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发展与借鉴:美国公立大学STEM教育中心研究

发展与借鉴:美国公立大学STEM教育中心研究



摘要:美国政府致力于全面推进STEM教育,但STEM学科教师严重不足,且实践资源利用不合理,美国公立大学STEM教育中心在此背景下顺势而生且发展迅速。美国公立大学STEM教育中心的主要职能有:提升学生的STEM学习兴趣与实践能力、探索STEM学科教师培养新途径、满足STEM人才市场需求以及整合各界资源共同发展STEM教育。其值得借鉴之处主要有:机构设置灵活且自主性强、积极打造STEM教育交流平台、善于整合社会资源以及教学以项目形式开展等。

关键词:美国公立大学,STEM教育,STEM教育中心

基金项目:本文系湖南省教育厅科学研究项目(16C1009);湖南省普通高校教学改革研究项目(2016400116)的阶段性成果。

全球STEM教育发展如火如荼,美国是STEM教育概念的首创者和STEM教育实践的力行者,其规模不断扩大,体系不断成熟,已成为STEM教育的国际标杆。21世纪以来,美国联邦政府关于STEM教育的一系列政策密集出台。2018年12月3日,白宫又公布了新的五年战略计划——《制定成功路线:美国的STEM教育战略》,旨在使所有学生都能享受到优质的STEM教育,并设计了从社会文化到社区实践地域全覆盖、从活动设计到学习测量环节全覆盖的远景规划,迫切呼吁社会各界积极参与,以达成全国性合作。承担这一规划的重要机构之一就是各州政府依托大学创办的STEM教育中心。

1 美国公立大学STEM教育中心缘起

美国政府在21世纪初正式提出STEM教育概念,自此美国开始了轰轰烈烈的STEM教育改革,公立大学的STEM教育中心也在此背景下出现并快速发展。

1.1 美国公立大学STEM教育中心创办背景

美国的STEM学科教师一直处于短缺状态,不仅每年新培养的STEM学科教师供不应求,而且STEM学科在校教师的离职率也一直居高不下。从图1可以看出:1999—2012年间,虽然美国已经开始大力发展STEM教育,但公立中学的STEM学科教师在数量上增长缓慢,技术这一科目的教师甚至开始逐年减少,可见效果并不尽如人意。从图2可以看出:仅有不到两成的大学生攻读STEM专业,毕业十年后只有8%的人仍然留在STEM领域。即使留在STEM领域,大多数不会选择成为STEM教师,因其薪资相对较低、工作环境较差且发展空间不大,这种局面导致美国STEM教育在师资数量与质量方面均不尽人意。

图1 1999—2012年美国公立中学

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图2 美国STEM专业毕业生从业情况

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为此,美国政府反复强调“国家应密切关注如何吸引、储备、稳定师资队伍的问题,STEM教师应被视作宝贵的国家资源,应该鼓励最优秀、最聪明的那群人以STEM教育作为职业。”2010年总统科技顾问委员会的《培养与激励:为美国的未来实施K—12阶段STEM教育》报告明确提出未来10年要新增10万名优秀的STEM教师,“STEM教师的职前培养主要由高校组织进行,并接受国家政策管辖”。美国公立大学STEM教育中心在这一背景下开始蓬勃发展。

1.2 美国公立大学STEM教育中心发展历程

2010年,美国教育部成立了“STEM教育联盟”(STEM EDUCATION COALITION)。该组织主要为全美STEM教育的教学提供直接服务,同时也协助政府建立一套完整的STEM教育评估机制。美国各级STEM教育中心在摸索中度过了它的发展初期,创办至今无论是理论积淀还是经验积累都取得了明显成效。目前,STEM教育中心蓬勃发展,核心成员39个(全美各类教师、教学联盟以及以苹果为首的企业代表等),合作机构已逾800,在地域上基本覆盖各州,且彼此之间的联系日趋紧密。以此为依托,美国许多大学纷纷创办了STEM教育中心。2013年起,公立和赠地大学协会每年组织不同主题的大学STEM教育中心全国性会议。同时还启动了大学STEM教育中心网络项目,整合全国的大学STEM教育中心资源,助其将理论研究成果转化成“易传播、易接受并具可持续性的实践活动”。

1.3 美国公立大学STEM教育中心构建过程

一所美国公立大学若要建立其STEM教育中心一般要经过如下步骤:首先是筹建阶段。这一时期通常由大学的教育学院或理工科学院牵头,工作职责主要包括资金筹措、计划制定、职能分解、项目规划等。其次是为运行发展阶段。主要任务是开发和实施有针对性的STEM师资项目,既为中小学STEM教师提供直接服务,也同时培养在校大学生成为STEM教育的后备师资力量;最后是阶段为宣传推广阶段。主要为所在州提供服务,提高公众的STEM认知和素养,并通过成功实施的项目吸引更多的社会资源,争取资金支持,搭建实践平台,号召和鼓励全社会共同参与STEM教育。

在美国公立大学STEM教育中心建设过程中,有两项核心任务一直贯彻始终,即培养STEM教师和探索实践教学。公立大学STEM教育中心制定有专项教师培养计划,提供从职前培养到职后培训的一条龙服务,旨在提升STEM教师的数量与质量,降低教师流失率,最终达到打造高质量STEM师资队伍的目的。

2 美国公立大学STEM教育中心的主要职能

美国公立大学的STEM教育中心各具特色,但其建设目标和主要职能基本一致,即提升学生的STEM学习兴趣与实践能力、培养更多优质的STEM学科教师、满足STEM教育人才市场需求以及整合各界资源共同发展STEM教育等。

2.1 提升学生的STEM学习兴趣与实践能力

美国有着非常优质的教育资源和教育环境,但其中小学生近十年来在国际TIMSS测验中的表现却并不理想,这与美国中小学生缺乏STEM科目学习兴趣有关。此外,教学实践平台的匮乏也是制约美国STEM教育发展的障碍之一,学生通常仅能在科任老师的指导下进行一些简单实验,而且大多局限在教室里完成。学校之外虽有零散的STEM实践项目,但缺乏统一规划,学生真正参与机会不多。由此,美国公立大学STEM教育中心强调建构集合性的实践平台,为广大师生提供更多优质的实践机会。如科罗拉多大学波尔得分校STEM教育中心的生物概念目录化等互动项目、东卡罗来纳州立大学的SVSM项目、明尼苏达大学STEM教育中心的系列周会等,均对外开放,以增进参与者的直接体验,激发其对STEM的学习兴趣,促进其对STEM学科的热爱。这些项目旨在鼓励更多人选择STEM教育,降低STEM教师的流失率,提升全民对STEM的正确认识,提高其学习能力,最终在整个社区营造良好的STEM学习氛围。

2.2 探索STEM学科教师培养新途径

美国STEM教育发展的瓶颈是STEM学科教师的短缺,若不能储备足够的优质师资,STEM教育的推进就缺乏后劲。如前所述,美国STEM师资建设的一大目标就是到2020年增加10万名K—12阶段的STEM教师。作为STEM预备师资的主要提供者,各大学STEM教育中心积极行动,探索新的师资培养途径。如东卡罗来纳州立大学STEM教育中心采用基于问题或风险探究式的教学方法,搭建科学和数学教育的“概念桥梁”,开展高质量的专业研究项目,以提高全州K—12阶段科学和数学教师的质量和数量,努力为职前STEM学科教师提供专业指导和平台。明尼苏达大学STEM教育中心的K—12预备教师培养则依托教育与人类发展学院,通过专门研究STEM教育的教授与学习方法为K—12教师提供有益经验。堪萨斯大学STEM教育中心主要通过其UKAN TEACH项目实现STEM教育的学科教师培养,成效卓著。该项目极具特色,已成为众多STEM教育中心的学习标杆。科罗拉多大学波尔得分校STEM教育中心成立不到5年,但发展已较为成熟,该中心的CU TEACH项目使其毕业生中选择STEM岗位的人数大为增长,在校生中愿意成为STEM学科教师的就业意愿也明显增强。

2.3 满足STEM人才市场需求

STEM教育目标除了提升全面STEM素养之外,也旨在保证STEM人才市场的充分供给。据市场预测,美国STEM人才需求十年内短缺约100万,要保持知识经济时代的高效和持续的发展,高素质STEM人才的供应是必要条件,而这一目标的具体落实离不开各高校的共同努力。近年来,各公立大学STEM教育中心普遍向外开放,旨在提供直接的项目体验,提供给学生更多实习实践岗位,以期待提升STEM领域就业意向,培养更多的STEM专业人才。如东卡罗来纳州立大学为确保所有有意向的市民都能接触到STEM教育,其STEM教育中心提倡打造更为适宜的“STEM发展环境”,提升市民的“STEM知识储备量”;明尼苏达大学STEM教育中心和亚利桑那大学STEM教育中心均则提出“扩大STEM教育服务范围,增强STEM教育质量、提升STEM择业意愿、繁荣STEM劳动力市场”倡议。

2.4 整合各界资源共同发展STEM教育

美国联邦政府专门制定了STEM教育跨部门协同发展战略。政府、高校以及民间机构为实现这一目标一同发力,政府大力倡导,高校积极配合,民间机构亦热情参与,如卡内基的“100KIN10联盟”设立了200余STEM师资培训项目,以为STEM学科教师提供更好的专业提升环境,帮助其获得更好的专业发展资源,有能力应对日常教学问题,提升职业认同感和胜任感。明尼苏达大学STEM教育中心在高校与企业合作方面颇有建树,其GETSTEM项目就是一个推动大学和企业合作的线上项目。该项目始自2009年,已促成百余项企业与大学的合作项目,直接受益者是万余名K12阶段的学生,主要举措是通过ASK/OFFER形式,让教师、学生与企业相互选择,各取所需,促进最为合宜的人员、资金匹配。

在大学与校企密切合作之余,政府组织也积极参与共同合作。如美国国家科学基金会协同堪萨斯大学开展GK—12项目、美国宇航局阿姆斯壮飞行研究中心协同亚利桑那大学的实践项目等。由政府科研部门发起的这些项目为STEM教育注入了新的活力,使得各方合作更为强大且持久,同时提升了参与者运用STEM知识的实践能力,丰富了参与者的学习体验,使参与者成为未来潜在的STEM研究者、讲授者和传播者。

3 评价与借鉴

美国的STEM教育在中小学阶段并未体现出明显的大国优势,甚至在某些方面较中国而言还稍有逊色。但美国公立大学STEM教育中心的创办在某种程度上有利于扬长避短,其影响力正在逐步显现。从经验借鉴角度来看,美国公立大学STEM教育中心的如下特点值得关注。

3.1 机构设置灵活且自主性强

美国各公立大学的STEM教育中心在行政归属上有一个共同点——即设置在教育学院或者与STEM学科相关的学院之下。此种模式既能够保障资金供给,又能获得稳定的专业技术支持。同时各公立大学STEM教育中心并不直接受学院领导,而是有自己的负责人进行日常管理,自主决定其发展方向、教学规划和项目开展。

各大学STEM教育中心除所属大学拨款以及从政府部门申请的专项资金外,还积极寻求外界基金会及企业的支持,其财政自由且独立,只需对中心负责;各公立大学的STEM教育中心能自行决定选择合适的社会组织进行深度合作,不受外界干扰;能作为一个独立机构加入公立和赠地大学协会(APLU)等组织沟通发展,能自主选择合作的学院、K—12学校和学区,在资金及人员配置方面拥有高度自主权。整体来看,美国公立大学STEM教育中心是一个由大学及政府支持的独立运行的专业机构,中心在活动的策划、执行以及管理方面有着非常强的自主性,人才培养形式也相当灵活。

3.2 积极打造STEM教育交流平台

美国K—-12阶段教育中,有相当一部分的中小学STEM学科教师是由其他学科教师转换而来,并没有STEM学科背景,也未曾接受专业训练,因此,系统的教学指导和综合性的思维训练对这一部分教师尤为必要。为此,各大学的STEM教育中心致力于搭建一个教师、学生与STEM专家直接交流的平台,以开拓师生视野、促进教学相长。以东卡罗来纳州立大学STEM教育中心的SVSM项目为例,其参与者都是在校的教师、高中生和大学生,他们基于兴趣提出申请,并通过面试完成与STEM教育专家的互选,之后再确定各小组成员,每位导师负责一个小组。STEM教育中心搭建的这种综合性平台有效促进了各方的直接沟通和交流,密切了学校与社会、学校与企业之间的联系,充分体现了美国的实用主义教育主张。

3.3 善于整合社会资源

美国公立大学的STEM教育中心非常善于整合社会资源,这些资源涵盖了中小学、社区、各学院、各大企业以及美国航空航天局(NASA)等国家机构。中心负责与这些机构建立合作关系,为STEM专业的学生提供实践机会。如加州州立理工大学STEM教育中心的COSIA项目旨在“向非正式受众传达海洋科学知识”,其通过与水族馆合作,由在校STEM专业的本科生和研究生为公众讲解当前海洋科学领域中的新发现,为公众提供更深入了解科学知识的机会。

STEM教育的突破性进展离不开资源共享和各方合作,美国公立大学STEM教育中心在促进资源整合方面也功不可没。首先,是对校内资源进行有效集中,很多大学的STEM教育中心由多个学院联合创办,以充分利用大学内部的教师和教学资源,夯实办学基础;同时,对外部资源进行整合也是提升办学品质、扩大中心影响的重要途径。此外,实践平台建设、全国范围内的资源共享等都积极推动STEM教育中心主动走出校园,与社会各界通力合作,充分开发与优化系统资源。

3.4 教学基于项目形式开展

探索实用高效的教学方式一直是美国公立大学STEM教育中心的核心任务,其最重要的方式和最鲜明的教学特色就是通过项目开展,该形式受到广大师生及企业的极大欢迎。较之于传统教学模式,项目式教学的实践性与实用性明显增强,更适合STEM的学科性质,但由于其形式更加多元,可套用的教学“模板”较少,因而也更具挑战性,无论师生都需要更加全面、扎实的基础知识作为支撑。对学生来说,有过项目式学习经历者在学习能力、思维能力、问题解决能力以及领导能力方面均高于那些仍在接受传统方式教学的学生;对教师来说,要求教师有更强的活动把控能力、专业引导力和扎实的STEM知识基础,能在学生需要帮助时及时给予引导。这种教学方式能有效提升学生和教师的创新精神和解决实际问题的应用能力。

4 结语

STEM教育已经形成了引领科技发展和人才培养的新浪潮。在美国,STEM教育已不是一纸行动计划,而是全面纳入人才培养和创新发展的国家重大战略。发展STEM教育不能单靠政府的力量,其需要社会各界共同参与、协同发展。大学作为科学技术的重要中心,既有强大的师资队伍,又有先进的硬件设施与丰富的社会资源,更有能力且理应担当起发展STEM教育的重任。

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作者简介:上官剑 李娅妮 《现代商贸工业》2021年第1期


[关键词]:   STEM  

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