STEM教育;STEM课程;课程分析;课程案例比较;
一、问题提出
二、STEM课程开发和研究现状
STEM教育与传统教学模式相比突出“能力本位”特征，旨在培养学生问题解决能力、自主创新能力、深度学习能力以及适应未来的能力。美国的“项目引路”（ProjectLeadtheWay）作为STEM教育的重要课程提供者，其课程设计的目标在于提升学生STEM学习兴趣，发展问题解决、创造性思维、批判性思维、合作与交流等学习生活和工作中必须与可迁移的技能。美国下一代科学标准（NGSS）提出了K-12阶段学生应该具备的三个维度的知识和技能：学科核心概念、跨学科知识以及科学与工程实践，其科学逻辑在于通过物质科学、生命科学、地球与空间科学以及工程与技术知识，通过工程设计各个环节的引领给予学生系统地科学研究能力提升以及适应未来STEM工作的技能。中国教育科学研究院发布的《STEM教育白皮书》明确指出，需要通过综合性STEM课程来培养学生运用所学知识，创造性解决问题的能力。这种问题解决能力又可以细化为批判性思考能力、创造能力，与人沟通和合作的能力等子能力。
另外，我国已有一定数量的实证研究以STEM课程作为分析对象，深入剖析了STEM课程的知识内容、教学模式和评价等问题，如研究者提出以STEM教育结构框架作为分析单元，对美国FOSSK-5科学教材进行教学内容分析。还有学者通过对美国知名创客类教材《设计与发现（DesignandDiscovery）》进行内容分析，总结了美国课程体系中常见的八种课堂活动。STEM课程的关键在于如何整合的问题，国外研究者将STEM整合方式分为明确型、简单相加型和不明确型，其中明确型指设计活动在整个教学流程中体现明确，学生能够通过学习活动理解学科之间的关联；简单相加型指工程设计仅仅是科学单元的一个附加产物，或者可以理解成课程结束后学生作品的呈现；不明确型指该课程没有运用或没有恰当运用整合方式进行课程整合。因此，中美STEM教育目标的总体诉求基本相同，以能力本体为驱动，培养学生适应社会、适应未来的综合素养，但在课程目标的层次性、跨学科知识整合方式、或是学科融合的活动形式等方面都会存在理论与实践的差异。
三、STEM课程案例比较的研究设计
STEM教育以跨学科整合的活动课程作为其主要的物化载体。跨学科整合概念即以现实问题为依托，突破单学科视野，整合研究方法，并进行创新推动形成新知识、新产品。STEM课程设计中的跨学科整合强调从教学目标出发将四门学科内容融合成整体，而不是简单的拼接，这是STEM教育的核心观点，也是STEM课程评价的重要指标。活动理论强调教学过程以学习者的活动为中心，以学习者为主体，教学内容为客体，STEM学习参与者为共同体，教学模式及问题情境为工具，课堂教学规则、学习者交往规则及教学评价为架构，教师的教和学生的学即劳动分工，以上互动要素共同组成学习活动系统。各要素在不同的学习阶段表现出侧重性和冲突性，并共同作用于STEM教学活动，基于活动理论可以构建STEM教学活动模型（图1），这一理念将为后续选定的中美课程案例的分析维度提供理论基础。
图1课程活动系统的结构
为保证所选课程案例能充分代表中美STEM教育理念，中国案例来自2017年我国知名的STEM教育研讨会，遴选标准是符合STEM基本理念，在知识内容上具有跨学科特征，共筛选出26个符合该标准的课程案例，教学对象覆盖幼儿园到高中。同时选取美国科学教师协会（NSTA）所主办三个杂志2014到2017年发布的符合标准的19个STEM课程案例，均出自美国知名科学教师，教学对象遍及K-12。本研究构建了STEM课程分析框架（图2），以STEM教育理论、活动理论、跨学科整合概念为理论基础，以课程评价为实践操作，从宏观上对中美STEM课程案例进行对比分析，在微观上针对统计数据挖掘信息。
图2中美STEM课程比较的分析框架
图3课程设计模式图
四、中美STEM课程案例的比较
（一）课程内容的知识场域
图4中美STEAM课程中科学知识的分布
图5中美STEM课程中技术和工程知识的分布
（二）课程内容的活动设计
美国课程有效运用设计的学习模式开展教学，如5E教学法等是以建构主义观点为核心构建不同学习阶段组成的闭合环状系统，强调学习模式的发展性和创新性；而中国较多采用传统方法开展教学，即在一定的教学思想指导下，围绕着教学活动的某一主题，形成相对稳定的、系统化的线性教学范型。教学模式是连接教学各个环节的纽带，根据课程的特征选取行之有效的教学模式有助于让教学环节逻辑性强，提升教学的流畅性和可操作性，帮助打造良好的学习氛围。设计学习是目前在国外应用广泛的教学模式，在STEM课程中最经常出现工程设计方法，其常规教学步骤包括：明确问题和任务à确定问题解决方案à模型制作à选取最优解à迭代优化。表1展现了美国课例中19门课程中运用的教学模式。美国课程习惯用5E教学法和设计学习的教学范式进行教学，总体比重达到52.64%，而中国的26个课程中，24门课程还没能超越传统教学模式，占比92.31%，仅有2门课程运用了设计学习方法开展教学，占比7.69%。
表1美国STEM课程应用的教学模式
教学框架
数量
占比
5E教学法
5
26.32%
设计学习/项目式
EFFECT教学模型
1
5.26%
学习周期
故事教学法
CER模型
困难教学法
传统教学步骤
4
21.05%
总计
19
100.00%
（三）课程实施的活动类型
图6中美STEM课堂不同活动类型的频率对比
（四）课程实施的评价方式
美国印第安州STEM教育标准是目前国际上具有代表性的参照，分为教学和课程两个维度，其中的教学涉及教学程序设计、整合STEM实施、教师专业发展、教育技术运用、教学策略应用和教师学科知识水平；课程涉及课程整合的水平、课程进度和与跨学科之间的相互联结、社区参与课程程度、21世纪技能在课程中的体现和学生学业评估手段。STEM课程的评价标准非常重视课程的跨学科整合、学生技能和课程评估手段。首先，评价方式上美国善于利用表现性评价对学生课堂活动中的能力进行评测。美国的19个课程案例均有详细的评价方案和表现性评价量规，均对学生概念知识进行有效评价，同时13个课例对学生的高阶思维能力进行评价（如问题解决能力、创新思维能力等）；10个课例对学生作品进行全方面的综合性评价。中国的课程对评价环节并没有美国那么热衷，往往对概念知识和作品评价进行隐性评估。
五、思考与启示
本研究从跨学科整合概念和活动理论出发，应用STEM课程分析框架，宏观上对选定的中美STEM课程案例进行文本分析，微观上基于数据挖掘探究中美STEM课程内容的知识场域和活动设计，课程实施的活动类型和评价方式，根据分析结果讨论中美STEM课程的异同，并深入提炼美国STEM课程的设计特点和优势，为我国STEM课程的本土化提出建议。因此，笔者从课程内容融合、教学活动策略、教学评价设计和教学模式选取四个方面进一步反思。
（一）循证开源技术的教育价值，促进知识的跨学科整合
（二）运用多元教学模式，促进活动和内容的协同共进
（三）基于跨学科活动开展科学思维教育，促进学生高阶思维的发展
毋庸置疑，美国在思维教学方面所作的理论探索和实践应用引领着全球STEM课程活动的导向。学生思维品质的提升是升华STEM课程活动的重要举措。设计思维是培养学生创新思维和问题解决能力的重要方法，思维的提升通过一系列活动来实现，其教学流程包含发现问题、集思广益、方案设计、快速成型、评估修订和演进发展的迭代。其成型的思维训练活动包括：头脑风暴法、同理心地图法、SCAMPER法以及九宫格法等。不同的活动方法对应着不同的思维训练倾向和策略，例如，同理心地图法以培养学生发现问题能力为出发点，要求学生以用户的视角设想出尽可能多的产品问题，从而为后续问题解决方案的设计提供更多的参考；SCAMPER法则以培养学生发散思维能力为目标，要求学生通过现有作品的基础上进行适当的替换、组合、增加、删除和放大等优化操作。恰当地在教学活动中引入思维方法可以打破学生的思维定势，在系统方法论的引导下大胆的探究和创新，从而基于STEM课程有效提升学生的高阶思维能力。同时需要强化计算机支架与STEM教育的融合，以培养学生诸如批判性思维、创新能力及问题解决能力等高阶思维能力。
（四）制定规范化评价方案，助力课程质量稳步提升
综上，STEM课程“如何教”的问题集中在四种典型的教学方法，即问题式学习(Problem-basedlearning)、探究式学习(Inquiry-basedlearning)、设计式学习(Design-basedlearning)和项目式学习(Project-basedlearning)。我国STEM教育存在的种种乱象是“经验本位”倾向在实践活动中的现实映射。纵观国内外STEM课程案例的文本分析研究，实践过程中的经验主义成为我国STEM教学的指导思想，且以信息技术为核心、项目式学习为主流模式，尚未成为学校独立的必修课程；而美国的STEM教学有着较为系统和正规的途径，其STEM课程兼顾自上而下和自下而上的双重路径，方法论层面兼顾理论研究与循证实践，且以工程制造为主流学科，侧重工程设计思想。西方STEM教育思潮在传播过程中，受到我国本土文化和教育传统影响，本文通过对比中美STEM课程案例，从循证教育范式科学地分析中美STEM课程差异，有助于后续深入分析二者差异的根源与形成适宜我国的STEM课程发展路径，为我国STEM教育宏观政策研究、中观课程开发与评价以及微观课程实施策略和教学设计提供有利的循证教育依据。