论STEM教育的本土化建构：内涵、价值及实践探索
摘要：STEM教育很早就被引入国内并成为我国科技与工程教育的重要教育理念和方式。但是作为一个“舶来品”，在我国面向未来的教育改革中，STEM教育必须进行本土化建构，才能更好地服务于我国科技创新人才培养的需求。内涵上，在我国中小学教育领域，“STEM教育”这个术语有着多种既相互关联又兼具不同指向的多元内涵：它既是一个研究领域、一种育人理念，又是一种课程形态、一种教学方式。价值上，我国STEM教育有着自己的教育实践土壤，必须通过本土化改造，突出育人方式变革，聚焦核心素养发展，培植现代化的教育生态，才能发挥其育人价值，真正成为我国学校教育的重要表征。虽然STEM教育自21世纪初被引入后日趋与我国教育改革实践相融合，但当前仍然面临教学方式固化、教育目标不清、教师能力不足等现实问题。在推动教育现代化发展和教育数字化战略行动的大背景下，唯有将STEM教育研究及其本土化改造与创新融入我国教育改革的内在构成之中，才能使其在我国发挥持久的生命力。
关键词：STEM教育；本土化；教育内涵；育人价值；核心素养
通俗地说，STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics）教育指的就是有关科学、技术、工程、数学这四个学科领域的教育。“STEM教育起源于美国，是美国为了应对未来社会发展挑战而提出的国家发展战略。”[1]这一概念提出之后，很快被引入国内并成为我国科技与工程教育的重要教育理念和方式。作为一个“舶来品”，离开西方教育的实践场景和具体语境之后，在我国的中小学教育领域，“STEM教育”这个术语有着多种既相互关联又兼具不同指向的内涵；其育人价值也需要因应我国教育改革的需求而做出调整，从而更好地发展学生核心素养，落实立德树人根本任务。这是STEM教育面临的本土化建构使命。
一、STEM教育的多元内涵
（一）作为一个研究领域的STEM教育
STEM的提出是科学技术发展的结果。因此，要理解STEM教育的内涵，必须回到“原点”，考察其诞生的基本社会环境。从STEM的最初源头来看，20世纪下半叶科技的迅猛发展导致新的研究领域和新兴学科的崛起。STEM之所以诞生在美国，正是因为美国是世界上科技最发达、技术创新最活跃的国家。为了保持其经济和科技领先地位，美国必然要强化其科技人才培养，而STEM教育恰恰有助于培养大批科学家、工程师和高级技工。从研究领域的视角来看，STEM教育体现出如下基本的内涵：
其一，突出现代科技发展特征，强调四个学科在促进科技创新和人才培养中的共同价值。尽管经历了两次世界大战，20世纪仍然是一个科技蓬勃发展的世纪，人类取得的科技成就比以往任何时代都要大得多。其代表性的科技成就包括：（1）计算机技术与计算机的发明、应用；（2）相对论和量子论的提出；（3）一些重大的科技突破，如曼哈顿工程、宇宙空间技术和“阿波罗”登月计划、基因测序与DNA双螺旋结构模型等。这些科技领域的突出成就主要都依赖于理工科的突破性发展，这促使人们思考在人类文化的宝库中哪些知识更有助于科技创新。显然，科学、技术、工程和数学这四大学科对科技创新的贡献居功至伟，人们将教育的目光聚焦STEM领域也就不足为奇了。
其二，形成新兴的跨学科领域，强调四个学科之间的关联与整合。从诞生之初，STEM就致力于将四个领域整合起来，形成多学科交叉领域。由于STEM涵盖了科学类知识的核心要素，因此它又被称为“元学科”（Meta-Discipline）。既然将其作为一个大的学科来看待，那么这个学科就应该具有自身的显著特征和学科属性。总体而言，“STEM教育并不是科学、技术、工程和数学教育的简单叠加，而是要将四门学科内容组合形成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能力”[2]。STEM这门跨领域学科的建立是基于将原本分散的四门学科集合形成一个综合性学科，以特定的课程形式，通过学校教育把学生学习的零碎知识变成相互联系的统一整体。
（二）作为一种育人理念的STEM教育
（三）作为一种课程形态的STEM教育
在科技教育的实践中，STEM往往又被看作是一种课程形态。在形式上，这种课程形态不同于传统的科学类分科课程（如物理、化学、生物等），而是以综合课程的方式将科学、技术、工程、数学这四个学科有机整合在一起，由此形成具有特定育人价值的STEM课程体系。
从育人效果来看，综合课程具有一定的优势，包括：打破了学科间的界限，有利于培养学生对事物的整体认识能力；减少了课程的门类，有利于减轻学生的负担；从生活、社会的实际出发，具有较强的实践性，有利于培养学生的动手能力。这些优点在STEM课程上有着鲜明的体现。STEM是一门通过跨学科和应用的方法对学生进行科学、技术、工程和数学教育的课程，但其并不是将这四个学科分别作为单独的主题进行教学，而是将它们整合到一个基于真实应用的有凝聚力的学习范式中，培养学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养。
在STEM课程中，四个学科有着明确的分工，但又不是简单拼合在一起。从各学科的功能来看，科学本身就是一种综合课程，涵盖了物理、化学、生物和地球空间科学等具体学科，旨在发展学生的科学核心素养，如科学知识、科学思维、科学方法和科学精神等。技术是一门基础性和通用性的学科，尽管它不同于传统的有着明确知识边界的普通学科，但随着当今时代各个领域科学技术的迅猛发展，它承担了越来越重要的学科功能。工程学是一门解决实际问题的应用学科，它可以通过问题解决、设计、制作、构建等方式，切实实现人们的科技构想。数学则是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门学科，它可以作为技术与工程学科的基础工具。在STEM课程中，这些不同的学科根据主题进行融合，体现了STEM的跨学科育人价值。
（四）作为一种教学方式的STEM教育
2016年，教育部出台《教育信息化“十三五”规划》，明确指出“要依托信息技术营造信息化教学环境，促进教学理念、教学模式和教学内容改革，推进信息技术在日常教学中的深入、广泛应用”，“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，养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展”[3]。在这一文件中，STEM教育被看作是信息化条件下变革教学方式的一个重要方面，说明教育界也把STEM教育视为一种教学方式。
STEM教育代表着一种现代的理科教学方式，旨在培养学生的批判思维、逻辑思维、创造性解决问题的能力，以及合作沟通能力和动手操作能力。作为一种教学方式，STEM教育的精髓在于推动学生的“探究式学习”。教师不再进行单方面的知识输出，简单地告诉学生理论知识，而是引导他们自主探索、提出疑惑、探寻结论。
近年来，项目式学习（Project-BasedLearning，PBL）成为开展STEM教育的主要方式。项目式学习主要包括如下几种基本类型：（1）科学探究类，适用于自然科学领域的学习，旨在理解决定或影响人类社会行为的内外部因素，掌握科学研究的方法；（2）社会调查类，适合人文和社会科学领域的学习，目的是理解、预测和改进社会事实、规则或制度等，掌握社会调查的方法；（3）设计开发类，适合技术工程领域，如创客、机器人开发等领域的学习，侧重创新、创造或改进世界，掌握设计思维的方法；（4）综合应用类，适合综合探究和学习活动，强调培养学生复杂问题解决能力和高阶创新思维能力。这几种基本类型的项目式学习都可以运用于STEM教育，实现发展学生STEM素养这一目的。
把STEM教育作为一种教学方式，看重的就是STEM教育可以改变传统课堂教学模式，促进学生多样化学习这一特点。在STEM教育中，学生可以像科学家一样去思考和研究，像工程师一样去设计和创造，学生经历的学习活动更加丰富多彩。学生能够在活动中通过各种角色体验创新带来的魅力和乐趣。相较于传统的以记忆和理解为目的的学习，这些学习活动更能激发学生学习的兴趣，并且通过对知识的运用发展学生更高阶的认知能力。
二、STEM教育的价值重构
（一）强化本土化改造
我国的STEM教育有着自己的教育实践土壤，它需要植根于本土实践情境。长期以来，我国的中小学应试教育氛围浓厚，升学竞争激烈，由此带来的学生课业负担非常沉重。在这种情境下，教育教学方式也必然迎合考试竞争的需求，死记硬背、机械训练、刷题练习等大行其道，学生难以获得全面发展。为破除“应试主义”带来的积弊，21世纪的基础教育课程改革围绕如何变革教育这一重大问题进行了一系列探索。
2001年，我国启动了全国第八次基础教育课程改革，提出“为了每位学生的发展”这一口号，力图确立学生的主体地位，促进学生个性化发展，让每位学生都成为学习的主人。为此，新课程改革确立“三级课程”管理体制，鼓励中小学校根据学生的学习需求开发校本课程，突出课程的多样化和可选择性；引入综合实践活动课程，注重学生的自主体验和活动经验；变革学习方式，开展研究性学习，注重自主学习、探究学习、合作学习；等等。可以说，2001年发起的新课程改革是我国新世纪教育现代化发展的第一次思想启蒙运动，它也开启了持续的课程变革过程。2012年党的十八大提出，把立德树人作为社会主义教育的根本任务。为深入落实这一任务，新一轮的高中课程修订首先启动，并于2017年完成初步修订工作，其最大的突破就是凝练了高中学科核心素养，使学生发展核心素养成为课程与教学改革的基本抓手。2019年新一轮义务教育课程修订启动，并于2022年完成。这次义务教育课程修订进一步强化了“课程育人”思想，突出了课程综合化理念以及育人方式变革，引领基础教育走向新的发展。
基础教育课程改革的这一历程说明，我国的学校教育正在经历一场深刻的系统性变革。STEM教育作为一种外来的教育方式，必须服务于国家教育改革的实际需要，通过本土化改造，融入我国教育改革的时代大潮中。唯其如此，STEM教育才能在我国获得长久的生命力，才能发挥可持续的发展潜力，真正成为我国学校教育的重要表征。STEM教育的本土化改造，重点方向在于将STEM教育纳入我国课程改革的总体框架，尤其是纳入理科课程改革的范畴，在达成科学素养培养目标的同时，突出STEM综合素养。也就是说，STEM教育的本土化改造应聚焦弥补我国原有科学教育的不足，体现国际科学教育的最新理念，最终服务于我国面向未来的科技创新人才培养这一根本目的。事实上，在《义务教育课程方案（2022年版）》中，我国在义务教育阶段新增加了一门理科类课程，即“信息科技”，并且首次编写《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》。在内容上，该标准指出，“依据核心素养和学段目标，按照学生的认知特征和信息科技课程的知识体系，围绕数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能六条逻辑主线，设计义务教育全学段内容模块，组织课程内容，体现循序渐进和螺旋式发展。”[4]
（二）突出育人方式变革
作为一种新的科技教育方式，STEM教育的引进和推广要有助于推动我国中小学的育人方式变革，这也是与其自身的特征分不开的。总体而言，STEM教育具有如下鲜明的特征：（1）综合性，在内容上至少涵盖了科学、技术、工程、数学四个具体的学科领域，能够将这几个分散的学科予以整合，淡化了学科分类；（2）情境性，为问题解决提供特定的情境，强调将知识应用于生活，解决生活中真实的问题，培养解决问题的能力；（3）实践性，强调“做中学”，在实践中应用所学的知识以解决真实的问题，突出动手操作、设计制作、模型建构等，强调学生的体验和问题解决过程；（4）合作性，通常以项目的方式开展，学生需要以小组为单位分工合作，在完成学习任务的过程中相互帮助、交流讨论，由此培养学生的团队意识和合作能力。STEM教育的上述特征决定了其不能以传统的教与学方式予以实施，必须改变死记硬背和机械训练等僵化的学习方式，代之以更加鲜活、更能够调动学生学习积极性的新方式。
要想通过STEM教育促进中小学育人方式的变革，需要注意如下方面：首先，STEM教育要有助于推动实践育人。实践育人是相对于学生单纯的知识学习而言的。长期以来，我国学校教育强调知识的习得和学生认知的发展，在一定程度上忽视了学生动手操作和实践能力的培养。学校教育改革强调通过开展各类主题实践、劳动实践、研学旅行、志愿服务等，增强学生的社会责任感、创新精神和实践能力。在这一背景下，STEM教育应体现国际科技教育的先进做法，把科学、技术、工程和数学四个领域有机关联，开展形式丰富多彩的各种活动，要求学生通过设计制作、实验探究、模型建构等进行学习，促进学生动手能力和实践操作能力的发展。
其次，STEM教育要有助于推动跨学科育人。中小学主要开展的是分科教学，其主要优点就是学生可以分领域系统学习各科知识，学生对知识的学习比较系统而且深入。但其缺点也是很明显的，那就是各学科知识之间缺乏整合，难以迁移到其他领域，难以培养学生综合运用多学科知识解决现实问题的能力。在这方面，STEM教育的优势就在于以跨学科的视角整合了多个领域的知识，各种STEM学习活动能够很好地培养学生的科学素养和动手能力，具有跨学科育人的优越性。
（三）聚焦核心素养发展
学生发展核心素养指的是学生应具备能够适应终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力。发展学生核心素养是落实立德树人根本任务的基本要求，也是新时代培养全面发展的人的重要表现。STEM教育必须聚焦学生核心素养的发展，将STEM素养与学生发展的核心素养相融合，从而服务于国家科技人才培养的新需求。
从国际已有研究来看，STEM教育带来的一些新的教学模式确实有助于培养学生的核心素养。2007年，美国科学教育专家拜比（RodgerW.Bybee）等人提出“5E”教学模式，即参与（Engagement），就是让学生参与讨论，引起学生对学习主题的注意，揭示前概念；探究（Exploration），就是学生共同进行探究，开展实际调查，促进概念化；解释（Explanation），就是引导学生进行特定方向的探索，从经验和观察中发展概念和需要理解的知识；评估（Evaluation），就是在进行一系列的活动后，让学生自己评估，加深理解能力；延伸（Extension），就是让学生对知识概念进行更深入的学习，联系生活扩展科学知识[7]。这种教学方法以学生为中心，学生主动参与学习过程，教师的角色更多的是指导而不是讲授，对于发展学生的核心素养大有裨益。
（四）培植现代化的教育生态
教育生态的观点是生态学的原理与方法在教育领域渗透与应用的结果。生态学是研究生命系统和环境系统之间相互作用的规律和机理的一门学问。“生态”一词起源于人们对生态系统和生物多样性的认识。生物多样性并不简单指数量庞大，而是强调相互关系多样；并且各生物之间主要是一种依存与合作关系，而不是简单的竞争与淘汰关系。根据生态学的观点，学校内不同要素之间也存在类似的相互作用的关系，也会形成一种较为稳固的教育生态系统。从这个角度来看，教育生态主要是一种环境和氛围，指的是学校的文化环境和心理氛围。
随着5G、云计算、大数据、人工智能等新技术的发展与应用，学校教育必将迎来新的变革，面临新的挑战。为适应未来教育发展的需要，学校教育应积极构建符合未来发展需求的新的教育生态。这就需要把STEM教育蕴含的育人理念渗透到学校的课程、教学、管理和评价各个环节中，实现学校自身的生态变革。这既是未来社会对学校教育的变革要求，也是师生全面健康发展的必然要求。
在学校教育生态中，“课程—教学—管理—评价”这四个要素构成的链条式互联关系是教育生态的主要方面，而由课程与教学构建的育人环境是学校教育生态的集中体现。STEM教育可以从课程与教学领域的变革出发，带动学校整体的生态性变化。这种新型教育生态的构建，至少需要进行如下努力：一是改变传统的“死记硬背”和机械练习，在教育方式方面体现调查探究、设计制作、合作学习等更加生动多样的教与学方式；二是通过STEM课程的开发，为学生的学习提供多样化的课程形式，满足学生个性化学习需求，丰富科技教育的资源；三是通过STEM教育的设计，营造充满科技色彩和现代感的校园氛围，助力学生创造性思维、动手能力和科学精神的培养。
三、STEM教育在我国的实践探索
我国于21世纪早期在教育领域正式引入STEM，这既符合当时国家科技和社会发展要求，也迎合了当时教育发展的实际需求。一方面，进入21世纪之后，经过改革开放近30年的积累，我国科技和社会发展进入快车道，对人才的需求日益扩大；另一方面，2001年我国掀起面向新世纪的基础教育课程改革运动，一系列新的教育思想和课程理念开始重构旧有的教育传统，教育实践中日益突出情境性、个性化和生活化，尤其强调课程教学与信息技术的整合。STEM教育理念与基础教育课改革思路很契合，为引入STEM教育铺平了道路。
2012年党的十八大以来，我国把“立德树人”作为社会主义教育的根本任务，中小学教育开始致力于促进学生核心素养的发展。与传统的知识与技能不同，核心素养是学生为成功应对未来生活而应该具备的必备品格和关键能力。在“素养导向”下，学校教育调整课程内容、变革育人方式。一方面，在中小学的科学教育领域，突出课程的跨学科和综合化趋势。例如，在2011年版的《小学科学课程标准》中就增加了“科学、技术、社会与环境”领域的目标，在内容上涵盖了物质科学领域、生命科学领域、地球与宇宙科学领域、技术与工程领域；在2011年版的《化学课程标准》中也增加了“化学与社会发展”这一领域，涵盖了化学与能源的利用、常见的化学合成材料、化学物质与健康、保护好我们的环境等。另一方面，在教学实践领域，强化科学探究和项目式学习，突出做中学。显然，这些主张与国际上的STEM教育遥相呼应，体现了21世纪第二个十年之后我国科学教育已经紧跟国际前沿理念，越来越融入国际科技教育的大潮。
2017年党的十九大之后，我国基础教育改革进一步提速，高质量教育发展成为新时代国家教育发展的基本目标和愿景。在这一背景下，我国有关STEM教育的研究和实践开始进入爆发期。该时期我国学术界有关STEM教育的研究成果数量迅速增多，有关STEM教育的重量级报告也纷纷发布。例如，2017年，中国教育科学研究院发布《中国STEM教育白皮书》；同年，教育部教育管理信息中心、北京师范大学、北京国信世教信息技术研究院联合发布《中国STEAM教育发展报告》；2018年中国教育科学研究院发布《中国STEM教育2029行动计划》《STEM教师能力等级标准（试行）》。[8]显然，这些研究对我国STEM教育整体发展发挥了重要的推动作用。
四、STEM教育面临的挑战与展望
（一）我国STEM教育发展面临的挑战
（二）STEM教育的发展展望
作为20世纪末才真正成熟并不断得到发展的概念，STEM教育的价值已经在全世界范围内得到认可。发达国家首先看到了STEM教育的价值，尤其是美国把投资STEM教育看作是提升其全球经济竞争力的关键。为了保持这种竞争优势，其非常重视STEM教育，以确保未来有一支具备STEM能力的劳动力队伍。美国有学者发现，STEM教育可以给个体学生带来更高的收入和更好的工作保障。在他们对收入中值最高的10个大学专业的分析中，有8个是工程专业，其余2个专业也属于STEM领域[9]。
总之，尽管我国中小学校引入STEM教育已经有很多年，但如何让其体现我国教育的特色仍是值得持续探索的课题。尤其在推动教育现代化发展和教育数字化战略行动的大背景下，STEM教育的研究及其本土化改造与创新必将成为我国面向未来的教育改革的内在构成部分。因为，只有将STEM教育融入我国教育改革的实践中，它才能发挥出持久的生命力。
参考文献：
[1]郑葳.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2017：29.
[2]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（4）.
[4]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版，2022a：12.
[5]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022b：90.
[6]杨明全.核心素养时代的项目式学习：内涵重塑与价值重建[J].课程·教材·教法，2021（2）.
[7]Bybee,R.W.,Powell,J.C.,&Trowbridge,L.W..TeachingSecondarySchoolScience:StrategiesforDevelopingScientificLiteracy(9thEd.)[M].NJ:UpperSaddleRiver:Pearson/Merrill/PrenticeHall,2007:183-187.
[8]范佳午，李正福.STEM教育在中国的发展[J].中国民族教育，2018（Z1）.
[9]Saxton,E.,Burns,R.,&Holveck,S.etal..ACommonMeasurementSystemforK-12STEMEducation:AdoptinganEducationalEvaluationMethodologyThatElevatesTheoreticalFoundationsandSystemsThinking[J].StudiesinEducationalEvaluation,2014(40).
TheLocalizationofSTEMEducation:Conception,ValueandPractice
YangMingquan
Keywords:STEMEducation;Localization;EducationalImplications;EducationalValue;CoreLiteracy