STEM教育在高校研究生學習力培養中的實施策略

胡燕紅

摘??? 要：作為培養研究生學習力重要路徑的STEM教育成為學界關注的焦點。STEM教育在重視每門學科的價值的同時，關注不同學科知識間的相互影響，設計適合學生的項目。文章通過在真實情境下的參與式深度學習、跨學科整合和跨學科教師合作等形式提升研究生學習力。

關鍵詞：STEM教育；研究生學習力；特征；策略

中圖分類號：G643????????? 文獻標識碼：A????????? 文章編號：1002-4107（2023）05-0070-03

“STEM”是科學、技術、工程和數學首字母的縮略詞[1]，進入21世紀以來，英國、美國和日本等國家都把培養STEM人才作為在全球經濟競爭中取勝的關鍵。近年來，STEM教育被引入我國，從基礎教育到研究生教育都給與了高度重視，尤其是涉及到研究生學習力的培養，但在實踐中也有諸多困惑，為STEM教育的實施設置了很多障礙，因此，需要深思STEM教育的內涵、特征和教學策略，只有厘清這些問題后，才能讓STEM教育在研究生學習力培養中發揮作用。

一、STEM教育的內涵

STEM 教育（STEM Education）起源于美國。2005年，弗里德曼指出美國學生在全球競爭中落后于其他國家[2]，原因是其他國家的STEM學科比較優秀，由此，出臺了一系列政策來推動STEM教育的發展，作為培養高端人才的研究生教育當然也不例外，《21世紀研究生STEM教育》報告就是其中一例[3]，這些政策使其在理論探究和實踐應用上都取得了突破性的成果。

拜比（Bybee）指出，定義教育術語時，總是存在爭議：在定義教育學中的概念時存在一個有趣的現象，即當一個人提出一個概念時，總是存在爭議，幾乎很少人贊成，STEM教育也不例外。STEM教育的意義是不清晰的，有時指四個獨立且平等的學科，有時指一個整體，故，對其概念進行探討意義重大，因為它牽涉到STEM教育的理論建構和實踐應用。學界對“STEM教育”的概念并未達成共識，從不同的視角分析，主要有以下幾種典型定義。從學習的角度，瓦茲奎茲，斯內德和科納（Vasquez，Sneider，&Corner）以學習方法定義STEM教育[4]。從教學的角度，拜比（Bybee）認為STEM教育可以采取各種不同的教學形式。它不一定每次都要整合四個學科，也并不總是以問題或項目為基礎的，但所有的STEM 教學都有一個共性：給學生運用自己所學的知識和技能的機會。應用是STEM教育的核心[2]。從課程的角度，STEM教育通過課程整合程度的高低而展開教育，從傳統的STEM教育所涉及的單科課程到有機整合STEM知識的跨學科課程[2]。從政策層面，美國加州教育部給出了一個寬泛的定義，即“STEM被用來定義單個學科，獨立課程，一系列課程，涉及四領域任何活動，STEM相關課程，或相互關聯或綜合的學習課程[5]。從四門學科相互關系的層面，肖內西（Shaughnessy）[6]認為STEM教育指利用數學和科學的概念與程序，同時包含工程學的團隊合作和設計方法論以及適當的技術。從教育功能論的角度，認為STEM教育對人創新素養的培養和社會的競爭具有重大的作用。當然，不同角度的定義都拓寬了我們對STEM教育的認識。但研究者也似乎同樣發現，這些定義存在歪解現象[7]。在此基礎上，本文將STEM教育定義為是在重視STEM 中每一門學科的獨立價值，同時關注不同學科知識間的相互影響的基礎上，設計適合研究生的主題或項目，讓研究生基于具體的問題或項目，從理論和實踐兩方面入手，創造性完成項目，形成具體的結論或產品。

二、STEM教育的特征

傳統上，最常用的是單科課程模式，每門學科都單獨講授，很少注意科目之間的相互關系。例如，研究生學習單獨的科目（專業課，英語或思政課）。單獨科目傾向于使用目的——手段的課程組織形式，從預先指定的目標或標準開始，最后以測試結果為單科課程評估要素。教學的目的是有效地傳輸預先設定的被認為是研究生必須學習的正式學科內容。教學的“成功”與否通過測試進行評估。教學主要被認為是知識的傳輸過程。相比之下，科學、技術、工程和數學都是按照每門學科之間的功能關系融合在一起的，支持研究生以學科整合的方式認識世界，以綜合創新的形式改造世界，培養他們解決問題的創新能力[8]。因為在現實生活中，知識都是被跨學科使用的。該整合課程設計試圖抓住學科之間的相互關系使學生以知識的實際運用方式進行學習。

STEM教育之所以能夠在社會發展中發揮其培養創新人才的重要作用，是與其本身所具有的特征分不開的。概括起來，指向研究生學習力的STEM教育的主要有以下幾方面特征。

（一）深度學習

STEM教育遵循以終為始的原則，沉浸于情境中，聚集問題解決。從學生角度，問題解決需要處在一種正念的狀態，要抵達思維的最深處，遵循知識層級理論，研究生運用所學知識，對問題全方位分析、綜合、評價和創造，最后使問題得以解決，使創新能力和學習能力得到提高，這就是深度學習的過程，在此過程中，研究生融入了自己的身體、智力、情感，這也是STEM教育的題中應有之義。同時，基于教師角度，為了使研究生達到深度學習，教師必須圍繞關鍵概念和基本原理組織課程，為研究生創造一個參與的環境，然后強調把基本的概念和原理應用于實際的重要性，有五種方法可以使學生參與其中，第一，建立新舊知識之間的聯系；第二，建立抽象和具體之間的聯系；第三，知識的理解與應用；第四，尋找本質的關聯；第五，榜樣示范。在這樣的環境里，研究生與他們的同輩一起討論，跟教師相互交流，以積極態度對待學科學習，并且鼓勵學生進行反饋。

（二）跨學科整合

STEM 教育通過加強科學、技術、工程和數學等學科之間的聯系，打通學科壁壘，置學生于真實復雜問題解決的情境中，以沉浸式的培養提高學生跨學科解決問題的能力，不斷提高綜合競爭力，同時也為人類命運共同體的健康發展作出貢獻。而審思STEM教育，長期以來，部分高校一直以學科教學為主，并且重點在數學、物理、化學、生物等學科上，而工程和技術較少受到關注，所以，在充分認識STEM教育作為一種理念、一種方法論的基礎上，教師要潛心挖掘不同學科的本質，并廓清其在STEM教育中的價值、地位、作用和相互關系，探索學科整合的方法和路徑，實現跨學科的內容整合和有效教與學。須注意的是，課程整合是分不同程度的，教師需要根據不同學科的特點，不同內容的性質，選擇合適的切入點進行整合，而不是生搬硬套，為了整合而整合。美國的STEM教育實踐中有很多案例可以為我們提供范例和借鑒，比如Arts & Bots項目[9]。當然，教師也應結合本國國情，構建出本土化的STEM教育體系，否則，只能有事倍功半的效果，徒然增加學校和社會的負擔。

（三）跨學科合作

STEM教育的目的是利用跨學科知識順利解決生活中復雜的問題[10]，按照傳統的授課形式，教師從知識體系上來說是很難完成這一復雜任務的。因此，STEM教育追求STEM教師課程設計和課堂指導的合作化。近來，STEM教育在要求不同學科教師進行合作的趨勢越來越明顯。不同學科教師通過合作開展課程設計和建設，以團隊形式進行課前項目設計、學習任務設計、支架的設計以及個性化學習策略設計。STEM教育的形式是多樣的，時間可長可短，長的可以持續一個月以上時間（如設計一個保溫箱或者進行一次實地考察），短的可以在一節課中完成（如基于STEM理念的科學課）。參與合作的教師可以采用以下方式設計STEM項目，首先，參與合作的學科教師根據課程標準、教學內容及學情，提出可供研究的一定數量的問題或任務。其次，由學生在這些問題中選擇自己最感興趣的問題，與有共同興趣的學生組成4～6人的研究小組。再次，在規定時間和規范內，學生通過定位問題，查閱資料，調查研究，頭腦風暴，合作論證，動手設計來完成產品。最后，在一個公開的場合進行展示匯報，不同小組之間可以相互切磋，揚長補短，以利于下次問題的順利解決。

跨學科合作必然會存在諸多障礙，比如，教師所教的學科和所在的系部對其專業身份的巨大影響，不同學科教師面臨的專業發展問題，不同學科在哲學和文化上的差異等。因此，首先，跨學科合作應注意，樹立教師一切為了學生發展服務的信念。其次，讓不同學科的教師相互溝通、合作。最后，定期邀請課程領域的專家進行指導，讓教師明白課程整合的意義，也使整合后的課程符合教育規律。

三、促進研究生學習力提升的STEM教育的實施策略

STEM教育的實施策略是多樣的，其中特別契合的策略之一是STEM項目學習，在學習中，研究生可以創造性地運用所學解決真實的問題，從而提高自己的學習能力。換言之，STEM教育的特征與項目學習是一致的[11]。本文從項目、教師、項目學習的支架、項目學習的評價以及項目學習的環境等方面，探討了STEM教育促進研究生學習力提升的實施策略。

（一）設計合適項目

設計合適的項目是研究生有效學習的關鍵環節，因為影響項目設計的因素有很多，主要包括：第一，每個省或直轄市所處的情境是有差異的，如政策、資源、人口等，這些也應該在考慮范圍之內，否則就可能在實施過程中出現難以彌補的問題。第二，項目設計一定要建立在學校的文化基礎上，否則就會在學校內部出現水土不服的現象，不利于學校的特色發展。當然，除了以上的要素需要整體把握外，具體到課堂上，合適的項目還是有一些規律可循的，多項研究表明，對于研究生來說，合適的項目包括以下基本要素：明確的項目指導方針；與話題類似的高質量項目樣本；明確的支持系統，通常是教師；定期監測學生進度[12]。這些項目是真實的，同時是課程的核心，關注的問題會使學生在調查中應用學科的核心概念和原理，達到高階思維水平。

（二）提升教師素養

在項目學習中，教師是基本要素之一，是作為研究生學習的促進者，在適當的環節，給學生提供支架[13]。在STEM項目學習中，教師需要具備的素養有很多，如對項目學習理念的認同、項目設計和觀察能力等，但最主要的是教師的評價素養，教師需要理解高質量的項目學習評價是怎樣的，其關鍵要素是什么？因為項目學習的評價與傳統的紙筆測驗有很大的不同，如果教師不具備評價素養，項目學習基本上是無法進行的。

一般說來，教師對評價的開發最有發言權，也能夠提出建設性意見，因為在項目完成的過程中，他們每天都跟學生一起，這對于促使學生能夠進行深度學習，提高他們的評價素養至關重要。

（三）提供支架教學

西蒙和克萊因（Simons and Klein）的研究發現學生在有可選擇的、必要的框架時比沒有框架時表現得好，支架可以由教師、同伴和計算機工具提供[14]。賽伊和布什（Saye and Bush）[15] 提供了軟和硬兩種支架。軟支架是動態的，這是一種當診斷學生的理解力時，由教師提供的一種快速指導形式。硬支架指動態支持，根據學生在工作中會遇到的苦難是可以提前預見和計劃的。支架促使學生在發展高階思維的時候，成為獨立的學習者，這可以幫助他們獨自面對和處理挑戰。

（四）轉變評價方式

評價方式決定著研究生如何完成自己的學習項目。STEM教育所采用的項目就是為了讓研究生能夠直面實際問題，在解決實際問題的過程中，不斷通過元認知檢測自己的認知過程，因此，項目學習需要由原來的基于紙筆考試的終結性評價方式轉向新的評價范式——形成性評價，真實性評估作為形成性評價的一種，是可以使用的。研究生是真實性評估的主體，評估的內容是項目進行的整個過程以及最后的產品或結果，在這個過程中，研究生的感知能力、聯想能力、決策能力、反應能力和執行能力都會得到提高，進而他們的學習力也會得到提高。

（五）創設學習環境

所謂“學習環境”無非就是“學習者的周遭外界”[16]?；陧椖康膶W習要求教師和學生共同控制學習環境。成功的項目學習特別需要一定的環境設計。第一，讓學生在一定情境中與先前所學知識產生鏈接。第二，為學生搭建腳手架讓他們清楚觀點之間是如何聯系的。第三，在約定的文化規范的基礎上，引導學生進行討論，彼此傾聽，并從榜樣身上學習。首先，由教師設計情境，帶出問題，研究生對所學理論會產生想嘗試解決問題的沖動。其次，布置作業，讓研究生不斷反思自己的所思所行，也觀察別人的所行，不斷深入理解自己的思維。最后，借助元認知來對自己的認知進行監控，從而提高自己的學習力。

參考文獻：

[1]秦瑾若，傅鋼善.STEM教育：基于真實問題情景的跨學科式教育[J].中國電化教育，2017（4）.

[2]Jo Anne Vasquez.STEM：Beyond the acronym[J].Eductionleadership，2015（4）.

[3]薛棟，武加霞.美國研究生STEM教育最新核心能力——政策脈絡、標準框架及培養路徑[J].研究生教育究，2021（2）.

[4]Vasquez，J.，Sneider，C.， & Comer，M.STEM lesson essentials，grades 3-8：integrating science，technology，engineering，andmathematics.2013（1）.

[5]Lyn D..English.STEM education K-12：perspectivesonintegration[J].International Journal of STEM Education，2016（3）.

[6]J.Michael Shaughnessy.Mathematics in a STEM Context[J].Mathematics Teaching in the Middle School，2013（6）.

[7]陳仁，楊兆山.教育何以是一項現代化事業——基于啟蒙現代性視角的闡釋[J].山東師范大學學報，2017（2）.

[8]趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學生創新能力——訪美國STEAM教育知名學者格雷特·亞克門教授[J].開放教育研究，2016（5）.

[9]魏曉東，于冰，于海波.美國STEAM教育的框架、特點及啟示[J].華東師范大學學報，2017（4）.

[10]李雁冰.“科學、技術、工程與數學”教育運動的本質反思? 與實踐問題——對話加拿大英屬哥倫比亞大學Nashon? 教授[J].全球教育展望，2014（11）.

[11]Kevin carr.Literacy-Rich STEM Project-Based Learning? Preparing STEM Teaching Candidates for High-Needs? Schools[J].Teacher Education and Practice，2015（2）.

[12]Reynolds，Yazdani，Manzur.STEM High School Teaching? Enhancement Through Collaborative Engineering Research? on Extreme Winds[J].Journal of? STEM Education，2013（1）.

[13]Muthu Kumar，Galyna Kogut.Students'perceptions of? pro-? blem-based learning[J].Teacher Development，2006（1）.

[14]Simons，K.D.，Ertmer，P.A..Scaffolding disciplined inquiry in? problem-based learningenvironments[J].International Jou-? rnal of Learning，2006（6）.

[15]Saye J.W.，Brush T..Scaffolding critical reasoning about? history and social issues in multimedia-supported learning? environments[J].Educational Technology Research and? Development，2002（3）.

[16]鐘啟泉.學習環境設計：框架與課題[J].教育研究，2015（1）.