STEM教師教育的現實挑戰與應對策略

姜浩哲 黃子義

編者按：《中國STEM教育白皮書》指出，STEM教育在中國進入蓬勃發展階段，但也存在嚴峻的挑戰，其中，STEM師資隊伍整體水平不高是當前迫切需要解決的根本問題之一。事實上，全球大多數國家STEM師資隊伍和教師教育都面臨著諸多現實挑戰并直接影響了STEM教育質量。為此，廓清當前STEM教師教育存在的主要問題并尋找可能的應對策略，是推動STEM教育高質量發展的關鍵。

Lyn English教授是STEM教育、數學教育和工程教育領域的國際知名學者，目前執教于澳大利亞昆士蘭科技大學教師教育與領導學院，同時擔任美國普渡大學工程教育研究所顧問委員會委員，美國馬薩諸塞大學達特茅斯分校卡普特STEM教育研究與創新中心高級兼職研究員，美國教育考試服務中心專家顧問組成員，2003年被選為澳大利亞社會科學院院士，2004年入選“澳大利亞名人榜（Who's Who in Australia）”，2012年榮獲澳大利亞數學教育職業研究獎章。English教授是國際數學教育頂尖期刊《數學思維與學習》（Mathematical Thinking and Learning）的創始主編，國際STEM教育重要期刊《STEM教育研究學報》Uournal for STEMEducation Research）的編委，全球首本《STEM教育研究手冊》主編之一。她的研究興趣十分廣泛，包括STEM課程開發、STEM教師教育、兒童早期計算思維、工程思維、問題解決與問題提出、數學推理等，曾受邀在各類國際學術會議上發表主旨演講20余場，發表學術論文200余篇，主持“數據建模：在小學課程中推進STEM”等10余項澳大利亞研究理事會大型科研基金項目。

在本次訪談中，Lyn English教授指出，當前中小學教師在開展STEM教學時面臨著“知”到“用”時方恨少、“課”到用“時”常恨少、手頭無資源、心中無信念四大挑戰。就STEM教師教育而言，培養和發展教師對STEM教育的積極信念至為關鍵，為此，English教授總結并提出了STEM教師信念發展的七階段模式。同時，English教授深度結合了時代背景和中國國情指出STEM教師教育同樣存在著許多現實問題，主要有：教師知識發展目標不清晰、教師思維培養目標不明確、學前教師教育關注度很低、區域教師教育發展不平衡。為此，她分別提出了可能的應對策略，包括：重視“STEM教學內容知識”研究，強化教師前瞻思維培養，多措并舉提高學前教師教育針對性，對貧困地區STEM教師教育予以更多政策傾斜、資金支持并通過遠程教育平臺構建STEM教師協同式專業發展格局等。此外，Engish教授高度評價了中國和中國教育的發展，并認為STEM教育在中國加快建設創新型國家的戰略背景下具有非常廣闊的發展空間和無限美好的發展前景。

關鍵詞：STEM教師;教師教育;現實挑戰;應對策略

中圖分類號：G434

文獻標識碼：A

訪談者：您好，English教授。非常感謝您能接受我們的訪談。您長期從事STEM課程開發、STEM教師教育等領域的研究，發表了很多與此相關的學術論文，設計和實施了很多STEM教師培訓工作坊或教師專業發展項目，目前擔任相關國際期刊的編委，對STEM教師教育的國際現狀和未來趨勢有很多獨到的見解。STEM教師在培養具有STEM素養人才中的作用一直以來都被認為是至關重要的[1]。但是，當前中國和世界上許多其他國家的STEM師資隊伍整體水平并不高。事實上，中小學教師幾乎都是單科培養產生，他們在實際開展STEM教學時面臨著諸多挑戰[2]，您認為，這些挑戰主要包括哪些方面？應對這些挑戰的關鍵是什么？

E nglish教授：我很高興接受你們的采訪。我一直以來都非常關注中國STEM教育，經常同華人學者開展學術交流，也指導了一些來自中國的留學生。我想，從包括中國在內的世界范圍來看，中小學教師在開展STEM教學時都面臨著很多共同的挑戰，主要可以概括為四個方面。

第一， “知”到“用”時方恨少。實際上，世界上很多國家，包括一些發達國家，都沒有專門的STEM教師，中小學STEM教師一般由數學或科學教師兼任。這就意味著，當真正要開發或實施STEM課程的時候，教師往往會發現其知識儲備嚴重不足。考慮到小學生的認知基礎，小學STEM課程中有關學科知識一般并不難，小學教師也許并不會感到費勁。但是，當一位中學數學或科學教師同時面對科學、技術、工程、數學四門學科知識時，其往往會感到“焦頭爛額”。同時，高等院校幾乎很少設有工程教育專業，這使得中小學教師對工程學科內容知之甚少，而我一直認為工程是科學、技術和數學相互聯系的橋梁。近年來，STEM課程研究者已經深刻地認識到了工程知識和工程思維對于STEM教育的重要性，可是，教師工程知識的缺乏勢必會影響到STEM課程質量。總的說來，教師如果沒有比較全面的科學、技術、工程、數學四門學科知識作為基礎，在開展SIEM教學時就會感到相當困難。

第二， “課”到用“時”常恨少。我知道中國學生承受的考試壓力似乎是比較大的，其實，包括澳大利亞在內的世界上很多國家的學生都是如此。于是，學生似乎很不情愿在STEM課程上“浪費”時間，學校和教師自然也就不愿意在原本已經很“擁擠”的課程表中為STEM課程安排課時。我曾經在澳大利亞一所很好的學校指導實施STEM課程，有不少教師就對STEM課程和考試內容的關聯程度提出了質疑，他們不愿意在滿滿當當的教學計劃中加入與學生考試內容看起來絲毫沒有關系的STEM課程。當然，我們也看到了令人欣慰的改變，近年來有越來越多的學校為STEM課程安排了專門的課時。但是，中小學教師在實踐中往往容易將科學、技術、工程、數學四門學科知識內容直接“相加”、簡單“疊加”，而不是力圖使其得到充分“整合”、高度“融合”，這會使得他們錯誤地認為要在一門學科的教學課時量中教授完成四門學科的教學內容量。面對無法完成的教學任務，他們會抱怨課時太過緊張。

第三，手頭無資源。教師在開發STEM課程時往往需要既能涵蓋四門學科知識內容，又能展示或再現真實世界豐富景象的材料。教師如果不注重日常積累，那么在開發或實施STEM課程時就很難擁有合適的、實用的、新穎的教學素材。

第四，心中無信念。我接觸過很多對STEM教育缺乏認同感的數學或科學教師，他們固化地認為自身僅僅是數學或科學教師，不愿意主動改變并嘗試SIEM教學。同時，知識、課時和資源的缺少使得他們面對STEM時毫無信心，STEM教學效能感極度缺乏。

我認為，培養和發展教師的積極信念十分關鍵。剛剛已經提到，知識、課時和資源的缺少容易使教師對STEM教育產生消極的信念，這因此會導致一個惡性循環，即教師更加不愿意學習STEM知識，更加不愿意為STEM課程安排時間，更加不愿意開發和積累STEM教學資源。反之，如果教師對STEM教育持有積極的信念，他們會主動學習STEM知識，盡可能地在日常課程中“擠出”時間開展STEM教學，并努力通過各種渠道挖掘STEM教學素材，上述困難就會迎刃而解。我想，當教師熱情地投入到STEM教育中時，STEM教育就會變得讓每一位公民都心有向往、熱情澎湃。

訪談者：您認為STEM教師教育者可以通過什么途徑有效培養和發展教師的積極信念？

English教授：事實上，當前許多國家的教師對STEM教育的信念都不那么盡如人意，澳大利亞也是如此。鑒于教師信念的重要性，探尋有效的發展模式迫在眉睫。在整合現有實踐經驗的基礎上，我們總結并提出了“STEM教師信念發展的七階段模式”（如下頁圖1所示）。

第一階段，教師初步認識STEM教育的價值。大多數教師可能并沒有真正體會到STEM教育的重要性，而是僅僅將其視為一種“時尚”，開展STEM教學似乎只是為了“跟風”。在教師教育課程中，教師教育者應首先使教師認識并相信STEM教育的價值。教師只有真正相信STEM教育對于塑造21世紀人才具有無可替代的價值，才可能真誠地投入到STEM教學的嘗試中。我想可以從兩個方面促進教師對STEM教育價值的認識：一方面，教師教育者可以從時代變革的角度在理論上向教師闡明STEM教育與21世紀技能之間的緊密聯系;另一方面，有時僅僅向一線教師傳遞一種教育理念似乎是不夠的，教師教育者還應通過展現以往實踐中鮮活的教學案例使教師感受到STEM的教育價值。

第二階段，教師主動實施STEM課程。當教師對STEM教育價值有了初步認識之后，其往往會對STEM課程抱有興趣并持有一種好奇和欣賞的態度。教師教育者需要指導教師在興趣的驅使下走進屬于自己的實踐“天地”，當教師親身經歷并成功實施STEM課程之后，他們關于STEM教育的積極信念一定會得到增強。真實的課堂實踐環境是培養STEM教師積極信念最好的“土壤”。

第三階段，通過多元評價評估學生在SIEMi程中的發展。我想STEM課程帶給學生的成長是傳統考試遠遠無法評估的，為此，需要通過多元評價的方式來評估學生在STEM課程中的發展。在已開發的—些SIEM課程中，我們會從學生在自主提問、完成特定任務、使用信息技術工具、參與師生討論等維度中的表現分別對學生個體和班級整體開展多元評價。

第四階段，學生通過多元評價認識STEM教育價值。學生會通過對自己的多元評價看到能力的發展、天賦的施展，為此，他們也會喜歡上STEMi程。事實上，我看到很多在傳統數學或科學領域成績并不理想的學生卻能在SIEM課程中擁有十分出彩的表現;相比傳統學科課程，在SIEM課程中教師要求學生解決的問題是更加開放的，每個學生都能在其中找到問題的解決方案和屬于自己的成長路徑，既而也會逐漸認識到SIEM教育的獨特價值。因此，學生會對SIEM教育產生積極的情感和信念。

第五階段，學生主動要求教師開展STEM教學。當學生對STEM教育持有了較為積極的信念后，他們會主動要求教師提供更多、更優質的課程。教師也因此會在不斷實施、不斷評價STEM課程的過程中，增加STEM知識和提升STEM教學能力，從而使得STEM課程得到優化。

第六階段，教師在課程實施、評價、改進中發展對STEM的積極信念。教師在課程實施、評價和改進的過程中將看到學生的發展和成長，也會加倍努力以實現他們在課程目標中預期的STEM教育價值。他們會發現先前教師教育者向他們闡明的STEM教育價值是可以“落地生根”的，因此也會對STEM教育產生更加積極的信念。

第七階段，教師在持有積極信念后能更加全面地認識SrIEM教育價值。他們會不斷挖掘STEM教育的潛力，探索和實現更多STEM教育可能蘊藏的價值。由此，就構成了一個培養和發展信念的良性循環。

當然，這一模式的效果可能還需要未來進一步在實踐中檢驗。我們都知道，成功實施STEM教師專業發展項目絕非易事。STEM教師教育涉及到很多復雜的方面，當前，課程內容體系設計的不完備、教師自身專業素養的缺乏等因素都有可能制約相關理論的實踐效果，使得“理論模式”與“實踐樣態”間存在很大的落差。此外，值得一提的是，澳大利亞政府、高校或科研機構往往會主導一些大型教師教育研究和實踐項目。例如，在悉尼大學，我們有一個比較著名的“STEM中心”，是許多大型教師專業發展項目的“樞紐”。這樣的大型項目往往會有專家、經費、設備、實踐基地等多方面的保障，使得相關理論模式更容易在實踐中被實施和推行。事實上，我認為以大型項目為依托推進STEM教育是縮小理論與實踐鴻溝的一種很好的做法。

訪談者：非常感謝您，我想中國STEM教師教育者能從這一模式中得到很多啟發。事實上，STEM教師教育者肩負著培養未來STEM教師、提高STEM師資隊伍水平的使命。但是，正如您剛剛所提到的，當前STEM教師教育者同樣面臨著若干挑戰，STEM教師教育也存在著一些困境，您認為其主要包括哪些方面？分別有哪些應對策略呢？

English教授：確實，當前STEM教師短缺、培養難度大、整體水平不高等問題，很大程度上是由于STEM教師教育體系相對還不成熟、不完善導致的，這是不可否認的事實。因而，廓清當前STEM教師教育的主要挑戰并探索可能的應對策略就顯得非常有必要，這或許可以從根本上幫助STEM教師化解一些現實難題，進而解決STEM教育中的許多問題。世界上一些國家制定和頒布了STEM教師教育的相關政策，也有很多教師教育者開發和實施了各種各樣的STEM教師專業發展項目，他們為STEM教師培養做出了有益嘗試，提供了有效路徑，但是我覺得已有的這些工作似乎還并不夠。我個人認為，當前STEM教師教育還存在著四大問題，迫切需要教師教育者共同行動起來以努力解決這些問題。

第一，關于STEM教師到底需要具備哪些專業知識，教師教育研究者似乎還沒有給出一個清晰明確的界定，使教師具備和掌握一定的專業知識是任何教師專業發展項目最基本的目標。而STEM教師知識發展目標的不清晰，使得STEM教師教育者在制定教師專業發展基礎性目標時往往沒有適合的“參照系”，同時，也很難通過一個科學合理的框架論證教師專業發展項目的有效性。

我覺得似乎有必要建構“STEM教學內容知識（STEM Pedagogcal Content Knowledge）”這一概念，并探討和厘清這一概念的內涵和外延。它至少應該包括“STEM內容知識”和“STEM教學知識”兩個范疇。關于“STEM內容知識”，需要著重考慮整合科學、技術、工程、數學四門學科內容的知識，這些知識往往生成于復雜情境中跨學科問題的提出和解決過程，而不是簡單地對四門學科內容知識做“加法”。關于“STEM教學知識”，科學、技術、工程、數學四門學科教學中有較多共通共享的教學方法，我們應加以梳理、融通和整合，形成系統的教學方法體系和教學方法論。當下，越來越多的學者認為STEM課程需要發展學生21世紀技能。我認為，教師的“STEM教學內容知識”必須能有效支撐其實現發展學生21世紀技能的課程或教學目標。如果教師不能在STEM領域中為學生尋找開放的問題情境、創設探究的教學環境、引導學生進行知識的應用與遷移，那么教師的“STEM教學內容知識”就沒有達到標準。可以說， “STEM教學內容知識”是STEM教師特有的專業知識，也是必須具備的專業知識。目前，據我了解，“STEM教學內容知識”的“包裝”和“部件”在學術界還沒有非常明確的標準，為此，教師教育研究者需要對此開展持續和深入的研究。

第二，關于STEM教師教育需要重點培養教師哪些思維，是一個非常有意義且特別應當加強研究的問題。思維是教育中的一個共同焦點，剛剛也已經提到，STEM教育的目標與21世紀技能是緊緊聯系在一起的，而21世紀技能包括了批判性思維、創造性思維等內容，通過STEM教育發展思維是STEM教育獨特價值的一種體現。可是，當前STEM教師專業發展項目對教師思維的關注度還遠遠不夠。在信息化時代，知識更新與迭代是如此迅速，教師僅有“STEM教學內容知識”還不足以支撐STEM教育可持續發展。我想，STEM教師只有具備了必要的思維品質并能夠靈活運用這些思維不斷汲取新的知識、踐行新的理念、發現新的世界，才有可能使STEM教育擁有可持續發展的動力。

2019年，《STEM教育研究學報》編委們專門就“思維與STEM教育”這一話題進行了論述和探討[3]。除了文章中提到的“STEM思維”的問題外，我覺得STEM教師還非常需要一種特別的思維，那就是前瞻思維（Forward Thinking）。在知識經濟時代，科學技術在飛速發展，今天領先的科學技術說不定在明天就已經不再有優勢了，今天教育所強調和重視的有些素養有可能在明天就已經變得無需具備和不再重要了。為此，教師要想使得學生走在世界前列、走在時代前列，僅僅關注當下顯然是不夠的，他們必須要時時刻刻都能積極地向前看、向未來看，他們必須足夠得靈活變通和充滿睿智以清醒地認識到時代的發展。教師要主動思考現在正在發生和預測未來可能發生的事情，并不斷地進行自我追問和回答還應該幫助學生發展什么以促使學生準備、適應、緊跟和引領時代的發展。當STEM教師們擁有了前瞻思維，他們每天都會在做不同的有意義的事情，他們的課程和教學目標每天都在變化，他們的教學理念每天也都會有一種向前和向未來的跨越，他們今天希望教給學生的知識、培養學生的素養一定是明天特別需要的，他們是在和學生一起學習新事物、探索新發展、走進新未來，他們的學生同樣也會擁有前瞻思維。STEM教育的核心理念是要培養更具全球競爭力的人才，而能夠引領未來的人才方為具備全球競爭力的人才，前瞻思維就決定了STEM教師能不能培養引領未來的人才。為此，STEM教師專業發展項目不能僅僅停留在知識和技能層面，還要對教師的前瞻思維予以更多關注。

第三，教育界一直以來都很關注兒童早期的發展和教育，但STEM教育對兒童早期發展的關注度似乎還遠遠不夠，STEM教師教育一直以來都嚴重忽視了學前教師的培養。事實上，我看到世界上很多國家的STEM教師專業發展項目的培訓對象往往都是中小學教師，幾乎很少有學前教師。因為學前教育階段是激發兒童對STEM學科興趣的關鍵時期，是兒童創造力、想象力、批判性思維的啟蒙時期，所以兒童早期STEM教育其實非常重要。如果學前教師沒有開展STEM教育的理念或方法，那么兒童就會錯過一個接受STEM教育的好時機。

“政策”和“經費”是推動STEM教師教育發展的兩個關鍵保障。過去，澳大利亞政府曾頒布了很多支持STEM教育發展的政策性文件，但是.由于政府換屆的原因，大部分政策都沒有得到延續。我想，學前STEM教師教育同樣需要“政策”和“經費”的保障。近期，我就在撰寫一份撥款申請報告以希望本屆澳大利亞政府能投入更多經費改善兒童早期SIEM教育和相關教師教育。我認為，STEM教師教育者需要加大對學前教師的研究，STEM教師專業發展項目應覆蓋更多學前教師，高等院校的學前教育專業也可以開設專門的STEM課程，更為重要的是，STEM教師教育者還應當依據兒童本身的特點、學前教育本身發展的規律來提高相關教師教育課程的針對性。具體而言，我認為可以從三個方面切入來使其更具針對性。首先，SIEM教師教育者應當使學前教師學會在充分理解和遵從“兒童自然天性”的前提下開展STEM教育。例如，我們每一個人在童年時候都會有玩積木或玩沙子的經歷，教師可以遵循兒童的喜好，試著引導兒童在用積木或沙子搭房子的同時完成一些測量的任務，并探究如何讓他們建造的房子更加穩定，在這些簡單的活動中兒童就可以進行早期的SIEM學習。因而，SIEM教師教育者應讓學前教師特別關注兒童早期SIEM學習的“自然性”，即完全可以讓兒童在自然而然的玩耍中學習SIEM，而不需要生硬地強加不自然的學習情境。其次，STEM教師教育者應當使學前教師站在“兒童立場”把握“兒童特點”，并學會在開展SIEM教育時發現、鼓勵、欣賞和贊美兒童的長處。我發現有些學前教師常常抱怨兒童沒有足夠的學習STEM學科的基礎知識，這是他們開展STEM教學的一大困擾。可是，兒童往往是性格開放的，他們好奇新事物且易于接受新事物，他們想要學習，他們天生都有著探索自然世界奧秘的強烈欲望。2018年，我們編著了《兒童早期工程學習》一書[4]，書中呈現了很多表現兒童創造力的細節，從中甚至可以發現，兒童是那么的神奇，他們似乎天生就擅長STEM學科。因而，SIEM教師教育者應讓學前教師特別關注兒童能做什么、做好了什么，并通過幫助發揚兒童的長處使他們對SIEM教育獲得更多信心和興趣，而不是只看到兒童不能做什么。最后，SIEM教師教育者應當使學前教師習慣在日常教育教學中融合更多的學科。學前教育的許多課程本身就有學科融合的傾向，當前，一些國家在學前教育階段都不再設置單科課程了。學前教師完全應該更好地從“兒童視角”出發，把歷史、文化、文學、藝術等學科內容與科學、技術、工程、數學四門學科中的部分內容很自然地整合在一起，實現“STEM+”的教育。當然，這些都并不容易，教師教育者需要對學前教師給予更多指導。