STEAM教育的基本内涵与发展路径研究.pdf

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1、STEAM 教育的基本内涵与发展路径研究 伴随着信息时代和知识经济时代的到来，科技创新能力日益成为世界各国核心竞争力的关键要素。作为一种培养创新人才的教育模式，STEAM 教育在全球范围内受到关注和重视，越来越多的国家投入到 STEAM 教育改革浪潮中。我国关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见也明确要求探索 STEAM 教育等新教育模式，培养学生的信息意识与创新意识。然而，当前教育界对 STEAM 教育的认识还不够清晰，有一些关键问题亟需澄清，比如，STEAM 教育的内涵是什么，如何有效推动 STEAM 教育的本土化发展，等等。基于此，本文将对上述问题进行探讨，以期为我国 S

2、TEAM 教育的推进提供有益参考。一、关于 STEAM 教育的界定“STEAM”一词缘起于“STEM”，于 20 世纪 90 年代由美国国家科学基金会提出，是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）这 4 门学科英文名称首字母的缩写。STEM 教育旨在通过优先发展这 4 门学科，提高劳动者的职业胜任能力和促进国家经济增长。虽然 STEM 教育加快了美国理工科人才的培养，提高了理工科人才的就业率，但从教育产出的结果来看，STEM 毕业生的质量却不尽如人意。同时，尽管接受 STEM 教育的年轻人比之前多，但他们当中真正进入

3、 STEM 领域的人数并不多，女性和少数族裔只占 28和 101。因此，美国相关组织认为需要对 STEM 教育做出改变并重构其概念模型，其中一个模型就是“STEAM”，STEAM 教育由此而产生。学界往往通过一些专业发展项目或相关活动来界定 STEAM，指的是科学、技术、工程、人文艺术和数学2。其中，多数研究者通常使用“艺术”（Art）的复数形式来表示人文艺术学科（Arts），单数的“艺术”（Art）主要指视觉艺术、音乐艺术和表演艺术。例如，Miller 等人发现人文艺术学科能够有效提高学生的 STEM 素养。在该研究中，来自美国各地的教师参加了相关专业发展培训，其培训项目包括团队合作、解决问

4、题、调查研究、文献写作等。随后，这些教师将所接受的培训内容应用于教学实践。结果证明，将人文艺术与科学相整合提高了学生在科学和数学方面的学业成就3。同样，还有学者发现将人文艺术学科融入 STEM 教育之中，即将科学、技术、工程、人文艺术和数学“构建成一个综合课程体系”4，有利于消除传统单一学科之间的界限，实现跨学科教学。被研究者提及最多的是美国弗吉尼亚州理工大学 Yackman 教授提出的 STEAM 模型，该模型将 STEAM 定义为：“科学”和“技术”通过“工程”和“艺术”得以体现，并且所有学科都建立在“数学”基础之上。Yackman 教授认为，艺术的范畴是远远超过美学的，它包含了一系列通过

5、交叉学科联系起来的人文艺术学科，包括语言、音乐、社会研究、表演、形体等5，但也有学者指出，尽管 Yackman 的 STEAM 模型将数学和科学、技术结合起来，但是它把工程和艺术狭义地定义为其他学科（数学、科学和技术）的体现方式，这显然是站不住脚的6。随着美国 K-12 阶段越来越多的学校开展 STEAM 教育，STEM 教育和 STEAM 教育之间展开了一场鏖战7。提倡 STEM 教育的学者认为，通过创造性的教学设计和学生展示，就可以在 STEM 教育中有效地体现艺术8。STEAM 教育倡导者则认为，学生需要通过自主解决实际问题或者选修计算机编程等课程才能体现 STEAM 教育。同时，他们还

6、认为，STEM 教育更注重数学和科学学科，而 STEAM 教育则侧重于通过设计、计算机图形学、表演艺术、人文艺术等解决实际问题。STEM 教育与STEAM 教育之间产生这种分歧，在很大程度上是由于对 STEAM 教育的新颖性缺乏理解，并且对 STEAM 教育的内涵研究不足9。因此，我们应进一步明晰STEAM 最基本的内涵。二、STEAM 教育的基本内涵 STEAM 教育是在真实的问题情境中，以学科整合的方式培养学生 STEAM 素养的一种教育模式。具体来说，其基本内涵主要涉及以下三个方面。（一）基于真实问题解决的教育 STEAM 教育强调基于问题的学习，主张以真实的问题解决为重要导向。较之于传

7、统的分科教学，STEAM 教育需要教师投入更多的时间与精力进行前期的计划。1.基于真实世界设计研究问题 STEAM 教育是围绕真实世界中问题的解决而建立起来的，与学生的生活、社区、环境或文化有关。它本质上是一种基于建构主义的情境化教学模式，强调把学习置于一个开放的、复杂的、有意义的问题情境中，建立在学生的好奇心之上。学生通过个体思考和团队合作解决问题，并且在此过程中主动建构隐藏于问题背后的新知识。2.确保研究问题与教学内容密切相关除了设计真实的、较为复杂的问题之外，STEAM教师还需要考虑研究问题与教学内容的相关性，它也是影响教学质量的一个关键因素。换言之，如果研究问题与教学内容之间没有密切关

8、系的话，学生就会感觉“被迫”学习 10。因此，待解决的问题与教学内容之间必须存在直接的相关性11。因此，在备课阶段，教师应设计与教学内容密切相关的研究问题，从而通过问题解决的过程使学生理解教学内容。3.考量解决该问题所需的学科知识由于STEAM教育涉及多个学科知识，所以，要求教师对解决该问题所需的学科知识进行考量，其关键在于考量学科知识与研究问题之间的匹配度。例如，在解决社会公众对疫苗担忧的问题中，学科知识不仅仅包括微生物理论、病毒、细菌和免疫系统，还包括媒体在制定决策时的影响、疫苗的历史以及与疫苗相关的经济因素。就这个问题而言，它主要与科学学科相关，但也应涉及英语语言艺术、社会学、经济学和数

9、学等相关学科。正如 Kauffman 等所指出的，“教师备课过程中最重要的是对学科知识的确定，学科知识不应局限于某一学科领域”12。（二）学科整合的教育STEAM作为一个专有名词，在其出现之初就被赋予了特殊含义，它不是五门学科的简单相加，而是它们之间的有机整合，使学生在解决问题的过程中灵活运用科学、技术、工程、艺术和数学等学科知识，从完整、系统的视角去认识世界、认识社会。这里涉及三种整合方法，任何一种整合方法都能为问题解决提供一些思路与方式，但关键在于根据所解决的问题采取得当的整合方法。1.多学科整合：学习不同学科的知识和技能多学科整合涉及科学、数学等多门学科的知识与技能。在整合研究中，多学科

10、方法被认为是所有整合方法中最不具有整合性质的，当然，它也是最有可能实现的整合方法，因为它维持了学科间原有的界限13。换句话说，多学科方法通常以某门学科的知识与技能开始，并以该门学科的知识与技能结束，在此过程中，它可能会联系与之相关联的不同学科的知识与技能，但不同学科之间的区分比较明显。引人关注的是，多学科方法能够在多大程度上解决所研究的问题。一般来说，多学科整合被视为主题式整合而非问题导向型整合14。虽然相关课程可以围绕一个中心问题而展开15，但是多学科方法缺乏一个反复的过程而不能引发新问题的产生，不像交叉学科或跨学科方法那样着重于对问题解决方案的探究。2.交叉学科整合：获取相关联的知识和技能

11、交叉学科方法是指通过两门或两门以上学科的学习获取相关联的知识和技能，目的在于深化知识和技能。它侧重于解决特定的“现实世界”的问题，鼓励学生跨越原有学科边界，创造新的知识16，即学生将不同学科的知识与技能相结合，寻求一致的解决方案，并分析相关数据17。这种方法虽然益处颇多，比如，它提供 _了更多解决问题的方法，也鼓励学生采取各种方法来解决问题，并试图综合不同的学科，但是其产生的知识仍然只服务于这些学科领域 16。3.跨学科整合：形成学习经验跨学科方法涉及多门学科，并在学科整合中突破学科边界，产生新的视角 18，有助于学生看到某门学科知识与其他学科知识之间的联结19，这种联结是持续的、动态的和以学

12、习者为中心的。换言之，学生通过多门学科的学习获取相关联的知识与技能，并将其运用到真实的问题情境之中，从而以多样的甚至是矛盾的观点考虑问题，形成学习经验。跨学科方法实现了情境和内容的整合，其跨学科性是STEAM教育的核心特征，STEAM教师要教授学生跨学科整合的方法。当然，跨学科整合并非总是可以实现的，也并非意味着学生必须运用STEAM所包括的五大学科知识去解决问题，相反，当某些学科知识“强行”进入问题的解决过程中时，学生可能会偏离解决问题的最佳方案。（三）培养必需技能的教育 STEAM 教育拓宽了学生获取知识的渠道，因而，解决问题所必需的技能培养就至关重要。为了明确STEAM 教育应该培养学生

13、哪些技能，有学者对 STEAM 相关领域进行了研究，调研美国相关组织（如国家研究委员会、国家艺术教育协会）所要求的技能类型20。这些技能之间有所重叠，如艺术、科学、技术和数学领域都要求建模的技能，并最终得出三类技能，分别是认知技能、沟通合作技能和创新技能。1.认知技能认知技能是大脑对外界事物进行主动探知、思考、加工以及储存和提取信息的技能，主要包括抽象、分析、应用、分类、制定、解释、感知、建模、综合和质疑。相关研究表明，这些认知技能可以帮助学生在跨学科学习中获得多种知识21，并提升其推理能力22。此外，有学者对运用认知技能解决实际问题的学生进行了纵向研究，发现他们将相关知识运用到新领域的能力远

14、远超过那些没有利用该技能的学生 23。2.沟通合作技能STEAM教育强调真实问题的解决，而这些真实问题往往复杂多样、变化多端、难度较大，因此，STEAM教师通常把学生分为多个学习小组，让他们共同分析问题、组织材料、解决问题等。在此过程中，学生的沟通技能至关重要，这是由于学生需要与教师或小组其他成员之间充分沟通、合作探讨，才能更加有效地解决问题，从而完成对知识的意义建构。另外，合作技能也被视为21 世纪解决问题的必需技能，具备该技能的学生往往更加自信，有更强的自尊心，也能取得更好的学习成就，还能更有效地解决矛盾 24。3.创新技能创新技能是将创新思维转变为创新成果的中介，包括设计、构图、表演、展

15、示、建模等，它主要被用于解决问题，可以通过创造性学习得到加强和培养25。艺术和技术领域的相关专家一致认为，创新技能的培养应融入学生所生活的真实世界，因为这个世界充满美、设计以及技术。STEAM教师应该利用艺术和技术，采取多种教学方式 26，为学生提供丰富的探索机会，并在问题解决情境中提供相关概念、工具、经验等，从而培养学生的创新技能。三、STEAM教育的发展路径在对STEAM教育的内涵进行逻辑分析的基础之上，有必要探索STEAM教育的发展路径，明确我国STEAM教育的推进思路和实施措施。（一）整合课程资源创设教学环境整合STEAM课程资源不是简单地把五门学科课程知识进行线性叠加，而是以活动为基

16、础，让学生在解决真实问题的过程中把原本独立、分散的不同学科知识和技能进行应用和迁移。基于此，构建STEAM 课程体系需要从两方面着手。一是将 STEAM 融入到现有学科课程内容中，明晰现有学科课程内容与 STEAM 之间的关联和逻辑，加强 STEAM 学科课程渗透，从而实现基于现有课程体系发展的 STEAM 课程，使 STEAM 教育与核心素养相对接，这可能是目前最适切的整合方式。二是充分调动全社会的力量开发STEAM课程资源，其关键在于使知识与实践之间相关联。有专家建议，以工程、技术类课程为基础，整合科学、数学与艺术等相关课程的知识内容，能够有效提升学生的综合实践与创新应用能力，并有效弥补我

17、国基础教育领域工程与技术教育的短板27。此外，STEAM 教育还强调“做中学”，其课程需在良好的硬件教学环境中才能有效地开展，创设良好的教学环境是推进STEAM 教育的必要条件。因此，在开展 STEAM 教育时，教师要高度重视教学环境的创设，提供满足 STEAM 课程教学需求的材料和设施，主要包括数字化教学与学习资源、新兴技术、专用教室、硬件设备等。此外，还可以与企业、高校或公益机构建立合作，共享其资源设备。（二）转变教学方式培养学生的 STEAM 素养不同于传统教学过程，STEAM教学提倡的是基于真实问题解决的教学过程，其本质是通过教学活动的开展，使学生在吸收与内化课程内容的基础上，综合利用

18、STEAM 知识和技能解决现实生活中亟需处理的问题，从而培养学生的创新意识与STEAM 素养。然而，我国教师通常采用讲授的方式，强调知识本位，对学生的体验与能力培养还不够重视。STEAM 教师可以借鉴国外基于项目学习、体验式学习等新的教学方式，即让学生以项目的形式围绕具体问题进行创新设计、探索论证、合作交流、解决问题，项目中的问题不仅可以驱动学生理解学科的核心概念和原则，还让学生在实践探索的过程中将所掌握的理论知识进行适当迁移与应用，并通过自身体验与不断尝试建构新知识。具体来说，一方面，教师要创设良好的问题情境，激发学生主动参与学习的积极性，使学生对问题情境进行分析，包括想象、质疑、发散性思维

19、等，达到深度学习的层次；另一方面，教师要注重对问题解决的引导，鼓励学生观察、实验、反思和推理，以知识迁移推进问题解决28，锻炼其科学探究能力和实践能力。（三）加快师资培养促进STEAM 教师专业发展STEAM教育的开展和推进与STAEM教师的专业化水平密切相关，如何培养合格的STEAM师资备受关注。就我国目前的情况而言，一方面，由于分科教学模式普遍盛行，STEAM学科界限鲜明，没有专职的STEAM教师，一般由校内的科学、数学、信息技术等学科教师兼任；另一方面，由于STEAM教育强调学科整合，对教师的学科视野、知识储备、教学模式和创新思维都提出了更高的要求，对教师的教育理念和教学方法也提出了新的

20、挑战，教师不仅需要掌握多门学科知识、技能以及教学方法，还需要将它们有机整合于教学实践。因此，在当前STEAM师资严重短缺的情况下，可以采用多元化的师资培养方式，促进STEAM教师专业发展。也就是说，除了需要建立健全STEAM师资职前培养体系使更多的教师能够胜任STEAM教育教学之外，还需要重点培训当前的兼职教师。具体可以从三方面入手。其一，更新教师教育观念，培养教师跨学科整合的能力，并学习基于真实问题解决的STEAM教学模式；其二，对STEAM教师的实验和动手操作能力进行针对性培训，提高教师使用电脑、远程教育设备和网络虚拟实验室等教学设施的技术水平；其三，搭建 STEAM教师经验交流平台，鼓励教师分享讨论课程资源、教学案例、教学经验和心得体会等，引导教师及时改进教学策略。