STEM視域下科學教育專業的困境與出路

吳 畏，陳 勇，趙 敏

（1.上海師范大學 生命科學學院，上海200234；2.上海師范大學 教育學院，上海200234）

STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics）是科學、技術、工程、數學四門學科英文首字母的縮寫，源于美國對理工科人才培養的反思。國外對STEM教育的研究已有了一定的基礎，不僅從理論與實踐的角度對STEM教育進行闡述，也從整合STEM學科教學策略、課程資源以及項目學習等多個方面進行探索，其中美國STEM教育已從本科教育逐漸走入K－12教育階段。與國外相比，國內研究者在介紹國外STEM教育的經驗和成果的基礎上，也開始研究STEM教育實踐，并致力于探索符合我國國情和教育現狀的STEM教育之路。目前我國沒有設置STEM本科專業，但作為與STEM教育關聯最為親密的科學教育卻備受重視。目前，部分師范院校已開設科學教育專業，旨在培養具有現代教育理念，能適應21世紀社會經濟發展和現代化建設需要的復合型創新性人才。

21世紀之前，我國的科學教師職前培訓主要以學科培養模式為主，并沒有培養綜合型科學教師的課程和專業。隨著我國科學教育界對綜合科學課程和科學教育的深入認識，全國范圍的科學教師培養模式發生了重要的調整，師范院校在本科專業和初等教育專業都開始設置科學教育課程，分別培養初中和小學階段的科學教師。

上海師范大學科學教育專業2002年成立，目前尚處于探索發展階段。與傳統的專業相比，科學教育專業還未形成相對穩定的教學形式。因此確定科學教育專業培養目標，設置符合社會、學科以及學生需求的課程，具有必要性和緊迫性。本文主要論述調研的基本情況、科學教育專業存在的問題及原因、結論及發展建議，為科學教育專業培養方案的進一步修訂提供參考。

一、調研基本情況

編制上海中小學在職科學教師的問卷，旨在了解在職科學教師在教學過程中遇到的問題和需求，反思和探討科學教育專業課程體系的設置。通過問卷星平臺在線編輯問卷并借助微信等平臺發放，本次調查回收問卷271份，其中有效問卷250份，有效率為92.3%，達到調查和科學統計的要求。由于時間和地域有限，收集的數據不能完全代表上海乃至全國的科學教育現狀，只能通過數據分析窺見一斑，為后續進一步研究提供借鑒。

1.科學教師基本信息

（1）性別與職稱

在有效問卷中，有33.95%的男性和66.05%的女性，男女比例為1∶2。從職稱分布來看，調研的大部分教師，職稱集中在二級和一級，分別占33.95%和37.27%，高級職稱占9.23%，初級占8.86%，還有10.7%的教師無任何職稱。

（2）學歷

從學歷上看，上海科學教師的學歷水平較高，本科學歷高達81.55%，其次是研究生學歷占12.55%；而實際上科學課的教師絕大部分是由本科階段專業為物理、生物、地理、化學或者其他分科專業的畢業生來擔任，僅少部分來自科學教育專業的畢業生（見圖1）。

圖1 科學教師本科階段專業分布

（3）教齡

從教齡分布情況來看，執教5年以下占比最大，為36.53%，其次是16年以上的，占30.63%，其中教齡為11－15年的教師占比最小，為11.07%。通過調研不同教齡的教師，使得調查的跨度更大，對于科學教育的現狀有一個更加深刻、全面的認識。

2.科學教育專業畢業生的基本去向

自上海師范大學科學教育專業招生以來，本研究統計了2016年之前的9屆畢業生（2006、2008、2009、2010、2011、2012、2013、2014、2015）。9屆科學教育本科專業畢業生的就業狀況如圖2和圖3。

從圖2可以看出，2006到2009年間畢業生的就業率不太樂觀，但從2010年開始就業率呈上升趨勢，說明該專業大部分畢業生就業前景可觀。從圖3可以初步了解到該專業畢業生中大多從事與教育相關的職業，包括在幼兒園、小學、中學或其他教育機構就業。此外，也有少量的畢業生進入其他領域工作，或選擇進一步深造。這些數據進一步表明，上海師大科學教育專業的畢業生大多仍然從事相關的教育工作。當然，在從事教育工作的畢業生中，在各個不同層次的基礎教育階段分布也有一定差異（見圖4）。

圖2 2006—2015年9屆畢業生就業率情況

圖3 2006—2015年9屆畢業生就業去向

圖4表明：科學教育專業的畢業生從事小學或中學教師職業的占大多數；而且從事小學教師職業的人數呈上升趨勢，從事中學教師職業的呈下降趨勢。換句話說，畢業生的就業人數向小學階段傾斜。在這種情況下，一方面，因為科學教育專業的課程目標本來強調培養初中科學教師，所以畢業生就業趨勢的變化可能需要對現行的課程結構和目標進行適當調整；另一方面，畢業生就業的趨勢也可能反映了目前課程質量無法滿足現行中小學對科學教師的需求，這就需要我們對現行的課程設置進行調整和改進。

圖4 2006—2015年9屆畢業生就職狀況

二、科學教育專業存在的主要問題及原因分析

經歷了十載歲月的發展，科學教育本科專業已經取得了一定的成績，但是在課程設置和學生發展等方面存在的問題也顯現出來。對這些問題的調整和改進是科學教育專業繼續發展的基礎和條件。現結合問卷對反映的問題進行分析：

1.科學教育專業課程設置與實際教學的適應性

在調查中，196人認為科學教育專業課程設置符合自己的實際教學，54人表示科學教育專業課程設置不適應自己的實際教學，其“不適合的原因”所占比例大小可以很好地反映科學教育課程設置中存在的問題，具體原因分布見圖5：

圖5 科學教育專業課程設置與實際教學不適應的原因分布

（1）“不適合的原因”中，專業技能課程欠重視占80%，在所有選項中占比最大。在科學教育專業的課程設置中，實驗往往安排在專業課后進行幾次輔助實驗，實際操作內容較少，并且多數實驗為輔助性課程，未能做到與中小學綜合科學教育所需的專業技能真正接軌。而畢業的學生如果缺乏一定的實驗技能，在將來的教學過程中也無法很好地指導學生的操作，這對于他們的整體科學素養的提升是極為不利的。

（2）“不適合的原因”中，教材選取不合理和課程多、雜均占比60%。其原因是科學教育專業涉及所有理科課程的學習，課時有限致使學而不精。且由于應試的心態，學生在考試中疲于應付大量的不同課程內容，短時間突擊的后果就是遺忘的速度很快，學習過程中知識點也沒有很好掌握。

（3）“不適合的原因”中，認為培養方向不明確的占比60%。這是因為科學教育專業自開設以來在全國大部分院校沒有設定統一的院系，往往依托于物理教育、生物教育、化學教育等平臺。［1］由于依托的平臺不同，培養目標也不完全相同。同時由于學生對科學教育專業了解甚少，導致報考人數不足，多數來自調劑，一定程度上也影響了學習的積極主動性。

（4）60%的人認為科學教育專業課程設置中實踐性課程薄弱，與自己的實際教學不相適應。由于課程原因，目前科學教育專業實驗課程設置無法像化學、生物專業那樣做一些深入性研究，同時與中小學教材無法很好地接軌，導致該選項的人數較多。科學教育專業對于實踐性課程的設置也是基于生物及化學或其他學科，然而跳過部分內容，少有交叉學科的設置。眾所周知，科學教師需具備跨學科實踐探究能力，交叉學科的設置可以很好地培養這種能力。

（5）“不適合的原因”中，認為專業課程深度不足和科技創新課程少的占比60%。由于從事科學教學的教師學歷大多為本科，在教學過程中，有些教師專業知識較淺且創新意識不足，導致在教學上無法與最新的科學研究對接。當今世界，科技創新發展日新月異，而科學課最能體現這一特點，科學教師如果沒有扎實的專業基礎和創新精神很難在實際教學中提高學生的科學素養。

（6）“不適合的原因”中，“其他”選項0人選擇。筆者在這里想補充一點目前存在的問題，當前科學教育專業的課程中跨學科的課程或專題過少，只有兩門文化選修課學生可按照自主意愿進行選擇。換言之，除了大學英語、體育、思想道德修養與法律基礎等公共必修課之外，缺乏通識課程的教育，沒有人文科學教育，如經濟、文化、歷史等方面內容，而缺少人文科學的輔助，對自然的理解會產生片面性和差異性。

2.科學教師專業背景與專業性

（1）畢業時的專業

圖6 畢業時的專業分布

從圖6中，我們可以看出僅有15.87%的教師出自科學教育專業，即調查的科學教師當中僅43人專業背景為科學教育。大部分科學教師為非科學教育專業，一部分科學教師來自物理、化學、地理、生物專業。但有127人卻來自“其他”專業，占比達50.92%，這些專業包括計算機、數學、教育技術學、小學教育、文史類等。從中我們可以看出，科學教育專業現階段在社會上專業性需求并非十分強烈，甚至超過半數非理科教師均可任教科學。這其中可能由于現階段中小學科學科目的知識內容與教授難度界限不清，導致大多數教師均可勝任，這必然會對科學教育專業的學生未來的工作選擇產生一定影響。這與科學教師的普及度及受重視程度有關，而解決這一問題則需要多方面協調，如何使科學被重視也是當今科學教育專業所面臨的問題之一。

（2）自身在教學中欠缺的方面

圖7 自身在教學中欠缺的方面

從圖7中可以看出，77.49%的教師在教學過程中欠缺科研能力，其次是占比43.91%的實踐技能，再次是有32.1%的教師認為自身欠缺學科知識。這一結果很好地呼應了上述分析，這也是由于專業不對口現象而引發的附加問題，教師科研能力不足，因此無法向學生展示一些實驗技能，這樣就會導致科學課程的內容枯燥無味，無法很好地吸引學生的興趣，進而導致師生關系變差。這樣一個惡性循環，對于科學教育的教學和發展是十分不利的。所以如何優化課程設置是如今最重要也亟需解決的問題。

三、調研結論

科學教育的現狀不容樂觀，結合文獻調研結果可總結為以下幾點：

其一，科學教育作為一門新興的專業，自2001年重慶師范大學首次獲教育部批準設置科學教育本科專業以來，目前全國已有60余所高等院校開設科學教育本科專業。［2］但真正因科學教育專業樹立品牌影響力的高校數量少之又少。由于科學教育專業起步晚、普及度不高，很多人并不了解該專業，相比于其他專業，考慮選擇科學教育的學生甚少。

其二，科學課程在小學普及度不高。通過查閱文獻了解到，北上廣等一線城市小學設有正式的自然課程，而其他地區主要是靠學生課余時間的興趣學習等方式積累知識，導致學生的知識儲備參差不齊，教師在教授的過程中，也難以很好地因材施教。

其三，初中雖然設置了科學課，但是迫于升學的壓力，學生對這門課缺乏足夠的重視。在此情況下，科學課便成了“寫作業課”。這對于科學教育的發展和普及是極為不利的。

其四，科學課堂主要以理論為主，大部分教師講授的內容枯燥、單調，缺乏實驗等操作過程，自然無法得到大部分學生的喜愛。［3］學生消極、不重視的態度也逐漸消磨了教師的教學信心。這一現象與教師培養有關，當前本科科學教育的課程，不能有效培養準教師動手操作的能力，也很難達到“科學教育培養學生探究和解決實際問題能力”的初衷。

其五，本科學歷的科學教師一方面認為自身的科學素養不高，專業知識有限，設計的科學活動無法激發學生的興趣；另一方面又缺乏對兒童科學學習的有效引導，從而使學生錯失喜歡科學的時機。

其六，在科學教育專業的學生中，擇業意向選擇“中小學科學教師”的比例占總數的35.1%。［4］可見，大多數學生并不打算成為科學課教師，其原因既有對專業不滿意的主觀因素，也與社會大背景的客觀因素有關。如今，在高考體制下，科學教育僅僅作為一門副科，得不到師生的重視，在這樣的背景下，即使科學教師緊缺，但是仍然有很多人不愿選擇當科學教師。

總的來說，科學教育在發展前景被學業、升學等壓力限制的社會大背景下，外界的重視程度不高，不能像國外那樣占據主流學科的地位，因而課時數少導致上課內容大量縮減、實驗操作過程省略，從而無法很好地普及。同時，由于在本科培養階段忽視對科學教師實踐能力的培養，使其無法更好地獲得社會的認可，進而造成具有科學教育背景的科學教師為數不多，最終導致惡性循環。

四、科學教育專業的發展建議

在全球化背景下，STEM教育已成為當前國際教育研究與改革普遍關注的熱點。為了真正體現“科教興國”的國家戰略，真正與國際科學教育界“對話”，本研究對我國科學教育專業的發展提出如下建議：

1.明確科學教育專業的地位

對科學教育專業的模糊和忽視，是造成專業退化的一個重要因素。在學校管理、課程設置、教學內容要求等諸多方面的輕視，使專業發展失去了應有的競爭力，造成了發展上的困難。事實上，隨著STEM教育的深入開展，師資短缺已成為嚴重障礙，為此必須賦予科學教育專業更多的使命與責任。

2.建設具有特色的專業課程

打造跨學科知識整合的STEM課程，已成為當前科學課程發展的重要趨勢。目前科學教育課程本身沒有找到自己的特色所在，尚處在模仿其他學科的階段。其學術課程基本等同于其他分科類學術課程，沒有自身的特色課程。因此，有必要集中力量設計和建設有特色的綜合課程。這些課程可以主題方式來建構具有一定深度的綜合課程，如STEM課程，促使生物、化學、物理、地理、技術、工程等學科相交叉，培養學生的綜合能力。

3.構建具有STEM教育特色的實踐課程體系

STEM教育的一個重要特性是實踐性，它的出現是對傳統灌輸式教學的一個強有力的沖擊。科學教育專業實踐性課程體系的建立可以從理論與實踐兩個方面展開：一是從普通教育學和心理學課程的調整入手，增加這些理論的應用性，比如與科學教材分析、教學設計等直接相關聯；二是增強科學教學的實踐，通過STEM教育的具體活動來體現其教學的獨特價值，比如運用項目式教學開展跨學科學習以及創新創業指導等活動。

4.建設科學課程的綜合實驗室

科學教育專業的實驗是在各個不同的學科實驗室中進行的。在這里，學生們所體會的是各個分科實驗所解決的各學科的科學內容和實驗操作過程，師生在學科實驗室里首要考慮的問題是學科內容與方法；而科學教育專業的綜合實驗室應該強調的是，對整個科學性質和科學方法的把握，它強調讓學生體驗各個學科中的科學經歷，這樣的綜合實驗的經歷是無法在分科實驗室中獲得的。

5.增加教學實踐訓練活動

運用案例教學法剖析典型課例，增加觀摩一定數量的優質課，充分利用微格教學培訓，通過線上線下混合式教學，以及開展師范生各類教學競賽等活動，促進教師科學課堂教學技能的全面提升。

6.增加教育、教學實踐課程

通過科學教學設計、課程標準與教材分析、科學實驗教學研究以及科學教學測量與評價研究等課程，加強教育理論和心理學規律在科學教學中的實踐應用。

最后，除了改革課程設置之外，還有一些影響因素，譬如社會、學校、家長、學生對科學這門課程的重視程度，又譬如科學教師的收入狀況是否對師范專業的學生有一定的吸引力，這些問題不是一朝一夕就能改變的。總之，就科學教育而言，任重而道遠。