STEM教育解读

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何为新一代科学教育标准?为什么要学习STEM教育?

STEM概念起源于美国,美国科学教育学者最早于20世纪50年代提出科学素养概念,并且得到其他国家科学教育学者的认可。美国政府STEM计划是一项鼓励学生主修科学、技术、工程和数学(STEM)领域的计划,美国在提出STEM教育后一直不断加大科学、技术、工程和数学教育的投入,培养学生的科技理工素养。最初的倡议只有四个字母STEM,近期加入了Arts,也就是人文艺术。

自从STEM教育概念传入中国,越来越多地成为家长及教育机构关注的焦点。STEM教育概念同时成为了各大小教育机构及公司宣传造势的赚钱工具,可家长、学生、老师们真的理解究竟何为STEM/STEAM教育吗?新一代科学教育标准到底是什么?为什么开展STEM教育?

目前国内的所谓STEM教育还是处于概念性状态,为了让大家从本质上理解STEM的概念,可带着这些疑问往下看。

一、发展现状

STEAM是五个单词的缩写,即Science(科学), Technology(技术), Engineering(工程), Arts(艺术),Maths(数学)。STEAM被称为美国的“素质教育”,是其政府反思在基础教育理工科的弱势,而提出的旨在加强K12科学、技术、工程、艺术以及数学教育的倡议,“STEAM”逐渐发展为包容性更强的跨学科综合素质教育。

STEM教育重在培养学生的四种素养:

第一,科学素养(Scientific literacy)。是一种运用科学知识和过程(如物理、化学、生物科学和地球空间科学)理解自然界并参与影响自然界的有关决策,主要包括三大领域:生命与卫生科学、地球与环境科学、技术科学。

第二,技术素养(Technological literacy)。是指使用、管理、理解与评价技术的能力。学生应当知道如何使用技术,了解技术的发展过程,具备分析新技术如何影响自己、国家乃至整个世界的能力。技术是对自然环境的革新与改造以满足人们的现实需要。

第三,工程素养(Engineering literacy)。是指对技术的工程设计与开发过程的理解。工程课程是基于项目,整合了多门学科的知识,使得难以理解的概念与学生生活密切相关,激发学生解决问题的兴趣。工程设计是把科学与数学原理系统地、创造性地用于实践的结果。

第四,数学素养(Mathematical literacy)。指学生在发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题时进行分析、推断和有效交流思想的能力。

在美国,STEM教育已经成为常态,一直得到各大机构及政府的支持,至今已培养了一大批高素质人才。另外,根据美国劳工部预计,2014年至2024年,STEM领域的就业机会将在现有基础上增加17%,而其他领域为12%。预计到2018年,仅科技公司就需要新增650000个就业岗位,由此可见STEM教育对人才培养的重要性。

其实,当前的美国社会,科技人才的缺失使得STEM专业市场也需求旺盛,中国与全球化智库(CCG)最新数据显示,美国有400万个与电脑有关的就业空缺岗位,但是每年电脑专业的毕业生只有4万多人。供不应求的科技人才资源也导致了STEM专业学生就业的高薪酬。根据CGG调查显示,STEM专业包揽了美国毕业生十大高薪专业,其中石油工程更是以绝对的年薪优势排名第一,数据挖掘工程紧随其后。

对于国际学生来说,毕业之后想找工作就要申请OPT(Optional Practical Training),有了OPT才可以在美国合法实习和工作,但是OPT都是有一定时间限制的。标准的OPT只有一年时间,也就是说如果毕业生一年之内无法拿到H1B工作签证,就必须离开美国了。但是STEM专业的毕业生可以申请额外17个月的OPT延期(据传说新政策将延期增加至了24个月),也就是说他们将拥有总共29个月的OPT时间用来找工作并申请H1B工作签证。因此,选择STEM项目,对于国际学生在美国找工作来说是莫大的优势!

二、STEM教育=创客教育=素质教育?

谈到STEM教育,往往会将其认为是‘素质教育’的典型,很多观点中将‘创造性教育’与‘应试教育’划分成了严重的对立面。简单偏颇的认为通过‘素质教育’就可以解决传统概念中中国学生的‘缺乏创造力’‘思维僵化’之类的顽疾。然而STEM教育本质上是属于教育的一种延伸,根据布鲁姆分类学(Blooms Taxonomy)的认知标准来看,教育最底层的目标在于记忆(Remember),其次是理解(Understand)。

这两点是几乎普遍于任何教育体系的,也是更深层次教育目标的基础。其后才是应用(Apply),将已知的知识、原理等应用于新的情境。而后是分析(Analyse), 将不同的想法、概念按照一定的逻辑关系展开连接,初步形成跨学科的概念;然后再是评价(Evaluate),就自己产生的想法和概念进行判断,选择,辩论,评价,批判等等过程,使得结果值得信任推敲。最终,教育目标的顶层才是能够实现创造(Create),产生原创的、全新的内容。

STEM教育是贯穿整个K-12教育阶段的,从幼儿园 (Kindergarten) 开始,就需要把STEM课程嵌套到整个幼儿园阶段,科学、技术、工程和数学几门课程相结合的授课方式对幼儿园学生来说,听起来像是很难很高深的教学项目,实际上,STEM活动并不仅仅局限于科技创造小发明等等。拿基础的幼儿园阶段来说,进行大自然接触的活动,了解万物,培养对接触到事物的感性认知,提出疑问并寻求成年人的解答,这就是一种很适合的STEM活动。

而进入了小学阶段,随着数学和少量科学课程的学习,便有更多的活动可以开展,比如对于几何图形的认知,剪纸,对称,颜色等等。这样的内容可能在我们当今看来是微不足道的,然而几千年前古希腊时期,人类文明的发源就来源于亚里士多德,阿基米德等先驱由这样的内容开始。而随着进入初中乃至高中阶段,真正开始学习物理/化学知识的适合,才是STEM教育开始变得更加值得提升的领域,对于诸多理论学习之后,STEM活动的目的就应当在应用,分析和评价开始。

三、未来的机遇与挑战

美国近几年来把STEAM作为最新的教育理念,就是把ART加入到STEM里面。加入ART后,可以使艺术和创意融入他们的生活中,培养学生们的创意,能够更好地开展STEM教育,艺术和与之相伴的好奇心、创造力能够有效的帮助学生学习科学,技术,工程和数学。

STEM教育在全国范围内的开展目前还缺乏最高层的推动,虽然它传入中国并且被大力宣传,但是如何培养师资人才,如何规划整个课程,如何统一教学等,到现在为止均没有定论。如果要将科学、技术、工程、数学领域人才的培养纳入国家基础教育,肯定需要政府、教育管理者、教育工作者、学生和家长、社会各层真正理解STEM教育并且推动其发展。

在美国对STEM教育和重视程度是有目共睹的,这也是美国STEM专业教育领先全球的原因。除了美国前总统奥巴马政府不断拨款大力支持STEM教育,就在美国当地时间2017年9月25日,美国现任总统特朗普签署一份备忘录,将拔款2亿美元支持美国STEM专业教育,尤其注重计算机科学和编程方面的学校教育。

对于培训机构,在有自主研发能力和推广能力的背景下,可以制定出一套完整的课程,并且对教师有一套规范的培训标准,确保师资质量。可以积极培养一支富有创新精神和创造力,掌握自主研发课程的科技专家和教师的高质量团队,另一方面,也需要不断对学生、家长开展STEM科普培训,可不定期举行非营利性的科普活动,同时可寻求相关政府部门协助推广STEM教育的重要性。

总之,我们需要思考 STEM 教育的推广和规模化, 增加社会参与度,宣传力度和资金投入,将STEM教育与创客教育结合起来,促进 STEM 教育的参与性、共享性和普及性。

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