论STEM教育的本土化建构:内涵、价值及实践探索

STEM教育很早就被引入国内并成为我国科技与工程教育的重要教育理念和方式。但是作为一个“舶来品”,在我国面向未来的教育改革中,STEM教育必须进行本土化建构,才能更好地服务于我国科技创新人才培养的需求。内涵上,在我国中小学教育领域,“STEM教育”这个术语有着多种既相互关联又兼具不同指向的多元内涵:它既是一个研究领域、一种育人理念,又是一种课程形态、一种教学方式。价值上,我国STEM教育有着自己的教育实践土壤,必须通过本土化改造,突出育人方式变革,聚焦核心素养发展,培植现代化的教育生态,才能发挥其育人价值,真正成为我国学校教育的重要表征。虽然STEM教育自21世纪初被引入后日趋与我国教育改革实践相融合,但当前仍然面临教学方式固化、教育目标不清、教师能力不足等现实问题。在推动教育现代化发展和教育数字化战略行动的大背景下,唯有将STEM教育研究及其本土化改造与创新融入我国教育改革的内在构成之中,才能使其在我国发挥持久的生命力。

STEM课堂中创造性思维评价体系的构建与应用

STEM教育的跨学科性、探究性、协作性为创造性思维培养提供了良好的环境氛围与基础条件,然而当前STEM课堂学生创造性思维评估难题却始终未得到有效解决。研究基于创造性思维内涵要素解构以及PISA 2021创造性思维评估模型等现有理论基础,构建STEM课堂中创造性思维评价指标框架,结合专家意见和建议形成了包括“想法生成”“实施探索”“分析评估”“迭代优化”“协作沟通”5个一级指标、20个二级指标的STEM课堂中创造性思维评价指标体系,并通过层次分析法说明评价指标体系结构维度及权重分配的合理性,最终将指标体系应用于教学实践以反思效果并提出建议。研究为构建科学合理的评价指标体系、有效评估STEM学生的创造性思维提供了重要支撑和决策依据。

组织与人力视角下的STEM教育师资发展与新质提升

STEM教育现已成为培养学习者科技创新能力的国际共识。国际STEM教育一类中心落地上海,肯定了我国STEM教育取得的成绩,提振了本土STEM教育未来发展的信心。然而长期以来我国中小学开展STEM教育实践受制于师资不足问题的影响,师资问题是分科教育发展惯性造成的“系统性短缺”与人力资本勾勒不清造成的“结构性短缺”的结合体。当前培养拔尖创新人才已经成为新时期教育的主旋律,STEM教育具有“立足核心素养,培养创新人才”的价值支点。STEM教师群体基本盘初步建立,教师立足自身的能力迁移实现了STEM教师数量的提升,院校助推的教学模式与评价研究促进了STEM教师能力的提升。随着教育人工智能的发展及其对教育全要素的重塑,组织、人力治理与数智技术的融合将共同实现STEM教育的新质发展。为此,有关部门要开展STEM教育生态评价,助推发展规划落地;构建STEM教师胜任模型,促进专职教师成长;建设STEM教育数字资源,探索人机双师模式。

论STEM教育是科学教育的完成形态

科学教育语境下的科学是指自然科学,它属于经验科学。作为知识的科学是真理体系的一部分,它表现为与经验事实保持一致的、可证伪的精确判断的命题网络;作为方法的科学是指“接受-怀疑-猜想-检验”的认识过程;作为价值的科学是指科学精神,比如,好奇心驱动、独立自主、基于事实等,以及科学研究伦理规范。基于“知识-方法-价值”的理解框架,科学教育的宗旨是培养学生生活世界中的科学素养,即“懂科学、用科学、倡科学”。由此,科学教育的完成形态必然是STEM教育。为了STEM教育的可持续、高质量的发展,我们需要利用教育众筹机制,应对STEM现代课程开发、专业的科学教师队伍培育以及基于质的教育过程管理这三个相互关联的系统性挑战,从而将课程开发、教师专业发展以及教育过程管理融为同一个过程。这个过程同时也是教育现代转型的过程。

澳大利亚STEM教育政策分析与启示

近年来,澳大利亚政府部门、学术组织推出促进STEM教育发展的系列政策。这些政策主要受澳大利亚政治体制、技术发展、社会性别因素的影响,政策行动者呈现出多元化特点。政策内容在制度领域、资源配置和教与学方面都有涉及,但以资源配置为主。在政策实施上以项目为主并注重继承与创新。借鉴澳大利亚的做法,我国STEM教育政策的制定应成为多部门的责任,在内容上可综合考虑制度领域、资源配置和教与学等方面,同时在实施中加强推广成熟做法。

以色列STEM教育体系与特征探微

以色列的社会和经济发展与科技创新紧密相关,而其STEM教育体系是科技创新的支撑。以色列构建起由多元主体参与的STEM教育体系,包括政府部门统筹协调STEM教育发展、国防部在以色列STEM教育体系中扮演关键角色、中小学开设丰富多彩的STEM课程、高等教育机构为国家培养大批工程师和科学技术人才、企业和社会组织积极投身STEM教育,并以多样化的项目为载体助推STEM教育发展。以色列国家安全和经济产业发展需要决定其高度重视STEM教育,特殊国情为其STEM教育发展带来阻碍和助推两方面作用。为STEM教育营造有利的政策环境,多元主体协同参与对以色列STEM教育发展具有重要推动作用。

非正式学习环境中的STEM教育:美国博物馆学习服务案例研究

非正式学习环境为STEM教育提供了独特的机会和资源。作为非正式学习环境的典型代表,美国博物馆以知识共享为使命,通过策划丰富多样的教育活动,为各年龄段学生提供有针对性的STEM教育资源。研究聚焦于美国国家自然历史博物馆、旧金山探索博物馆和西雅图飞行博物馆在STEM教育领域的实践探索,归纳总结了美国博物馆在提供STEM学习资源,与学校STEM教育有效衔接,支持STEM教师专业发展,吸引家庭参与STEM教育,促进STEM教育公平等方面的经验,这些经验为我国发展非正式学习环境中的STEM教育,丰富STEM教育资源提供了良好的借鉴。

初中STEM课程中元认知能力培养的策略研究

STEM教育具有多学科整合、基于项目的协作学习和真实的问题解决情境等学科特征。然而,对于习惯于传统教学方法的学生来说,由于缺乏系统的认知能力和调节能力,容易导致STEM教育的教学效果不佳。元认知能力是建立在一定的元认知知识和情感的基础上,对自身认知活动进行调节和控制的高级能力。有研究表明,培养学生的元认知能力可以提高其在STEM教育中的学习能力、学习成绩和学习效果。然而,现有研究大多将某个策略应用到STEM教育中培养元认知能力,或者聚焦于元认知能力某一维度的培养,缺乏系统全面的元认知能力培养策略。因此,本研究根据元认知的结构和STEM教育的特点,提出了在STEM教育中全面系统地培养元认知能力的策略模型。而后,本研究通过准实验研究法验证以上策略的应用效果,在STEM课程中,实验组采用元认知培养策略,对照组采用传统方法进行教学。根据问卷数据的ANCOVA分析结果,得出以下结论:①元认知培养策略可以有效提高学生的元认知能力,包括元认知知识、元认知经验和元认知监控;②元认知培养策略可以促进学生的学习成绩和知识获取。

新工科背景下基于STEM 的研究生创新创业能力培养案例解析

STEM以培养创新型、应用型、技能型综合性高层次人才为目标,贯穿整个人才培养过程。首先分别介绍了国外、国内的STEM创新创业教育现状;然后,以哈尔滨工程大学培养的研究生陈某某为例,开展基于STEM模式研究生创新创业能力培养解析,分别从个性化方案的设计、方案的实施与推进、动手实践能力的培养、创新创业能力的培养进行介绍,最后分析培养过程中的不足。通过案例的解析,不断调整培养手段,激发学生的主动性、提高学生的能动性和解决复杂工程问题的综合能力。

扫描电镜中透射-反射式STEM明场成像装置的研制及应用

本文研制了一套透射-反射式扫描透射(STEM)明场成像装置,该装置使用背散射电子探头接收经过铂片反射的透射电子信号,可安装在FEI Quanta FEG系列扫描电镜中实现STEM明场成像。分别以埃洛石、Au@ZIF-8纳米颗粒和喷金乳胶标样验证自制STEM明场成像装置的实用性。结果表明:埃洛石STEM明场像的衬度与透射电镜中STEM明场像一致,管腔和管壁具有明显的衬度差异,可以清晰辨识管腔结构;在Au@ZIF-8纳米颗粒的STEM明场像中,Au颗粒衬度较暗,ZIF-8衬度较亮,通过两者之间的衬度差异可以观察到核壳结构;喷金乳胶标样上纳米金颗粒之间可识别的最小距离为2.03 nm,进一步验证了自制STEM明场成像装置具有较高的分辨率。

国家行动:美国联邦STEM教育项目研究

美国通过联邦教育部、国家科学基金会、卫生与公众服务部等联邦机构对STEM教育项目进行资助,发挥对STEM教育发展的引导作用。文章对180项美国联邦资助的STEM教育项目的实施部门、投资金额、治理方式等进行研究,发现四方面特征:注重跨学科合作,提升创新型人才素养;着力培养STEM教师,关注代表性不足群体;促进科教融合,加强产学合作;以技术赋能STEM教育,提升师生数字技能。借鉴美国经验,我国在探索STEM教育创新发展路径时,可以加强顶层设计,推动跨机构项目合作;构建STEM教育生态系统,提升全民STEM素养;加强培育STEM专职教师,创立科学教育共同体;促进STEM教育与生产实践相结合,提升STEM职业教育水平。

“GNSS测量原理与应用”的STEM教学模式探索

在STEM教学模式下剖析了“GNSS测量原理与应用”课程的瓶颈,提出以STEM教育理念为向导的跨学科、跨专业融合测绘知识的课程体系教学新模式。面向“学、赛、研”三位一体教学框架,在协同创新中创建了立体化课程框架,搭建了互联网虚拟仿真实验STEM教学信息化平台,并对该模式进行教学应用,取得较好的教改成效,为测绘类课程的教学模式探索提供实践参考资料。

人工智能在个性化STEM教育中的应用研究

随着全球经济社会和科技革命的迅猛发展,创新已成为驱动国际竞争力的关键基石。积极开展创新教育,培养学生的创新思维、意识和能力,是使其适应未来社会发展的教育诉求。尽管人工智能在教育中的角色日益重要,但其在个性化STEM(科学、技术、工程、数学)教育中的应用和影响研究仍不足。为弥补这一缺口,需通过研究人工智能在个性化STEM教育中的应用和影响,以及与智慧教育理念的融合,构建一个融合智慧教育理论、个性化学习理论和STEM教育理论的理论框架。在此框架指导下,分析人工智能在个性化STEM教育中的应用,揭示人工智能如何提升学习效果,增强学生的学习成绩和兴趣。结果显示,人工智能在个性化STEM教育中可以提升学生的认知能力和学科素养,同时培养创新思维和跨学科能力;人工智能对个性化STEM教育有积极影响,但同时也存在可能的负面影响,可以通过制定规范、建立标准、提高素养、加强监督等方式平衡人工智能正负影响。

STEM国际教育政策动向与实践趋势——以美英加澳新为例

STEM人才正在成为影响国家发展和科技创新的关键因素。美国、英国、加拿大、澳大利亚和新西兰在国际高等教育市场中占据优势地位,五国在STEM国际教育政策与实践方面呈现出一些共同的特点:高度重视STEM教育和国际人才竞争,从国家战略层面制定STEM国际教育政策和措施;政校企合力构建STEM人才培养支持体系;普通教育与职业教育并重的STEM人才培养路径;针对生源国实施差异化的STEM国际学生流动政策。在全球人才竞争的背景下,五国的做法可为我国STEM人才培养与引进提供参考。

“STEM+”驱动的大气探测课程融合式教学设计

“STEM+”教育理念将科学、技术、工程、数学以及课程思政有机融合,有助于促进学生跨学科思维和创新能力的培养。为构建满足新时代气象服务保障需求的复合型人才培养体系,提出以“STEM+”驱动的大气探测课程教学设计改革,建立知识学习与科学思维、工程素养、专业自信培养为一体的融合式教学过程。以“地基可见光测云”一课为例,按照问题界定、解决方案、模型构建、误差分析与模型改进、评价与总结等工程设计环节,将知识点按照STEM理念进行重构。同时,挖掘课程思政元素,引导学生形成跨学科的思维方式,坚定热爱气象、献身使命的理想信念,以期为培养大气科学创新型人才作出贡献。

STEM教育理念下职前幼师科学教育素养体系的改革探究——基于“学前儿童科学活动设计与指导”课程教学改革

STEM教育作为一种新兴的教育和人才培养形式,已然成为许多国家教育改革的方向。幼儿教师科学素养是我国学前STEM教育质量提升的关键因素,“学前儿童科学活动设计与指导”是培养高校学前教育专业师范生STEM教育科学素养最重要的课程载体。在该课程的教学实施过程中存在一些问题,如课程教学内容较陈旧,缺乏与其他学科的整合渗透;学生整体科学素养水平较差;教学评价方式单一;校内外实践效果不佳等。以STEM教育理念为宗旨,提出了课程教学改革的一些思考和探究,如修订课程标准,凸显STEM教育理念;以学生为中心,强调“做中学”的体验探究式教学;探讨多元化课堂教学评价方式,重视过程性评价;重视情景模拟教学,实训环节中探寻新形式;重视体验式实践,提升实践教学效果;等等。

基于STEM教育理念的高中电化学知识教学设计

STEM教育理念的核心在于将科学、技术、工程和数学等多学科教育形式进行跨学科整合,将STEM教育理念融入高中化学教学实践的研究甚少。高中化学“电化学”部分是高考常考的知识点之一,通过高考试卷试题分析可知其重要性。作者基于STEM教育理念,以简单原电池的制作为例进行教学设计,对选定目标学校及班级进行准实验性探索教学,教师发掘STEM教育理念的优势,同时让学生在STEM教育理念下更快、更好地提升自身的能力。

高职院校师范生STEM教育能力培养策略

教师作为STEM教育的主力军,其教育能力直接影响着STEM教育的质量和效果.以师范生培养为切入点,研究在高职师范教育中发展师范生STEM教育能力的意义,提出从STEM教育价值理解、跨学科知识整合、STEM教学设计、STEM课程开发、STEM教学实施五个方面培养高职院校师范生STEM教育能力的可行策略.所提策略可从根本上缓解STEM教师紧缺的问题,同时为同类院校开展STEM教育活动及制定师范生STEM教育能力培养方案提供参考.

STEM理念下服务工科类专业的“假设检验”教学

文章分析了在数学教学中融入STEM教育理念的必要性,并以“假设检验”教学为例,基于STEM教育理念,从中高端数控机床的发展历程与现状切入,整合假设检验与数控机床可靠度评估,融入“强国有我”的民族责任感和使命感,设计和实施“假设检验”教学,旨在提高学生应用数学解决工科实际问题的能力,培养学生的科学、工程、技术和数学素养。

国外面向女童的STEM活动理论与图书馆实践探析

在STEM领域,性别差距愈发受到重视,引导女童的兴趣和参与成为近些年来的新关注,而我国图书馆领域对此应对不足。国外面向女童的STEM活动,以性别回应、“以女童为中心”为理论参考,并制定了一系列增进女童参与STEM的行动策略,其实践类型分为图书馆主导、STEM相关机构主导以及性别平等组织主导三类。基于此,提出我国图书馆开展面向女童的STEM活动建议:重视馆员在其中的关键作用,充分利用图书馆服务体系和实践基础、增进社会合作,以家庭为单位开展服务、促进资源和服务的馆外延伸。参考文献72。