塑造未來：透視科學、數學、工程和技術的本科教育》[8]，重點關注K-12階段STEM師資的培養問題。美國STEM教育的快速發展期在2006年之后，轉折性的事件是美國政府在《美國競爭力計劃：在創新中領導世界》中指出“要通過創新引領世界，知識經濟時代的教育目標之一就是培養具有STEM素養的創新人才”[9]。

2 STEAM教育的興起與發展

隨著STEM教育的開展，人們發現“藝術”在教育中具有不可或缺的作用。Gaugin指出藝術代表了美國很大一部分的勞動力，Preminger的研究揭示了對藝術的投入有助于提高人們的認知能力，Piro的研究表明樂器訓練能夠有效提高人們的言語能力與非言語推理[10]。Yakman[11]也深刻地認識到了藝術的重要性，于2006年將藝術（Art）作為一個重要的人文因素融入STEM教育中，從而形成了STEAM教育（有時也被寫成“STΣ@M教育”）。她認為Art所代表的藝術，包含了社會研究、語言、形體、音樂、美學、表演等較為廣泛的人文藝術科目。將藝術加入到STEM教育中，是對原有四類課程的良好補充，可以使學生從更多視角認識不同學科之間的聯系：STEAM教育中的科學可以幫助人們認識世界的規律，工程與技術可以幫助人們根據社會的需求改造世界，藝術可以幫助人們以美好的形式豐富世界，數學可以為人們發展與應用科學、工程、藝術和技術提供思維方法與分析工具[12]。

STEAM教育將人文藝術中的“誰來做”和“為什么這樣做”，加入到STEM教育領域的“做什么”與“怎么做”中，讓人和倫理道德在創新過程中扮演重要的角色[13]。與STEM相比，STEAM教育的內涵更加豐富，不僅能夠有效培養學生的邏輯思維、問題解決、創新、合作、激勵等能力，還致力于將學生塑造成具有創造和革新精神的全面發展的人，支持學生成為未來的發明家與創造者[14]。近年來，來自不同國家和地區的學者通過深入研究，證實了STEAM教育更有利于培養全面發展的創新型人才，STEAM教育正在成為技術創新的重要驅動力[15]。自《2015年地平線報告（基礎教育版）》中指出STEAM教育將成為短期教育的應用趨勢以來，STEAM教育備受關注，迅速成為了國際教育界的研究熱點。隨著學者們對STEAM教育研究的不斷深入，STEAM教育有演進為STREAM（Science, Technology, Reading / Writing, Engineering, Art, Mathematics）教育的趨勢。STREAM教育是在STEAM教育的基礎上添加讀/寫（Reading / Writing）能力，強調讀/寫能力是科學、工程和技術教育的重要組成部分，目的是使高素質專業人士能夠勝任撰寫報告、實驗材料以及與他人交流的需要[16]。

二 STEAM教育的本質與內涵

作為當今國際教育領域的研究熱點，雖然學界已經對STEAM教育的本質展開了較為熱烈而深入的討論，但在理解上卻不盡相同。從教育目標的角度來看，代表性的觀點主要有以下幾種：①教學創新說，即STEAM教育是在STEM教育的基礎上延伸和拓展而來的一種新的教育模式，它以項目學習、問題學習為主要的學習方式，融合技術、工程教育和藝術人文教育，旨在推動技術驅動的教學創新[17]。如王娟等[18]指出，STEAM教育是一種注重實踐和過程，強調跨學科知識遷移與交流協作的、整合多學科知識的教學方式。②創新人才說，即STEAM教育是立足于實際問題，通過協作和實踐完成項目、解決問題，以培養具有綜合素養、問題解決能力和創新能力的優秀人力資源為目的的新型教學模式[19]。③素養說，即STEAM教育是通過項目學習的方式，使學習者在項目學習中完成學業，其目標是培養具有創新精神和STEAM素養的全人[20]。④社會服務說，即STEAM教育是通過有趣的且與現實生活相關的實踐項目，讓學生在把握運用知識的時機和方法的基礎上開展實踐，以創新產品與方案的形式服務社會[21]。

上述觀點雖然在表述上存在些許差異，但基本思想是相通的。本研究認為，STEAM教育是在真實情境中以跨學科整合的方式培養創新人才的一種教育類型，是依托工具與資源，以基于項目或問題的方式培養學生STEAM素養的一種技術教育。此外，還可以從其它不同的視角來解讀STEAM教育的本質特征：從教育內容的角度，STEAM教育是跨學科整合的教育；從教育主體的角度，STEAM教育是多元主體共同參與的教育；從教育開展方式的角度，STEAM教育是做中學的教育；從教育技術支持的角度，STEAM教育是以機器人、編程、3D打印為主要載體的教育。作為一種技術教育，STEAM教育的內涵涉及多個方面：

1 跨學科整合的教育

美國弗吉尼亞理工大學的Sanders教授[22]認為，STEAM教育是在建構主義和認知科學理論的指導下，以科學、技術、工程、藝術和數學知識為基礎對問題或項目進行探討，因而跨學科整合是STEAM教育最根本的本質屬性。可見，STEAM教育并不是科學、技術、工程、藝術和數學知識的簡單疊加，而是根據解決現實問題的需要，將來自這幾個不同學科的零碎知識有效地整合成相互聯系的統一整體。

2 在做中學的教育

日本廣島大學的Kageyama教授指出，相關STEAM教育的兩種哲學觀點是“整合”和“制作”，制作的重要意義就在于整合知識[23]。也就是說，STEAM教育以“做”貫穿于教學的全過程，引導學生在探索與創造的過程中主動發現知識，并運用所學的知識來解決實際問題。

3 創新意識的教育

STEAM教育以跨學科整合的方式幫助學生更好地認識世界，并且支持學生以綜合創新的形式改造世界，其目標是培養學生的問題解決能力與創新能力。需要注意的是，創新能力的培養并不能使每個學生都成為科學家，其意義在于讓學生有創新意識。因此，STEAM教育的開展以學生為中心，通過引導學生在解決問題的過程中積極探索，來激發學生的想象力與創造力。

4 基于項目與問題的教育

STEAM教育以具體的項目或者問題為教學的中心，圍繞具體的教學任務制定教學目標，并以此為基礎實現有效的跨學科整合。換言之，STEAM教育是針對某一具體的項目或者問題而開展的一系列教學活動，主要包含工具與資源設計、學習活動過程設計、支架設計以及評價設計等四方面的內容[24]。

5 依托工具與資源的教育

STEAM教育通常以某一具體的案例為學習起點，工具與資源是STEAM教學活動有效開展的重要支持。學生在教學活動開始前，需要利用信息檢索工具查找與本次教學主題相關的STEAM案例，在熟悉案例活動的基礎上，利用概念圖、思維導圖等知識建模工具表征案例的活動流程，在此基礎上開展后續的進階學習活動。

6 真實情境下的探究教育

回歸到真實世界的學習已成為當前教育改革最為重要的一項內容，而STEAM教育就是真實世界的探究學習活動之一。STEAM教育致力于構建學生的具身學習環境，重視學習與現實世界的聯系，注重學生在學習過程中的親身探究經歷與動手體驗，鼓勵學生通過具身學習探究他們感興趣的項目或現實生活中亟需解決的問題。

7 多元主體共同參與的教育

STEAM教育是多元主體共同參與的教育：從教師主體來看，STEAM教學活動通常需要不同學科的教師通力合作，有時甚至還需要企業專家、圖書館管理員、媒體專家、教育技術人員等的共同參與；從學生主體來看，通常采取小組協作的學習方式完成任務，為了促進團隊成員的互補優化，也鼓勵跨年級組建學習小組。

三 STEAM教育的可能路徑

PLTW機構是美國STEAM課程的主要提供者，也是目前全美最大的、非營利的STEAM教育項目提供者。PLTW機構于1997年首次面向紐約州的12所中學，推行“工程之路”的STEAM課程項目。截至2017年4月，PLTW機構已為美國50個州和華盛頓哥倫比亞特區的9000多所學校提供了10500余種STEAM課程，已有超過240萬學生使用PLTW機構提供的課程進行學習，此外還有超過3.5萬名教師參加了PLTW機構的高級培訓[25]。PLTW機構在美國的STEAM教育領域取得了巨大的成功，這為我國STEAM教育的開展指明了方向。本研究基于對PLTW機構中STEAM教育項目的深入研究，提出了推進STEAM教育的幾條可能路徑。

1 政府與社會的支持是STEAM教學質量的重要保障

STEAM教育是一項較為復雜又極具現實意義的教育工程項目，美國政府將STEAM教育視為提升國家競爭力的重要抓手，已將其納入國家競爭力的戰略計劃之中。美國PLTW機構的STEAM教育之所以能夠在全美取得巨大的成功，很大程度上得益于美國政府和社會各界的高度重視與大力支持。為了促進STEAM教育的有效開展，PLTW機構與美國聯邦及各州政府、K-12學校、大學、科研院所、企業、慈善機構等相關利益主體結成戰略合作伙伴的關系，制定了一套較為完善的STEAM教育標準體系，涵蓋STEAM教育目標、教育評價標準、師資標準、課程標準以及相關設備設施標準。此外，政府與社會的大力支持，也為PLTW機構在STEAM的課程資源開發、師資培訓、課程學分認證及相關的經費支持等方面提供了強勁的外部資源保障。可見，政府與社會各界的重視與支持是STEAM教學質量的重要保障。鑒于我國STEAM教育目前尚處于初級發展階段，政府與社會各界理應給予更多的關心與支持，并協助教育部門盡快制定出適合我國國情的STEAM教育標準體系，從而為STEAM教育提供充足的外部資源保障。

2 優質的課程資源是STEAM教學質量的堅實基礎

PLTW機構能夠成功吸引美國的9000多所學校，并且這些學校的STEAM教育都取得了良好的成效，在很大程度上歸功于其優質的STEAM課程資源。之所以說PLTW機構的STEAM課程資源是優質的，是因為這些課程資源由航天、工程、生物、醫學等方面的專家、K-12的一線教師、高校的教育工作者以及學校管理人員組建起來的專家隊伍共同開發，并且隨著知識的更新與社會需求的轉向，這些課程資源也在不斷地調整、更新與改進。這些課程資源在內容設計上具有鮮明的模塊化特點，不同模塊的課程資源彼此相互獨立，而相同階段模塊的內容之間具有較強的內在邏輯聯系，共同組成一個完整的主題單元。各模塊的內容在設計時，緊密結合新一代科學標準、國家技術素養標準、數學標準等文件，以理論學習為基礎，以實踐探究為主導，與社會的需求緊密銜接。可見，優質的課程資源為美國STEAM教學質量打下了堅實基礎。然而，當前我國STEAM教育課程資源還較為匱乏。因此，如何結合學生的生活體驗，設計出具有連貫性、實用性與時代性的課程內容，是STEAM教育課程設計者需要認真思考的問題。

3 教學模式的轉型是STEAM教學質量的內在核心

STEAM教育的本質是通過教育教學活動的開展，使學生在吸收與內化課程內容的基礎上，完成他們所感興趣的項目或解決現實生活中亟需處理的問題，在此過程中鍛煉、培養學生的創新意識與STEAM素養。因此，教學模式是否具有適切性，直接影響STEAM教育的成效。STEAM教育的教學模式既要求學生具有較好的理論基礎，又要求學生在實踐探索的過程中能將所掌握的理論知識根據需要進行適當的遷移與轉化，并通過具身體驗與不斷的嘗試建構知識體系，從而對學習內容產生更深層次的理解。我國教師所慣常使用的“講授法”教學模式，是一種強調知識本位的教學手段，并不注重學生的具身體驗與能力培養，因而教學模式的轉型是STEAM教學質量的內在核心。正所謂“教學有法，教無定法，貴在得法”，教師在確保新的教學模式能夠使學生在真實情境中習得未來社會所需的知識與技能的前提下，既可以借鑒PLTW機構的做法，采用親自體驗的教學模式（Hands-on Model）、基于項目的教學模式（Project-based Model）或基于問題的教學模式（Problem-based Model），也可以采用信息技術與STEAM教育深度融合的翻轉課堂教學模式（Flipped Classroom Model）。

4 優秀的師資隊伍是STEAM教學質量的根本保證

目前，世界各國在開展STEAM教育時都十分重視對優秀師資的培養，然而STEAM的師資仍然供不應求。缺乏優秀的師資已成為世界各國開展STEAM教育的重要阻礙，就連走在世界前列的美國也不例外。2010年，美國總統科技顧問委員會發文指出：“目前STEAM教師的缺口仍然比較大，教師的流動也較為頻繁，加上不少STEAM教師的專業素養差且缺乏長期有效的專業發展的支持，直接影響了美國STEAM教育的健康發展。”[26]近年來，PLTW機構使用預備狀態培訓、核心培訓和持續培訓三環緊扣的培訓方法，培養了大量的STEAM師資，并致力于推動教師專業的可持續發展，使美國的STEAM師資短缺問題得到了較大的緩解。從美國的經驗來看，不僅要盡可能多地培養STEAM師資，壯大STEAM教育的師資隊伍，而且在培養師資時還應注重理論與實踐相結合，致力于拓展教師的多學科視野，促進教師有效整合多個學科的知識。此外，還應重視教師專業可持續發展的問題，使教師能夠有效應對知識的更替。

5 教學環境的建設是STEAM教學質量的必要條件

STEAM教育強調“做中學”，其課程需在良好的軟硬件實驗環境中才能有效地開展。以PLTW機構提供的“工程原理”STEAM課程[27]為例，該課程要求學生使用慧魚零件來制造一輛具有履帶牽引裝置的車輛，目的是用于運載大理石，并能按顏色對大理石進行排序。課程在專門的STEAM實驗室中開展，不僅配有3D打印、計算機等設備，還提供與課程內容相關的零部件以及可能用到的工具。在教學活動開始前，學生首先要思考如何將牽引裝置、馬達、感應器等眾多的慧魚零件進行組合，使其能夠承載大理石的重量，然后再考慮如何實現對大理石排序。具體實踐時，學生從簡單的模型入手，以此為基礎根據學習任務組裝成具有更多復雜功能的模型。在此過程中，學生可以利用計算機虛擬建模，并利用3D打印機打印出模型，遇到故障時可以通過計算機向行內專家求助。可見，建設良好的教學環境是STEAM教學質量的必要條件。因此，在開展STEAM教育時要高度重視教學環境的建設，提供滿足STEAM課程教學需求的場所，并配備好所需的軟硬件等設備。

四 小結

當前，跨學科研究的發展勢不可擋[28]，STEAM教育這種跨學科的教育形式已在我國教育界呈方興末艾之勢。然而，STEAM教育畢竟是“舶來品”。因此，只有厘清STEAM教育的發展脈絡，并在把握STEAM教育內涵的基礎上，將STEAM教育的可能路徑與我國的教育實際相結合，才能有效推動STEAM教育的本土化發展。

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編輯：小米

STEAM Education: The Development, Connotation and Possible Paths

FAN Wen-xiang ZHANG Yi-chun

Science, Technology, Engineering, Art, Mathematics (STEAM) education is a kind of technical education that cultivates students’ STEAM literacy through the way of interdisciplinary integration. This paper reviewed the development history of STEAM education, analyzed the essence of STEAM education, and further emphasically elaborated the connotation of STEAM education. It was pointed out that as a kind of technical education, STEAM education was the kind of education being interdisciplinary integrated, learning by doing, having innovative consciousness, basd on project and problem, relying on tools and resources, based on inquiry in real situations, and participated by multiple subjects. In addition, this paper proposed that the governmental and social support, high-level curriculum resources, transformation of teaching model, outstanding STEAM staff and construction of teaching environment were the possible ways to promote the STEAM education, expecting to provide useful reference for the launch of STEAM education in China.

STEAM education; STEM education; technical education; project lead the way

本文受教育部人文社會科學研究規劃基金項目“高職教師信息化教學能力發展研究”（項目編號：15YJA880108）、江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“基于‘互聯網+’的中小學智慧教育平臺的建設與應用”（項目編號：B-b/2016/01/29）、江蘇省高等教育教改研究重點課題“歷史視域下的江蘇教育技術發展與教學促進研究”（項目編號：2017JSJG425）、江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（項目編號：PAPD）資助。

范文翔，在讀博士，研究方向為技術哲學與新技術視野下的教育應用，郵箱為562038951@qq.com。

2017年4月9日

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.03.015

G40-057

A

1009—8097（2018）03—0099—07