基础教育、高等教育、企业以及教育管理部门协同开展STEM教育

本文由《电化教育研究》杂志授权发布

作者：赵慧臣、陆晓婷、马悦

摘要

国内关于STEM教育的研究偏重于理论、模式、方法和案例等，而对于如何将基础教育、高等教育、企业、教育管理部门协同来实施STEM教育的研究有待丰富。美国《印第安纳州科学、技术、工程和数学(STEM)行动计划》提出基础教育、高等教育、企业(工业与商业)以及教育管理部门协同开展STEM教育。文章针对我国STEM教育的现状，认为我国STEM教育应该：面向STEM职业需求，协同建构STEM教育目标；基础教育和高等教育合作设计课程，提升学生STEM知识与技能；高等教育和企业支持教师专业发展，提升STEM教师教学能力；组建STEM教育的管理部门，制定和完善STEM教育政策。

关键词：STEM教育；行动计划；协作关系；印第安纳州

STEM教育打破学科领域边界，以跨学科方式培养学生综合素养与创新能力。教育部发布的《教育信息化“十三五”规划》提出，要积极探索跨学科学习（STEAM教育）等新型教育模式的应用，提升学生的创新能力。“STEM教育的推进不仅仅是教育体制内的事情，更牵涉了广大社会力量的参与。”[1]目前，国内关于STEM教育的研究偏重于理论、模式、方法和案例等，对于如何将基础教育、高等教育、企业、教育管理部门协同来实施STEM教育的研究有待丰富。

　　

美国STEM教育强调关注发挥学校与企业、教育管理部门的力量，促进STEM教育的发展与完善。1996年，美国国家科学基金会发表的《塑造未来：透视科学、数学、工程和技术的大学教育》报告，对学校、地方政府、工商业界和基金会提出了明确的合作建议。在此背景下，美国《印第安纳州科学、技术、工程和数学（STEM）行动计划》（以下统一简称为STEM教育行动计划）注重基础教育（K-12）、高等教育、企业（工业与商业）以及教育管理部门的合作、协同和联动，可以为我国开展STEM教育提供参考。

一、STEM教育行动计划关注

STEM教育实施问题

　　

美国印第安纳州STEM教育致力于为学生实现最好的学业成绩与职业生涯准备，保持与国际上最具竞争力地区的同等水平。印第安纳州在分析STEM教育现状与需求的基础上，根据STEM教育的目标，形成STEM教育行动计划，以便更好地推动与引导STEM教育。

（一）美国印第安纳州STEM教育的现状与需求

在具备相同教育水平的工作者中，STEM工作者相对于非STEM工作者拥有更高收入。“美国在全球市场上的创新力和竞争力与美国公立学校能否保障学生的STEM素养直接相关。”[1]STEM教育倾向于为学生提供职业中所需知识与技能的学习支持。

　　

印第安纳州的高中毕业生中完成大学数学和科学先修课的比率相对较低，辍学的高发率难以克服。究其原因，部分学生不喜欢学校、看不到工作价值、不喜欢老师以及学习无挑战性等。为此，印第安纳州在关注通过STEM教育来发展学生职业技能的同时，也期许提升学生的积极性、获得感、幸福感以及对学校教育的认可度。

（二）美国印第安纳州STEM教育行动计划的目标

STEM教育行动计划明确了任务：在科学、技术、工程和数学课程中发现并提高学生劳动力技能；为确保计划任务的成功实施，阐述必要的措施方法。为此，印第安纳州教育管理部门制定了STEM教育行动计划的教育目标：为学生提供STEM教育，培养具备STEM素养的学生, 使之成为具有创新能力的国民；明确提出需要提高公众对P-16 STEM教育体系的认识和支持，见表1。

表1 STEM教育行动计划的教育目标[2]

（三）STEM教育行动计划分析如何实施STEM教育

关注学生的发展，为学生成长营造良好环境，是STEM教育的根本目标。“良好的STEM学习生态系统，既整合了自主、亲手操作的STEM校内外学习，又不断向学生强调所参与的活动与他们的生活、周围世界以及未来职业的联系。”[3]为实现教育目标，STEM教育行动计划强调协同基础教育、高等教育、企业和教育管理部门等相关要素，并发挥它们各自在课程制定、教育研究、资源支持、项目实践、政策制定等方面的优势，为STEM教育提供科学有效的系统支持。

二、STEM教育的实施要素分析

“系统的协同是分支系统的要素相互交叉，因此协同具有互补性功能。通过要素交换、互通信息、互通有无、取长补短，达到互补共赢。”[4]通过系统科学来阐释STEM教育系统的要素及其关系，有助于构建STEM教育的实施框架。STEM教育的实施要素包括基础教育、高等教育、企业和教育管理部门。STEM教育行动计划根据实施要素的特征和价值，针对性地制定了明确的职责范围。

（一）基础教育联系学生、教师、课程，为学生学习提供可持续支持

首先，针对STEM专业学生与高级学生分别制定明确标准，以针对性地引导学生发展。高中毕业的STEM学生可以划分为 STEM专业学生和STEM高级学生。相对于STEM专业学生，STEM高级学生指既能够立刻进入劳动力市场，又可以成功进入高校STEM专业的学生。对STEM高级学生的进一步的要求主要体现在对学生的批判性思维、语言表达能力、创新能力、复杂问题的解决能力、团队合作能力等提出了更高要求，见表2。具体体现在：在分析技术的局限和弊端、改进和创造新技术以及创建和运用模型来表征真实世界情况的基础上，整合和应用STEM学科的知识，构建创造性观点、解决方案以及产品。

　　表2 高中毕业STEM专业学生与高级学生核心知识和课程标准对比[2]

其次，根据学生STEM能力提升的需要，设计与开发STEM课程。STEM课程不仅应当通过真实世界的实践应用和项目合作为学生提供独立学习和团队合作的机会，而且需要支持学生积累实践参与、逻辑演绎和定量推理的相关经验。印第安纳州鼓励学生从小学开始累积STEM学科的学习经验，要求高中生每年参加一门数学或定量推理课程。为此，STEM学校兼顾学生的文化体验和民族语言，采用数学、科学、技术等课程作为核心课程，以满足学生的创新需求以及对于STEM的职业需要。STEM学生学习课程后拥有渊博的跨学科知识，并能联系现实世界的问题进行知识创新。STEM教师应评估STEM教学实践和课程材料，努力寻求个别化和针对性的教学策略，以确保STEM学生的培养质量。

　　

最后，为教师提供持续有效的专业发展机会。专业发展应着眼于培养教师的能力，使教师能够整合与教授STEM教育相关的内容和主题，解决教学上遇到的问题。为教师提供高质量的专业发展机会，可以引导教师关注科学、技术、工程、数学等相关课程的整合，支持教师善于利用有效的教学策略和课程材料，提高他们满足STEM学生学习需求的能力。

（二）高等教育注重以学生为中心的教学，并与基础教育存在课程上的联系

一方面，改革课堂教学实践内容，提高学生心理投入。为此，高等教育的教学实践环节应该作出调整。本科STEM教育的课程实践强调关注真实任务和实践教学，让学生应用跨学科知识探索世界，运用形成性评价技术获得连贯、深入的学习体验，不断提升解决复杂问题的能力，见表3。作为学生项目实践的引导者，教师可采用基于问题的学习、自主学习以及混合式学习等多样化的教学形式。

　　表3 美国国家教育委员会本科STEM创新教育课程实践内容[2]

另一方面，拓展高中STEM课程有助于实现基础教育与高等教育之间的无缝连接，可以支持高等教育招收STEM专业的学生，为部分高中学生提供在高中获得大学学分的机会。这些课程能激发学生参与STEM学习的热情，降低大学学费的经济负担。印第安纳州的国际学士学位（IB）课程、双学分课程和大学先修（AP）课程等计划已经实现，致力于提高接受过和擅长大学先修课程与双学分课程学生的数量。

（三）企业（工业与商业）与STEM学校建立互惠关系

一方面，学校制定满足企业所需的STEM职业技能标准，为企业培养匹配职业需求的人才。STEM领域的核心知识与STEM职业技能应当根据企业对人才的知识素养与技能需求来制定。STEM教育行动计划根据企业需要，为STEM教育中的学生列举出了24项所要获得的职业技能，每项职业技能又有明确的解释，见表4。为满足社会变革和企业发展的需求，STEM职业技能不仅仅要求学生掌握跨学科知识，而是强调学生在不同情境中应用知识以及面向复杂问题时形成创新性解决方案。

　　表4 STEM教育行动计划中STEM职业技能种类与解释[2]

另一方面，企业为STEM学校提供学习资源、实践平台的支持。相对于传统学校，STEM学校需要更多资源，尤其是学生需要参与真实世界的问题解决时。作为STEM教育的合作伙伴，企业可以为学生研究、学徒式训练和项目学习提供平台，引导学生获得真实工作的实践体验，以更好地辅助学生的职业选择。此时，企业中STEM相关领域的专家进入课堂，与教师和学生一起开展STEM项目探究，可以有效支持STEM教学活动。

（四）教育管理部门为发展STEM教育作出政策引领

作为跨学科的新型教育形式，传统学校教育的政策难以有效支持STEM教育。教育管理部门应与企业、高等教育以及基础教育合作制定政策，消解可能阻止STEM教育发展的限制。STEM教育行动计划列举并阐释了八项政策：创建STEM教育管理部门、教师许可、毕业要求、学术课程、课程途径、办学经费、学校认证和问责制度[2]。

1. 创建教育管理部门，协调STEM教育的方方面面，包含但不限于正式和非正式的STEM教育组织、企业、教师专业发展、资源协调以及学校认证等。

2. 教师许可政策，关注STEM学校对拥有各种技能教师的需求。部分教师来自STEM行业，而非学校教育。许可这部分教师转型，有助于缓解STEM师资不足的现状。

　　

3. STEM学生毕业要求尽可能符合印第安纳州技术荣誉毕业文凭（Indiana’s Technical Honors Diploma）的要求。STEM荣誉毕业文凭需要8个学分的数学与科学以及工程/技术课程，涉及工程与技术课程、职业专业课程以及在职培训/实习等。

　　

4. STEM课程的设置既要依据STEM学科的课程要求，又要符合STEM领域的职业需要。STEM课程可以针对某个地区的工作状况和职业需求，并考虑学生未来的职业发展。

　　

5. 职业途径应被扩展至STEM 的其他学科，学生需要在STEM教育中借助“职业实践”的机会确定职业路径。

　　

6. 办学经费的保障。STEM学校需要附加资金，或者在预算和资金方面需要更大的自由度。

　　

7. STEM学校认证用来审核某个学校能否实施STEM教育。教育管理部门需要确定审核STEM学校的标准，并根据当地经济、文化和教育等情况制定审核标准。

　　

8. 根据需要引入学校问责制。问责制度有助于保证STEM教育政策、项目、任务等的有效实施，促使STEM教育的持续良性发展。

三、STEM教育的协作方式探讨

“系统的协作是由子系统的要素相互交换，通过自组织而形成合作、协同、同步和互补的功能结构。”[5]STEM教育行动计划根据基础教育、高等教育、企业、教育管理部门等要素的属性，设计了相应的协作方式，以实现相互支持。STEM教育行动计划制定了STEM教育的协作关系，如图1所示。

　

“某一系统那些独有的要素或信息进入另一系统与另一系统的要素相互联系与作用，产生协同效应。”[6]在协同开展STEM教育过程中，基础教育和高等教育获得教育管理部门对STEM教育的政策支持，企业给予STEM学生职业实践的机会，高等教育提升STEM学生研究能力，企业获得符合岗位需求的STEM毕业生，教育管理部门则根据高等教育、基础教育和企业提供STEM教育政策应用的情况，不断完善STEM教育的支持政策。

图1 STEM教育的协作方式[2]

（一）基础教育与高等教育之间形成互补的教学衔接

　　

“对于不同地区和不同类型学校系统之间的协同，可以达到资源共享、取长补短，实现教育公平。”[6]基础教育与高等教育存在显著的合作关系，主要体现在为学生提供双学分课程、提高教师专业发展、共同完善现有课程。

　　

基础教育与高等教育合作制定STEM教育的人才培养方案。基础教育是培养学生学习兴趣的关键阶段，高等教育为提升学生职业能力的重要途径。两者应构建交流合作平台，定期进行交流讨论，分享在项目评估、课程改革、专业发展和教师协作等方面的优秀经验，共同形成相得益彰的教学方案。

（二）高等教育与企业建立互惠互利的合作方式

高等教育与企业之间的合作主要体现在拓展学生学习空间、提高教师专业发展、创建实践项目、提供专家指导/实习机会。在支持高等教育方面，企业既可以为STEM学生提供项目实践、实习的场地，又能够为STEM学校提供资金与专家支持。高等教育与企业之间的合作可以满足学生对于未知职业的“尝试”，习得未来所从事职业的技能，使高等教育培养的STEM人才符合社会经济发展的需求。为提升合作效果，高等教育应当分析企业的人才需求，指导教师教学改革的方向，设置面向学生职业能力的课程。

（三）教育管理部门与高等教育共同推动STEM教育

教育管理部门与高等教育的合作体现在政策的完善、问责制度的制定、资金的支持、课程的定位、专业的设置等方面。教育管理部门指导高等教育设置STEM课程时，需要针对学生STEM知识学习和技能提升的需求，明确STEM教育中课程的定位与设置。

　　

高等教育根据STEM教育实施中遇到的难题，向教育管理部门反映STEM教育政策实施的问题。教育管理部门根据STEM教育的需求与现状，反思STEM教育政策的应用状况，不断完善STEM教育政策，从而提升STEM教育政策制定的科学性和有效性。

（四）教育管理部门与企业合作提高STEM教育质量

教育管理部门与企业共同制定STEM项目，不断优化STEM项目与教学，形成高质量的STEM项目实践和教学效果。教育管理部门与企业的合作体现在为调整职业准备标准、制定和改变政策、制定STEM项目等方面。教育管理部门不断协调和优化STEM教育政策，鼓励企业加入STEM教育，并为学校与企业搭建沟通的桥梁，使STEM人才培养更加契合企业的职业需求。

　　

教育管理部门与企业的合作方式、合作密度以及合作效果关系到STEM教育的发展。教育管理部门不断扩大宣传，使STEM教育政策更好地为学校和企业带来益处。教育管理部门与企业共同商讨如何为STEM教育提供政策指导、教育资源和实践项目。

四、我国STEM教育的实施建议

从系统角度看，人们不仅需要关注STEM教育开展的内部因素，更应该关注STEM教育发展的外部支持。STEM教育行动计划明确提出基础教育、高等教育、企业以及教育管理部门协同开展STEM教育，为我国开展STEM教育提供了启示。

（一）面向STEM职业需求，协同建构STEM教育目标

STEM教育以跨学科与创新理念为指导，培养学生进入企业从事STEM职位的知识与技能，更好地促进社会经济与人的协调发展。企业和学校合作制定与企业岗位相匹配的职业技能标准，并提供项目资金、资源、工具、人员支持，为提高学生STEM职业技能提供机会和指导。

　　

我国STEM教育应当根据经济发展和社区需求，综合多方需求制定教育目标。“有关部门应该动员工业界、商业界、基金会、科研机构、学术组织以及其他利益相关者组建一个STEM教育联盟，共同关注STEM教育需求。”[1]例如，企业、学校和教育管理机构等多方调查STEM职业需求，共同制定STEM教育目标针对不同类型的企业拥有不同的职业需求，企业与学校在教育管理部门的政策支持下，通过沟通与合作确定STEM职业技能的种类和内涵。

（二）基础教育和高等教育合作设计课程：提升学生STEM知识与技能

STEM教育着眼于从系统角度分阶段培养STEM职业人才。教育管理部门和高等教育需要关注与研究如何根据学生的学习需求设计STEM课程，激发学生的学习兴趣，并结合评价技术，不断优化课程设置。

　　

STEM教育在小学教育阶段侧重于数学和科学等综合课程，培养学生STEM素养；在高中阶段应根据学生的兴趣与能力，个性化定制课程，为大学和职业生涯选择做准备；在大学阶段应和企业合作，形成STEM教育的核心知识与课程标准。

（三）高等教育和企业支持教师专业发展，提升STEM教师教学能力

“胜任STEM教学任务的教师不仅需要具备良好的STEM学科知识，更要掌握STEM整合教学的知识与技能，并且对STEM教育抱积极态度。”[7]从协同教育的角度看，STEM教师在设计与实施STEM教学时, 必须考虑企业与社会的支持与配合。例如，“美国鼓励大学和中小学校、校区合作，为STEM 入职教师提供良好的教育实习基地”[8]。

　　

鉴于STEM教育的特性，STEM教师培训不仅注重STEM知识与技能和教学方法，更关注跨学科理念与新技术的渗入。高等教育和企业支持教师专业发展，提升STEM教师教学能力。高等教育提供STEM教师专业发展的课程资源和培训方案，企业为提升STEM教师教学能力提供跨学科的教学资源和针对性的行业指导，共同引导STEM教师利用所获得的经验探索新型的教学方式，实现STEM理论知识学习与教学能力提升的有效融合。

（四）组建STEM教育的管理部门，制定、完善STEM教育政策

作为STEM教育政策的制定者，教育管理部门需要考虑多方因素。首先，确保制定的STEM教育政策符合国家相关法律的规定。其次，扩大学校实施STEM教育的权利和自由度，为STEM学校扫清障碍。再次，寻求支持政策推动的合作者，与企业共同为STEM教育提供资金和人员支持。最后，与企业、基础教育、高等教育合作交流，不断优化STEM教育政策。例如，“美国由国会、国家科学基金会、教育部、学校、协会及联盟等社会多方通力合作，共同推动STEM教育政策的具体实施和有效落实。”[8]STEM教育政策涉及教师许可、STEM学生毕业要求、STEM课程设置、课程职业途径、STEM学校认证、学校问责制等方面，需要组建专门的STEM教育管理部门来制定。

参考文献

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[2] The Arizona STEM Network. Indiana’s science， technology， engineering， and mathematics(STEM) initiative plan[DB/OL].[2016-05-15].http：//www.doe.in.gov/sites/default/files/ccr/indiana-framework-stem-educationv2.pdf.

[3] 赵中建，龙玫.美国STEM学习生态系统的构建[J].教育发展研究，2015(5)：61-66.

[4] 李运林，张瑜，黄慕雄. 论协同功能与促进教育信息化[J].电化教育研究，2014(10)：17-22.

[5] 李运林，李克东，南国农，徐福荫，胡钦太，许骏，黄慕雄.协同创新30年——纪念华南师范大学创办新中国第一个电化教育专业30周年[J].电化教育研究，2013(11)：5-16.

[6] 李运林，张瑜，黄慕雄.论协同功能与促进教育信息化[J].电化教育研究，2014(10)：17-22.

[7] 丁杰，蔡苏，江丰光，余胜泉.科学、技术、工程与数学教育创新与跨学科研究——第二届STEM国际教育大会述评[J].开放教育研究，2013(2)：41-48.

[8] 上官剑，李天露.美国STEM教育政策文本述评[J].高等教育研究学报，2015(2)：64-72.

Basic Education, Higher Education, Enterprise and Education Management Departments Carrying Out STEM Education Collaboratively：

An Enlightenment from Indiana's Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Initiative Plan

ZHAO Huichen, LU Xiaoting, MA Yue

(College of Education Science, Henan University, Kaifeng Henan 475004)

[Abstract] Researches on STEM education in China focus on its theories, models, methods and cases etc. However, the research on how to implement STEM education through the collaboration of basic education, higher education, enterprise and education management department is insufficient. Indiana's Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) Initiative Plan in America proposes that basic education, higher education, enterprise (business and industry) and education management department should conduct STEM education collaboratively. According to the status of STEM education in China, this study suggests that in China, faced with STEM career needs, STEM education needs to construct instructional objectives collaboratively and to design courses through collaboration of basic education and higher education for the purpose of improving students' STEM knowledge and skills. Teachers' professional development should be supported by higher education and enterprise in order to enhance STEM teachers' teaching competence. The management department of STEM education should be established and the policy of STEM education needs to be developed and improved.

[Keywords] STEM Education; Action Plan; Collaborative Relationship; Indiana

作者简介：赵慧臣（1982—），男，河南永城人。副教授，博士，主要从事教育信息化与知识可视化研究。

基金项目：“2016年河南省哲学社会科学项目“我国中小学实施科学、技术、工程和数学（STEM）教育的路径与对策研究”( 项目编号：2016CJY032)；2017年度河南省教师教育课程改革研究项目“中学教师STEM（科学、技术、工程、数学）教学能力提升的研究与实践”（项目编号：2017-JSJYYB-004）

转载自：《电化教育研究》2017年第4期