美國中小學美國中小學 STEM 教育對我國基礎教育的啟示教育對我國基礎教育的啟示 摘要摘要 STEM 教育成為美國基礎教育改革的重中之重 本文通過分析美國 中小學 STEM 教育產生背景 課程設置 以期對我國基礎教育改革提供一些 啟示和參考 關鍵詞關鍵詞 STEM 教育 基礎教育 課程設置 STEM 是科學 SCIENCE 技術 TECHNOLOGY 工程 ENGINEERING 和數學 MATHEMATICS 四門學科的縮寫 科學 技術 工程和數學教育經 常被成為 META DISCIPLINE 翻譯叫做 后設學科 即該學科的建立是基于與 其他學科融合然后形成的一個新的整體 這門跨領域的學科將原本分散的學 科形成一個整體 這四門學科分別代表科學 技術 工程 數學四種素養 1 美國美國 STEM 教育發展歷程教育發展歷程 2006 年 1 月 31 日 美國總統布什在其國情咨文中公布一項重要計劃 美國競爭力計劃 提出知識經濟時代教育目標之一是培養具有 STEM 素養 的人才 并稱其為全球競爭力的關鍵 由此 美國在 STEM 教育方面不斷加 大投入 鼓勵學生主修科學 技術 工程和數學 培養其科技理工素養 美國州長協會是 STEM 教育變革的重要組織之一 該組織認為美國現行 基礎教育并沒有為學生提供良好的 STEM 教育從而為他們畢業后的工作與進 一步深造做好準備 現有中小學核心課程的概念有些過時 缺乏嚴格的課程 標準 學校培養目標與高等學校 職業技術學院的要求以及工作崗位的實際 需求相去甚遠 所以有必要加強 STEM 教育在中小學中的實施 2007 年 10 月 30 日 美國國家科學委員會發表 國家行動計劃 應對美 國科學 技術 工程和數學教育系統的緊急需要 報告 提出的行動計劃主 要包括兩個方面的措施 一是要求增強國家層面對 K 12 階段和本科階段的 STEM 教育的主導作用 在橫向和縱向上進行協調 二是要提高教師的水平 和增加相應的研究投入 這一報告顯示了 STEM 教育從本科階段延伸到中小 學教育階段 希望從中小學就開始實施 STEM 教育 2009 年 美國國家科學委員會 National Science Board 以下簡稱委員會 代表 NSF 發布致美國當選總統奧巴馬的一封公開信 其主題是 改善所有美 國學生的科學 技術 工程和數學 以下簡稱 STEM 教育 明確指出 國家 的經濟繁榮和安全要求美國保持科學和技術的世界領先和指導地位 大學前 的 STEM 教育是建立領導地位的基礎 而且應當是國家最重要的任務之一 委員會敦促新政府抓住這個特殊的歷史時刻 并動員全國力量支持所有的美 國學生發展高水平的 STEM 知識和技能 STEM 教育越來越重視大學前的基礎 教育過程了 2011 年 奧巴馬總統推出了旨在確保經濟增長與繁榮的新版的 美國創 新戰略 新版的 美國創新戰略 指出 美國未來的經濟增長和國際競爭力 取決于其創新能力 創新教育運動 指引著公共和私營部門聯合 以加強科學 技術 工程和數學 STEM 教育 二 中小學實施中小學實施 STEM 教育的緣由教育的緣由 從 STEM 教育發展歷程來看 它與基礎教育都息息相關 早在上個世紀 九十年代 美國國家科學基金會 NFS 根據當時大學生 STEM 教育情況提 出了重視在中小學中實施 STEM 教育 美國州長協會是 STEM 教育變革的重要組織之一 該組織認為美國現行 基礎教育并沒有為學生提供良好的 STEM 教育從而為他們畢業后的工作與進 一步深造做好準備 現有中小學核心課程的概念有些過時 缺乏嚴格的課程 標準 學校培養 目標與高等學校 職業技術學院的要求以及工作崗位的實際 需求相去甚遠 這些都是迫使美國重視中小學 STEM 教育的原因 2009 年美國國家科學委員會發布致美國當選總統奧巴馬的一封公開信 其主題是 改善所有美國學生的科學 技術 工程和數學 以下簡稱 教育 信中明確指出 國家的經濟繁榮和安全要求美國保持科學 和技術的世界領先和指導地位 大學前的 STEM 教育是建立領導地位的基礎 而且應當是國家最重要的任務之一 從兒童的身心發展來看 越早的讓他們接觸科學 他們越容易對科學產 生濃厚的興趣 STEM 教育有些和中小學基礎教育脫節 只有銜接很好 才能 為 STEM 領域輸送更多人才 所以在中小學中實施 STEM 教育是勢在必行的 三 基礎教育中的基礎教育中的 STEM 課程課程 美國中小學課程包括核心課程和選修課程兩類 核心課程中 與 STEM 相關的主要是數學 科學和信息技術 在職業技術類課程中 有健康科學教 育 信息技術教育 技術和工程教育 因此美國小學和初中的 STEM 課程主 要是通過數學課 科學課以及信息技術課來實現 至于選修課 各校不同 在此不作討論 美國高中的 STEM 課程具有非常重要的地位 下面簡單介紹 之 一 美國高中課程類型 一 美國高中課程類型 美國高中的 STEM 課程包括高等數學 提高型科學和工程課程 以及與 STEM 相關的技術類課程 提高型課程是指內容比較高深的課程或者是被指定 為提高型或者榮譽課程 美國高中 STEM 課程 高等數學提高型科學和工程 與 STEM 相關的技術課 程 代數 2 其他高級數學 初等微積分 解析 微積分 生物 化學 環境 地球科學 物理 工程 計算機信息科學 工程 科學技 健康技術 1 高等數學 包括代數 2 和其他高等數學課程 初級微積分 解析幾何 微積分 其 他高等數學內容包括三角學 高等統計 也包括代數 3 解析幾何 IB 數學 和離散數學 2 提高型科學和工程課程 包括提高型生物 化學 環境 地球科學 物理和課程 高等生物由兩 年期和三年期的生物課組成 比如 AP 課程和 IB 生物課程 提高型環境 地球 科學包括 AP 和 IB 環境科學 大學預科和 AP 地球科學 工程包括運用科學和 數學的概念和技能來解決工程問題的學術課程 一些專業的科目 如航空航 天材料 冶金 測量繪制科學 繪圖等 也包括在內 3 與 STEM 相關的技術課程 包括計算機信息科學 工程 科學技術和健康技術 計算機信息課程包 括計算機編程 邏輯 算法和系統管理 而不是文字處理或其他其他指導學 生使用軟件的教學 工程 科學技術課程則是主要是關于儀器 設備維修和其 他與工程和科學職業有關的技術任務 健康科學課程為學生準備去專業醫療 領域做好準備 包括牙科醫生 獸醫 社區醫療 流行病學 護理 驗光 聽力學 心理健康 急診 疾病科學等 二 美國 二 美國 STEM 高中的課程類型高中的課程類型 在美國 還有 STEM 高中 它們是一類面向有天賦 有才能以及對 STEM 領域有濃厚興趣和專長的學生提供精英教育的學校 它致力于發展學生 科學 技術 工程和數學等方面的學習興趣 為他們將來成為 STEM 領域內 的領軍人才做準備 這一類高中的課程設置 高中的課程一般偏重科學 技術 工程和數學學科 主要包括必修課 選修課 大學先修課和科研實習課 必修課一般是為了獲得高中畢業文憑而 面向 全校所有學生開設的課程 主要圍繞數學 科學 技術主題 安排 語 言學 人文科學 數學 科學 技術 工程 三組課程 但是 很多 STEM 高中也形成了各具特色的課程 為了滿足學生的廣泛興趣和個性化發展需求 很多 STEM 高中開設大量以 科學 技術 工程和數學為主的選修課 如布朗斯科學高中的選修主題主要 開設生物 物理 化學 技術 人文領域的課程 布魯克林技術高中的選修 主題有建筑 工程化學 生物學 大學預科 環境科學 工業設計 數學 社會科學等 史蒂文森高中的選修主題主要是數學和科學 微積分 定性分 析 結 構化學 天文學 技術電腦繪圖 計算機科學 機器人等 這類學校的教學理念是支持有能力和天賦的學生發揮潛能 追求卓越 因此在課程設置上為學生提供了許多大學先修課程 讓他們在高中就接受大 學水平的學習 如布朗斯科學高中的先修課程有物理 化學 生物 微積分 等 17 門課程 先修課程的學分為 1 5 分 得分在 3 學分或 3 學分以上的學生 進入大學可以免修該課程 若得了 4 分 則可以直接進入大學二年級進行學 習 大學先修課程為高中和大學之間的良好過渡和銜接發揮了積極的作用 同時也充分挖掘了學生在某一領域的潛能 有利于學生的專業化發展 四 我國中小學課程類型四 我國中小學課程類型 小學課程類型 算術科學唱歌圖畫手工勞動 加減乘除自然現象 衛生常識等 動手技能 初中課程類型 數學科學生物物理化學信息技術 代數 平面 幾何 植物學 動 物學 防空 和救護常識 植物 動物 人體解剖 簡單物理概 念和原理 簡單實驗 物質的組成 性質和結構 計算機科學 知識 高中課程類型 數學物理化學生物信息技術 立體幾何 簡 單函數 物理學基礎定 律 近代物理 學 物質結構 化 學反應 植物學 人體 解剖生理學 計算機多媒體 知識 我國的課程類型相比美國 STEM 課程類型單一并整統 在科學方面 我國 有與之類似的綜合科學課程和 STS 課程 經過文獻查閱 我國的綜合科學課 程只在小學和初中有大面積的實行 在高中僅僅是發達地區存在 綜合科學 課程內容單一 而 STS 教育沒有專門的課程 它是融合滲透到各個學科中的 五 美國五 美國 STEM 教育對我國基礎教育的啟示教育對我國基礎教育的啟示 1 加強學科融合 因時因地的開設 加強學科融合 因時因地的開設 STEM 課程課程 美國中小學 STEM 教育取得成功 STEM 教育逐漸引起國際關注 為了 培養專業技術人才 我們應該從基礎教育做起 在小學階段 我們可以設置 更多的相關課程 例如航模興趣班 地球學 環境科學等 從小培養學生對 科學的興趣 在初中階段設置 技術之門 課程項目 技術之門 課程以活 動為導向 旨在挑戰學生的天然好奇心和想象力 包括設計與建模 自動化 和機器人技術 能源與環境 飛行與空間 技術科學和電子魔力等 讓初中 生對科學有初步的了解 在普通高中 也設置職業技術課程 設置健康科學 教育課程 技術和工程教育課程 生物醫學科學課程 將普通高中和職業高 中綜合化 高中階段仍然以分科課程為主 我們應該加強學科間的融合滲透 廣大教育界人士應該努力創造條件 因時因地的開設 STEM 課程 2 加大力度完善 STS 教育 培養具有科學 技術 文化素養的學生 我國在上個世紀八十年代引進 STS 教育 直到現在 STS 教育并沒有真正走 進我們廣大中小學的課堂 由于地勢差異 城鄉差異 學校片面追求升學率 教育資金投入不足等造成的 STS 教育大多僅流于形式 STS 教育和美國的 STEM 有相類似的方面 STEM 教育旨在培養學生的科學 技術 工程和數學 素養 我國的基礎教育中 學生的數學素養普遍比較高 但是科學 技術 文化素養相對較弱 在基礎教育中 應更多的讓學生接觸和關心社會 培養 學生熱愛科學追求真理的品質 在課堂教學中 注重探究學習 從做中學 培養學生動手實踐能力 3 學習美國中小學 STEM 教育的成功經驗 相關部門加強政策管理制度 查閱美國國家科學院發布的一個報告 監測 K 12STEM 教育走向成功的進 程 一個國家的進步 成功的 STEM 教育計劃必備的要素見附錄表 1 從中我 們可以看出來政府對 STEM 教育支持的重要性 美國中小學 STEM 教育的成功 離不開政府的鼓勵和支持 他們的經驗是值得我們學習和借鑒的 在我國順利的開展 STEM 教育也需要政策的傾斜 首先通過社會媒體力量 宣傳 STEM 教育的重要性 將社會力量聚焦起來 重視 STEM 教育 其次開發 讓教育者和政策決策者都了解的網絡資源 供學生和教育者學習和交流 再 次政府鼓勵社會科研機構與學校開展合作 激發學生創新智慧 最后政府應 該推動基礎教育學校體系和三年制高校 非正式科學教育組織 職業技術學 院的交互活動 積極參加相關方面的國際交流與合作能開闊我們的眼界 將 有利于在我國順利開展 STEM 教育 4 加強教師培訓 提高教師 STEM 素質 實施一項教育計劃 教師是最重要的要素 因為教師不僅是計劃的參與制 定者更是執行者 所以需要給教師提供一流的資源和支持 給教師提供先進 的教學資源和課堂教學工具 讓教師在教學過程中能夠綜合運用各方面的知 識講授復雜的科學技術和社會問題 并激發學生的創新意識 引導學生積極 主動的探索各方面的問題 但目前來看我國教師隊伍的綜合科學素質普遍較 差 學科背景單一 中小學教師單一從師范學校選擇將擁有更多工程教育背 景的教師拒之門外 要解決這個問題 一方面重視教師的培養 對師范生進 行 STEM 教育 適當招收具備工科背景的畢業生充實教師隊伍 另一方面加 強教師的在職培訓 對在職的教師進行 STEM 培訓 選修相關課程 提高教 師的 STEM 素養 最后可建立由在職和退休的科學工程人員組成 科學團隊 在課堂 學校和社會各個層面幫助教師 參考文獻參考文獻 1 朱學彥 孔寒冰 美國 STEM 學科集成戰略解讀 高等工程教育研究 2008 年第 2 期 2 祝懷新 吳伊琳 為創新而教 美國促進科學教育的新途徑 浙江 外國語學院學報 2011 年第 2 期 3 盧春 美國 STEM 高中述評 外國教育研究 2011 年第