STEM教育

2006年1月31日，美国总统布什在其国情咨文中公布一项重要计划——《美国竞争力计划》（American Competitiveness Initiative，ACI），提出知识经济时代教育目标之一是培养具有STEM素养的人才，并称其为全球竞争力的关键。由此，美国在STEM教育方面不断加大投入，鼓励学生主修科学、技术、工程和数学，培养其科技理工素养。

2009年1月11日，美国国家科学委员会(National Science Board，以下简称委员会)代表NSF发布致美国当选总统奥巴马的一封公开信，其主题是《改善所有美国学生的科学、技术、工程和数学(以下简称STEM》教育》。 明确指出：国家的经济繁荣和安全要求美国保持科学和技术的世界领先和指导地位。大学前的STEM教育是建立领导地位的基础，而且应当是国家最重要的任务之一。委员会敦促新政府抓住这个特殊的历史时刻，并动员全国力量支持所有的美国学生发展高水平的STEM知识和技能。

2011年，奥巴马总统推出了旨在确保经济增长与繁荣的新版的《美国创新战略》。新版的《美国创新战略》指出，美国未来的经济增长和国际竞争力取决于其创新能力。“创新教育运动”指引着公共和私营部门联合，以加强科学、技术、工程和数学（STEM）教育。

由美国技术教育协会主办的73届国际技术教育大会于2011年3月24日-26日在美国明尼苏达州明尼阿波利斯市举行。会议主题为“准备STEM劳动力：为了下一代”。

一个有效的STEM教育系统的基本要素

1．民众、学生及家长的积极参与：新的行政系统为复苏美国STEM教育开启了一扇窗。它需要国家领导的关注。

●总统及其管理部门应该尽早并时常向公众强调夯实教育基础的重要性，尤其是STEM教育对所有学生的重要性。必须要唤起公众的意识，就像过去唤醒公众的健康意识一样(如：食物金字塔、抵制吸烟等)。

●家长的理解尤其重要。总统应该号召所有家长运用他们在各个层面的影响力——家庭、学校和社区——带来我们所期望的变化。

●家长、政府、商业和企业、私人和公共基金会、社会名人、科学家和工程师、媒体和其他利益相关者之间应组成各种联盟，共同关注这一需求，并在当地合作采取相关策略，为所有学生提供高质量的STEM教育。

2．明确的教育目标和评估机制：美国教育系统分散管理的特征导致学区课程的易变性。尽管这是美国教育系统的优势，但缺乏一致性也会导致地区间严重的不平衡，给那些经常在学区间流动的学生带来不便。

●管理部门应明确指出学生应该掌握的核心概念和技能，并对个体在学习上的差异做出反应。州和地方学区在确保本学期学生掌握了核心技能和概念的前提下，可以改编具体的课程，便于更好地反映出地区背景和个体学生需求。

●联邦政府应该帮助开发评估机制，促进学生在STEM领域的学习，培养学生的批判思维、沟通以及解决问题的能力；同时应该设计一些有挑战性的问题，甄选出能力较强的学生。这些STEM评估工具可帮助州和当地教育机构衡量学生学习上的进步。

●联邦政府应确保开发所有可能成为STEM领域创新者或优秀的STEM专家的儿童的才能。

3．高素质的教师：具有奉献精神的高素质师资队伍是确保所有学生接受高质量STEM教育的核心因素。我们只有付给他们与其在STEM业界所获酬劳相当的薪水，才能确保最好和最有潜力的STEM教师不流失。在劳动力市场上，这些受过STEM教育的专业人员会获得比教学职业更多的报酬——这是使STEM教师放弃教学的一个原因。

●管理部门必须发展创新机制，与国会和州政府进行合作，分配财源，给STEM教师支付合适的酬劳，以应对劳动力市场的竞争。

●继续给某些项目提供稳定的资助，如NSF的“罗伯特·诺伊斯教师奖学金项目”，帮助STEM本科专业的学生和STEM专家成为基础教育领域的科学和数学教师，解决师资短缺的问题。

4．给教师提供世界一流的资源和支持：即使是最好的教师也需要教学材料、技术和资源专家的支持。教师没有必要开发自己教授STEM课程所需的所有工具。

●先进的技术可以提供很多用于课堂教学的工具。联邦政府应采取行动来检测在教育中应用技术的最佳方式。

●应建立由在职和退休的专业人员组成的“科学团队”，在课堂、学校和社区等各个层面帮助教师。强化课堂学习的暑期和校外项目也可以利用这种支持性的科学团队。

●应开发经同行评估的有关STEM教材和最佳实践方式的网络资源，甄别出经证实是有价值的、高效率的教学材料和实践方式。这种资源可以包括其他国家开发的、被证明是有效的材料和实践方式。

●应开发让教育者和政策决策者都了解的网络资源，该网络资源应汇集与教育实践相关的认知科学研究和STEM教育领域的研究。

●有关儿童如何学习以及优质教学方式的研究已经发表了很多见解深刻的成果。然而，如同其他一些关键问题一样，我们还需要做更多的研究。因此，应该提高对同行评审的资助经费，并且必须提高对学习问题和STEM教学研究的资助经费。

5．尽早接触科学：儿童接触STEM概念越早，他们在今后的生活中越能游刃有余。

●STEM的核心理念和思想应该包含在(提前教育)和其他各种早期教育计划中。

●应该优先考虑提高小学STEM教育的范围和质量。

●总统应该经常运用他的领导力，并积极鼓励家长和社区成员支持这些目标。

6．交流、协作和合作：地区的卓越、国家的和谐以及STEM教育的全球相关性只有在所有利益相关者的共同参与下才能实现，家长是其中最重要的成员。

●联合组织应该推动基础教育学校体系、2年制和4年制高校、非正式的科学教育组织、工业和商业界之间的交互活动，推进21世纪所需的STEM技能的发展。

●应该加强和推广相应机制，让联邦政府协调STEM教育研究和大规模的教育活动，并向国家和地方教育机构进行宣传。

我们这个委员会，由总统任命，并经过参议院认可，代表广阔的科学、工程和教育领域，正如国会赋予我们的使命那样，已经做好准备与新一届政府合作，共同促进科技进步，增进国民健康、国家繁荣和民众福祉。

汤莫斯·弗瑞德曼在《世界是平的》中写到，2003年世界上共授予二百八十万个科学和工程的学士学位。其中一百二十万个学位被授予在亚洲大学里的亚洲学生。八十三万个学位授予给欧洲的学生。 四十万个学位授予美国的学生。在中国百分之六十的学士学位是授予科学和工程专业的学生，而美国只有百分之三十一。这一支训练有素的科学与工程队伍正在加强一个国家的竞争力。在一个科学和技术占主导地位的世界里，这是一个国家竞争力的重要因素。

美国教育部密切注意到在中国有多于50%的学士学位是授予科学，技术，工程和数学的学生，而在美国只有17%的学士学位是授予这些领域的学生。统计数据显示，美国生产的科学与工程方面的博士数量的全球份额正从二十世纪七十年代高于50%的水平下降到2010年的15%。正是中国，印度，韩国等国家加大在教育，技术和研发方面的投资，使得美国感到自己已经不再是世界创新的产权绝对拥有者，从而美国经济的领袖地位受到挑战。

虽然中国每年授予的STEM学位的绝对数量已经超过美国，但是西方对中国STEM学位的质量提出很多质疑。这些质疑包括学科领域研究的质量，国家在每一个学位获得者身上的投入，学位持有者的知识更新状况，获得学位者的创新能力，等等。

（中国中小学的STEM教育）

科学问题本就源于自然，源于某一现象的问题，如“为什么杯子里的热水会变凉？”工程学则源于需要解决的某个难题，例如“怎样让房子更保暖？”这两个貌似不相同的问题，其本质却都是热学中能量的传递问题。当教学围绕这个本质展开时，就有了一条隐形的线索，将科学和工程问题有效地结合在一起。可见，STEM的教学并不是简单地将科学与工程组合起来，而是要把学生学习到的零碎的知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。

在科学、技术、工程、数学之间存在着一种相互支撑、相互补充、共同发展的关系。如果要了解它们，尤其是它们之间的关系，就不能独立其中任何一个部分，只有在交互中，在相互的碰撞中，才能实现深层次的学习、理解性学习，也才能真正培养儿童各个方面的技能和认识。
　　可见，当教师在考虑如何将STEM教育引入中小学科学课堂时，必须将它们看作4种彩线，交织在一起，融合在一起，才能织出绚丽的画卷。^[1]