張娣

摘 ? 要：當(dāng)今，新興科技逐漸顯現(xiàn)出其顛覆性的本質(zhì)，創(chuàng)新成為推動發(fā)展、應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的重要方式。為保持最具競爭力經(jīng)濟體的地位，特朗普政府于2018年12月4日發(fā)布了一項STEM教育五年計劃（2019-2023年）——《繪制成功路線：美國 STEM 教育戰(zhàn)略》。該戰(zhàn)略基于所有美國公民都將終身受益于高質(zhì)量STEM教育的愿景，介紹了聯(lián)邦政府未來五年的STEM教育戰(zhàn)略，是引領(lǐng)美國STEM教育走向成功的“北極星”。我國正由制造大國走向創(chuàng)造大國，培養(yǎng)公民的創(chuàng)新能力刻不容緩，美國與時俱進的STEM教育戰(zhàn)略對我國STEM教育發(fā)展具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：STEM教育 生態(tài)系統(tǒng) 計算思維 美國

科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（Science，Technology，Engineering and Mathematics，STEM）學(xué)科一直是美國創(chuàng)新性成果和變革性技術(shù)進步的源泉，是其保持最具競爭力經(jīng)濟體地位的有力工具。在過去的25年里，STEM教育已經(jīng)從四個學(xué)科的交叉重疊演變?yōu)閷?1世紀經(jīng)濟至關(guān)重要的、更具凝聚力的知識庫和技能集。STEM教育提供了一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方法，使嚴謹?shù)某橄蟾拍钆c現(xiàn)實世界的應(yīng)用相結(jié)合，支持學(xué)生在學(xué)校、社區(qū)、職場等多元環(huán)境中運用STEM技能。STEM教育不僅賦予學(xué)習(xí)者批判性思維、高階思維、問題解決能力、設(shè)計和推理技能，還涵蓋如毅力、適應(yīng)能力、合作、組織、責(zé)任心等行為特征。

提高所有公民的數(shù)字素養(yǎng)和培養(yǎng)高質(zhì)量的STEM勞動力不僅是國家進步的需要，也是時代發(fā)展的要求。我國正逐漸從“制造大國”向“創(chuàng)造強國”轉(zhuǎn)變，建立創(chuàng)新人才儲備庫，提高在多元化、協(xié)作、開放等創(chuàng)新驅(qū)動力上的能力至關(guān)重要。對于如何從教育領(lǐng)域切入，與政府、企業(yè)、學(xué)校協(xié)同創(chuàng)建STEM生態(tài)系統(tǒng)，美國STEM教育戰(zhàn)略可為我國提供一定借鑒和參考。

2018年12月4日，白宮發(fā)布了新的STEM教育五年計劃——《繪制成功路線：美國 STEM 教育戰(zhàn)略》（Charting a Course for Success： Americas Strategy for STEM Education，以下簡稱《戰(zhàn)略》）[1]，該計劃由美國國家科學(xué)技術(shù)委員會（National Science and Technology Council，NSTC）的STEM教育委員會（Committee on STEM Education，Co STEM）制定?！稇?zhàn)略》以所有美國公民都將終身受益于高質(zhì)量STEM教育為愿景;通過發(fā)展和豐富戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，讓學(xué)生融入學(xué)科，培養(yǎng)計算素養(yǎng)，以透明化和問責(zé)制運行四大路徑;逐步實現(xiàn)堅實STEM素養(yǎng)基礎(chǔ)，提升STEM教育的多樣性、公平性和包容性，為未來STEM就業(yè)做好準備三大目標（見圖1）。

一、美國STEM教育現(xiàn)狀

美國STEM教育行業(yè)由一些公共和私營部門組成，為學(xué)習(xí)者提供各類教育和培訓(xùn)，并在所有經(jīng)濟部門研究與開發(fā)STEM教育。美國STEM教育和培訓(xùn)層次多、覆蓋廣，從學(xué)齡前到高中，從本科到博士后，涵蓋技術(shù)教育、實習(xí)、學(xué)徒制、社區(qū)學(xué)院和再培訓(xùn)計劃。雖然美國由各州實施K-12教育，但聯(lián)邦政府在促進教育卓越方面也發(fā)揮著重要作用，包括支持和推廣有關(guān)教學(xué)和學(xué)習(xí)方面的最新成果以及促進教育平等。聯(lián)邦機構(gòu)通過持續(xù)支持高等教育進步和STEM研究，激勵下一代STEM學(xué)習(xí)者不斷深化學(xué)習(xí)，支持多元化STEM人才的就業(yè)，不斷增強國家研發(fā)企業(yè)的活力和核心競爭力。

細數(shù)美國幾十年來的STEM教育文件，從1986年的《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》到2006年的《美國競爭力計劃》、2013年的《STEM教育五年戰(zhàn)略計劃》、2016年的《STEM 2026：STEM教育中的創(chuàng)新愿景》、2017年的《總統(tǒng)備忘錄》，再到《戰(zhàn)略》，可以看出美國對STEM教育的重視程度。聯(lián)邦政府始終追求STEM教育的質(zhì)量和公平，將培養(yǎng)全體國民的STEM素養(yǎng)作為最高目標，但是美國的STEM教育仍落后于一些國家。

根據(jù)美國國家科學(xué)委員會（National Science Board）的2018年科學(xué)和工程指標（Science and Engineering Indicators 2018，以下簡稱指標）[2]，美國人的STEM技能在過去20年中略有改善，但仍然落后于一些國家。根據(jù)指標，2006-2015年，美國15歲學(xué)生在數(shù)學(xué)技能方面的得分低于國際平均水平，科學(xué)技能方面持平或略高于國際平均水平。最近對準大學(xué)生進行的測試數(shù)據(jù)表明，只有20%的學(xué)生準備參加STEM專業(yè)所需的課程[3]。指標也顯示，在過去的15年中，印度和中國的科學(xué)和工程（S&E）學(xué)士學(xué)位數(shù)量超過了美國。這兩個國家共計頒發(fā)了全球近一半的STEM學(xué)位，印度占25%，中國占22%。相比之下，美國S&E學(xué)士學(xué)位僅占全球總數(shù)的10%，而美國雇主對STEM學(xué)位畢業(yè)生的需求持續(xù)增長。[4]

并非所有美國人都能平等接受STEM教育。女性、殘障人士和少數(shù)族裔群體在科學(xué)技術(shù)教育和就業(yè)方面的代表性明顯不足[5]。正如指標顯示，雖然女性占人口的一半，但她們占STEM就業(yè)人口的比例不到30%。同樣，少數(shù)族裔占美國總?cè)丝诘?7%，但只占STEM就業(yè)人口的11%。退伍軍人也面臨參加STEM教育和職業(yè)的障礙。來自不同背景的美國人在STEM教育方面也會受到地區(qū)差異的影響。[6]

2018年的相關(guān)聯(lián)邦戰(zhàn)略計劃和報告就提出了STEM教育在實現(xiàn)國家目標方面的重要性，包括國家安全、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全、量子信息科學(xué)和先進制造業(yè)。毫無疑問，STEM教育仍然是美國教育的重中之重。

二、《戰(zhàn)略》的三大目標

（一）堅實STEM素養(yǎng)的基礎(chǔ)

當(dāng)所有美國人都能從STEM教育中受益，在STEM相關(guān)的職業(yè)生涯中取得成功，并主動為社區(qū)貢獻力量時，國家就會更加強大。STEM素養(yǎng)取決于所有美國人都能終身獲得高質(zhì)量STEM教育。即便是非STEM行業(yè)從業(yè)者，對STEM和相關(guān)技術(shù)的基本理解和運用也能幫助其充分參與現(xiàn)代社會發(fā)展。

STEM教育重視思考能力和解決問題技能的培養(yǎng)，這些技能可以遷移到其他方面。STEM素養(yǎng)也可以幫助每個人在健康和營養(yǎng)、娛樂、交通、網(wǎng)絡(luò)安全、財務(wù)管理、育兒方面做出更加明智的選擇。STEM素養(yǎng)高的公民將更有能力深思熟慮地分析問題，提出創(chuàng)新的解決方案，應(yīng)對急劇的技術(shù)變革，并作為陪審員、選民、消費者等角色更好地參與公民社會。

（二）提升STEM教育的多樣性、公平性和包容性

只有所有公民公平地接受STEM教育，國家才能更加強大和繁榮。研究表明，不同性別、種族、社會經(jīng)濟地位、能力、區(qū)域、宗教等多元人員在更具包容性的共同體中，該共同體會更具參與性、生產(chǎn)力和創(chuàng)新性。[7]

目前，并非所有學(xué)習(xí)者都能公平參與高質(zhì)量的STEM教育?？贪逵∠笫瞧渲幸粋€阻礙因素。此外，城市、郊區(qū)和農(nóng)村的人力、物力和財力資源差異也是阻礙因素之一。少數(shù)族裔在STEM領(lǐng)域的比例低于他們在勞動力市場中的總體比例[8]。即使在STEM行業(yè)勞動力匱乏的情況下，女性和少數(shù)族裔依然面臨許多困難。例如，一項商業(yè)分析發(fā)現(xiàn)，雖然女性占美國所有企業(yè)人員的45%，但在過去4年中新上市的225家生物技術(shù)公司中，只有17家任命女性為首席執(zhí)行官，其中只有4名是有色女性。[9]

無論地區(qū)、民族、性別、職業(yè)、社會經(jīng)濟地位、父母教育程度、殘障程度，無論是為了自己的成功還是為了國家的繁榮，所有美國人都應(yīng)該有機會掌握STEM技能和方法。《戰(zhàn)略》明確期望在開展STEM教育實踐和制定政策的過程中禁止歧視，體現(xiàn)包容和公平的價值觀。

（三）為未來STEM領(lǐng)域的就業(yè)做好準備

具備豐富的STEM知識和技能的人才為未來就業(yè)做好準備，對維持國家創(chuàng)新、支持經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域（如農(nóng)業(yè)、能源、醫(yī)療保健、信息通信技術(shù)、制造業(yè)、運輸業(yè)和防御業(yè)），以及人工智能和量子信息科學(xué)等新興領(lǐng)域至關(guān)重要。自2000年以來，STEM領(lǐng)域的學(xué)位數(shù)量總體上有所增加，但在某些STEM學(xué)科，如計算機科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)、電氣工程和軟件開發(fā)，仍然存在勞動力短缺現(xiàn)象[10]。技工領(lǐng)域也存在勞動力短缺，雖然這些空缺職位不需要學(xué)士，但仍會受益于STEM培訓(xùn)[11]。學(xué)習(xí)者獲得STEM技能和知識將擴大他們的職業(yè)選擇，例如，在210萬聯(lián)邦雇員中，1/7的聯(lián)邦雇員從事STEM職業(yè)。[12]

只有當(dāng)每一個美國公民都擁有堅實的STEM基礎(chǔ)，實現(xiàn)STEM的多元性和包容性時，強大的STEM人才儲備目標才會得以實現(xiàn)。聯(lián)邦和其他機構(gòu)對STEM教育的研發(fā)和投資，將推動本科生和研究生、技術(shù)人員、早期職業(yè)研究人員以及大部分STEM從業(yè)人員從中受益。

三、《戰(zhàn)略》的四大路徑

《戰(zhàn)略》旨在建立由學(xué)習(xí)者、家庭、教育者、社區(qū)和雇主組成的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，開展全國性STEM教育合作。特朗普政府已經(jīng)采取了多項行動作為該計劃的基礎(chǔ)，包括重新授權(quán)美國國家科學(xué)技術(shù)委員會下的STEM教育委員會;2020財政年度預(yù)算申請中優(yōu)先考慮STEM勞動力教育和培訓(xùn);成立美國工人全國委員會（National Council for the American Worker），以提高工人STEM技能;簽署《加強21世紀職業(yè)和技術(shù)教育法》（Strengthening Career and Technical Education for the 21st Century Act）以增強學(xué)生在中學(xué)和高等教育階段對高質(zhì)量技術(shù)教育和資格認證的認識;提出白宮倡議（White House Initiative），以促進傳統(tǒng)黑人學(xué)院和大學(xué)（Historically Black Colleges and Universities，HBCUs）的發(fā)展和創(chuàng)新等。這些行動反映了政府對STEM教育和培訓(xùn)作為美國創(chuàng)造就業(yè)和經(jīng)濟繁榮的驅(qū)動力的重要性的認識。以這些行動為基礎(chǔ)，美國制定了今后五年的STEM教育全面發(fā)展戰(zhàn)略。

為實現(xiàn)《戰(zhàn)略》的三大目標，STEM教育委員會以行動為基礎(chǔ)，目標為導(dǎo)向，制定了四個實施路徑，明確了聯(lián)邦政府需要支持的優(yōu)先事項，以STEM教育引領(lǐng)美國的未來。

（一）發(fā)展和豐富戰(zhàn)略伙伴關(guān)系

發(fā)展和豐富戰(zhàn)略伙伴關(guān)系意味著在教育機構(gòu)、雇主和社區(qū)之間建立新的聯(lián)系，即中小學(xué)、高校、圖書館、博物館和其他社區(qū)資源之間的交流與合作，建立STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，拓寬和豐富每名學(xué)習(xí)者的教育和職業(yè)經(jīng)歷;具有研究經(jīng)驗的學(xué)習(xí)者與當(dāng)?shù)毓椭?、實?xí)生、學(xué)徒共同參與基于工作的學(xué)習(xí)體驗;融合正規(guī)和非正規(guī)學(xué)習(xí)的課程，支持學(xué)生完成核心學(xué)術(shù)和應(yīng)用技術(shù)課程，為高等教育做好準備。這一路徑有助于增加STEM行業(yè)從業(yè)者，培養(yǎng)公共和私營部門的高素質(zhì)人才。

1.建立STEM教育生態(tài)系統(tǒng)

STEM教育生態(tài)系統(tǒng)覆蓋家庭、學(xué)區(qū)、州，少數(shù)族群，聯(lián)邦政府和相關(guān)部門、圖書館、博物館和科學(xué)中心、社區(qū)學(xué)院、技術(shù)學(xué)校和大學(xué)、社區(qū)團體和俱樂部、基金會和非營利組織、宗教組織和企業(yè)，每一位教育者和學(xué)習(xí)者都能參與其中。STEM教育生態(tài)系統(tǒng)強調(diào)建立長期、共享、可持續(xù)和彈性的STEM任務(wù)，整合和增加跨部門組織提供的學(xué)習(xí)機會。

STEM教育生態(tài)系統(tǒng)通過構(gòu)建更為包容性和強大的社區(qū)，為學(xué)習(xí)者提供資源，以便公民能夠終身以各種途徑開展STEM教育和培訓(xùn)，使所有群體都能從事技術(shù)性職業(yè)。STEM教育生態(tài)系統(tǒng)還有助于促進教育者和雇主間的協(xié)同合作，共同開發(fā)應(yīng)對現(xiàn)實挑戰(zhàn)的課程，激發(fā)學(xué)生對STEM行業(yè)的興趣，并為他們在未來競爭中取得成功做好準備。

STEM教育生態(tài)系統(tǒng)還通過匯聚STEM專業(yè)人員促進包容性環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，包括學(xué)齡前及K-12教育工作者、非正規(guī)教育者、社區(qū)學(xué)院和大學(xué)教師、雇主和社區(qū)管理者。聯(lián)邦政府通過其計劃、投資和活動促進STEM教育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，比如建立聯(lián)邦和當(dāng)?shù)豐TEM教育生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，指導(dǎo)教師專業(yè)發(fā)展、開發(fā)課程材料、為其他社區(qū)參與活動提供更多機會;建立單一、便利的在線資源，用于查找與STEM教育相關(guān)的聯(lián)邦活動和資助機會（使用新的或加強的平臺）;增加聯(lián)邦資助機會，包括將STEM教育生態(tài)系統(tǒng)參與或發(fā)展作為獎勵選擇標準;加大有關(guān)校內(nèi)外STEM教育生態(tài)系統(tǒng)成功實踐及影響因素的研究。

2.加強基于工作的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)

加強基于工作的學(xué)習(xí)（work-based learning，WBL）有助于確保STEM學(xué)習(xí)的真實性和吸引力，幫助學(xué)習(xí)者為未來就業(yè)做好準備。WBL面向?qū)W生、成人和學(xué)徒。一方面，雇主可以為學(xué)習(xí)者提供工作環(huán)境中的真實挑戰(zhàn);另一方面，不同背景和不同經(jīng)歷的學(xué)習(xí)者可以幫助雇主完善想法，創(chuàng)造產(chǎn)品或解決棘手的問題。

聯(lián)邦機構(gòu)以實習(xí)制、學(xué)徒制、在職培訓(xùn)、自主實踐和其他合作形式，為全國的學(xué)習(xí)者和教育工作者大力投資WBL;提供人力和財力資源，利用聯(lián)邦實驗室、相關(guān)設(shè)備、研究計劃、專業(yè)知識和大數(shù)據(jù)，提供高質(zhì)量的勞動力培訓(xùn)經(jīng)驗;擴大與教育工作者和雇主的合作，以各種項目為平臺，如海軍研究實驗室（Naval Research Laboratory，NRL）與各大學(xué)合作，為本科生提供暑期實習(xí)機會，使學(xué)生有機會探索未來的職業(yè)和學(xué)習(xí);2010年美國農(nóng)業(yè)部（U.S. Department of Agriculture，USDA）開展的為期三年的學(xué)徒培訓(xùn)，使參與者有償在農(nóng)場獲得實踐經(jīng)驗。

《戰(zhàn)略》承諾的聯(lián)邦行動包括：推進聯(lián)邦機構(gòu)內(nèi)高質(zhì)量的有償實習(xí)和學(xué)徒制，并確保指導(dǎo)教師接受培訓(xùn)，具備有效的教學(xué)法知識;通過聯(lián)邦多途徑就業(yè)項目（Federal Pathways Employment Program），創(chuàng)建更多元化的聯(lián)邦STEM員工隊伍;增加聯(lián)邦資助和教育工作者通過課堂外WBL拓展技能的機會;建立新的STEM行業(yè)招聘機構(gòu)，吸收學(xué)徒、實習(xí)生、博士后和其他參與WBL計劃的人員。

3.融合教育實踐

創(chuàng)造性地融合教育實踐，加強不同學(xué)習(xí)方法之間的聯(lián)系，如正式與非正式教育，職業(yè)和技術(shù)教育等，是學(xué)生獲得學(xué)習(xí)技能的最佳方法。

將高質(zhì)量的職業(yè)和技術(shù)培訓(xùn)與大學(xué)預(yù)科課程相結(jié)合是學(xué)生準備就業(yè)和促進中學(xué)后學(xué)習(xí)的有效方法之一，特別是當(dāng)課程中包含獲得資格證書所需的培訓(xùn)時。這種方法融合了非正規(guī)教育的成功實踐，包括生涯和技術(shù)教育（career and technical education，CTE）的應(yīng)用學(xué)習(xí)，以及正規(guī)（通常是大學(xué)預(yù)科）課程間的跨學(xué)科聯(lián)系。如美國勞工部（U.S. Department of Labor，DOL）建立的STEM相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)徒計劃，正在同其他聯(lián)邦機構(gòu)將學(xué)生、教育工作者和雇主聯(lián)系起來，讓學(xué)生參與其中，并為企業(yè)提供滿足他們需求的熟練職工。無論采用何種方法，未來的STEM技術(shù)人員都依賴于培訓(xùn)和實習(xí)，融合實踐、項目和資源，更好地滿足STEM教育利益相關(guān)者的需求。如國家科學(xué)教師協(xié)會（National Science Teachers Association）和科學(xué)技術(shù)中心協(xié)會（Association of Science-Technology Centers）建立的“科學(xué)互學(xué)”（Connected Science Learning）在線社區(qū)，旨在分享有效的實踐和研究，以彌合校內(nèi)和校外的學(xué)習(xí)差距。

為實現(xiàn)此種路徑，聯(lián)邦機構(gòu)所需的關(guān)鍵行動包括：優(yōu)先促進STEM教育者的技能提升和專業(yè)發(fā)展;優(yōu)先研究在正規(guī)和非正規(guī)、大學(xué)預(yù)科以及職業(yè)和技術(shù)教育環(huán)境中融合成功學(xué)習(xí)實踐的最有效方法;通過網(wǎng)絡(luò)研討會、工作坊和其他方式制定關(guān)于推廣和應(yīng)用最佳實踐的指導(dǎo)方案。

（二）讓學(xué)生融入學(xué)科

該路徑旨在通過關(guān)注復(fù)雜的現(xiàn)實問題和挑戰(zhàn)，使STEM學(xué)習(xí)對學(xué)生更有意義和推動力。它通過支持學(xué)習(xí)者參與跨學(xué)科活動（如基于項目的學(xué)習(xí)、科學(xué)博覽會、機器人俱樂部、發(fā)明挑戰(zhàn)或游戲研討會）促進創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)，使用來自不同學(xué)科的知識和方法來識別和解決問題;通過使用創(chuàng)新的和個性化的教學(xué)方法，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué);引導(dǎo)學(xué)習(xí)者使用多學(xué)科方法來解決問題。這些活動有助于培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的學(xué)習(xí)者，并為快速發(fā)展的社會豐富人才儲備。

1.推進創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育

在競爭日益激烈的全球化經(jīng)濟中，需要學(xué)科融合并發(fā)展具有創(chuàng)造力的STEM教育，以加速創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)。創(chuàng)新等關(guān)鍵技能應(yīng)該在STEM課程中發(fā)揮更大的作用，引導(dǎo)所有學(xué)習(xí)者為國家繁榮作出貢獻。

美國相關(guān)STEM團體通過在K-12、高等教育和非正規(guī)學(xué)習(xí)環(huán)境中建立和支持創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)技能的包容性戰(zhàn)略，加強學(xué)習(xí)者在創(chuàng)造和參與未來經(jīng)濟方面的領(lǐng)導(dǎo)力?？茖W(xué)博覽會、網(wǎng)絡(luò)安全競賽、機器人技術(shù)和發(fā)明挑戰(zhàn)、數(shù)學(xué)博弈以及聯(lián)邦機構(gòu)支持的一些競賽，是吸引各級學(xué)生應(yīng)用、體驗學(xué)習(xí)的方式之一，是科學(xué)家、工程師、企業(yè)家等職業(yè)生涯的開端。

聯(lián)邦機構(gòu)通過各種方式推進創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)教育，為教育工作者制定和實施融入創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)課程的專業(yè)發(fā)展計劃，包括財政支持、協(xié)調(diào)和創(chuàng)建項目等。聯(lián)邦政府還通過美國國家科學(xué)基金會創(chuàng)新團隊等項目促進高等教育后的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)。此外，聯(lián)邦還承諾審查資助的競賽、挑戰(zhàn)活動和公民科學(xué)項目的參與率，并使用最有效的方式吸引不同的參與者;指導(dǎo)教育者開展有效活動，使創(chuàng)業(yè)教育更具包容性;指導(dǎo)學(xué)習(xí)者創(chuàng)造和保護知識產(chǎn)權(quán)。例如，美國專利商標局（U.S. Patent and Trademark Office）為K-12教育工作者提供了短期跨學(xué)科專業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗，幫助學(xué)習(xí)者了解發(fā)明過程的工作原理、知識產(chǎn)權(quán)專利的重要作用以及商標、版權(quán)在創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)中的重要作用。

2.加強數(shù)學(xué)教育

數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)是來描述和推理現(xiàn)實模型的通用語言，是STEM領(lǐng)域研究成功的基礎(chǔ)。但令人憂心的是，美國學(xué)生在數(shù)學(xué)素養(yǎng)方面仍然落后于國際平均水平。[13]

提高學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的一個有效的方法是采用跨學(xué)科方法教授數(shù)學(xué)。在這種背景下學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的學(xué)生，更強調(diào)邏輯、推理和批判性思維，更善于應(yīng)用數(shù)學(xué)來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)也是整合數(shù)學(xué)教育的非常有效的方法，有助于為各級各類的STEM教學(xué)開發(fā)創(chuàng)新和個性化的方法。例如，美國氣象學(xué)會（American Meteorological Society，AMS）和美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）合作開展了教師專業(yè)發(fā)展課程，以幫助全國各地的教育工作者和學(xué)生了解如何通過官方觀察數(shù)據(jù)預(yù)測天氣。

聯(lián)邦機構(gòu)具備許多工具可用于推進特定背景下、具有應(yīng)用性和有意義的數(shù)學(xué)教育。支持STEM教育研發(fā)的聯(lián)邦機構(gòu)和部門有機會通過與學(xué)習(xí)者和教師分享專業(yè)知識、內(nèi)容或經(jīng)驗，展示特定背景下的數(shù)學(xué)教學(xué)來推進這一目標。聯(lián)邦也承諾：使聯(lián)邦數(shù)據(jù)透明化和便利化，并提供如何在課程中使用此類數(shù)據(jù)的建議;優(yōu)先支持將數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)納入特定背景的項目和伙伴關(guān)系，支持教育工作者的專業(yè)發(fā)展;建立并分享數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)教育實踐，以吸引多元的學(xué)習(xí)者。

3.鼓勵跨學(xué)科學(xué)習(xí)

與人們的生活、社區(qū)或整個社會相關(guān)的問題往往跨越學(xué)科界限，這些問題具有內(nèi)在的吸引力和趣味性。STEM跨學(xué)科教學(xué)豐富了其他各領(lǐng)域的研究，并吸引學(xué)習(xí)者關(guān)注本國乃至全球的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。例如，內(nèi)政部（Department of the Interior）為美洲原住民兒童和大學(xué)生提供了基于傳統(tǒng)知識與現(xiàn)代科學(xué)的STEM教育項目，并使土著青年參與當(dāng)?shù)毓芾恚龠M跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

為了實現(xiàn)高水平的跨學(xué)科研究，科學(xué)家和工程師需要豐富的學(xué)科知識、相關(guān)學(xué)科的術(shù)語和文化，以及如溝通合作、分析創(chuàng)新等技能。此外，聯(lián)邦機構(gòu)的支持必不可少。許多聯(lián)邦機構(gòu)開展基于任務(wù)的研究，創(chuàng)造了學(xué)齡前和K-12各個階段的新的教育資源。機構(gòu)還通過獎學(xué)金、助學(xué)金和培訓(xùn)支持STEM學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)跨學(xué)科知識。參加這些研究和學(xué)習(xí)的本科生、研究生和博士后研究員可以直接獲得跨學(xué)科科學(xué)和工程的第一手資料，提高知識應(yīng)用能力，溝通和團隊合作的能力。除此之外，聯(lián)邦還承諾支持有效的跨學(xué)科STEM教育實踐，項目和政策的研究、開發(fā)和推廣;通過實習(xí)、獎學(xué)金和其他培訓(xùn)機會，加大對跨學(xué)科問題研究的支持力度;更多地招聘和培訓(xùn)STEM教育工作者，提高他們的教學(xué)技能。

（三）培養(yǎng)計算素養(yǎng)

這條路徑展示了數(shù)字設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)是如何徹底地改變了社會，使學(xué)習(xí)者能夠基于此變化，采取策略為未來生活和工作做好準備，旨在推動計算思維成為勞動力的關(guān)鍵技能。計算思維不只是有效地使用計算設(shè)備，更意味著使用數(shù)據(jù)解決復(fù)雜問題，計算思維能夠擴大數(shù)字平臺在教學(xué)和學(xué)習(xí)中的應(yīng)用;實現(xiàn)每個人有效的個性化學(xué)習(xí);通過模擬活動或虛擬現(xiàn)實提供更積極和有吸引力的學(xué)習(xí)體驗。

1.提高數(shù)字素養(yǎng)和促進網(wǎng)絡(luò)安全

數(shù)字素養(yǎng)對于人們在當(dāng)今社會中取得成功也至關(guān)重要。數(shù)字素養(yǎng)為人們提供了查找和識別有效信息、使用數(shù)據(jù)解決問題、分享合作所需的技能和知識。網(wǎng)絡(luò)安全是數(shù)字素養(yǎng)的組成部分，意味著負責(zé)任地使用信息通信技術(shù)，包括貨幣加密等新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)安全依賴于數(shù)據(jù)保護和尊重隱私等倫理道德。數(shù)字素養(yǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全有助于培養(yǎng)公民STEM素養(yǎng)，并為STEM學(xué)習(xí)者的未來就業(yè)夯實基礎(chǔ)。

聯(lián)邦政府在促進所有人的數(shù)字掃盲和網(wǎng)絡(luò)安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，私營和公共部門的雇主通過基于工作的伙伴關(guān)系，提供有關(guān)數(shù)字倫理、在線信息分析和網(wǎng)絡(luò)安全的培訓(xùn)課程。除了研究、合作和協(xié)調(diào)伙伴關(guān)系外，聯(lián)邦政府對營造積極的學(xué)習(xí)氛圍至關(guān)重要。例如，聯(lián)邦貿(mào)易委員會（Federal Trade Commission，F(xiàn)TC）支持梅拉尼婭·特朗普（Melania Trump）的反網(wǎng)絡(luò)欺凌活動——“做到最好”（Be Best），鼓勵家長與不同年齡段的孩子交流互動，幫助孩子應(yīng)對社交網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)欺凌，以及教會他們正確使用智能手機、分享內(nèi)容等。另外，聯(lián)邦政府計劃的未來行動還包括：促進聯(lián)邦機構(gòu)之間以及聯(lián)邦機構(gòu)和其他利益相關(guān)方之間的合作，確保數(shù)字流暢性和網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)實踐的開展;開展和支持網(wǎng)絡(luò)安全方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究;增強STEM學(xué)習(xí)者在數(shù)字倫理和數(shù)據(jù)隱私方面的教育和培訓(xùn)。

2.推進計算思維融入所有學(xué)科

計算思維是指解決問題的過程，包括問題分解、開發(fā)模型、評估結(jié)果、迭代更改、再次執(zhí)行、解決問題。雖然計算思維存在于計算機科學(xué)中，但它已經(jīng)逐漸發(fā)展為一套具有廣泛價值的思維技能，幫助人們解決問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為。

在日益技術(shù)化和復(fù)雜的全球經(jīng)濟中，需要推進計算思維融入所有學(xué)科，使每名學(xué)習(xí)者都具備使用數(shù)據(jù)和邏輯評估信息、分解問題并制定解決方案的能力。雖然計算機并不是計算思維活動的必需品，但它也確實涉及利用計算工具的邏輯推理，是計算機科學(xué)的核心技能。

聯(lián)邦教育政策和項目應(yīng)鼓勵計算思維融入所有學(xué)科和活動，為所有兒童提供學(xué)習(xí)計算思維基本技能的機會。教師教育機構(gòu)應(yīng)優(yōu)先考慮包含計算思維和計算機科學(xué)的課程，并將這些技能視為一種基礎(chǔ)技能。例如，西北大學(xué)（Northwestern University）的一個研究小組在美國國家科學(xué)基金會的資助下，致力于開發(fā)教學(xué)模塊和課程，將計算思維技能融入高中數(shù)學(xué)和科學(xué)課程。政策和項目應(yīng)促進具有計算思維和計算機科學(xué)技能的教師的招聘和培訓(xùn)。為此，聯(lián)邦需要加大對培養(yǎng)計算思維項目的資助和支持力度;支持計算思維和計算機科學(xué)教學(xué)的研究和實踐;創(chuàng)建并分享有效發(fā)展計算思維的教育實踐和課程資源。

3.拓展數(shù)字化教學(xué)平臺

開放式在線課程、遠程學(xué)習(xí)技術(shù)、移動學(xué)習(xí)應(yīng)用程序以及各種其他數(shù)字化教學(xué)平臺打破了正規(guī)和非正規(guī)教育間的界限。特別是基于模擬的游戲、移動平臺、虛擬環(huán)境和增強現(xiàn)實的工具可以提高學(xué)習(xí)者的好奇心和參與度，促進學(xué)習(xí)者之間的協(xié)作，通過再培訓(xùn)提高在職員工的技能。數(shù)字化教學(xué)平臺還有助于實現(xiàn)教育公平，支持STEM教育中的多樣性和包容性，但也可能造成數(shù)據(jù)鴻溝，加劇現(xiàn)有的不平等現(xiàn)象。例如，聯(lián)邦政府開展的計算就業(yè)聯(lián)盟（Alliance ?for Access to Computing Careers）等項目，幫助殘障學(xué)生參與計算機課程、實習(xí)和獲得其他機會。

聯(lián)邦機構(gòu)應(yīng)繼續(xù)支持研發(fā)數(shù)字化教學(xué)平臺的改進、創(chuàng)新和評估，建立工具開發(fā)與課程創(chuàng)新以及教育工作者專業(yè)發(fā)展之間的聯(lián)系。聯(lián)邦政府應(yīng)進一步促進伙伴關(guān)系，幫助建立和擴大在線資格認證和再培訓(xùn)平臺，以幫助工人適應(yīng)數(shù)字經(jīng)濟。為此，聯(lián)邦政府承諾利用數(shù)字工具增強對課程開發(fā)的研究和支持;贊助、參與和鼓勵研討會和其他活動，培訓(xùn)STEM教育者最有效地使用數(shù)字工具和學(xué)習(xí)模型;優(yōu)先支持遠程學(xué)習(xí)的實踐和學(xué)習(xí)模式。

四、啟示

（一）為所有公民提供STEM教育

《戰(zhàn)略》的愿景是所有美國公民都將終身受益于高質(zhì)量STEM教育，計劃的三大目標和四大途徑都植根于這一愿景?，F(xiàn)代科技的飛速發(fā)展和終身學(xué)習(xí)理念的提出意味著學(xué)習(xí)已經(jīng)不再局限于青少年時期和在校階段，所有的公民在任何時期都可以學(xué)習(xí)任何感興趣和需要的內(nèi)容。因此，STEM教育應(yīng)以面向所有公民為前提，培養(yǎng)他們的STEM素養(yǎng)，使其能夠通過合作解決實際問題，讓學(xué)習(xí)者在信息的獲取、加工、管理、表達和交流的過程中，掌握STEM技術(shù)，感受跨學(xué)科文化，增強數(shù)字意識，內(nèi)化信息倫理，使學(xué)習(xí)者發(fā)展成為適應(yīng)信息時代要求的具有良好STEM素養(yǎng)的公民。

我國教育部于2018年頒布了普通高中各學(xué)科課程標準（2017年版），多次強調(diào)了STEAM、STEM 及 STEM+教育;中國教育科學(xué)研究院于2018年發(fā)布了《中國STEM教育2029行動計劃》《STEM教師能力等級標準（試行）》。上述政策和研究成果進一步推進了我國STEM教育的發(fā)展。對于現(xiàn)代信息社會而言，STEM不僅是增強國家競爭力，建立多元化人才儲備，創(chuàng)造前沿科技成果的必要條件，也是個人職業(yè)可持續(xù)發(fā)展和價值實現(xiàn)的必備技能。以STEM課程的開設(shè)為契機，可以充分調(diào)動家庭、學(xué)校、社區(qū)等各方面的力量，為學(xué)習(xí)者提供必備的軟硬件條件和積極健康的信息內(nèi)容，營造良好的STEM教育氛圍，關(guān)注弱勢群體的教育資源獲得機會和教育質(zhì)量，重視可持續(xù)發(fā)展，為學(xué)習(xí)者打造終身學(xué)習(xí)的平臺。

（二）建立適合當(dāng)?shù)氐腟TEM教育生態(tài)系統(tǒng)

美國STEM教育的發(fā)展在很大程度上得益于利益相關(guān)者的支持，包括聯(lián)邦政府、各州政府、商業(yè)機構(gòu)、研究機構(gòu)、慈善組織、社區(qū)、家庭等，這些利益相關(guān)者構(gòu)成了相互聯(lián)系、相互促進的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶厣蛯嶋H問題，可以建立相應(yīng)的項目和活動，擴展由專業(yè)人員指導(dǎo)的學(xué)習(xí)者間交流互動的網(wǎng)絡(luò)平臺。

政府應(yīng)該起到引領(lǐng)作用，在政策上為STEM活動的開展創(chuàng)造支持性的環(huán)境，重點關(guān)注少數(shù)民族、貧困地區(qū)民眾等的STEM教育計劃，各級政府部門應(yīng)在法律允許的情況下，以公開透明的方式報告STEM教育的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。另外，中小學(xué)和大學(xué)豐富的STEM教育資源應(yīng)該被充分利用，鼓勵高校參與當(dāng)?shù)氐腟TEM教育生態(tài)系統(tǒng)，提供專業(yè)人員指導(dǎo)項目和活動。例如，在美國科德角（Cape Cod），來自馬什皮-萬帕諾亞格部落（Mashpee Wampanoag Tribe）的中學(xué)生結(jié)合美國地質(zhì)勘察局（United States Geological Survey）的地質(zhì)學(xué)家提供的有關(guān)該地區(qū)冰川起源的詳細信息，研討科德角地區(qū)地質(zhì)和生態(tài)的傳統(tǒng)解釋和科學(xué)成果之間的共同點。各級教育工作者可以通過在線學(xué)習(xí)資源和虛擬體驗逐步增強實踐教學(xué)，將STEM教育帶入課堂。課程開發(fā)人員和教育研究人員也可以通過研究實踐的有效開展，加快數(shù)字學(xué)習(xí)工具的使用并將其納入課程。行業(yè)雇主也通過基于工作的學(xué)習(xí)伙伴關(guān)系，提供數(shù)字倫理、信息分析、網(wǎng)絡(luò)安全等真實情景下的實際經(jīng)驗。

（三）以能力導(dǎo)向促進創(chuàng)新實踐

《戰(zhàn)略》強調(diào)通過STEM教育培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的問題解決能力、溝通交流能力、設(shè)計和推理等技能，最終促進創(chuàng)新實踐的產(chǎn)生。《戰(zhàn)略》還著重提出將計算思維融入所有學(xué)科的學(xué)習(xí)之中，將其視為一種可被所有學(xué)習(xí)者掌握的基本技能，并將計算思維融入現(xiàn)行學(xué)校教學(xué)中，逐步延伸至教師培養(yǎng)項目和資格認證計劃中。

我國于2016年5月提出創(chuàng)新型國家“三步走”戰(zhàn)略——到2020年進入創(chuàng)新型國家行列、2030年躋身創(chuàng)新型國家前列、到2050年建成世界科技創(chuàng)新強國。為實現(xiàn)這個目標，我國STEM教育應(yīng)以學(xué)習(xí)者能力的培養(yǎng)為導(dǎo)向，構(gòu)建以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的人才培養(yǎng)模式。因此，教學(xué)應(yīng)充分考慮學(xué)生起點水平和個性方面的差異，強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自主選擇和自我設(shè)計;提倡通過課程內(nèi)容的合理延伸或拓展，充分挖掘?qū)W生的潛力，實現(xiàn)學(xué)生個性化發(fā)展;鼓勵因地制宜，在達到“課程標準”的前提下特色發(fā)展。結(jié)合學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)實際設(shè)計問題，讓學(xué)生在活動過程中掌握應(yīng)用所學(xué)知識和技能解決問題的思想和方法;鼓勵學(xué)生將所學(xué)的知識技能積極地應(yīng)用到生產(chǎn)、生活乃至信息技術(shù)革新中去，在實踐中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中實踐。

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編輯 朱婷婷 ? 校對 王亭亭