1、STEM教育质量标准的制容及启示 2017-06-17 MOOC 本文由开放教育研究杂志授权发布 作者：赵慧臣、马悦、陆晓婷、张艺苇 摘要 在“大众创业，万众创新”的背景下，中国需不断汲取国际经验以开展本土化 STEM教育。为了衡量 STEM教育的发展状况，我们需要科学的质量标准评价 STEM教育。本文通过对权威报告和研究成果的分析，学术内容的综合性， STEM思潮和文化，学校、社区和产业的合作，大学与职业准备的关联四方面解读圣地亚哥郡 STEM质量标准。其对我国STEM教育的启示包括：支 持教育工作者专业发展，提供STEM人力资源保障；学校、社区和产业分工协作，提升STEM教育质量；按照 S
2、TEM教育发展阶段开展评估，针对性改进教育质量；开展自我评估，探寻改进 STEM教育质量的方案；采用列表形式，推进 STEM教育质量评估。作者希望本研究能有助于我国借鉴国际经验形成满足本土需要的STEM教育质量标准。 关键词： STEM教育；质量标准；质量评价一、引言作为多学科交融领域， STEM教育并不是科学、技术、工程和数学教育的简单叠加，而是要将四门学科内容组合形成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能 力（余胜泉等，2015）。这不仅是学科或课程层面的改革，更代表面向未来的教育发展战略，甚至是国家提升科技创新的重要途径（董泽华， 2015）。在美国，不仅教育部门重视 STEM教育
3、，国会、国家科学基金会、国家科学委员会、能源部等部门纷纷建立 STEM教育项目。 201年，美国学者格雷持亚克门（ Georgete Yakman）将 A（艺术）融入 STEM教育，提出STEAM教育。北京师范大学 2012年承办的第二届科学、技术、工程和数学国际教育大会促进了国内对 STEM教育的认识和研究。政策支持方面，教育信息化“十三五” 规划提出：积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习（ STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用。实践方面，国内已有 60余所中学引入 STEM教育相关课程。不断发展的STEM教育亟待科学标准以进行质量评价。在 STEM教育相关标准中，美国印第
4、安纳州制定了 STEM教育实施标准，分最小程度实施、部分实施到全面实施来逐步推进，突出基础设施、教学指导、课程设计和扩展学习等关键要素，并采用量化方式形成操作性强的步骤（ Indiana Department of Education， 2013）。为引导和规范 STEM教 育的教学活动设计，美国北卡罗来纳州中学 STEM学校基于量规制定了教学设计标准，从“初期”“发展”“成熟”“典型”四个阶段，描述教学设计中的 10种 STEM属性（赵慧臣， 2017）。为支持 STEM学校和项目，美国圣地亚哥郡（ San Diego County）STEM教育质量标准工作组和 STEAM质量标准工作组建立
5、了 STEM教育质量标准。根据该标准，学校和项目合作伙伴从可持续发展视角调查和思考符合质量标准的要求。其质量标准的制定过程与具体内容对我国发展 STEM教育具有重要启示。二、 STEM教育质量标准制定过程为更 好地改善和提升 STEM学校和项目的效益，美国圣地亚哥郡 STEM教育质量标准由不同领域的人员依据科学的标准共同完成，并根据使用情况进行完善。（一）依据科学的标准圣地亚哥郡 STEM教育质量标准的制定参照了科学、技术、工程、艺术、数学等不同领域的标准，包括新一代科学教育标准（ NGS）的科学和工程实践、根据共同核心州立标准（ CCSS）制定的数学实践标准、根据共同核心州立标准（ CCS）
6、制定的个人英语语言艺术读写能力、美国国际教育技术协会（ ISTE）学生标准（见表一）。（二）不同领域人员的参与为了研制 STEM教育质量标 准，圣地亚哥郡于 2013年 1 月成立了 STEM教育质量标准工作组，其工作包括研究美国其他州的质量标准、确定 STEM量规的关键部分、修订本地区已创建的 STEM教育质量标准文件草案。工作组成员背景十分丰富，既有教师、校长、社区管理员、家庭教师协会会员，又有大学教师、工程师以及非正式的教育工作者和家长。在圣地亚哥郡教育办公室科学教育协调员约翰斯皮格尔（ John Spiegel）和科学联盟成员南希泰勒（ Nancy Taylor）领导下，该工作组在审查
7、文献和分析其他州的相关探索后，制定了优先级列表，列出了优质 STEM教育规划的关键属性（ San Diego County Office of Education， 2015）。 2014年 4月，圣地亚哥郡 STEAM领导小组办公室邀请不同背景的艺术教育者、艺术合作伙伴、公认的 STEAM社区领导人以及 STEM工作组代表，共同收集和综合 STEM和 STEAM标准文档。 2015年 8月，多元化的团队将 STEM教育质量标准和 STEAM标准综合，使属性内容、实践方式和能力标准相匹配。（三）多部门合作共同完成圣地亚哥郡 STEM教育质量标准工作组确定 STEM教育质量关键属性的优先列表后，
8、制定了 STEM教育质量标准框架（ SDSTEMQC）草案。通过共享 SDSTEMQC草案，不同部门、组织可以共同对其进行完善。工作组成员在国家和地方 STEM项目和组织中讨论框架，并与加利福尼亚州STEM学习网络和教育部门合作，在标准的属性、组成部分和要素上达成共识，共同推进标准的制定工作。此外，圣地亚哥郡 STEM教育质量标准在完善标准的相关元素时，结合美国 1 个州的使用情况，不断优化标准的具体内容及描述方式，以确保标准的科学性和可操作性。三、 STEM教育质量标准内容 STEM质量的四项基本属性为：综合性学习（ Integrated Learning）， STEM思潮和文化，学校、社区
9、和产业的合作，大学与职业准备的关联（见表二）。其中，“学术内容的综合性”和“ STEM思潮和文化”描述了 STEM学校（项目）质量所需条件。“学校、社区和产业的合作”指 STEM学校和项目应打破课堂教学的束缚，通过与社区和产业合作实现教育目的。“大学和职业准备的联系”指很多大学为STEM和 STEAM职业做好准备。圣地亚哥郡 STEM教育质量标准通过发展、成熟、聚焦和典范四个阶段确定学校（项目）现状，以及下一步可能需要改进的工作。其中，发展阶段指学校（项目）开 始发展 STEM教育相关要素的能力，但还需做更多工作。成熟阶段指学校（或项目）所有学生进行STEM学习。聚焦阶段指学校（或项目）正在努
10、力确保所有学生获得深层次的 STEM体验。典范阶段指学校（项目）高水平地完成 STEM工作，而且创造了可持续发展、有收获的项目。（一）学术内容的综合性 1.综合性学习 STEM教育注重培养学生的综合素质和问题解决能力，帮助学生获得将课程和真实世界的问题或经历联系起来的学习经验，全面提升学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，陶冶艺术情操。 STEM教育的综合性学习主要体现在跨学科学 习、真实问题的解决、基于绩效的任务和评估，以及个性化学习环境（见表三）。 1）开展跨学科学习，提高学生解决真实问题的能力。 STEM教育强调利用科学、技术、工程或数学等学科相互关联的知识解决问题，从多学科知识
11、综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力的教育目标（余胜泉等，2015）。从发展阶段到成熟阶段和聚焦阶段，学生参与跨学科学习体验的机会逐渐增多、更加频繁。 2）借助真实问题的解决，促进学生将所学知识应用于社会生活。学生参与基于真实问题的学习，运用相关知识探讨为什么会出现该问题，阐释如何更好地解决问题。 STEM结合生活中有趣、挑战的问题，通过问题解决过程实现教学目标，让学生体验真实生活，获得社会性成长。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学生越来越重视真实问题的解决，逐渐增加将真实问题解决作为学习的重要组成部分的机会。 3）基于绩效的任务和评估，引导学生深度学习。基于绩效的任务建立在已有内容知识、
12、过程技能和工作习惯上，策略性地将基于绩效的任务放到一节课或一单元中学习。基于绩效的任务是学习活动不可或缺的部分，成为评估学生学习质量的重要方式。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学生越来越多且频繁地参与基于绩效的任务和评估。 4） 构建个性化学习环境，体现以学生为中心的理念。构建个性化学习环境需要根据学生的优势、学习需要和兴趣针对性地提供支持，包括引导学生选择学习什么、怎么学习、什么时间学习以及在哪里学习等。在初级阶段，学生很少自己选择学习内容、学习方式等，更多由教师进行指导。从成熟阶段到聚焦阶段，学生逐渐学会自定步调学习，根据学习习惯和知识基础个性化地作出选择，充分体现以学生为中心的教学理念。
13、 2.符合标准参考标准包括英语语言艺术和数学共同核心州立标准、新科学教育标准、美国国际教育技术协会（ ISTE）标准、学生和职业技术教育标准。其中 ，共同州立核心标准中技术整合内容包括：使用网络等技术制作和发布作品，与他人互动并合作，集成不同媒体和格式；集成并评估不同媒体的信息，包括用视觉、数量和口头进行集成和评估；策略性地使用数字化媒体和可视化方式表达信息（ San Diego County Office of Education，2015）（见表四）。 1）引导学生参与实践，使学生在体验中学习。 STEM教育强调通过“做中学”，即以动手实践参与的方式提升学生的综合素养和创新能力。在发展阶段
14、，学生在教师的帮助下在课堂教学中参与实践环节，教师意识到学生所参与 的实践应具有规范性。从成熟阶段到聚焦阶段，学生越来越多地参与标准引导的实践，并通过亲身体验探索新知识。 2）鼓励学生参与讨论，发散学生思维。 STEM教育中真实问题的解决需要学生与他人讨论，充分发挥学生的主观能动性，让学生的头、手、脑全部活动起来。一方面，学生和教师的讨论便于教师深入了解学生掌握的知识，指导学生优化学习。另一方面，学生之间的交流可以提高学生的学习积极性，引导他们开阔思维、互相学习，激发学习潜能。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学生通过听、说和写等方式，参与讨论的频率逐渐增多。 3）支持学生合作学习 ，锻炼学生团
15、队解决问题的能力。 STEM教育立足于实际问题，鼓励学生通过协作和实践完成项目、解决问题，强调在群体协同中相互帮助、相互启发。 STEM教育的问题解决离不开学生、教师专家的合作。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，学生通过小组或团队合作分析问题、解决问题或完成项目的机会越来越多。 3.技术的深度融合 STEM教育强调学生要具备一定的技术素养，了解技术应用、技术发展过程，具备分析新技术如何影响自己乃至周边环境的能力（余胜泉等， 2015）。当然，教育工作者也应掌握一定的技术，不断提高教育技术能力，以便更好地为学 生学习提供支持。技术的深度融合包括合理使用技术、技术支持、共同愿景、支持政策（包括资金）
16、、教师应用技术以及学生应用技术（见表五）。 1）学生、教师、职工和学校领导合理使用现有技术和新兴的技术，包括便利可靠的基础设施、硬件和数字内容。在发展阶段，所有学生、教师、职工和学校领导具有有限的权利使用现有和新兴的技术以及数字化资源。在成熟阶段，所有学生、教师、职工和学校领导具有充分的权利使用现有和新兴的技术以及数字化资源。在聚焦阶段，所有学生、教师、职工和学校领导有稳健、可靠的权利使用现有和新兴的技术以及数字化资源。 2）不断维护、更新与使用信息通信技术和数字化学习资源，为 STEM教学提供可靠帮助。从发展阶段到成熟阶段和聚焦阶段，师生在使用信息通信技术及数字化学习资源方面实现从有效具有、
17、快速利用到立即利用的发展。 3）提高所有利益相关者教育技术能力的共同愿景。 STEM教育既包括在校接受常规教育，也包括到校外参加 STEM项目等社会实践活动。所有利益相关者（教师、学生、家长、后勤人员和社区人员等）均需具备一定的教育技术能力。在提升所有利益相关者教育技术能力的共同愿景上，学校的领导能力不断加强，从有限积极主动、足够积极主动提升到制 度化地积极主动。 4）制定支持政策和方案，促进项目可持续发展。政策、方案和资金是保证 STEM教育发展的基础。从发展阶段、成熟阶段到聚集阶段，学校支持 STEM教育的政策和方案从有限到充足，再到逐步制度化。 5）引导教师应用技术，提升教学整合能力。技
18、术是支持 STEM教学创新的重要手段。从发展阶段、成熟阶段到聚焦阶段，教师为学生、同事和社区人员不断提供引导，帮助学生学习，改善教学效果和丰富专业实践。 6）鼓励学生应用技术，提升学习体验。 STEM教育主张将技术无缝地融入教学各环节，增强学生驾驭复杂信息、进行复杂建模与计算 的能力，引导学生善于运用技术解决问题（余胜泉等， 2015）。从发展阶段到成熟阶段和聚焦阶段，学生不断提高应用技术进行交流、合作、分析和创造的频率。（二） STEM思潮和文化 1.STEM教育中的专业发展STEM教育的专业发展指为了适应新的教学内容、教学方式和教学特点，学校对所有教职工开展专业培训。 STEM专业发展包括
19、教师接受相关主题的指导和 STEM学习的综合方法、有专业学习计划并专门的时间练习和分享想法、制定个性化的 STEM学习目标、通过培训实现跨学科 STEM课程 /单元、与行业和社区合作者协作进行专业学习、从外 部资源获得专业发展（包括大学）（见表六）。 1）逐渐增加 STEM专业发展的频率，提高教师的教学素养。与传统的分科教育不同， STEM教育强调将不同学科内容组合成有机整体，以培养学生的创新精神和实践能力。由于传统教师可能难以直接胜任 STEM教育工作，对教师和管理员进行专业培训成为STEM教育顺利开展的重要条件。从发展阶段到聚焦阶段，教师和管理员获得 STEM专业发展的机会逐渐增多。 2）扩大 STEM专业发展范围，提高相关人员的教学保障能力。不仅教师需要加强 STEM专业培训，学校所有与学生有联系的教职工同样需要提升 STEM素养。在发展阶段，只对少数教师进行 STEM专业发展培训。在成熟阶段，大多数教师要接受 STEM专业发展培训。到聚焦阶段，学校所有教职工要接受 STEM专业发展培训。 3）构建与 STEM实践相匹配的专业学习社区，营造良好的教学交流氛围。 STEM专业学习社区活动包括探讨如何实现 STEM课程作业向项目转换；分析和反思学生的作品；谈论如何将学生评价用于改进教学策略；共同创造学生的形成性评价和总结性评价；教师定期合
