趙塞納 黃寶珠 杜永軍 郭偉

一、STEM教育戰(zhàn)略如何走向成功

聯(lián)邦政府的STEM教育戰(zhàn)略通過以下途徑實(shí)現(xiàn)上文中提到的三個(gè)目標(biāo)：加強(qiáng)STEM基礎(chǔ)素養(yǎng)，提高STEM教育的多樣性、公平性和包容性，使STEM勞動(dòng)力為未來做好準(zhǔn)備。

美國將受益于戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，在其中學(xué)習(xí)者可以把知識(shí)同工作的需要結(jié)合起來?？绮块T的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系需要建立起教育機(jī)構(gòu)、企業(yè)及其服務(wù)的群體三者間的聯(lián)系，在促進(jìn)交流的基礎(chǔ)上使教育準(zhǔn)備工作與勞動(dòng)力需求結(jié)合起來。

聯(lián)邦機(jī)構(gòu)應(yīng)該鼓勵(lì)STEM教育相關(guān)者在STEM生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)方面進(jìn)行合作，并團(tuán)結(jié)其他組織機(jī)構(gòu)，如PreK-12學(xué)校、非正式教育的教育者、社區(qū)學(xué)院和大學(xué)——包括西語拉丁裔服務(wù)機(jī)構(gòu)（Hispanic-serving Institutions，HSIs）——企業(yè)、非營利組織、社會(huì)服務(wù)機(jī)構(gòu)等經(jīng)濟(jì)和勞動(dòng)力發(fā)展組織，以及博物館、圖書館、認(rèn)證服務(wù)機(jī)構(gòu)等終身學(xué)習(xí)組織機(jī)構(gòu)。STEM生態(tài)系統(tǒng)不但能讓個(gè)人和組織更有效地利用戰(zhàn)略伙伴提供的資源，而且為未來勞動(dòng)力的培養(yǎng)提供更多的支持。通過教育者與企業(yè)的合作伙伴關(guān)系，加強(qiáng)基于工作的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)非常重要。因此校企合作模式將促使工作者有更多在崗位上取得成功的機(jī)會(huì)，他們可以通過共同協(xié)作，讓學(xué)習(xí)者適應(yīng)飛速變化的崗位需求，并總結(jié)出一套方法，起到協(xié)調(diào)實(shí)踐的效果。

豐富和發(fā)展戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系有以下三個(gè)目標(biāo)。

第一，建設(shè)能夠團(tuán)結(jié)社區(qū)內(nèi)不同群體的STEM生態(tài)系統(tǒng)。STEM生態(tài)系統(tǒng)吸引了教育相關(guān)者和其他組織機(jī)構(gòu)。該生態(tài)系統(tǒng)注重設(shè)計(jì)長(zhǎng)期的、可共享的、可持續(xù)的和靈活的任務(wù)，以增加各部門可提供的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的合作伙伴不受地域的限制，可以廣泛地參與進(jìn)來，從而創(chuàng)建從地區(qū)到全球的STEM社區(qū)。

STEM生態(tài)系統(tǒng)的合作模式將建立起更強(qiáng)大、更信息化的社區(qū)，并培養(yǎng)出滿足當(dāng)?shù)仄髽I(yè)需求的多樣化勞動(dòng)力。這樣的社區(qū)可以為學(xué)習(xí)者提供接受STEM教育相關(guān)職業(yè)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)。系統(tǒng)促進(jìn)了教育工作者和企業(yè)之間的合作，共同開發(fā)具有挑戰(zhàn)性的課程，激發(fā)學(xué)習(xí)者對(duì)STEM學(xué)習(xí)的興趣，并為他們?cè)谖磥砉ぷ髦腥〉贸晒ψ龊脺?zhǔn)備。

STEM生態(tài)系統(tǒng)還通過將各種專業(yè)人員集合在一起，形成一種包容性的環(huán)境。專業(yè)人員將在學(xué)生預(yù)備學(xué)習(xí)的相關(guān)重要時(shí)期與他們進(jìn)行互動(dòng)。這些專業(yè)人員來自如PreK-12學(xué)校，非正式教育——如以頭腦、心智、健康、實(shí)踐發(fā)展（Head & Heart & Health & Hand，4-H）為宗旨的4-H俱樂部，社區(qū)學(xué)院和大學(xué)學(xué)院（包括HSIs等），企業(yè)和社區(qū)。STEM生態(tài)系統(tǒng)可以發(fā)展多元化的成人教育者和專業(yè)人員群體，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者成為未來STEM行業(yè)的實(shí)踐者。

聯(lián)邦政府通過項(xiàng)目、投資和活動(dòng)來促進(jìn)STEM教育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，這些項(xiàng)目和活動(dòng)充分利用行業(yè)中其他組織與教育機(jī)構(gòu)間的合作模式。隨著系統(tǒng)的深入發(fā)展，部分實(shí)踐數(shù)據(jù)將為聯(lián)邦政府戰(zhàn)略計(jì)劃的制定提供依據(jù)。聯(lián)邦撥款機(jī)構(gòu)將創(chuàng)建和連接STEM生態(tài)系統(tǒng)視作資助項(xiàng)目的一部分，通過加大對(duì)系統(tǒng)的資金投入，支持那些有建設(shè)能力和教育能力的工作者和研究人員，并教授他們所需的知識(shí)和技能，從而加速系統(tǒng)的擴(kuò)展。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動(dòng)應(yīng)側(cè)重于以下四個(gè)方面：一是建立不同地區(qū)STEM生態(tài)系統(tǒng)間的聯(lián)系，為師徒關(guān)系開展、專業(yè)教育者發(fā)展、課程教材開發(fā)等社區(qū)活動(dòng)提供更多的機(jī)會(huì);二是建立簡(jiǎn)單的、可搜索的、人性化的在線資源，使學(xué)習(xí)者更便捷地查找到與STEM教育相關(guān)的聯(lián)邦活動(dòng)和資助項(xiàng)目;三是增加聯(lián)邦資助項(xiàng)目的數(shù)量，如獎(jiǎng)勵(lì)那些參與開發(fā)STEM生態(tài)系統(tǒng)的人員;四是支持各種關(guān)于促進(jìn)STEM生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的校內(nèi)外研究項(xiàng)目，并宣傳成功案例。

第二，通過教育者與企業(yè)的合作伙伴關(guān)系，加強(qiáng)基于工作的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)在STEM生態(tài)系統(tǒng)中，基于工作的學(xué)習(xí)（Work-based Learning，WBL）模式是一種確保學(xué)習(xí)者在職場(chǎng)中有利地位的方式，如小學(xué)階段進(jìn)入工作場(chǎng)所參觀;中學(xué)階段進(jìn)行學(xué)前實(shí)習(xí)，接受關(guān)于如何成為成熟學(xué)徒的培訓(xùn);本科生和研究生階段進(jìn)行研究工作。盡管WBL模式的政策和行動(dòng)在全國各地的差異很大，但社區(qū)仍然可以根據(jù)WBL模式的通用定義、戰(zhàn)略計(jì)劃、協(xié)調(diào)方法、外聯(lián)戰(zhàn)略和交互策略，思考如何開展內(nèi)部協(xié)調(diào)和實(shí)踐。

通過與教育者合作，企業(yè)將從中獲益，從而為廣大學(xué)習(xí)者提供真實(shí)的工作環(huán)境。在合作關(guān)系中，不同背景和有著不同經(jīng)驗(yàn)的教育工作者和學(xué)生在新環(huán)境中以全新的視角進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)和工作實(shí)踐。另外，與教育者合作的企業(yè)也可以在縮短與全國的STEM技能水平差距方面有所作為。如果企業(yè)選擇同教育機(jī)構(gòu)合作，將進(jìn)入職場(chǎng)所需的資格證書和培訓(xùn)項(xiàng)目納入中學(xué)和高等教育課程，支持前沿課程開發(fā)并提供試用環(huán)境，給予學(xué)習(xí)者參與學(xué)徒制、師徒制等WBL模式的機(jī)會(huì)，企業(yè)就可以從受過充分培訓(xùn)的員工中獲益。

聯(lián)邦機(jī)構(gòu)將在學(xué)徒制、在職培訓(xùn)、外聘等機(jī)制中同雇主和教育工作者合作，為全國各地的學(xué)生在WBL模式的培訓(xùn)項(xiàng)目上提供資金支持。各機(jī)構(gòu)還可以利用人力資源，憑借聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備、研究項(xiàng)目，利用專業(yè)知識(shí)和數(shù)據(jù)培養(yǎng)高質(zhì)量勞動(dòng)力，最終增加他們的工作經(jīng)驗(yàn)。聯(lián)邦機(jī)構(gòu)可以選擇擴(kuò)大與教育工作者和企業(yè)的合作，建立深層次的合作關(guān)系，并在各個(gè)項(xiàng)目中加以利用，如重視兩年制、四年制的HSIs項(xiàng)目和其他高等教育機(jī)構(gòu)的教學(xué)計(jì)劃、PreK-12學(xué)校的非正式教育和正式教育項(xiàng)目。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動(dòng)應(yīng)側(cè)重于以下四個(gè)方面：一是為教育機(jī)構(gòu)提供更多帶薪實(shí)習(xí)和學(xué)徒培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，確保讓學(xué)生積累到有效的經(jīng)驗(yàn);二是根據(jù)聯(lián)邦就業(yè)通道計(jì)劃（Federal Pathways Employment Program），靈活運(yùn)用招聘權(quán)限，將培養(yǎng)出更多具有多樣性的STEM勞動(dòng)力作為重點(diǎn)，加快把員工向有競(jìng)爭(zhēng)力的服務(wù)崗位輸送，并擴(kuò)大計(jì)劃的招聘范圍，放寬招聘權(quán)限;三是增加聯(lián)邦資助項(xiàng)目的數(shù)量，明確合伙人在項(xiàng)目中的獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)，如獎(jiǎng)勵(lì)教育工作者在課外參與WBL模式的項(xiàng)目;四是建立新機(jī)構(gòu)，招聘部分學(xué)徒、實(shí)習(xí)生、博士后研究員和其他參與WBL模式項(xiàng)目的人員，將其納為全職的、永久的聯(lián)邦雇員。

第三，融合來自學(xué)習(xí)領(lǐng)域的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。為了建設(shè)具有創(chuàng)造性的、混合式的教育方式，聯(lián)邦機(jī)構(gòu)要在過程中運(yùn)用不同于傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法（如利用非正式教育配合正式教育，在職業(yè)和技術(shù)教育中增加大學(xué)預(yù)科教育內(nèi)容）并結(jié)合跨學(xué)科學(xué)習(xí)方法。其最終目的是讓學(xué)習(xí)者以最有效率的方式獲得工作技能。

如今在接受高等教育的學(xué)生中，大約有一半人會(huì)選擇從社區(qū)大學(xué)開始學(xué)習(xí)，另一半人直接進(jìn)入四年制學(xué)院或大學(xué)。實(shí)際上，他們所有人都曾有參與非正式STEM教育的經(jīng)歷，比如參加當(dāng)?shù)鼐銟凡?、業(yè)余團(tuán)隊(duì)和其他校外活動(dòng)項(xiàng)目，或者到科學(xué)中心、博物館、動(dòng)物園、自然中心、水族館、圖書館等接觸非正式教育資源。這些教育資源可以在溝通協(xié)調(diào)中更好地為學(xué)習(xí)者服務(wù)。例如，由國家科學(xué)教師協(xié)會(huì)（National Science Teacher Association）和科學(xué)技術(shù)中心協(xié)會(huì)（Association of Science-Technology Centers）創(chuàng)建的“互聯(lián)科學(xué)學(xué)習(xí)”，就是一個(gè)向?qū)W習(xí)者分享實(shí)用經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的在線社區(qū)。類似的學(xué)習(xí)方式可以不斷彌合校內(nèi)外教育資源的差距。

將高質(zhì)量的職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)與大學(xué)預(yù)科課程結(jié)合起來的教育制度可以有效幫助學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)和就業(yè)中做好準(zhǔn)備。尤其是在培訓(xùn)后，學(xué)生將獲得行業(yè)公認(rèn)的職業(yè)資格證書。此制度建立在一系列實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分表現(xiàn)了非正式教育、職業(yè)技術(shù)教育的應(yīng)用學(xué)習(xí)、跨學(xué)科學(xué)習(xí)三方面的特點(diǎn)。無論運(yùn)用何種方式，為了更好地滿足STEM行業(yè)的需求，未來STEM教育對(duì)技術(shù)勞動(dòng)力的培養(yǎng)都依賴于不同組織間進(jìn)行的聯(lián)合行動(dòng)、合作項(xiàng)目和資源共享。

聯(lián)邦政府應(yīng)繼續(xù)大力支持在正式教育和非正式教育中那些擁有核心技術(shù)的工作者間的合作關(guān)系，并努力團(tuán)結(jié)STEM教育的各相關(guān)方。聯(lián)邦政府可以通過研討會(huì)、數(shù)據(jù)支持和資金資助，幫助高等教育機(jī)構(gòu)更好地將其項(xiàng)目與STEM教育、職業(yè)技術(shù)教育的中學(xué)課程相結(jié)合。例如，學(xué)生可以在中學(xué)的職業(yè)技術(shù)教育課程中獲得更多的通用學(xué)分，避免在之后的社區(qū)學(xué)院重修類似課程。教育政策制定者應(yīng)該減少教育工作者在跨學(xué)科工作方面和在正式、非正式環(huán)境之間轉(zhuǎn)換的障礙。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動(dòng)應(yīng)側(cè)重于以下三個(gè)方面：一是優(yōu)先考慮對(duì)STEM教育工作者在技能提升和專業(yè)發(fā)展上的支持，其中包括職業(yè)技術(shù)教育課程教師，大學(xué)預(yù)科教師以及在正式、非正式環(huán)境中的教育工作者;二是優(yōu)先研究能讓職業(yè)技術(shù)教育、大學(xué)預(yù)科、正式和非正式教育的成功經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來的方法;三是通過網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、研討會(huì)等機(jī)制聚集與STEM教育相關(guān)的工作者，共享有效方法和成功經(jīng)驗(yàn)，并為其他教育者提供最佳指引。

二、利用交叉學(xué)科知識(shí)的融合吸引學(xué)生

交叉學(xué)科融合是教育中最具變革性的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，其融合了STEM、藝術(shù)、人文等眾多學(xué)科的知識(shí)和方法，要求學(xué)生跨越傳統(tǒng)學(xué)科界限進(jìn)行思索和探求。此外，現(xiàn)代職場(chǎng)也將那些擁有不同觀念、生活經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、思維方式的人聚集在一起。美國將受益于以交叉學(xué)科為基礎(chǔ)的教育體系。STEM教育展現(xiàn)出一種融合的文化，同時(shí)鼓勵(lì)知識(shí)的整合，并為復(fù)雜的問題開發(fā)出新的解決方案——這是一種更具包容性的教育，可以吸引更多的人才進(jìn)入STEM相關(guān)領(lǐng)域。

此途徑強(qiáng)調(diào)了融合，說明了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育意在培養(yǎng)出面對(duì)快速變化的世界依然有能力取得成功的思想家。此外，新環(huán)境中的STEM教育是否有效，取決于學(xué)習(xí)者是否能將邏輯思維和數(shù)學(xué)原理應(yīng)用于社會(huì)問題。在任何領(lǐng)域，跨學(xué)科知識(shí)融合和應(yīng)用是解決現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜問題的方法之一。為了完成此目標(biāo)需要做到以下三點(diǎn)。

（一）擴(kuò)大創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

創(chuàng)新通常是指不同部門和領(lǐng)域在生產(chǎn)新產(chǎn)品或新工藝時(shí)的想法匯合，它通常以“和與或”的方式來融合科學(xué)發(fā)現(xiàn)。創(chuàng)業(yè)者將新的項(xiàng)目、服務(wù)和產(chǎn)品引入市場(chǎng)和社會(huì)。在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的全球經(jīng)濟(jì)中，STEM教育在強(qiáng)調(diào)學(xué)科融合的同時(shí)，也注重提升學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，從而促進(jìn)革新。培養(yǎng)關(guān)鍵技能的內(nèi)容應(yīng)該在STEM教育中發(fā)揮巨大的作用，讓更多的美國人有能力為國家經(jīng)濟(jì)繁榮作貢獻(xiàn)。

創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)精神對(duì)于維護(hù)美國的全球競(jìng)爭(zhēng)力和安全至關(guān)重要。為了跟上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的步伐，美國公司必須走在創(chuàng)新前沿，并能夠快速有效地將新技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)。美國如果想成為全球STEM社區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)者，就應(yīng)該通過在PreK-12學(xué)校、高等教育和非正式教育環(huán)境中執(zhí)行包容性戰(zhàn)略，加強(qiáng)學(xué)習(xí)者在未來經(jīng)濟(jì)中的創(chuàng)造力和競(jìng)爭(zhēng)力，不斷提高他們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能。

聯(lián)邦政府可以通過各種方式推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，如財(cái)政支持、簡(jiǎn)化行政手續(xù)等。它們還可以為教育工作者制訂和實(shí)施專業(yè)方案，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神納入課程。聯(lián)邦政府還通過國家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation，NSF）的創(chuàng)新聯(lián)合會(huì)（I-CorpsTM）等項(xiàng)目，在中學(xué)階段促進(jìn)創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育。在所有的項(xiàng)目、投資和活動(dòng)中，各機(jī)構(gòu)還要優(yōu)先確保合作伙伴和受助人公平地參與項(xiàng)目。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動(dòng)應(yīng)側(cè)重以下三個(gè)方面：一是審查聯(lián)邦政府資助項(xiàng)目的參與率，并在有需要時(shí)設(shè)計(jì)最佳方案來吸引更多具有多樣化思維和包容性的參與者;二是在聯(lián)邦教育和創(chuàng)業(yè)投資方面，向教育工作者提供更多的有效方案，使學(xué)習(xí)者更具多樣性;三是在聯(lián)邦教育和創(chuàng)業(yè)投資方面，開展更多向教育工作者傳授關(guān)于如何創(chuàng)新和保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的活動(dòng)。

（二）讓數(shù)學(xué)成為吸引學(xué)生的“磁鐵”

數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)是STEM教育下的學(xué)生通向成功的基礎(chǔ)。它為描述現(xiàn)實(shí)世界中的現(xiàn)象模型提供了一種通用語言。盡管美國學(xué)生在努力縮小差距，但他們的數(shù)學(xué)素養(yǎng)仍然落后于部分國際學(xué)生。提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)的方式之一就是做好不同學(xué)科內(nèi)數(shù)學(xué)知識(shí)的整合，利用被實(shí)踐檢驗(yàn)過的、學(xué)生感興趣的教學(xué)法來教授數(shù)學(xué)知識(shí)。學(xué)生在這種環(huán)境下，加強(qiáng)了運(yùn)用邏輯、推理和批判性思維的能力，促使他們更多地應(yīng)用數(shù)學(xué)思維解決日常生活中的問題。數(shù)據(jù)科學(xué)、建模和基于問題的學(xué)習(xí)是整合數(shù)學(xué)知識(shí)的有效機(jī)制。

數(shù)學(xué)課程是STEM教育的一個(gè)主要障礙，因此STEM教育領(lǐng)導(dǎo)者必須為學(xué)生創(chuàng)建一套不同以往的、有針對(duì)性的教學(xué)方法。如果美國想要擁有一個(gè)充滿多樣化STEM人才的未來，就必須以數(shù)學(xué)為源頭，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)STEM相關(guān)學(xué)科的興趣和熱情，讓他們更深入地研究這些學(xué)科。數(shù)學(xué)可以成為吸引學(xué)生深入學(xué)習(xí)的”磁鐵“，而不是障礙。情境設(shè)計(jì)下的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)將有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

聯(lián)邦政府和有關(guān)部門可以調(diào)動(dòng)資源，推進(jìn)在情景中的、有意義的應(yīng)用數(shù)學(xué)教育。那些從事和支持?jǐn)?shù)學(xué)研究與開發(fā)的人，將積極地為數(shù)學(xué)領(lǐng)域的工作提供資金，同時(shí)挖掘與STEM數(shù)學(xué)教育相關(guān)的信息。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府的行動(dòng)應(yīng)包括以下三個(gè)方面：一是簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，使其更易于服務(wù)數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)等STEM教育課程，同時(shí)就如何在課程中使用這些數(shù)據(jù)提出建議;二是優(yōu)先支持將數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)相關(guān)的教育內(nèi)容納入有意義的項(xiàng)目，不斷提升教育工作者的技能;三是分享在開展數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)教育方面的成功經(jīng)驗(yàn)，保持學(xué)習(xí)項(xiàng)目的多樣性。

（三）鼓勵(lì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)

STEM教學(xué)與人文藝術(shù)等領(lǐng)域的整合，讓學(xué)習(xí)者能應(yīng)對(duì)來自不同領(lǐng)域的挑戰(zhàn)?？鐚W(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)也有助于學(xué)習(xí)者更充分地認(rèn)識(shí)STEM的內(nèi)在價(jià)值，讓他們?cè)诟黝惤逃懈玫赝ㄟ^合作解決團(tuán)隊(duì)中可能遇到的各種問題。

為了開展跨學(xué)科融合的相關(guān)研究，科學(xué)家和工程師需要一個(gè)多樣的數(shù)據(jù)集，包括學(xué)科知識(shí)、潛在合作者的語言和文化、協(xié)作技能水平評(píng)估（如溝通、與他人合作的能力、批判性思維和主動(dòng)性）等。早期接觸跨學(xué)科問題并嘗試解決它的學(xué)習(xí)者為研究提供了樣板。

聯(lián)邦機(jī)構(gòu)對(duì)跨學(xué)科STEM教育的支持十分重要。各機(jī)構(gòu)可以通過財(cái)政資助和培訓(xùn)支持STEM學(xué)習(xí)者研究跨學(xué)科問題。本科生、研究生和博士后研究人員可以親身體驗(yàn)跨學(xué)科科學(xué)和工程是如何進(jìn)行的，將知識(shí)活學(xué)活用，最終完成不同的目標(biāo)。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府行動(dòng)包括：一是支持研究、開發(fā)和制定有效的跨學(xué)科STEM教育實(shí)踐、計(jì)劃和政策;二是通過財(cái)政資助和培訓(xùn)，激發(fā)STEM學(xué)習(xí)者對(duì)研究跨學(xué)科問題的熱情;三是確保持續(xù)更新以解決社區(qū)和全球問題為重點(diǎn)的跨學(xué)科教學(xué)方法，提升STEM教育者的素質(zhì)和質(zhì)量。

三、培養(yǎng)計(jì)算機(jī)素養(yǎng)

數(shù)字設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)完全改變了社會(huì)?，F(xiàn)代人需要具備“數(shù)字素養(yǎng)”，掌握使用數(shù)字設(shè)備的能力。而有效使用計(jì)算機(jī)等數(shù)字技術(shù)工具進(jìn)行網(wǎng)站創(chuàng)建、視頻編輯、3D打印、操作控制系統(tǒng)等活動(dòng)，則需要更高級(jí)別的“計(jì)算運(yùn)用能力”。除數(shù)字素養(yǎng)外，熟悉信息通信技術(shù)也是運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)知識(shí)的重要方面，可以為進(jìn)入對(duì)技術(shù)要求高的工作崗位做準(zhǔn)備。事實(shí)上，信息通信技術(shù)是進(jìn)入熱門工作崗位的關(guān)鍵，現(xiàn)在的學(xué)生在接受技術(shù)教育后很可能成為未來的數(shù)據(jù)分析專家、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)專家、軟件和應(yīng)用程序開發(fā)人員、自動(dòng)化技術(shù)人員、量子信息科學(xué)家和網(wǎng)絡(luò)安全專家。因此STEM教育中的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育被視為重點(diǎn)領(lǐng)域。為了滿足現(xiàn)階段工作和未來網(wǎng)絡(luò)工作的需求，美國需要從接受過計(jì)算機(jī)培訓(xùn)的本科生中選取一部分學(xué)生將其培養(yǎng)成為PreK-12教育中與計(jì)算機(jī)科學(xué)教育相關(guān)的工作者，進(jìn)而將他們培養(yǎng)成為專業(yè)研究人員。

在STEM教育中，同其他領(lǐng)域一樣，信息通信技術(shù)也在不斷發(fā)展變化，給傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中的時(shí)間、地點(diǎn)和內(nèi)容帶來新的挑戰(zhàn)。在正式和非正式教育環(huán)境下，不同的教育會(huì)帶給學(xué)生不同的學(xué)習(xí)效果。所有美國人都需要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算技能，掌握新技術(shù)知識(shí)和應(yīng)用方法，以適應(yīng)未來的工作。政府應(yīng)該努力實(shí)現(xiàn)讓所有美國人都可以獲得公共服務(wù)的承諾（如提供可以人人共享的網(wǎng)絡(luò)），讓美國人不因地理、種族、性別、族裔、社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位、退伍軍人身份、父母教育成就、殘障等因素而被歧視，都能享受到先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展所帶來的好處。

培養(yǎng)計(jì)算機(jī)素養(yǎng)需要加強(qiáng)人與人之間的聯(lián)系、提高人們積累知識(shí)的能力，并制定培養(yǎng)學(xué)生獲取高需求工作技能的策略。它還計(jì)劃了未來要進(jìn)行的重要研究，包括如何發(fā)揮數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使所有年齡段的美國人都能成為合乎道德的數(shù)據(jù)和數(shù)字通信生產(chǎn)者。培養(yǎng)計(jì)算機(jī)素養(yǎng)需完成以下三個(gè)目標(biāo)。

（一）培養(yǎng)數(shù)字素養(yǎng)和提升網(wǎng)絡(luò)安全

正如前幾個(gè)世紀(jì)掃盲是人們改善生活的關(guān)鍵技能一樣，數(shù)字掃盲對(duì)于當(dāng)今社會(huì)的人們至關(guān)重要。數(shù)字掃盲使人們可以識(shí)別有效信息，并利用數(shù)據(jù)回答問題、分享觀點(diǎn)和促進(jìn)合作。網(wǎng)絡(luò)安全是數(shù)字掃盲的組成部分之一，包括如何安全地使用信息通信技術(shù)（如加密等新技術(shù)）。在使用數(shù)字工具時(shí)，網(wǎng)絡(luò)安全是大眾都應(yīng)該了解的，而這種做法建立在注重?cái)?shù)據(jù)保護(hù)和尊重個(gè)人隱私的道德基礎(chǔ)上。強(qiáng)大的數(shù)字素養(yǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全技能可以完善STEM教育的各個(gè)層面，有助于科學(xué)、技術(shù)和平等意識(shí)的普及，并為未來的STEM勞動(dòng)力奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在數(shù)據(jù)使用方面，對(duì)勞動(dòng)力發(fā)展來說，重要的是對(duì)STEM教育的相關(guān)人員進(jìn)行有關(guān)道德和隱私方面的培訓(xùn)。例如，在2018年數(shù)據(jù)科學(xué)戰(zhàn)略計(jì)劃（Strategic Plan for Data Science 2018）中，全國衛(wèi)生研究所（National Institutes of Health，NIH）呼吁加強(qiáng)對(duì)本科生和研究生定量計(jì)算技能的培訓(xùn)，包括他們?nèi)绾卧诎踩偷赖路秶鷥?nèi)使用數(shù)據(jù)，以促進(jìn)課程和其他資源的開發(fā)，增強(qiáng)以數(shù)據(jù)科學(xué)為基礎(chǔ)的方法的嚴(yán)謹(jǐn)性。此外，在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域高職業(yè)需求的前提下，為了確保美國長(zhǎng)期的網(wǎng)絡(luò)安全，聯(lián)邦政府應(yīng)加強(qiáng)行動(dòng)，擴(kuò)大國家的網(wǎng)絡(luò)安全隊(duì)伍建設(shè)并使其具有多樣性。

聯(lián)邦政府在普及數(shù)字知識(shí)和網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盡管沒有一個(gè)單獨(dú)的機(jī)構(gòu)，甚至是聯(lián)邦政府，可以在活動(dòng)中接觸到全國的學(xué)習(xí)者、工人和公民，但不同機(jī)構(gòu)間的伙伴關(guān)系提供了合作機(jī)制，可以讓各聯(lián)邦政府或機(jī)構(gòu)在同政府、行業(yè)和非營利組織的合作中更好地理解網(wǎng)絡(luò)安全中的社會(huì)問題（如關(guān)注弱勢(shì)群體），從而將教育推廣到全國的社區(qū)。私營和國營企業(yè)通過WBL模式中的伙伴關(guān)系，可以在數(shù)字道德、在線信息分析和網(wǎng)絡(luò)安全方面給予學(xué)習(xí)者真實(shí)的體驗(yàn)。國家、地方和政府、社區(qū)非營利組織和專業(yè)組織也可以利用WBL模式來提高其支持者和成員的素質(zhì)。

除了開展伙伴關(guān)系之外，聯(lián)邦政府應(yīng)該支持以教育為目的而開展的STEM相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)活動(dòng)。這在整個(gè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，尤其是對(duì)于家庭，至關(guān)重要。例如，聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)為支持第一夫人的“做最好的人”（Be Best）活動(dòng)，正在幫助孩子、家長(zhǎng)、監(jiān)護(hù)人和其他成年人就如何營造安全和負(fù)責(zé)任的網(wǎng)絡(luò)提供指導(dǎo)，并與他們中的代表進(jìn)行深入交流。隨著數(shù)據(jù)科學(xué)的迅速發(fā)展，在推廣與數(shù)字掃盲有關(guān)的學(xué)科中，聯(lián)邦政府應(yīng)發(fā)揮主導(dǎo)作用，讓研究人員未來可獲得與倫理道德有關(guān)的研究數(shù)據(jù)。而在STEM各學(xué)科內(nèi)，政府仍然需要探索如何傳授數(shù)字化技能的方法。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府需要在以下三方面做出努力：一是鼓勵(lì)各聯(lián)邦機(jī)構(gòu)及其相關(guān)組織在推廣數(shù)字流暢性和網(wǎng)絡(luò)安全上的做法，如制定針對(duì)教育工作者的專業(yè)發(fā)展計(jì)劃;二是支持關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全方面的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，加強(qiáng)宣傳并開展有意義的實(shí)踐;三是加強(qiáng)對(duì)從本科到研究生教育的STEM相關(guān)研究人員在數(shù)字倫理和數(shù)據(jù)隱私方面的培訓(xùn)。

（二）使計(jì)算思維的培養(yǎng)成為教育的組成部分

計(jì)算思維（Computational Thinking，CT）是指在解決問題及制定解決方案時(shí)所涉及的思維過程，使信息處理器（人、機(jī)器或者兩者結(jié)合）制定的解決方案可以有效進(jìn)行。更容易理解的是，CT包含了一組程序。這些程序定義了問題，將其分解為一個(gè)個(gè)組件，從中開發(fā)出解決問題的模型，然后評(píng)估結(jié)果，迭代更新，以及等待再次解決新問題的機(jī)會(huì)。雖然這一概念是在計(jì)算機(jī)科學(xué)中發(fā)展起來的，但是它越來越被看作是一項(xiàng)寶貴的思維技能，幫助人們?nèi)ソ鉀Q問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)，了解人類的行為。

在日益技術(shù)化和復(fù)雜的全球經(jīng)濟(jì)中，CT需要成為教育的組成部分之一，讓每名學(xué)習(xí)者都有能力評(píng)估信息、分解問題，并通過使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)和邏輯制定解決方案。

雖然CT不需要計(jì)算機(jī)，但它們確實(shí)涉及到利用計(jì)算工具進(jìn)行必要的推理。人們認(rèn)為CT是普遍有益的，因?yàn)楦鶦T有關(guān)的技能都集中在計(jì)算機(jī)科學(xué)（Computer Science，CS）知識(shí)的中心區(qū)域。CS中心的周圍，還存在著數(shù)字世界中應(yīng)用計(jì)算所需的更廣泛的理解、能力和技能：?jiǎn)栴}說明和表達(dá)、算法開發(fā)等主題，軟件設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，互聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)安全，學(xué)科應(yīng)用（包括與之相關(guān)的社會(huì)影響和倫理考量）。普及CS教育仍然是國家的優(yōu)先事項(xiàng)，這一事項(xiàng)也需要通過跨學(xué)科的思維整合來實(shí)現(xiàn)。

在培養(yǎng)堅(jiān)實(shí)的CT基礎(chǔ)方面，CT教育有助于公眾理解STEM教育。它培養(yǎng)學(xué)習(xí)者分析問題的能力，使他們掌握一生都能有用的技能。人們可以利用數(shù)據(jù)來決策、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)行日?；顒?dòng)，如挑選物美價(jià)廉的汽車、購買城市債券等。此外，強(qiáng)調(diào)思維能力而不是死記硬背的教學(xué)方法將吸引更多的學(xué)習(xí)者進(jìn)入STEM領(lǐng)域。最重要的是，即使面對(duì)難以掌握這些技術(shù)方法的人，如殘障學(xué)生等群體，在教授計(jì)算機(jī)技術(shù)時(shí)也要有包容性，以便他們?cè)谖磥硪材軈⑴c到現(xiàn)代社會(huì)建設(shè)之中。

現(xiàn)代工作的發(fā)展要求勞動(dòng)力能不斷利用新技術(shù)在一些近幾年出現(xiàn)的新興領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)工作崗位。許多傳統(tǒng)行業(yè)中的藍(lán)領(lǐng)工作已經(jīng)被需要計(jì)算能力的工作所取代，特別是制造業(yè)。預(yù)計(jì)在計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)職業(yè)方面就業(yè)人數(shù)的增加可以帶動(dòng)美國人養(yǎng)成練習(xí)CT和CS思維的習(xí)慣。這不僅會(huì)讓他們?yōu)閷淼墓ぷ髯龊脺?zhǔn)備，而且使他們自身也能得到發(fā)展。下一代的創(chuàng)新者將利用這些就業(yè)機(jī)會(huì)，進(jìn)一步提升美國在世界的領(lǐng)導(dǎo)地位。

聯(lián)邦教育政策和方案應(yīng)鼓勵(lì)整合所有學(xué)科、活動(dòng)的CT原則，無論是在學(xué)校還是在其他非正式教育環(huán)境中，要為所有兒童提供早期就能接觸CT基本技能的機(jī)會(huì)。支持教師教育的機(jī)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先考慮包含CT和CS思維的課程設(shè)置，使教師們認(rèn)為這些技能與閱讀、寫作、數(shù)學(xué)和科學(xué)一樣對(duì)教育至關(guān)重要。與STEM學(xué)科相關(guān)的教師在準(zhǔn)備工作中可以引導(dǎo)CT和CS思維的整合。STEM相關(guān)的政策和方案中應(yīng)招聘、培訓(xùn)和保留那些具有CT的教師，尤其需要針對(duì)那些教師需求大或工作人員難以管理的學(xué)區(qū)。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府行動(dòng)包括以下三個(gè)方面：一是增加聯(lián)邦資金投入，拓寬發(fā)展伙伴關(guān)系的渠道，并把對(duì)CT的考量作為選擇標(biāo)準(zhǔn)之一;二是作為STEM課程的一部分，支持研究并宣傳關(guān)于向幼兒教授CT和CS思維的有效方法;三是支持和共享那些關(guān)于CT有效的教育實(shí)踐行動(dòng)和課程材料。

（三）拓展數(shù)字教學(xué)平臺(tái)

越來越多的教育機(jī)構(gòu)和組織提供開放的在線課程、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)軟件、移動(dòng)學(xué)習(xí)應(yīng)用程序和其他各種數(shù)字學(xué)習(xí)計(jì)劃。這些產(chǎn)品使教育工作者需要重新思考學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。要充分利用這些新數(shù)字技術(shù)，教育工作者需要細(xì)致地調(diào)整教育目標(biāo)，參考研究如學(xué)習(xí)者的特點(diǎn)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、技能等要素。教育機(jī)構(gòu)和組織應(yīng)該在那些可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的環(huán)境中提供高質(zhì)量的STEM專業(yè)知識(shí)，嘗試打破正式和非正式教育之間的界限。

特別是那些仿真的游戲、移動(dòng)平臺(tái)、虛擬環(huán)境和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工具，可以提高學(xué)習(xí)者的好奇心和參與度。無論是在現(xiàn)實(shí)世界中還是在虛擬環(huán)境中，由在線教學(xué)工具和自適應(yīng)嵌入式技術(shù)支持的專用學(xué)習(xí)空間可以為教師和學(xué)習(xí)者提供靈巧的外觀結(jié)構(gòu)、便攜的設(shè)備和豐富的材料，同時(shí)實(shí)時(shí)、智能的反饋可以促進(jìn)教師開發(fā)出新的學(xué)習(xí)和協(xié)作模式。此外，隨著工作不斷更新?lián)Q代，美國工人可以及時(shí)通過數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行再培訓(xùn)，提高技能從而獲得證書。這種方式為縮小全國各地的貧富差距提供了潛在的可能。

數(shù)字平臺(tái)通過向?qū)W習(xí)者提供STEM相關(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)來增強(qiáng)STEM教育的多樣性和包容性。然而技術(shù)也可能通過機(jī)會(huì)差距，加劇現(xiàn)有的不平等。為確保所有學(xué)習(xí)者（特別是那些來自服務(wù)不足社區(qū)和代表性不足族群的學(xué)習(xí)者）能夠獲得高質(zhì)量的STEM數(shù)字學(xué)習(xí)工具，就必須要考慮平臺(tái)的成本和連通性。截至2016年，約有2400萬美國人無法獲得固定的陸基寬帶服務(wù)，他們大多數(shù)分布在美國的農(nóng)村和部落地區(qū)。

聯(lián)邦機(jī)構(gòu)應(yīng)繼續(xù)支持研發(fā)、新建和改進(jìn)教學(xué)數(shù)字平臺(tái)，并評(píng)估平臺(tái)的可擴(kuò)展性。機(jī)構(gòu)的相關(guān)方案和活動(dòng)應(yīng)鼓勵(lì)將工具開發(fā)、課程創(chuàng)新同相關(guān)教育工作者的專業(yè)發(fā)展結(jié)合起來，以克服各種關(guān)于使用數(shù)字工具的障礙。聯(lián)邦政府應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展伙伴關(guān)系，將互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大到高需求社區(qū)，并幫助建立和擴(kuò)大在線認(rèn)證和再培訓(xùn)平臺(tái)，幫助工人適應(yīng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，聯(lián)邦政府行動(dòng)包括以下三個(gè)方面：一是在通用設(shè)計(jì)原則下，利用數(shù)字工具增加對(duì)課程編制的研究和支持;二是贊助、鼓勵(lì)研討會(huì)等集體實(shí)踐活動(dòng)，并對(duì)STEM教育工作者就如何有效使用數(shù)字工具和學(xué)習(xí)模式進(jìn)行培訓(xùn);三是優(yōu)先支持遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的實(shí)踐活動(dòng)和學(xué)習(xí)模式，確保其能有效覆蓋到服務(wù)欠缺的農(nóng)村人口。

編輯 趙明豪? ?校對(duì) 呂伊雯譯者簡(jiǎn)介：趙賽納、黃寶珠，甘肅省聯(lián)合國教科文組織協(xié)會(huì)翻譯;杜永軍，甘肅省聯(lián)合國教科文組織協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng);郭偉，《世界教育信息》雜志特約通訊員