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。

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。

美国唤醒家庭参与STEM教育的实践路径研究——以“STEM+家庭项目”为例

2013年始,美国国家家长教师协会开始关注STEM教育的发展状况,发现家庭缺少参与STEM教育的意识和机会,部分少数族裔的儿童不能进入STEM领域,以及缺少职业生涯机会等不平等现象。在国家呼吁全社会参与STEM教育的政策氛围下,国家家长教师协会提出STEM+家庭项目,研发项目具体活动和操作指南、营造STEM的学习环境、引领家庭参与STEM教育。依据政策工具,结合《新一代科学教育标准》分析发现,STEM+家庭项目在理论和实践中形成了一个三维的结构模型,在支持和补充国家政策、支持家庭参与STEM学习、形成社会支持家庭STEM学习模式三个方面起到了积极作用。针对国内STEM教育研究与实践大多局限在学校教育领域这一现状,我们需要重新认识学校教育、家庭教育、社会教育之间的关系以及社会组织和企业对STEM人才培养的重要作用。

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。

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。

家社联动:美国社会机构参与家庭STEM教育——基于STEM未来希望基金会的个案研究

自20世纪60年代起,美国政府开始关注家庭参与教育及相关政策的制定。但目前,美国不同家庭获取教育资源的差距依旧明显。在此背景下,一些社会机构做出了积极响应,多方参与家庭教育,实现教育的家社联动,美国STEM未来希望基金会便是其中之一。它支持并与众多机构合作,搭建多方参与的家庭STEM教育支持网络;赋能家庭参与STEM教育,包括提供丰富的STEM学习资源,为家长参与STEM教育提供指导,提高家庭STEM教育信心;为家庭引进多样化学习模块,多方互动提升家庭STEM教育能力,亲子共学提振家庭STEM学习氛围。这些都为家社联动开展STEM教育进行了积极探索,也为我国推进家校社合作提供了借鉴。

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。

STEM教育中的数学建模

作为培养复合型人才的跨学科整合教育模式,STEM教育对提升学生数学建模能力具有重要作用与积极意义。本文在解读数学建模循环中的心理加工过程与构建数学建模能力的基本结构基础上,提出STEM教育中促进学生数学建模能力发展的教学策略,以期为教学中发展学生的数学建模能力提供理论支撑,同时为STEM教育在我国的本土化应用提供实践参考。

STEM教育跨学科学习共同体促进学习方式变革

STEM缘起于美国,成为了21世纪的热点教育问题,我国对STEM的重视程度也在逐年增加。STEM跨学科学习共同体对学习方式产生的联动效应成为基础教育课程改革的重要方面。传统教育中缺乏交流沟通,师生、生生间缺乏互动,导致主动性与创造性不足,学生易造成思维定势等问题进而难以形成跨学科联结性知识结构与批判性创新思维。学习方式变革的方向包括混合式学习、自主学习、项目式学习、协作学习、个性化学习、探究式学习等。形成跨学科学习共同体实现学习方式变革,要从新理论与新理念的驱动、新媒体与新技术的驱动、政策驱动、时间驱动和学习者自身发生的变化的角度入手,未来学习方式的变革才会趋向于多样化、个性化、主动化、信息化。

STEM教育与研究

STEM,即科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)的缩写,最早由美国国家科学基金会(NSF)提出并应用,并将这一术语用于对教育和劳动力发展项目进行分类[1]。自21世纪初以来,美国国家科学基金会一直在其发布的出版物和提交给国会的预算申请中使用这一术语,用以指一系列相关项目。尽管STEM教育深受欢迎,但目前还没有一个统一的定义或广泛接受的概念[2]。

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。

基于STEM教育理念的混合式教学模式设计

STEM教育理念具有跨学科整合、循证教学和主动学习特征,将STEM理念融入线上线下混合式教学模式中,对提升学生自主学习效能感、创新思维以及实践能力具有显著效果。STEM教育核心理念依托多层次学习环境支持、关注情境—探究—项目的教学流程、基于循证实践特征的评价反馈系统的混合式教学模式,并以农林经济管理专业核心课程“技术经济学”为例阐述教学实施策略,检验该教学模式的可行性。

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。

素养本位的STEM教育:理念、目标与实践模式——美国、法国、新加坡比较研究

STEM教育自20世纪90年代诞生之初,就以跨学科整合性作为共同的核心理念。植根于不同文化、哲学、认知论的传统,美国、法国、新加坡三国发展出多元化优势探究系统,并在21世纪核心素养多层次目标的定向下,派生出三维教学、大概念探究性学习、设计思维赋能项目工作三种典型的实践模式。在培养跨学科能力方面,项目化学习和问题化学习作为支撑不同STEM教育实践模式的两大主流教学法,各有优势,也面临不同挑战。三个国家分别用以问题化学习为支架的项目化学习、论证式科学教学、以项目化学习为支架的问题化学习予以回应。基于此,文章初步提出STEM教育的目的—教学法—探究系统三维实践模型。

基于STEM教育理念的课程思政教学改革与实践

课程思政是新时代落实立德树人根本任务的重要手段。为了深入挖掘蕴含在专业课中的思政元素,更好地推进课程建设和教学改革,分析理工科专业课程思政教学目标和STEM教育理念的内在联系,提出基于STEM理念的课程思政教学改革思路和实施方案,并以C程序设计课程为例进行实践,通过思政教学目标达成情况展示课程建设和改革的效果。

融合STEM教育理念的混合式教学改革探索与实践——以重庆大学新能源材料与器件课程为例

创新驱动已经成为当代经济社会进步的主要引擎,而构建综合性高素质人才队伍是推动科技创新的关键。为培养满足经济社会快速发展需求的创新应用型综合人才,高校传统工科课程亟待改革。文章以新能源材料与器件课程为例,探索如何将“互联网+”思维与传统的教学内容、成熟的教学理念和新颖的教学方式相结合,以推动课程教学的现代化和创新。选用跨学科融合为特色的STEM教育理念与课程相结合,探索出新型的“内容—理念—模式”的混合式教学思路。融合STEM教育理念的混合式教学模式,强调以学生为中心,提升学生的主观能动性与创新性思维,注重理论与实践相结合,培养新能源领域的基础研究与工程技术人才。

基于STEM教育理念的高中程序设计课程开发与实践——以Python语言为载体

通过对现行高中信息技术课程标准及教材进行分析,明确高中程序设计教学的主要目标。在此基础上,基于STEM教育理念,结合学生的劳动课程背景,设计了以“智慧农场”为主题的程序设计课程。该课程在激发学生学习兴趣、培养学生计算思维方面成效显著。

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.