STEM是由美國(guó)提出的應(yīng)用于K-12教育系統(tǒng)的綜合性跨學(xué)科教學(xué)模式，其中，S代表科學(xué)（Science）、T代表技術(shù)（Technology）、E代表工程（Engineering）、M代表數(shù)學(xué)（Mathematics）。STEM教育就是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的教育。在美國(guó)，STEM通常用于學(xué)校的教育政策和課程選擇，其應(yīng)用往往關(guān)系到學(xué)校和地區(qū)的競(jìng)爭(zhēng)力和教育技術(shù)發(fā)展。
2008年至2013年，美國(guó)國(guó)家年度教師獎(jiǎng)6位獲獎(jiǎng)?wù)咧杏幸话胧?/span>STEM教師。奧巴馬在2013年的國(guó)情咨文中提出兩個(gè)教育目標(biāo)，重點(diǎn)就是“培養(yǎng)新一代的STEM人才”。在國(guó)家實(shí)力的比較中，獲得STEM學(xué)位的人數(shù)成為一個(gè)重要指標(biāo)。總的來說，美國(guó)政府的STEM計(jì)劃是一項(xiàng)鼓勵(lì)學(xué)生主修科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的計(jì)劃，并通過不斷加大對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育的投入，培養(yǎng)學(xué)生的科技理工素養(yǎng)。
那么，STEM理念是如何產(chǎn)生，又是如何發(fā)展的？
1986年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)發(fā)表《尼爾報(bào)告》。該報(bào)告依據(jù)翔實(shí)的數(shù)據(jù)分析和討論，為美國(guó)大學(xué)階段科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育發(fā)展指明了方向，并提供了一系列指導(dǎo)意見。
《尼爾報(bào)告》還首次明確提出“科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育集成”的建議，因此通常被視為STEM的開端。
科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)融合的理念從高等教育階段轉(zhuǎn)入K-12教育階段，始于20世紀(jì)末的“2061計(jì)劃”?！犊茖W(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》等出版物為K-12階段學(xué)生的STEM課程提出了相應(yīng)而具體的要求。此后，為了應(yīng)對(duì)信息時(shí)代的挑戰(zhàn)，高中階段的STEM教育逐漸成為高中教育與大學(xué)教育的銜接。K-12階段的STEM教育，除了強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識(shí)的積累和掌握，還強(qiáng)化了計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力和實(shí)驗(yàn)科研能力的培養(yǎng)。
2009年，奧巴馬政府頒布一系列教育創(chuàng)新計(jì)劃，其中關(guān)于STEM教育的計(jì)劃指出，強(qiáng)化STEM理念，提升STEM教學(xué)技能，擴(kuò)大年輕人受教育和就業(yè)機(jī)會(huì)。與此同時(shí)，美國(guó)建立了若干STEM教育組織或計(jì)劃，提供源源不斷的STEM教育資源和支持：
華納有線時(shí)代的“連接百萬思想”，確保將孩子們的課外STEM計(jì)劃與當(dāng)?shù)鼗顒?dòng)進(jìn)行有效連接；
探索頻道的“擁抱未來”，將廣播電視專用程序推廣到9900多萬家庭，并提供6萬多所互動(dòng)學(xué)校；
芝麻街的“早期STEM文學(xué)”，構(gòu)建了一個(gè)為期兩年的重點(diǎn)STEM項(xiàng)目；
國(guó)家實(shí)驗(yàn)室日推動(dòng)10萬名教師和1000萬名學(xué)生的動(dòng)手學(xué)習(xí)，培養(yǎng)合作社區(qū)志愿者；
全國(guó)STEM游戲挑戰(zhàn)賽，創(chuàng)造和設(shè)計(jì)STEM視頻游戲；
年度白宮科學(xué)博覽會(huì)表彰全國(guó)各地STEM教學(xué)創(chuàng)新獲獎(jiǎng)?wù)摺?/span>
此后，STEM計(jì)劃不斷延續(xù)，美國(guó)政府作出上億美元的財(cái)政承諾。該擴(kuò)展項(xiàng)目增加了2.5億美元的財(cái)政承諾和實(shí)物支持，以及培養(yǎng)1萬名新教師的教師教育承諾。擴(kuò)展項(xiàng)目還包括進(jìn)一步與伙伴合作，共同應(yīng)對(duì)STEM教師培養(yǎng)和教育創(chuàng)新的主動(dòng)性挑戰(zhàn)。此外，奧巴馬任命20萬名聯(lián)邦政府雇員和教育工作者一同從事科學(xué)、工程教育和STEM教育工作。
STEM課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合性科學(xué)素養(yǎng)，利用工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，開發(fā)以問題為導(dǎo)向的項(xiàng)目化課程，從而整合STEM學(xué)科。在美國(guó)，STEM課程主要通過4種類型的學(xué)校實(shí)施，分別是選擇性STEM專業(yè)學(xué)校、包容性STEM專業(yè)學(xué)校、STEM專業(yè)職業(yè)技術(shù)教育（CTE）學(xué)?；蝽?xiàng)目、綜合性學(xué)校STEM項(xiàng)目。其中，前兩種類型的學(xué)校強(qiáng)調(diào)圍繞一個(gè)或多個(gè)STEM學(xué)科組織課程，但是選擇性STEM專業(yè)學(xué)校有嚴(yán)格的招生標(biāo)準(zhǔn)，主要傾向于精英教育；包容性STEM專業(yè)學(xué)校則沒有招生限制，致力于為更加廣泛的學(xué)生群體提供STEM專業(yè)教育；CTE學(xué)?；蝽?xiàng)目為STEM職業(yè)培養(yǎng)學(xué)生，并經(jīng)常關(guān)注處于輟學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)生；綜合性學(xué)校通過提供提高型課程實(shí)施STEM項(xiàng)目。
為了使學(xué)生形成STEM領(lǐng)域的思想、新發(fā)現(xiàn)和有關(guān)形成性知識(shí)的經(jīng)驗(yàn)，主要通過兩個(gè)途徑開展課程，其一是課外拓展活動(dòng)，包括競(jìng)賽、實(shí)驗(yàn)、實(shí)地考察等。在美國(guó)，課外拓展的項(xiàng)目以STEM經(jīng)驗(yàn)為導(dǎo)向，充分發(fā)揮社區(qū)資源，使學(xué)生能夠在現(xiàn)實(shí)世界學(xué)習(xí)STEM；其二是通過高級(jí)課程達(dá)到更高水平，高級(jí)課程主要涉及大學(xué)預(yù)修課、國(guó)際學(xué)士學(xué)位、大學(xué)課程和在線課程。
具體到課程設(shè)計(jì)層面，美國(guó)學(xué)校充分發(fā)揮工程在課程整合中的作用，利用工程設(shè)計(jì)整合課程內(nèi)容產(chǎn)生具體項(xiàng)目，從而形成以問題為導(dǎo)向的課程。所謂“工程設(shè)計(jì)”是工程師用于解決工程問題的方法，通常是指為了讓某種設(shè)備或過程服務(wù)于某種特定目的的最佳方案。在設(shè)計(jì)中，包括對(duì)多種類型知識(shí)的獲取、加工、處理、集成、轉(zhuǎn)化、交流、融合和傳遞，設(shè)計(jì)的本質(zhì)是將知識(shí)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的過程。
STEM課程設(shè)計(jì)利用工程設(shè)計(jì)方法，把科學(xué)課程中需要學(xué)生掌握的科學(xué)知識(shí)和方法集合成具體項(xiàng)目，通過解決核心問題的活動(dòng)使學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究以及工程設(shè)計(jì)過程，給學(xué)生呈現(xiàn)的課程任務(wù)是需要執(zhí)行產(chǎn)生最終產(chǎn)品的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)，產(chǎn)品可以是問題解決方案、模型、設(shè)備或計(jì)算機(jī)模擬。課程成果最終通過書面或口頭報(bào)告集中展示生成的過程和產(chǎn)品。
基于工程設(shè)計(jì)整合的項(xiàng)目有三種：任務(wù)項(xiàng)目，學(xué)生參與項(xiàng)目由教師確定，使用大量教師描述的方法，易于操控；學(xué)科項(xiàng)目，教師規(guī)定項(xiàng)目和方法的主題領(lǐng)域，學(xué)生自主進(jìn)行設(shè)計(jì)與完成；問題項(xiàng)目，學(xué)生可以自主選擇項(xiàng)目和方法，在具體實(shí)踐中，實(shí)施難度較大。
在具體的課程實(shí)踐中，美國(guó)國(guó)際技術(shù)教育協(xié)會(huì)提出了STEM取向的課程架構(gòu)，以工程問題解決為主軸，再輔以技術(shù)（設(shè)計(jì)）、數(shù)學(xué)與科學(xué)相關(guān)的知識(shí)，發(fā)展專題導(dǎo)向的教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)知識(shí)的整合能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工程的興趣。
K-12工程教育委員會(huì)則開發(fā)了“珠—線”（beads-and-threads）課程模型。模型中，珠子代表一個(gè)集合或包裝，線繩代表課程中的核心概念和基本技能。數(shù)學(xué)、技術(shù)、科學(xué)三條線代表在工程設(shè)計(jì)中使用的學(xué)科領(lǐng)域。第四條線代表工程設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)線包括工程設(shè)計(jì)屬性，如分析、限定、建模、優(yōu)化和系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)線將以上三條線連接起來，形成珠子代表的集合化課程體系。
優(yōu)質(zhì)課程需要優(yōu)質(zhì)師資隊(duì)伍做保障，STEM教師被公認(rèn)為美國(guó)最優(yōu)質(zhì)的核心教學(xué)骨干力量。為保障合格的STEM教師供應(yīng)，美國(guó)從法案和制度制定、學(xué)習(xí)社區(qū)構(gòu)建等方面進(jìn)行探索。
全面立法保障
為了壯大STEM教師隊(duì)伍，提升STEM教師素質(zhì)，美國(guó)聯(lián)邦政府連續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)STEM教師培養(yǎng)法案。主要法案如下——
《有效的STEM教學(xué)法案》規(guī)定了教師準(zhǔn)入和項(xiàng)目運(yùn)作兩方面內(nèi)容。在教師準(zhǔn)入部分，州教育機(jī)構(gòu)要與高等院校合作，加強(qiáng)教師的認(rèn)證、招聘、培養(yǎng)。關(guān)注學(xué)科能力，對(duì)有相關(guān)學(xué)科背景、能夠承擔(dān)STEM學(xué)科教學(xué)的教師開通綠色直通車，減少準(zhǔn)入阻礙。加強(qiáng)校長(zhǎng)的準(zhǔn)入條件，校長(zhǎng)需要有卓越的領(lǐng)導(dǎo)能力、廣博的知識(shí)儲(chǔ)備和STEM學(xué)科背景。在項(xiàng)目運(yùn)作方面，州教育機(jī)構(gòu)獨(dú)立或與其他州教育機(jī)構(gòu)聯(lián)合，保障教師資格認(rèn)證、招聘、實(shí)習(xí)、在線教學(xué)等項(xiàng)目的運(yùn)行。
《STEM教師教育與指導(dǎo)支持法案》協(xié)調(diào)STEM教育資金補(bǔ)助，支持各州建設(shè)STEM教育聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中包含教師、高等院校、非營(yíng)利機(jī)構(gòu)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、聯(lián)邦政府、當(dāng)?shù)卣推渌嚓P(guān)機(jī)構(gòu)。通過STEM教育網(wǎng)絡(luò)的交流合作，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)教師以及中小學(xué)教學(xué)和管理能力的目標(biāo)，幫助學(xué)生有效培養(yǎng)STEM素養(yǎng)，激勵(lì)學(xué)生追求STEM職業(yè)。
STEM優(yōu)秀教師隊(duì)伍建設(shè)法案，通過STEM網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)優(yōu)秀教師團(tuán)隊(duì)聯(lián)系和分享最優(yōu)質(zhì)的教學(xué)實(shí)踐與教育資源，通過專業(yè)發(fā)展研討、個(gè)人指導(dǎo)等方式提供專業(yè)支持，通過津貼補(bǔ)助、提供教學(xué)領(lǐng)導(dǎo)職位等吸引和留住優(yōu)秀STEM教師。
《全美STEM教師稅收激勵(lì)法案》規(guī)定，聯(lián)邦政府為有志從事STEM教學(xué)事業(yè)的本科生提供10%的學(xué)費(fèi)減免優(yōu)惠，但不能超過1000美元。全職STEM教師享受稅收減免政策。
創(chuàng)建互動(dòng)學(xué)習(xí)社區(qū)
2010年，美國(guó)科學(xué)技術(shù)顧問委員會(huì)對(duì)美國(guó)教育狀況進(jìn)行了相關(guān)調(diào)查。2012年，依據(jù)該報(bào)告，奧巴馬宣布制訂STEM教師隊(duì)伍建設(shè)計(jì)劃設(shè)想，通過為教師創(chuàng)建互動(dòng)、專業(yè)的學(xué)習(xí)社區(qū)網(wǎng)絡(luò)，提升STEM教育質(zhì)量。該計(jì)劃同時(shí)為教師提供發(fā)展專業(yè)技能的圖景和在教室之外提高STEM教學(xué)的平臺(tái)。
STEM教師發(fā)展與培養(yǎng)計(jì)劃的核心設(shè)計(jì)原則：擴(kuò)大社區(qū)范圍和規(guī)模，吸納具有出色專業(yè)背景的教師，構(gòu)建學(xué)習(xí)社區(qū)與獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制；社區(qū)組織結(jié)構(gòu)應(yīng)平衡地區(qū)發(fā)展與創(chuàng)新能力；在教師遴選層面，需界定卓越的標(biāo)準(zhǔn)，多元化反映STEM教學(xué)，建立基于提名和有針對(duì)性的招聘，并與相關(guān)院校建立深度合作伙伴關(guān)系；通過社區(qū)學(xué)習(xí)強(qiáng)化教師個(gè)體的綜合性能力；社區(qū)需為教師提供確保發(fā)展教育技術(shù)的資源。
統(tǒng)一教師準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)
在美國(guó)，每個(gè)州都有一套教師資格認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，在已有學(xué)科方面，各州教師準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)千差萬別。對(duì)于STEM教師準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，為了提升教師質(zhì)量，美國(guó)現(xiàn)已構(gòu)建跨州的教師認(rèn)證體系。截至2013年，已有11個(gè)州承認(rèn)美國(guó)優(yōu)秀教師資格認(rèn)證委員會(huì)開發(fā)的認(rèn)證體系。此外，全國(guó)教學(xué)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)設(shè)立了專項(xiàng)資金，支持全國(guó)性教師證書標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)。
建立教師問責(zé)機(jī)制
美國(guó)用三個(gè)指標(biāo)評(píng)估教師教育項(xiàng)目的有效性，并對(duì)其進(jìn)行問責(zé)：第一，教師教育機(jī)構(gòu)的合格率和排名情況；第二，在課堂教學(xué)情境下評(píng)價(jià)畢業(yè)于教師教育項(xiàng)目的教師表現(xiàn)；第三，辨明低水平教師教育項(xiàng)目。
除了對(duì)教師教育項(xiàng)目的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估以確保所培養(yǎng)的教師質(zhì)量之外，針對(duì)教師個(gè)人，美國(guó)還構(gòu)建了退出機(jī)制以檢驗(yàn)教師是否能夠勝任職位。一般情況下，教師資格需2-5年重新評(píng)估和認(rèn)定，認(rèn)定內(nèi)容包括工作量，學(xué)校、學(xué)生和家長(zhǎng)的評(píng)估，教師參加的各項(xiàng)專業(yè)發(fā)展活動(dòng)等。倘若評(píng)估合格，可以繼續(xù)擔(dān)任教師；倘若不合格，再給予一次機(jī)會(huì)，兩次考核不合格則收回教師資格證書。
多元資金支持
在美國(guó)，一個(gè)項(xiàng)目的資金來源是多種多樣的，STEM項(xiàng)目即擁有來自聯(lián)邦政府、各州政府、私營(yíng)企業(yè)、基金會(huì)、非營(yíng)利組織等多元資金支持通道。
在政府層面，主要支持8個(gè)教育目標(biāo)：學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生或公眾的STEM技能、實(shí)踐和知識(shí)；參與度，提高學(xué)習(xí)者對(duì)STEM的興趣和關(guān)注度；職前或在職教師和教育領(lǐng)導(dǎo)者的績(jī)效，培訓(xùn)和留住STEM教師和教育領(lǐng)導(dǎo)者，改進(jìn)其學(xué)科知識(shí)和教學(xué)技能；高等教育階段的STEM學(xué)位，增加學(xué)生進(jìn)入STEM職業(yè)或繼續(xù)深造的充分準(zhǔn)備；STEM職業(yè)，通過培訓(xùn)或資格認(rèn)證，促進(jìn)STEM勞動(dòng)力市場(chǎng)就業(yè)水平整體提高；STEM系統(tǒng)改革，改革STEM系統(tǒng)和教育；教育機(jī)構(gòu)的能力，支持STEM相關(guān)教育機(jī)構(gòu)的改進(jìn)和發(fā)展；
教育研究和發(fā)展，發(fā)展基于數(shù)據(jù)的STEM教育模型與實(shí)踐。
在社會(huì)層面，既有資金支持，也有實(shí)務(wù)和人員支持。例如美國(guó)醫(yī)藥研究與制造商協(xié)會(huì)通過捐助資金、捐贈(zèng)設(shè)備、提供員工志愿服務(wù)等方式，支援STEM教育項(xiàng)目；美國(guó)拜爾基金會(huì)每年為全美科學(xué)教師協(xié)會(huì)提供資助，開展拜耳—全美科學(xué)教師協(xié)會(huì)研究員項(xiàng)目，擴(kuò)大全美科學(xué)教師協(xié)會(huì)新科學(xué)教師學(xué)院規(guī)模；百時(shí)美施貴公司設(shè)立了三個(gè)科學(xué)教學(xué)中心，致力于探究型教學(xué)，并開發(fā)了一個(gè)新型的教師專業(yè)發(fā)展模型，用于衡量教師效能。
優(yōu)化教師培養(yǎng)項(xiàng)目
目前，由于合格的STEM教師短缺，在美國(guó)聯(lián)邦政府和社會(huì)各界支持下，STEM教師培養(yǎng)項(xiàng)目層出不窮。教師培養(yǎng)項(xiàng)目主要集中于職前培訓(xùn)和專業(yè)發(fā)展兩個(gè)方面。在高等教育階段，設(shè)立STEM學(xué)位，加強(qiáng)中小學(xué)STEM教師的職前培養(yǎng)，開發(fā)一系列培養(yǎng)STEM教師的項(xiàng)目與模型。
在綜合性專業(yè)培養(yǎng)方面，美國(guó)學(xué)者提出了多種設(shè)想和理論依據(jù)，如在現(xiàn)實(shí)和人造世界實(shí)現(xiàn)邏輯和自然的銜接，思維方式的協(xié)同，共享的特質(zhì)或思維習(xí)慣等。具體層面，則是構(gòu)建專業(yè)性學(xué)習(xí)社區(qū)或?qū)W習(xí)共同體。中學(xué)STEM綜合性教師培訓(xùn)模型是一個(gè)旨在培養(yǎng)STEM綜合性師資的專業(yè)發(fā)展項(xiàng)目，將工程作為綜合STEM的催化劑。該項(xiàng)目是一個(gè)為期5天的培訓(xùn)，每次培訓(xùn)均有專業(yè)學(xué)習(xí)社區(qū)環(huán)節(jié)，教師們聚集在一起，一同反思培訓(xùn)期間的學(xué)習(xí)收獲，分享如何將培訓(xùn)所學(xué)在課堂教學(xué)中實(shí)施。培訓(xùn)主題包括：探索作為一門學(xué)科的工程和工程設(shè)計(jì)周期；探索數(shù)學(xué)與工程設(shè)計(jì)周期課程的聯(lián)系；通過模型誘發(fā)活動(dòng)探索數(shù)學(xué)思維；將技術(shù)融入數(shù)學(xué)、工程和科學(xué)，以增強(qiáng)數(shù)學(xué)、工程、科學(xué)的學(xué)習(xí)；策劃學(xué)生圍繞STEM概念進(jìn)行討論。
STEM教育項(xiàng)目是一項(xiàng)注重教師多學(xué)科知識(shí)和教學(xué)技能的綜合學(xué)科教學(xué)項(xiàng)目。STEM教師擁有的豐富知識(shí)儲(chǔ)備，系統(tǒng)的教學(xué)方法，扎實(shí)的學(xué)科教學(xué)技能，能夠?qū)?/span>STEM課程進(jìn)行問題研究、工程設(shè)計(jì)、開展技術(shù)性活動(dòng)，從而對(duì)學(xué)生產(chǎn)生科學(xué)性的積極影響。STEM教師通過工程化教學(xué)設(shè)計(jì)和多學(xué)科融合的課程組織，激發(fā)學(xué)生對(duì)STEM的興趣，提高STEM學(xué)業(yè)成就，改變學(xué)生職業(yè)生涯軌跡，為美國(guó)發(fā)展培養(yǎng)更多高水平、創(chuàng)新性人才。
（作者單位系北京師范大學(xué)國(guó)際與比較教育學(xué)院）
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