澳大利亞實施STEM教育的經驗述評

萬鑫 陳凱 林佳依

在澳大利亞《STEM學校教育國家戰略2016—2026》（下文簡稱《澳大利亞STEM國家戰略》）背景下，昆士蘭州提出STEM發展路線圖，關注STEM課程開發、STEM教師培養和STEM學習三個層面的籌備，旨在提高當地的STEM教育，培養STEM的科技人才，來滿足社會的需求。這種模式對我國當今工程教育課程改革具有借鑒意義。

《澳大利亞STEM國家戰略》的概況

1.提出背景

澳大利亞的產業調查顯示，STEM素養日益成為澳大利亞企業關注雇員所需的核心能力，對于促進國家創新和提升國民生產力而言非常重要。為發展幼兒與中小學STEM教育，澳大利亞政府提出基礎教育階段應側重于培養兒童的學習興趣與好奇心，并夯實基礎知識，在學習過程中注重提升科學素養，依據以上理念頒布了多項政策。2015年頒布的《澳大利亞STEM國家戰略》為澳大利亞發展STEM基礎教育提供了一份綜合全面的計劃。除此之外，《激勵所有澳大利亞人發展數字素養》與《國家創新與科學議程》通過各類項目與專項撥款，配合國家數字技術課程的實施，引領幼兒與中小學STEM教育的實踐性發展，旨在通過學前教育階段的STEM項目提升兒童興趣，并強調中小學STEM教育需夯實理科課程基礎知識。

2.基于STEM教育的五個行動領域

針對當前STEM的現狀和要求，澳大利亞政府也需要在國家的某些特定領域做出行動，力求改變當前STEM力量不足的現況?！栋拇罄麃哠TEM國家戰略》關注以下五大領域：

（1）增強STEM教育的監控與提早干預。在澳大利亞，很多學生對STEM感興趣，但是并沒有轉化為參與STEM的行動力，導致最終與STEM職業無緣。此外數學在STEM學科之中屬于基礎學科，大多數在3年級數學素養偏低的學生無法獲得可持續發展，到9年級會更落后于其他人，導致進入大學后難以攻讀許多的工程學位。所以需要更廣泛地監控學生STEM學習進程，有必要對他們采取早期干預手段，為他們以后的STEM生涯之路打好基礎。

（2）關注STEM教師發展。高質量的教學是提升學生 STEM參與度的關鍵，而STEM教師必須具備支持學生學習STEM的學科知識、思維、能力和自信心。澳大利亞的相關研究顯示，一些小學教師缺乏教科學和數學的學科基礎，不能有效地支持STEM教學。澳大利亞各地都在開展支持STEM教師發展的重要活動，目前關注點主要放在推廣卓越STEM教師示范做法，以及實施國家職前STEM教師教育標準，并且增加STEM教師的職業吸引力以鼓勵更多優秀人才進入STEM教師隊伍。

（3）拓展校內優質的STEM教育機會。學校通過有效的課程資源、教學方法和評價體系，促進學生積極參與STEM學習，并不斷改善課堂學習結果。這些優質的STEM教育機會包括提升學生STEM相關學科知識的資源，以及問題解決和批判性思維的能力。

（4）促進學校與高等教育、社會企業的有效合作。澳大利亞的STEM教育由國家層面做出努力，集合社會力量在STEM社會經濟中發揮關鍵作用。目前已經有大量合作項目集合了中小學、企業和高?？蒲性核呐?，支持學生參與STEM學習。澳大利亞還加大政府層面的協調力度，以擴大這些合作計劃的覆蓋面。

（5）試圖構建專業化機構推動STEM。澳大利亞試圖在州一級層面更好地進行STEM的教育和推廣協調，推動專業化機構支持STEM教育的政府策略，表現政府部門對來自民眾的STEM發展意見的反饋與改良實踐。

那么澳大利亞在州一級如何推進STEM教育呢？后文以昆士蘭州為例詳細介紹。

昆士蘭州的現狀

昆士蘭州注重STEM教育，有較深的歷史淵源。1996年，昆士蘭大學便意識到科學力量的重要性，在全校范圍內開展了針對工程教育的課程改革，試圖找到一種工程教育和工程實踐相結合的新型課程體系。經過不斷的探索與努力，2012年3月該課程體系被英國皇家工程院遴選為國際典范，被譽為世界上最好的工程教育實踐之一。

在1992年到2012年的20年間，進入12年級的澳大利亞學生總體數量增加了16%，但是學習科學和數學的學生卻下降了8%，更多的學生選擇了非科學的學科。性別方面，到2015年昆士蘭州選擇STEM科目的11年級和12年級學生人數超過20萬人，其中48%是女性，52%是男性。

20世紀90年代以來，很多澳大利亞在職教師并沒有傳統科學領域的學科背景，三分之一以上的中學科學教師沒有接受過實質性的大學物理教育。因此，STEM教育目前面臨的挑戰來自學生參與度、實現卓越水平教學目標和教師現有能力等方面。

根據昆士蘭州STEM官方數據統計，23%的小學教師沒有接受過數學或計算方面的高等教育，26%的教師表示他們在任何一個領域均沒有接觸過科學研究，80%的數學教師并非數學專業出身，在昆士蘭州中只有19%的中學教師具有大學水平的STEM能力，缺乏合格的科學教師很難培養出具有優秀STEM技能的畢業生。就目前政策而言，申請就讀教育學位的唯一要求是12年級的英語和數學成績，導致很多教育學專業的畢業生沒有接受過系統的科學教育，這種現象在小學科學教師中尤為普遍。

昆士蘭州STEM教育路線

為加強STEM教育水準，提高STEM教學力量，澳大利亞政府從學生、學校、企業、科學教師四個層面以及國家和地區兩個方向，制定了發展STEM的實施策略（見下表），展現了澳大利亞政府對STEM相關教育的重視與改善的決心。

在此實施策略指導下，昆士蘭州擬定了STEM教育路線圖（如下圖）。

昆士蘭州關于STEM戰略計劃取得的成效

昆士蘭州政府的STEM戰略計劃主要是為了提升學生的參與度，同時解決STEM教師專業發展問題。州政府在2016年發布舉措，要獲得昆士蘭州的教育學學位，需要在科學、英語和數學三方面共同取得良好的成績。

雖然這項戰略計劃取得效果需要的時間較長，但有助于對科學教師素養方面產生根本性的改善，而且準許每個州立學校都可以聘用專業STEM教師。在課程設置和實施方面，確保每所州立學校都可以由專業STEM教師提供數字技術課程，包括編碼和機器人技術的教學等。

為推進科學的普及化，澳大利亞將幼兒STEM教育納入2015年12月7日發布的《國家創新與科學議程》中?！秶覄撔屡c科學議程》是澳大利亞面向未來，為促進經濟增長，支持創新的重要戰略性文件，提出四年內撥款11億澳元（約52.4億元人民幣）支持24項舉措。這24項舉措的其中一項即為“提高所有澳大利亞人的數字與STEM素養”。該項舉措包括若干行動計劃，其中在幼兒STEM教育方面的行動包括澳大利亞早期學習STEM試點、“讓我們一起計算”項目和“小小科學家”項目。這幾個行動計劃和澳大利亞教育與培訓部于2009年發布的《早期學習框架》保持一致。

澳大利亞科學院一直致力于改善科學教育，并成功地獲得了澳大利亞政府的支持，開發和推廣STEM科學。同時，澳大利亞政府設立了彼得·多爾蒂獎，即杰出的STEM教育獎，以此來鼓勵學生參加STEM科學活動，力求激發學生的科學創新精神。澳大利亞政府也支持科學家積極地通過電視、廣播或社交網絡等媒體來講述他們的科學故事，增強大眾對于科學的認知水平;鼓勵大專院校主辦公開講座以及研討會，以此來增加公眾的參與度與興趣。昆士蘭州民眾對這些活動非常感興趣，一般會響應號召去參加。

而且昆士蘭州政府已制定了多項措施來發展本州的知識密集型行業，其中一項舉措是建立更加廣泛的校企合作關系。在學校和行業之間建立伙伴關系，這是一個優化和共享知識的重要策略。2004年，昆士蘭州政府確立了工業學校計劃，延續至今。這是一個以知識轉移為目標的戰略政策，包含多個部門（即公立學校、天主教學校和私立學校）以及全球和地方學校行業合作伙伴都參與其中，過程中需要對學生的STEM學習進行全面追蹤（包括受過高等教育的學生和那些直接進入技術行業工作的人），應用合作關系網絡對他們進行詳盡的關注與引導。昆士蘭州周圍有25%的學校開設了跨行業合作，涉及行業包括：航空航天業、制造工程、建筑礦產、能源和旅游業等，力圖促進學校和多行業的交融與共同進步。

STEM教育面臨的挑戰

昆士蘭州的STEM教育雖然取得了一定成效，但依然存在著許多的挑戰。從根本上講，昆士蘭州的STEM現況得到了好轉，但未發生明顯改變，其中存在的問題，很值得去思考與解決。

1.如何在STEM中改善學生成績

有關STEM學生成績的文獻提出了幾個值得關注的問題：

（1）鄉村學生的表現水平大多低于市區學生，這也反映了大多國家的普通問題：教育資源的不均衡分布，很多偏遠地區難以普及科學教育。

（2）昆士蘭州學校日益擴大的差距與社會經濟背景有關，往往在經濟發達的大城市學校會優先獲得更好的教育資源。比如昆士蘭州立大學的STEM教育正如火如荼地進行，可是很多地方大學卻并沒有開展該項目。

（3）就讀高級STEM課程的12年級學生的百分比多年來一直在下降，這和學生對STEM的認識不足有關，也與STEM學科課程的難度和特點有關。因此，科學課程的難度與結構需要課程制定者做出一定的調整與改良。

（4）成績優異的學生，特別是女生，很多沒有優秀的數學成績，她們往往更加擅長文科與記憶性內容的學習，這就導致了即使了擁有高學歷的畢業生，也有可能沒有相應的學科基礎。

2.如何建立STEM教師隊伍

經濟合作與發展組織注意到澳大利亞科學和數學教師的供給不足。研究表明這是一個困擾已久的問題，大約60%的中學教師是女性，越來越多的男教師退出STEM教師行業，同時引進男教師的比例也持續下降，性別的失衡會加大建立STEM科學教師隊伍的難度，畢竟很多情況下不同性別對于科學學科的認識是不同的。同時，學科比例不均衡的問題也很突出，職前教師往往會偏愛生物科學和通識科學，選擇化學、物理等學科的職前教師較少，職前生物科學教師幾乎是化學職前教師數量的兩倍，是職前物理教師數量的三倍。STEM科學講究的是跨學科的融合發展，沒有合理的學科教師比例，極易造成STEM教育發展的不均衡，導致STEM教育難以快速發展。

3.如何深入思考STEM課程

STEM教育的要素之一是課程。它圍繞離散的學習領域構建，需要在整個學習中整合明確的STEM學習進度。當前昆士蘭州的STEM教育還有諸多不足，因此規劃STEM課程也面臨著一些挑戰。

第一，STEM被認為是一種有意義的跨學科的學習方法。學校應該解決STEM的學科偏重問題。到目前為止，澳大利亞的教育重點是“M”（數學）。課程的設置和評估的模式向學校傳達了STEM未被完全接受的信息。

第二，選擇每個學科的內容以及重點放在哪里。STEM的每個組成包括多個子學科。在科學領域，有傳統的生物學、化學、物理學以及其他分支，但這些可分為多個相當大的領域。例如，生物學包含分子生物學、細胞生物學、小規模的遺傳學和更大規模的動物學、生態學和進化生物學。所以設計者需要考慮這種復雜的學科和子學科模式能否適用于STEM課程教學并融入其中。

第三，考慮在STEM中科學和技術方面的更新?？茖W與技術的發展速度不斷加快，很快會有全新的子學科出現，且隨著我們對周圍世界的理解加深，學科知識結構也會發生變化，所以需要不斷更新教學內容?？傊?，如果STEM教育要真正實施，課程設計者必須解決這些問題，并確定每個學科所需的知識和技能，以適應未來學科知識和范圍的變化。課程設計必須考慮整個課程的有限空間，而且評估系統必須反映STEM教育的廣度。

反思和啟示

我國于2017年發布的《中國STEM教育白皮書》更注重“人才”“課程”“技術”“教師”“產業”等關鍵詞。聯系白皮書對中國STEM教育現狀的分析，對比昆士蘭州的戰略經驗，可發現中國STEM教育存在與之類似的問題：

（1）我國STEM教育雖然目前呈現一個非常繁榮的發展態勢，但是我們還缺少國家頂層的設計，官方組織的參與力度不夠。

（2）師資方面也與昆士蘭州相似，大多STEM教師是數學或者科學教師兼職，并未受過STEM方面的專業學習。由于我國的大學沒有培養STEM教師的專業，導致專門從事STEM教育方面的人才很少。

（3）STEM課程強調的是跨學科融合，講究科學、技術、工程和數學的內在邏輯聯系，但我國和昆士蘭州在STEM課程建設都處于起步階段，昆士蘭州主要關注數理科學層面，而我國的STEM大多限制在機器人技術和創客層面，并非全方位的融合，學科之間難以做到有機串聯。

不過澳大利亞給予各個州結合自身實際發展STEM教育的自主權，值得我國借鑒——需要各省市從地方特色發展、區域經濟的需要出發，研發出本土化STEM教育計劃。此外，我國社會聯動機制不夠健全，也需要“政府部門—中小學—社會培訓機構—科技企業”的聯合，孤軍作戰對STEM教育的發展貢獻有限。

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