美国中小学STEM教育对我国基础教育的启示

陕西师范大学物理学与信息技术学院 张红洋 杨艳妮

【摘要】中小学STEM教育已经成为了美国基础教育改革的核心工作，文章通过介绍美国STEM教育的发展历程、STEM课程类型、STEM教师培养等内容，进一步明确了在中小学实施STEM教育的意义。

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关键词 STEM教育；基础教育；课程设置

中图分类号：G620文献标识码：A文章编号：1671-0568（2014）24-0015-03

美国政府提出的ＳＴＥＭ计划是一项鼓励学生主修科学、技术、工程和数学的教育项目，ＳＴＥＭ（Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ）将科学、技术、工程及数学共四门分散的科目融合为一体，形成一个综合学科，旨在培养学生在科学、技术、工程及数学等方面的综合科技素养，促使学生综合运用多种学科知识，提升其探究和解决实际问题的能力。

一、美国ＳＴＥＭ教育发展历程

美国从１９８６年首次在《尼日尔报告》提出大学要加强ＳＴＥＭ教育开始，历经多年的ＳＴＥＭ教育模式已日趋成熟。美国开始在大学本科实施ＳＴＥＭ教育，到２００７年开始重视并探索基础阶段的ＳＴＥＭ教育。

二、中小学实施ＳＴＥＭ教育的必要性

从ＳＴＥＭ教育发展历程看，其与基础教育是息息相关的。美国一直以科技强国自居，在面临巨大的国际科技竞争力下，美国不断反思基础教育能否为科研界和工程界输送更多的专业人才，为了尽快提高国家公民ＳＴＥＭ素养，从儿童抓起显得刻不容缓。

１．美国面临着巨大的国际竞争，需要提高ＳＴＥＭ人才的素质。随着社会的发展，美国面临着越来越激烈的国际竞争，比如，中国获得大学理工科学位的人数已渐渐超越美国。正是基于类似严峻事实的强烈危机感，美国唯有加强中小学STEM教育从而给高等教育输送更多的STEM人才，才能使更多的毕业生走向工程、技术等岗位，创造更多科技价值。总之，在基础教育实施STEM教育将会为全民的科学和技术素养提升做出贡献。

2. STEM人才的数量和质量无法满足行业的需求量。美国2011年发布于《人力资源调查报告》指出：超过一半的美国雇主发现自己很难找到具备高等数学、高等物理、高等化学知识的员工，但这些知识却是必须掌握的工作技能。西门子的报告表示，2012年该公司原计划在美国招收3000多个员工，但在招聘当中却发现仅有10%的应征者能够顺利通过STEM能力测试，这也就意味着90%的应征者未能从学校教育中获取职业所需的STEM能力。由此可见，所有学生都急需在基础教育阶段获得优质的STEM教育，不管他们是上大学，还是步入职场谋生。

3.美国学生STEM评估中表现不佳。从儿童身心发展规律看，儿童越早接触科学越好。美国学生在多项国际国内STEM评估中表现不好。经济合作与发展组织的国际学生评估项目对15岁学生进行评价的结果显示，美国学生在科学素养和数学素养方面均低于OECD的平均水平。但经过统计，2005年美国国家教育进步评估(NAEP）中四年级和八年级只有约1/3的学生达到熟练水平（proficient）。而且12年级的科学课程成绩从1996年到2005年都在下滑，只有18%的学生达到“熟练”水平。美国K-12学生在发达国家行列中科学与数学水平明显退步，所以，必须注重学生在基础教育时期的STEM学习。

综上所述，美国基础教育的STEM教育对能否充分保障学生STEM素养直接相关，加强培养具有STEM素养的人才对提高国家科技竞争力和全民科学素养具有重要意义，为此，美国政府逐步意识到在基础教育阶段实施STEM教育的重要性。

三、美国K-12阶段的STEM教育的实施现状

1.中小学阶段STEM课程类型。美国中小学与STEM相关的核心课程主要包括数学、科学和信息技术等。而对于选修课，每个学校的教育理念不同，差异性较大，故在此不作讨论。美国高中的STEM课程主要包括高等数学、提高型科学和工程、与STEM相关的技术类课程。

（1）提高型科学和工程课程。提高型科学和工程课程主要包括提高型生物、化学、环境/地球科学、物理和工程等科目。其中，高等生物课程由两年期和三年期的生物课组成，如AP课程和IB生物课程。提高型环境/地球科学则主要包括AP和IB环境科学、大学预科和AP地球科学。而工程课程主要是学习一些科学和数学的概念及技能从而来解决工程问题的实际应用课程，但一些专业的科目，如航空航天材料、冶金、测量绘制科学、绘图等，也包括在内。

（2）STEM相关的技术课程。其主要指计算机信息科学、工程/科学技术和健康技术。计算机信息课程包括计算机编程、逻辑、算法和系统管理等。工程/科学技术课程则主要是关于仪器、设备维修和其他与工程和科学职业有关的技术课程。健康科学课程包括牙科医生、兽医、社区医疗、流行病学、护理、验光、听力学、心理健康、急诊疾病科学等。

2.美国STEM教师的培养情况。美国的STEM教师培养中，数学和科学教师的培养模式已经趋于完善。而技术和工程教师在数量和质量上还很薄弱，总体而言美国STEM教师培养的现状还是令人欣喜的。

美国教师教育大学协会于2007年6月发布了《准备STEM教师——全球竞争力的关键》报告。该报告共收集了美国28个州的62所大学的STEM教师培养情况。在这些大学中，有11所大学只培养STEM中一个领域的教师；有31所大学培养STEM中两个领域的教师，其中培养科学和数学两个领域教师的学校为30所；有14所大学培养 STＥＭ 中三个领域的教师；有６所大学培养ＳＴＥＭ所有领域的教师。若按科目来分，９０％的学校都培养科学教师，７１％的学校培养数学教师，３２％的学校培养技术教师，１６％的学校培养工程教师。可见科学和数学教师的培养在大学当中已经形成一定的规模，但是技术和工程教师的培养现在还处在初步发展阶段。６２所学校中，有６所学校进行着ＳＴＥＭ四门课程融合的教育，ＳＴＥＭ融合式教育的特点是以研究生教育为主， 针对对象是具有本科学位证书，已经或即将在ＳＴＥＭ学科进行教学的在职或职前教师。比如，在弗吉尼亚州立理工大学，２００７年的毕业生中有７个本科生、２７个硕士生和１个博士生，其中本科生和硕士生在毕业后获得了教师资格证。在由此可见，在ＳＴＥＭ教师队伍中， 对研究生的需求很大，这也符合美国教师队伍的结构：研究生的比例在不断加大。

四、美国ＳＴＥＭ教育对我国基础教育的启示

１．加强学科融合，因时因地地开设ＳＴＥＭ课程。美国中小学ＳＴＥＭ教育取得成功逐渐引起国际关注，越来越多的国家开始实施ＳＴＥＭ教育。为了培养专业技术人才，理应从基础教育做起，在小学阶段，我们可以设置ＳＴＥＭ的相关课程，如航模兴趣班、地球学、环境科学等。从小培养学生对科学的兴趣。在初中阶段设置“技术之门”课程项目，“技术之门”课程以活动为导向，旨在挑战学生的天然好奇心和想象力，让初中生对科学有初步的了解。普通高中应设置职业技术课程，设置健康科学教育课程，技术和工程教育课程，生物医学科学课程，将普通高中和职业高中综合化。我国高中仍以分科课程为主，对此，应该加强学科间的融合渗透，对于课程形式，可不拘泥于课堂，还可开设网络课堂。学习类似美国工程院创建的工程之路（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐａｔｈｗａｙ）网站，网站上包括各个工程专业的普及介绍以及专业人士答疑，所有资源都是开放的。

２．中小学生参加国际科技竞赛等有利于培养学生工程技术素养的活动。《自然》杂志总编、美国国家科学院院长布鲁斯·艾伯特认为，对于基础教育阶段的学生而言，积极地参与科学实践比死记硬背科学定理更加重要。因此，应有意识地将学生置于问题解决的真实情境之中，引导他们通过持续的动手操作，增进对科学概念的深层理解。鼓励学生参加科技竞赛等活动是增强学生动手操作能力和技术工程素养的有效途径。

鼓励和帮助学生参加“英特尔国际科学与工程大奖赛”（Ｉｎｔｅｌ ＩＳＥＦ），它素有全球青少年科学竞赛的“世界杯”之美誉，是全球最大规模、最高等级、也是唯一面向９ ～１２年级中学生的科学竞赛。竞赛学科包括了所有自然科学和部分社会科学内容，它为全球最优秀的小科学家和发明家们提供了互相交流、展示最新科技成果的舞台。ＦＩＲＳＴ机器人大赛，它是由美国非盈利组织ＦＩＲＳＴ主办的针对青少年的国际性赛事，每年吸引全球约２５万名学生参加。比赛旨在激发青少年对科技、工程和数学的兴趣，同时培养他们的动手能力和团队合作意识。让学生积极参加这些活动，旨在培养学生的ＳＴＥＭ素养，丰富学生的课外生活，把学习和乐趣结合起来，让每一个中小学生都有可能成为ＳＴＥＭ人才。

３．借鉴美国经验，政府协同相关部门推进ＳＴＥＭ教育的实施。美国国家科学院发布的一个报告《监测Ｋ－１２ＳＴＥＭ教育走向成功的进程——一个国家的进步》，从成功的ＳＴＥＭ教育计划必备的要素中，能看出来政府对ＳＴＥＭ教育支持的重要性，美国中小学ＳＴＥＭ教育的成功离不开政府的鼓励和支持。

我国开展ＳＴＥＭ教育也需要政府和社会的力量。首先通过社会媒体力量，宣传ＳＴＥＭ教育的重要性，将社会力量聚焦起来，重视ＳＴＥＭ教育。开发让教育者和政策决策者都了解的网络资源，供学生和教育者学习和交流，政府还可鼓励社会科研机构与学校开展合作，激发学生的创新智慧，政府应该推动基础教育学校体系和三年制高校、非正式科学教育组织、职业技术学院的交互活动。积极参加相关方面的国际交流与合作能开阔我们的眼界，将有利于在我国顺利开展ＳＴＥＭ教育。

４．加强教师培训，提高教师的ＳＴＥＭ素质。实施一项教育计划，教师是最重要的要素，因为教师不仅是计划的参与制定者更是执行者，所以需要给教师提供一流的资源和支持，给教师提供先进的教学资源和课堂教学工具，让教师在教学过程中能够综合运用各方面的知识讲授复杂的科学技术和社会问题，并激发学生的创新意识，引导学生积极主动地探索各方面的问题。但目前来看，我国教师队伍的综合科学素质普遍较差，学科背景单一，中小学教师单一从师范学校选择，将拥有更多工程教育背景的教师拒之门外。要解决这个问题，一方面要重视教师的培养，对师范生进行ＳＴＥＭ教育，适当招收具备工科背景的毕业生充实教师队伍，另一方面加强教师的在职培训，对在职教师进行ＳＴＥＭ培训，选修相关课程，提高教师的ＳＴＥＭ素养。可建立由在职和退休的科学工程人员组成“科学团队”，从课堂、学校和社会各个层面帮助教师。近年来兴起的一个创客教育网站，旨在以民间的方式将各类优秀的ＳＴＥＭ课程资源共享出来，应大力鼓励教师参加创客教育，在不断的学习中前进。

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参考文献：

[1]范燕瑞.STEM教育研究[J].华东师范大学学报,2011:8-12.

[2]方兆玉.美国的STEM雄心[J].Global education:13.

[3]秦炜炜.全球化时代美国教育的STEM战略[J].教育技术咨询,2007,(10):1-2.

[4]卢春.美国STEM高中述评[J].外国教育研究.2011,(12):12-15.

[5]朱学彦,孔寒冰.美国STEM学科集成战略解读[J]，高等工程教育研究,2008,(2):22-23.

（编辑：杨迪）