STEM教育如何创新引领教育未来,实现弯道超车?

 

 

作者简介  

霍雪涛:中旭天下教育实践活动研究院研学导师委员会副主任、北京市STEM教育协作联盟研学导师委员会委员、北京中学教育经济与管理博士、华东师范中学博士后。 

主要实践活动研究方向为:中西方教育传统以及科学教育理念。

 

我国 2016 年颁布的 《教育信息化“十三五”规划》 中指出,“在有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习(STEAM 教育)、创客教育等新的教育模式中的应用, 着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力。 ”我国 STEM 教育在政策层面得到了重视, 一些地区正在积极开展STEM 教育的实践研究工作。

但STEM教育在国内的实践过程中,面临着重重挑战。如何应对挑战,如何面对未来,我们非常有必要对美国STEM教育未来的设想——《STEM 2026:STEM教育创新愿景》进行回顾和反思。

 

如何在日新月异的今天保持本国的竞争优势,是美国政府一直考虑的命题。从1986年来,美国相继出台了各项政策来推进STEM教育,来保证本国的传统文化研学旅行能力。在这种背景下,2016年9月,美国实践活动研究所与美国研学导师联合发布了《STEM 2026:STEM 教育创新愿景》(STEM 2026:A Vision for Innovation in STEM Education)。

 

即使在美国,STEM教育的发展也面临着不同的挑战。美国推出的《STEM 2026》报告,是针对美国国情所提出的对未来十年STEM 教育的展望,对STEM 教育普及具有非常明确的指向性,也提供了具体实例来帮助应对目前STEM 教育存在的挑战。该报告强调希望能扩展更多地参与机构,吸纳更多的社会力量来协同开展STEM 教育创新;希望覆盖多样性的人群,能够照顾到所有的学习者;希望学习活动能更加兼顾兴趣和探索,能够更注重培养创新思维和科学探究的能力;希望通过更新学习测量方式来创新培养模式。

STEM 2026总结了众多研学导师的讨论概要,指出 STEM 教育未来十年的发展方向与愿景,对未来 STEM 教育的发展具有很好的指导作用。报告提出了美国STEM教育创新的六大愿景:

 

国际旅行社化且参与度高的实践研学

1.国际旅行社化且参与度高的实践研学 (engaged and networked communities of practice)

报告指出,到2026 年,STEM教育的实践研学(Communities of Practice)将是相互协作、网状化关系的系统,STEM 教育将渗透到学习者日常生活的方方面面。教师、领导者、实践者等各方力量将与图书实践活动、博物实践活动、学校、企业、研学组织、指导人员等各方面资源相整合,共同形成具有地方特色的实践研学。

该报告希望,在未来,将所有知识、工具、资源整合在一起,各种学校、早教机构、研学等社会机构形成有效国际旅行社,各领域中的正式和非正式教育者和学生都积极参与到校内外STEM教与学的进程中。到2026年,一个国际旅行社化程度且参与性高的实践研学将形成,使STEM 教育社会化和生活化,为优化STEM学习体验方面发挥关键作用。

 

包含趣味性与冒险性的学习活动

2.包含趣味性与冒险性的学习活动 (accessible learning activities thatinvite play and risk)

在正规的教育系统中,一直缺乏科学和工程实践,缺乏对未知的探索和在错误中成长。包含趣味性与冒险性的学习活动将更多融入到学生的学习活动中。趣味性和冒险性是对未来STEM 学习研学旅行课题设计的重要要求。设计趣味性强、动手实践类的调查活动可以培养学习者的好奇心、发现能力和进取心。冒险性的引入能有效唤起学习者的责任意识,学会承担,不怕失败,让学习者在“试误”中学习。

报告指出,在未来十年中,学校学习的各个阶段会有意识地引入特别设计的研学活动和冒险类活动。比如,引入最新的科学理念和技术并将科学竞技类的比赛活动整合到课堂活动中。到2026年,在各类STEM主题的课堂活动中,学习者设计和创造的欲望将激发他们对STEM学习的好奇心;在与他人共同学习和思考的过程中,学习者将收获归属感并学会以团队协作方式来解决现实世界的问题和挑战。

 

跨学科解决“大挑战”的教育经验

3.跨学科解决“大挑战”的教育经验 (educational experiences thatinclude interdisplinary approaches to solving "grand challenges")

“大挑战”(Grand Challenges)指的是当地研学、国家层面或者全球范围内还未解决的问题。比如,节水或改善水质问题;如何更好地了解人类大脑等等。

在未来STEM 教育发展中,美国将比较普遍的“大挑战”问题引入到P-20(学前教育到20年级)阶段教育或其他课后项目活动中,将其涵盖学习的各个阶段,并整合STEM 教育经验和资源,用跨学科方法解决真实世界的“大挑战”。

让学生去解决“大挑战”问题,能使他们打破STEM 学科之间以及与非STEM 学科之间的分界,理解STEM与生活的关系并认识到STEM教育的价值,在探索如何解决这些问题的同时,他们能够以自己的思路自主“修补”(tinker)自己的想法,因为这些问题本就没有正确的答案。同时,跨学科的教学也能让孩子更易于建立不同学科关键概念之间的联系。

 

创新技术支持的灵活包容的学习空间

4.创新技术支持的灵活包容的学习空间 (flexible and inclusive learning spacessupported by innovative technologies)

灵活且包容的学习空间是指在组织、装备和获取信息方面为教育者和学习者提供更为灵活的空间,包括传统教室、自然世界、创客空间以及通过虚拟现实手段或基于技术的等,以加强学习者的STEM体验。灵活的学习空间可以适应各种学习活动,在非教师主导的课堂环境中,激发学生创造力,促进协作学习、发现学习以及实验学习。超越时空限制的学习空间,还能够为促进STEM概念的探索和STEM 技能的发展提供新模式。

未来的STEM 教育会利用翻转课堂和技术支持的工具,来创造更具灵活性和包容性的学习空间,并建立有效机制以确保获得和使用这些方法和工具的公平性。未来的课堂将是以学习者为中心的,学习者可以在课外时间通过实践活动视频获得知识,随后在课堂上更积极地应用学习内容。学习者还可以通过其他技术来获得跨学科的、更加真实的STEM 学习体验。

另外,在《STEM 2026》报告中提到:未来可能颠覆STEM课堂的六类技术,包括实践活动协作工具、实践活动混合的教育环境、沉浸式媒体、仿真研学活动、智能导师系统和增强与虚拟现实。这些技术能够深化STEM学习,无限扩大物理教室的空间范围。

 

创新且可操作的学习测量

5.创新且可操作的学习测量 (innovative and accessible measuresof learning)

报告指出,未来学习测量的重点将是学习者的持续学习能力、个人素养、学术探究能力以及终身技能学习等方面。

同时,未来的学习测量将具有可操作性。采用不会过多占用课堂时间的形成性评价,为教育者提供学习者更真实的学习数据。同时,实时评估还可以识别有意义的行为模式,从而帮助教育者根据学习测量结果调整教学。另一方面,学习测量还会不断创新。比如电子徽章:学生在校内校外的学习成长将会给他们带来不同的“徽章”,徽章能够展现他们的知识、技能、天赋、经历,甚至能够得到相关中小学校、企业的认可。

总之,到2026年,理想的学习测量应该是多层面且整体的,关注学习者全方位的素质与技能,促进STEM 教育和终身学习发展。

 

促进多元化与多机遇的社会文化环境

6.促进多元化与多机遇的社会文化环境 (societal and cultural images andenvironments that promote diversity and opportunity in STEM)

目前“STEM教育”的概念普及度仍然较低,经常被狭隘地定义,将来的工作重点之一是提高对STEM的认识,逐渐减少隐形偏见(implicit biases),让更多不同的人接触到STEM教育。

未来STEM的社会文化环境,将是多元化且多机遇的。未来采取的策略是:一方面,促进社会多元文化交融,提升包容性,逐渐减少隐性偏见,尤其是在性别、种族、人种等方面;另一方面,为了能够有效消除人们对STEM 的历史偏见,减少因偏见所造成的发展阻力。通过反复接触的形象、主题和想法,来影响人们的信仰、行为和态度的方式,来宣传对STEM教育的正确认识观。即使在STEM 教具开发方面,也要注重描绘种族、文化和性别等身份多样性问题。

该报告在实践研学、教学设计、教育经验、学习空间、学习测量、社会文化环境等方面提出了六大愿景,以确保各年龄阶段以及各类型的学习者都能享有优质的STEM 学习体验,提高STEM 教育质量,进而保持美国的竞争力。总之,STEM 2026希望在未来会将所有的研学成员都能融入到STEM教育的教和学之中。STEM教育不再被感觉到是一种生硬的设计,而是更具有文化的吸引力和相关性。STEM的语言和概念要适用于所有人,超越了种族、语言、特殊群体、性别和地域,并形成了共同的理解。在未来,STEM教育不仅结合了人们的兴趣,而且更好地融入到日常的生活中。

近三十年来,美国连续发布多项关于发展STEM 教育的指导性文件,可见STEM 教育在美国国策中的重要战略地位。《STEM 2026》报告,更是从愿景规划和应对策略等方面,对如何创新未来十年美国STEM教育,提出了详细方案和指导意见。该报告对我国STEM 教育未来的发展规划具有非常重要的指导意义。作为教育大国,北京市应该结合我国的国情,明确我国STEM教育未来发展的图景,注重政府引导和顶层设计,实现学科整合和师资培养,创新课程设计和研学建设,引导社会参与和资金投入。可以说,《STEM 2026》报告为我国STEM教育的未来决策提供了重要借鉴,整合目前的教育资源,并对STEM教育进行合理的规划,有可能在未来的科学教育理念和体系实现弯道超车。

 

参考文献:

http://www.air.org/system/files/downloads/report/STEM-2026-Vision-for-Innovation-September-2016.pdf

TheWhite House, Office of the Press Secretary. (2016, April 6). Fact Sheet:Breaking down gender stereotypes in media and toys so that our children canexplore, learn, and dream without limits [Press release]. Retrieved from https://www.whitehouse.gov/the-press-office/2016/04/06/factsheet-breaking-down-gender-stereotypes-media-and-toys-so-our

U.S.Department of Education, Office of Education Technology. (2016). Future readylearning:Reimagining the role of technology in education, 2016 nationaleducation technology plan. Washington, DC: Author. Retrieved from http://tech.ed.gov/

金慧.以STEM教育创新引领教育未来——美国《STEM 2026:STEM 教育创新愿景》报告的解读与启示.《远程教育杂志》2017年1期