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日志

 
 

我国中小学实施STEM课程的困境与对策  

2017-08-05 09:30:24|  分类: 推荐阅读 |  标签: |举报 |字号 订阅

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提要:该文通过分析STEM课程及其实施的特殊性,梳理了我国中小学开展STEM教育所面临的困境,借鉴一些先进国家的经验,从教师培养、课程建设、课程支持、教学革新四方面,为STEM课程“中国化”以及在我国中小学校落地与发展提出对策。

关键词:STEM课程 中小学

近年来,STEM课程因其跨学科式培养创新人才的特点,已成为国际教育界的关注热点,我国也在多个地区逐步开展STEM教育。人们普遍的共识是,STEM教育是实现国家创新和培养创客的关键所在。随着我国把培养创新人才列为国家战略,STEM课程日益受到学校教育机构与社会教育机构的广泛重视,有些已经投入了大笔资金。为了回应国家战略,有效开展STEM教育,培育创新型人才,本文拟从STEM课程实施的困境出发,借鉴国际上的一些先进经验,为我国有效实施该课程提供一些对策。

一、STEM课程及实施的特殊性

STEM课程是将科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)进行跨学科式整合的课程。它的出现区别于传统的分科课程,有别于传统的课堂教学,强调聚焦某个特定的项目或任务,引导学生动用多领域的知识,帮助学生摆脱单一学科的知识体系所束缚,整合可获得的资源,合作完成学习任务,发展学生STEM素养。因此,STEM课程的实施具有非同一般的特殊性,给学校层面的实施带来极大的挑战。具体地说,STEM课程的实施具有如下特殊性:

(1)项目驱动。所有STEM课程都以项目作支撑,以开放性的真实问题作为导向,让学生围绕项目、解决问题、完成任务。STEM项目驱动下的学习,旨在丰富学生对事物的认识,注重将学术性知识转化为生活经验知识。

(2)学习共同体。一个完整的STEM项目学习,很难由一个学生独立完成。学习共同体则成为学生完成STEM任务的最重要形式。在每个STEM项目中,学习共同体的各个成员相互指导,分享信息和经验,从而来解决STEM问题。

(3)知识整合。STEM课程作为跨学科课程,科学、技术、工程、数学知识以整合的形式出现。教师需要围绕某个涉及不同领域的大观念,[2]将不同学科知识按照一定的课程逻辑进行整合,从而将分散的学科知识结构化。

(4)协同教学。STEM课程知识的整合性特点对教师教学提出更高的要求。在保证教师具备专业的STEM知识同时,还要求将教师间的协同教学作为STEM常规课堂教学方式,以弥补单科教师的专业缺陷。

(5)实践应用。STEM课程的教学过程强调实践性,注重课程内容与社会实践的紧密联系,旨在让学生在实践中学习,从而获取知识和技能,并应用于真实情境的问题解决。在整个STEM实践应用过程中,能让学生体验到知识应用于生活的真实感受。

(6)跨界资源聚合。STEM课程实施需要丰富的资源环境,通过各种学习环境中持续的信息传达、指导与资源供给,支持学生进行STEM学习。这就要求学校打通与社会、企业间的通道,找到相互之间的STEM内容关联点,跨界聚合资源和环境。

可见,要在我国中小学课堂中有效地实施STEM课程并不是一项简单的事。

二、我国中小学实施STEM课程的困境

我国基础教育在内容上长期缺乏工程与技术训练,形式上一直被“应试”所统治,传统教学围绕考试而进行。这样的应试教育造成中小学生普遍缺乏创新意识和动手创造能力。可以说,STEM课程的出现迅速被当做提升中国学生创新能力的“一剂良药”,得到中国教育界的青睐。近年来,国内对于STEM课程研究从介绍国外STEM课程的发展历程和教学成果为主,逐渐过渡到在基础教育阶段中探索STEM课程的本土化实施。然而在以考评体系为主的基础教育大背景下,理想的STEM教育所要求的知识和技能与现行实施的STEM课程实际情况都存在着明显差距。带有“理想色彩”的STEM课程,在国内实施过程中并未成为学校的主流课程,出现了许多问题困扰着其在学校的有效落实。

(一)教师培养和专业发展的凌乱与空白

要让STEM课程有效地实施,首要条件就是要有教授STEM课程的专任教师。当前中国STEM教师数量严重匮乏,教师培养凌乱。在新教师认证方面,没有制定系统的STEM教师准入制度。语文、数学等学科教师已有专门的教师资格考试标准,但还未有对STEM学科的教师资格标准研制规划。因此,对于合格的STEM教师形象则是模糊的。另外,高等院校在培养理科教师方面,课程设置不系统,教学不规范,普遍存在“随意和散乱”的现象。以师范院校的综合理科(科学教育)专业为例,课程尽管包括物理、化学、生物等科目,但教学以分科为主,缺少工程、技术等与STEM密切相关的课程。STEM强调跨学科融合理念,如果对师范生的培养还是按绝对分科的模式,势必将影响他们今后的STEM教学水平。

在专业发展方面,国内STEM教师专业发展和培训项目数量偏少,缺少专业的STEM师资培训。没有相关师资培训单位承担STEM教师发展任务,仅靠少数机构的零散培训项目和活动,显然无法满足STEM教师专业发展的数量需求。STEM作为一门综合理科课程,要求教师不断进行专业学习,具备深厚的跨学科知识和丰富的教学技能。但在缺乏STEM专业发展项目的系统培训下,让单一学科背景的教师按以往教学经验来兼职STEM教学在未来是难以维持的。

(二)课程标准和课程目标的缺位与异位

国外不少机构单位已推出相应STEM课程标准,但国内还没有推出技术和工程的STEM课程标准,现有的理科课程标准仅包括传统的数学和科学(物理、化学、生物)等学科,而有关工程和技术领域的内容长期在我国课程体系中关注度不高,比重偏低。这直接导致学校借鉴甚至翻译国外的相关STEM课程标准来供教学使用,显然这一做法是不可持续的。在没有课程标准的参照下,STEM课程的“教什么”“如何教”“教到什么程度”等关键问题的答案是模糊和不确定的,STEM课堂也就无法到达自己所设定的理想的课程彼岸。

STEM课程目标的问题主要表现在目标的泛化和异化。目标的泛化体现在各地区学校实施的STEM课程目标“千遍一律”,没有从学生的视角考量,缺乏具体的课程特点和学校特色,很难有针对性地开展STEM课程。课程目标异化,表现在课程实施中与理想的课程目标相偏离。国内中小学科技竞赛作为研究性课题原本是最吻合STEM课程范畴,但名义上以提升科技素养为目标,却在功利导向下被用来争取额外的升学加分。把STEM课程用于增加升学的资本,则大大异化了其发展学生核心素养的目标定位。

(三)课程支持与课程资源的严峻与匮乏

自国内引入STEM课程以来,它的课程愿景吸引了大批教育工作者为之“呐喊”。遗憾的是,社会的重视,并不意味着学校、课堂能够给予STEM课程充分的支持。以高中为例,STEM课程目前在国内还属于“副科”,多以研究性课程的形式出现,相比于高考的必考学科,其课时安排少,重视程度不够。要想在国内真正落实STEM课程,学校校长等教育管理层的支持不可或缺,需要他们对STEM教育有足够的了解并意识到STEM教育对学生发展的重要意义,否则STEM课程在进入学校那一刻开始就可能步履维艰。

课程资源是STEM课程实施的重要载体,教师和学生都得通过课程资源来进行课程的教和学。目前,课程资源的匮乏,也是实施STEM课程较为明显的瓶颈,主要体现在以下三个方面:(1)教材不丰富。许多教师在教授STEM课程时,时常找不到适合学生心理特征的教学内容。这使得学校和教师不得不从国外购买,照搬甚至翻译国外STEM教材。在未衡量别国教材专业性的前提下,盲目的借鉴就会导致STEM教学的不专业。(2)STEM实验室数量不充足。STEM课程强调研究成果的产品化,需要有专门的STEM实验室。国内许多学校的科学实验室数量都存在偏少的情况,而以专业为特色的STEM实验室则更少。(3)信息技术运用有限。国内的教学信息化基本都停留于“投影仪”“白板”等用于教学展示的多媒体,普通课堂很少拥有STEM的配套技术设备(例如电子传感器、绘制软件等)。

(四)教学手段和教学模式的僵化与单一

在STEM课堂教学实践中,由于STEM课程比数学、科学等其他课程涵盖的知识面更广,教师无疑将面临更为严峻的挑战。目前多数理科教师专业背景以单个专业为主,倘若想落实好STEM课程,无论是知识层面上,还是方法层面上,都得在实践中探索。但在现实教学中,教师经常按照传统的教学经验教授STEM课程,教学手段僵化。笔者曾在一所小学课堂观察STEM课——“桥的建设”。课程要求是让学生利用已有材料,设计并制作承载一定重量的桥。在整个教学过程中,教师“牵着学生鼻子走”的现象频繁出现,这与新课程倡导的“自主、探究、合作”的学习方式和“让学生自己面对挑战”的STEM课程理念背道而驰。当然,这只是个案并不能广泛代表其他实施STEM课程的教学情况,但或许能说明僵化的教学手段对学生学习STEM课程反而起着负面作用。

另外,当前STEM课堂教学以教师一人进行教学的模式为主,这样导致教师在面对STEM的多学科和复杂化的特点时,遇到“知识不够用”的局面,产生新的知识缺陷和挑战。再加上目前的教学课时安排基本是每门学科每天至多一个课时,只交给一名教师进行教学,STEM课堂很难在一个课时内完成教学任务、实现教学目标。因此,从目前国内较为单一的STEM教学模式来看,教授STEM课程,不是学生“能不能学”,而是教师“能不能教”的问题。

不过上述困境,并不意味着国内STEM课程实施前景的黯淡。任何课程的实施都会经历从零开始的起步阶段,当前STEM课程实施困境的出现意味着还有许多发展空间。

三、我国中小学实施STEM课程的对策

STEM教育的理想愿景的实现程度,首先取决于STEM课程实施的落实程度。因而,如何进一步推动STEM课程在中小学的实施,既是我国STEM教育发展的当务之急,也是最终实现创新人才培养目标的重要路径。

(一)制度引领——更新教师制度,开展专业发展项目

以教师制度的建立及完善来带动STEM教师的培养和发展,是实施STEM课程的重要保障。其一,对于培养什么样的STEM教师,要有详细的教师准入制度和培养方案。在培养STEM新教师方面,美国联邦政府联合与STEM学科相关的教师组织,制定了新的STEM教师资格和教师培训规则。其中,数学教师协会和科学教师协会通过专门制定和颁布STEM教师的资格认证或教学资格许可证,使教师教学STEM课程标准化,保证新的STEM教师准入符合基本要求。我国在对理科教师标准进行STEM内容更新的同时,可逐步关注对STEM教师资格的认证制度建设,以教师制度的确立来带动STEM教师培养的标准化。在理科师范生的培养上,高等师范院校应主动担起培养STEM新教师的任务,加快更新数学和科学教师培养方案,增加工程和技术课程内容,为今后制定专业的STEM教师培养方案奠定基础。

其二,从国际经验来看,显然教师专业化是STEM课程在学校发展的必然趋势。STEM教育工作者若想成为STEM课程的推动者,除了拥有专业的学科知识,还需掌握必要的STEM教学法知识,这样才能成为真正的内容传递者。这一转变,要求教师接受STEM专业发展项目的学习。为此,各地高校和教师教育机构应该主动承担起培训中小学STEM教师的使命,设立并定期开展STEM教师专业发展项目,以“技术援助”的形式,开设专业的STEM培训课程,加强教师的入职和在职培训,提升教师的STEM知识储备和跨学科教学能力。STEM教师专业发展项目不仅能让中小学教师学习STEM最新的教育理念,而且通过反馈STEM课程实施中遇到的教学问题,可以更好地完善STEM教师专业发展项目。

(二)精准定位——调整课程标准,明确培养目标

STEM课程实施需要有精准的课程定位,这就要求其有对应的课程标准和明确的课程培养目标。首先,鉴于开发专门的STEM课程标准难度较大,调整科学和数学课程标准内容则是切合我国实际的STEM课程标准发展思路之一。STEM课程强调知识和理论的可应用性,技术和工程正是应用性的最大体现,当前我国的科学和数学课程标准缺少对技术和工程内容的关注,因此需要调整并融入更多的技术和工程内容,围绕STEM跨学科理念,更新数学和科学课程架构,加强内容与社会的联系和应用。只有确保这一前提,以技术和工程为特色的STEM课程才能在现实教学中得到足够支持,其实施才有标准可依,有内容可教,有效果可测。

其次,实施STEM课程的各个学校应该明确STEM教育的育人目的,并提供相应的保障措施,防止STEM课程目标的利益化。STEM课程在中小学校实施过程中,需依据各校的育人总目标,结合自身特色,制定具体的STEM培养目标,并为实现目标提供相应的保障措施。保障措施主要是指确保实现学校STEM课程目标的一系列规划,例如,美国东南部的伽利略(Galileo)高中,通过STEM课程实施,将该校学生培养为“下一代世界领导者”,进而提出“提升全国STEM学科竞赛的学生成就;要求学生参加大学先修课程;学生与科学家导师合作,进行独立研究项目”等一系列实现STEM课程目标的保障措施。这样的保障措施一是为了避免STEM课程目标的功利化,二是为实现学校STEM课程目标提供路径支撑。

(三)支持共享——校内支持,共享课程资源

加强校内支持,开拓课程资源,为STEM课程实施提供可推广的坚实条件。校内支持方面,要让学校管理者熟悉并认可STEM课程。第一,将STEM课程实施表现作为中小学校考核指标,以此来要求中小学校长和学校管理者对STEM课程的重视,并带头在学校落实STEM课程。第二,定期为中小学校长和学校管理者举办STEM课程研讨会,以研讨交流的形式,将STEM课程理念真正深入一线教学管理者。因为只有学校管理者对STEM课程实施的支持,STEM课程实施才能获得学校的认可和重视。

目前,STEM课程资源由于受到教师、学校、社会等影响,仍处于待开发阶段,想要突破STEM课程资源发展的困境,就必须结合已有的现实条件,跨界聚合课程资源,扩大STEM资源的利用范围。首先,在充分利用好学校现有实验室、图书馆、科学馆等设施基础上,加强与校外科普单位(科技馆、博物馆等)的联系,充分利用科普单位的条件和环境,不仅能够改变当前科普单位仅作为“娱乐”场所的低效利用,而且能够拓宽学校STEM课程资源,打破STEM课程资源利用的地域限制。其次,各学校在互相交流的同时,更应与高校建立长期的伙伴关系。一方面,中小学在实施STEM课程中都会形成各自的STEM课程材料和优势项目,通过相互地观摩、交流和总结,拓展各学校的STEM项目活动和学习机会。另一方面,与高校之间的合作,为中小学提供先进和丰富的设施资源,在扩大高校理工实验室利用范围的同时,还能大大降低中小学STEM课程实验项目的投入成本。美国数理特长高中(Specialty Math and Science High School,简称MSHS)就是典型的代表,他们与高校、校友会等组织建立紧密合作关系,这些组织能够为数理特长高中学生的STEM课程学习提供教室、宿舍、研究机会以及资金支持。

(四)教学革新——丰富教学策略,转变教学形式

STEM课程的教学需要对原有策略和教学形式进行革新。目前国内还没有大范围专业的STEM课堂,因此,基于已有的科学和数学课堂,融入技术和工程,运用多种策略则是我国STEM课程教学相对省时有效的途径。丹尼尔斯(Daniels)和海德(Hyde)等人针对美国科学和数学教师实施STEM课程教学提出最为有效的10条教学策略:运用教具和动手学习;合作学习;讨论和探究;提问和推测;运用思维修正;形成反馈和问题解决的纸质报告;运用问题解决方式;整合技术;教师作为促进者;在教学中运用评价。他们的研究发现,在课堂教学中理科教师灵活运用上述STEM教学策略在大大提升教学效果的同时,也能提升学生在STEM方面的学术成就。因此,运用STEM跨学科特点来进行科学和数学内容教学,能够逐渐改变教师原有的单一教学策略,熟悉STEM教学策略。

STEM课堂要求学生通过跨学科项目任务的完成来获得知识和发展能力,显然转变传统的课堂教学形式是实现STEM教育功能的重要基础。一方面,在强化教师专业能力的同时,STEM课堂教学应注重不同学科教师间在课堂上的协作交流,促进教师合作教学,构建STEM教师实践共同体,弥补教师STEM专业知识的缺陷。美国“项目引路”(Project Lead The Way,简称PLTW)的STEM课程鼓励不同学科背景的教师积极合作,通过教师之间相互发问,协作教学,提供新的教学资源,扭转了教师单一知识背景的劣势。前面所提到的美国数理特长高中以导师制的形式实施STEM课程教学,并依据具体STEM课程内容的复杂程度来决定是否采取协同教学,更好地帮助学生学习STEM课程内容。另一方面,考虑到基于项目的STEM学习任务要求学生有足够的课时保证,因此可在确保STEM总课时的前提下,根据具体课程内容进行灵活的课时安排,开发校外STEM课程项目。美国STEM校外项目主要利用课后、周末和暑假课程等,来让学生维持长时间的STEM学习。从STEM学习的效果来看,该项目对于学生的影响是长远而深刻的。我国同样可以利用好校外STEM项目,让学生有足够时间进行STEM课程学习,在实践中解决真实问题,真正让STEM课程融入社会,应用于社会。

总之,STEM课程的实施是一项系统工程,也是一个渐进发展的过程,会受到诸多因素和条件的制约。在当前强调培养学生创新精神与实践能力的大背景下,厘清我国中小学实施STEM课程所面临的问题,寻找顶层设计、制度配套、标准研制、资源建设、教学革新等方面的对策,这对于推动我国中小学STEM课程的发展是极为重要的。

参考文献(略)

作者:董泽华   来源: 全球教育展望2016(12)

 

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