柳 靖， 柳 楨

(1.河北師范大學 教育學院,河北 石家莊 050024；2.河北開放大學 紀檢監(jiān)察審計室,河北 石家莊 050080)

科學、技術、工程和數(shù)學(Science, Technology,Engineering,Mathmatics,縮寫為STEM)領域的知識已成為全球經濟和許多職業(yè)發(fā)展的重要問題。美國與科學和工程(S&E)相關職業(yè)的種類和數(shù)量一直持續(xù)增加，雖然從1950到2009年，美國總勞動人口增長了1.2%，科學和工程職業(yè)的年均增長率為5.9%[1]，但畢業(yè)生仍然供不應求。

2009年美國教育進展評估(National Assessment of Educational Progress)顯示，33%的四年級學生和26%的八年級學生精通數(shù)學，這一比例雖然高于1996年的19%和20%，但仍有近 3/4的八年級學生數(shù)學不佳。由于中學和中學后教育機構欠佳的STEM教育狀況可能會對未來美國經濟產生負面影響，聯(lián)邦政府開始制定與實施提高學生對科學和工程職業(yè)興趣的新策略。2013 年，國家研究委員會(National Research Council，NRC)建立了監(jiān)測STEM教育的國家體系以更好地發(fā)展國家和州級STEM教育。[2]可見美國政府對STEM學科的重視。

為了適應社會、經濟的發(fā)展，美國逐步創(chuàng)辦了特色STEM高中(specialized STEM schools)，得到了社會的高度認可。2014年總統(tǒng)科學技術顧問委員會(President’s Council of Advisors on Science and Technology，PCAST)的報告強調特色STEM高中作為獨特的國家資源對學生學習STEM有直接影響，能縮小弱勢群體學生在STEM學習機會上的差距[3]。特色STEM高中專注于STEM領域，通過導師制、實習和學徒制為學生提供高級課程和重要的實習機會，其獨特而綜合的學習環(huán)境往往優(yōu)于其他類型的高中；專業(yè)知識領域的博士組成了高水平師資，學生一般在STEM領域具有較高的能力水平、興趣和抱負[4]。本文介紹美國特色STEM高中的歷史、類型、特征和生態(tài)框架。

一、特色STEM高中的歷史

(一)特色STEM高中的產生

100 多年前，特色STEM高中最早使用Specialized Science Mathematics and Technology schools(特色科學、數(shù)學和技術學校，縮寫為SMT)的稱謂，致力于提高特定工業(yè)領域工人的技能。19世紀末20世紀初，伴隨著美國工業(yè)革命產生的進步主義教育反對教育與生活脫節(jié)，主張教育與社會的有機聯(lián)系，各州開始建立與科學和技術相關的高中：1904 年建立的史蒂文森高中(Stuyvesant High School)是美國第一所特色 SMT學校，學校對男生進行手工培訓，使他們成為科學、數(shù)學和技術人才；1922 年開設的布魯克林技術高中(Brooklyn Technical High School)為上大學或從事技術職業(yè)的學生提供科學、數(shù)學、制圖和手工藝等課程；1938 年成立的布朗克斯科學高中(Bronx High School of Science)強調“以學科為中心”，為從事技術行業(yè)的學生提供科學和數(shù)學教育[5]。

(二)特色STEM高中的發(fā)展

1957年，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星的消息震動了美國朝野，美國政府開始反思本國科學和技術教育落后的原因。在教育家柯南特(James Bryant Conant，1893—1979)的建議下，1958年通過了《國防教育法》(National Defence Education Act)，除了發(fā)展天才教育外，國家政策開始重點關注STEM教育，自然科學、數(shù)學和技術方面的教育得到了財政援助，各州紛紛創(chuàng)建SMT學校。1980 年，北卡羅萊納州將針對有天賦的學生的暑期計劃發(fā)展為專業(yè) SMT學?！笨_萊納科學和數(shù)學學校(The North Carolina School of Science and Mathematics)[5]，其他州也效仿建立了特色 SMT學校。1988 年，成立了國家數(shù)學、科學和技術特色中學聯(lián)合會(National Consortium for Specialized Secondary Schools of Mathematics Science and Technology，縮寫為NCSSSMST)。NCSSSMST致力于研究和制定美國STEM教育的示范性計劃，并推進形成國家教育政策；發(fā)布STEM教育最新的發(fā)展信息；促進會員學校的交流與合作；提供技術驅動手段，滿足學生、教師和社會等各方的要求；提高學生在STEM領域的專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)其領導才能，使學生能面對未來的挑戰(zhàn)。NCSSSMST通過開展這些工作來推進STEM教育的不斷發(fā)展。2010年6 月，NCSSSMST 已由最初的十幾所學校發(fā)展為擁有100多所STEM高中學校成員以及100 多個大學、教育中心、暑期項目組、基金會和公司等隸屬成員的聯(lián)合會，為39 000名學生和1600名教育工作者提供服務[5]。20世紀初，STEM教育從最初的“手工培訓學?！毖葑?yōu)椤疤厣?SMT學校”，到20世紀末，許多學校開始使用“特色STEM高中”的稱謂。這些學校大多由國家和州倡導建立，試圖解決美國經濟競爭力下降和STEM勞動力短缺的問題。

二、特色STEM高中的類型

2011 年，NRC根據學生的能力和錄取標準將特色STEM高中分為選擇性STEM高中、全納性STEM高中和以STEM為核心的生涯和技術教育(Career and Technical Education,縮寫為CTE)學校三種類型，這三類特色STEM高中都采用基于項目的學習，重點培養(yǎng)學生的批判性思維和合作能力。

(一)選擇性STEM高中

選擇性STEM高中專注一個或多個STEM學科，其學生是根據一套學術成就標準篩選出來的，因此，學生具有較高的天賦，有上進心，對STEM感興趣。這種高中擁有專家型教師、嚴格的課程、先進的實驗室和其他資源，教師在工作坊中有專業(yè)發(fā)展和提高的機會。[4]

根據每所學校的個性特征可將選擇性STEM高中分為州立寄宿學校、綜合學校、校中校和半日制學校四類。州立寄宿學校依靠州撥款運行，各州明確規(guī)定學校中每個縣的學生人數(shù)；綜合學校一般建在大城市，為特定地區(qū)天資聰穎的學生服務；校中校也設在城市，為天資聰穎的學生和弱勢群體服務；半日制學校通常位于經濟處境不利的社區(qū)或農村，為該地區(qū)的優(yōu)秀學生提供具有挑戰(zhàn)性的課程，學生一般在完成學校課程后再到半日制STEM高中學習。[4]

(二)全納性STEM高中

全納性STEM高中以具有大學預備課程、小班教學、專家型教師和豐富的技術環(huán)境而聞名，其安全的環(huán)境、最新的技術和大學預科課程吸引了眾多學生就讀。無論學生(尤其是弱勢群體的學生)過去的成績如何，都可以在這里接受其感興趣的STEM教育。

(三)以STEM為核心的生涯和技術教育學校

為了提高學生對STEM的興趣，美國在教育中心、綜合高中或生涯學院建立了以STEM為核心的生涯和技術教育學校，學校以科學、數(shù)學和技術為主，學生在指定學校學習后通常有半天在這些學校學習。以STEM為核心的生涯和技術教育學校的目的是避免高中輟學和幫助學生做好上大學的準備，在課堂上為學生提供真實世界中STEM教育的應用。多茲爾-利比醫(yī)學高中(Dozier-Libbey Medical High School)是一所以STEM為核心的生涯和技術教育學校，學校在關注實踐科學教育的高中和大學學習環(huán)境之間起橋梁作用。學生至少學習四門科學課程、四門數(shù)學課程和兩年外語，畢業(yè)生大都符合加利福尼亞大學的要求。課程全部圍繞健康科學，采用基于項目的教學策略，為了實現(xiàn)教學目的，教師和合作伙伴組織進行了員工隨訪、訪問導航網站、在職經驗、研究項目和實習等實踐活動[2]。

三、特色STEM高中的特征

不同環(huán)境和地域的特色STEM高中的特征有所差異，但大多數(shù)有三個共同特征。

(一)重視科研實習課程

特色STEM高中的課程一般重視科學、技術、工程和數(shù)學學科，包括必修課、選修課、大學的先修課程和科研實習課，必修課主要圍繞數(shù)學、科學、技術主題，很多特色STEM高中有獨特的科研實習課程。2010 年，在研究了16所特色STEM高中的課程后，法伊弗(Pfeiffer)認為特色STEM高中能為學生提供更多的研究機會：15所特色STEM高中的學生和教師一起進行研究，13所學校的學生在導師的幫助下進行暑期研究，12所學校的學生利用校外設施或實驗室進行研究，11所學校的學生參加了傳播研究成果的比賽[6]。

(二)教學實踐注重學習者、知識、評價和共同體

20世紀特色STEM高中的轉型改變了學生的許多學習目標，但是使學生成為科學專家的目標卻始終未變。為了培養(yǎng)這樣的專家，教師圍繞著有意義和適當?shù)膶W習目標開展教學實踐，這些教學實踐促進了學生對先驗知識的應用和對專業(yè)領域知識的掌握。

特色STEM高中采用四個中心的教學實踐方法，即以學習者、知識、評價和共同體為中心。在以學習者為中心的環(huán)境中，學生學習概念和文化知識；在以知識為中心的環(huán)境中，學生要理解所學內容；在以評價為中心的環(huán)境中，學生能得到來自專家的反饋；在以共同體為中心的環(huán)境中，學生向共同體中的其他成員學習[2]。四個中心的教學實踐使學生能獲得多維度的學習反饋，實現(xiàn)學習的躍升和素質的提高。

(三)學生為升學和職業(yè)生涯作準備

由于學生的社會背景、學習課程的機會和家長的參與等因素造成了女性、非洲裔、拉美裔和較低社會經濟地位等弱勢群體的學生與男性、白人、亞裔和較高社會經濟地位的學生相比獲得STEM學位的比例更低的情況[7]。特色STEM高中旨在為所有學生提供公平的學習機會，減少個人背景和其他因素對學生的影響，縮小弱勢群體學生的差距，幫助他們?yōu)樯龑W和職業(yè)生涯作好準備。

2013年，一項對1719名全納性STEM高中和3359名傳統(tǒng)學校的九年級學生的研究結果顯示，全納性STEM高中的學生對STEM科目更感興趣，對獲得學士學位更有信心。由于他們學習了更多STEM學科的大學預備課程，在大學教育中對STEM學科表現(xiàn)出更大的興趣(44%∶33%)，在大學學習工程專業(yè)的比例更高(26%∶18%)[5]。NCSSSMST跟蹤調查了1032名特色STEM高中的畢業(yè)生，所有被調查者中，75%愿意繼續(xù)接受大學以上的教育，40%計劃獲得博士學位， 60%的大學新生希望獲得STEM學位，55%的大學高年級學生正在攻讀STEM學位。51%在大學主修科學，全美平均23%的大學生學習科學；10%主修數(shù)學，全美平均3%的大學生學習數(shù)學[5]。這些調查數(shù)據表明：通過在特色STEM高中的學習，畢業(yè)生對升學的信心更加堅定，選擇專業(yè)更加明確，有更多學生愿意學習與STEM相關的專業(yè)，有利于他們在STEM領域就業(yè)。

四、特色STEM高中的生態(tài)框架

盡管STEM教育經歷了從SMT學校向特色STEM高中的轉變，但一些學者認為特色STEM高中前景堪憂，美國的STEM教育在國家需求和現(xiàn)實發(fā)展之間產生了脫節(jié)。教育、技術和經濟環(huán)境的重大變化可能會導致STEM高中的設計缺陷，因此，主張建立新的設計原則和生態(tài)框架[8-9]。

2008年，魏威爾·塔沃爾(Weaver-Hightower)提出了生態(tài)學習環(huán)境，即行動者、環(huán)境因素和行動相互作用的系統(tǒng)學習環(huán)境。在自然生態(tài)系統(tǒng)中生物之間彼此互動交流，而校內學習也是要素主體的相互作用，通過師生間的互動實現(xiàn)學習目標。同時生態(tài)系統(tǒng)中的合作是行動者之間相互理解的復雜互動，例如，學生通過小組來合作完成一個項目[8]。

2010年，馬歇爾(Marshall)認為設計推進STEM教育的學習環(huán)境必須有助于培養(yǎng)學生積極思考的習慣，這些習慣能產生創(chuàng)造性思維、解決問題的能力和領導能力，他重新設計、整合了學校三種學習環(huán)境。第一種以調查、研究和跨學科學習為中心，第二種以創(chuàng)新和設計為中心，第三種以全球領導力和社會企業(yè)家精神為中心[9]。

特色STEM高中是為了發(fā)展STEM教育而建立的學校，但研究人員認為特色STEM高中不能解決所有STEM學科的問題，于是他們提出有助于學生發(fā)展的新的概念框架——“社會的協(xié)同行動”[2]，圖1列出了社會的協(xié)同行動的組成要素。

圖1 社會的協(xié)同行動

在學校生態(tài)系統(tǒng)中，特色STEM高中有行動者、環(huán)境因素和行動三類組成要素[2]。

(一)行動者

行動者包括學生、教師、社會人士和成功人士，行動者可以有多個角色。例如，教師在教室里教育學生，在課堂外則是接受培訓的角色。學生是最主要的行動者，也是學校生態(tài)系統(tǒng)的中心，教師、管理人員和其他行動者都支持學生的發(fā)展。以學習者為中心的學校能提供提出問題的真實機會并在教師的指導下找到解決方法。學生在好奇心的驅使下會提出問題、認真觀察、收集數(shù)據、解釋數(shù)據、承擔風險、測試結論，從而變得富于創(chuàng)造力，教師也更加靈活，更能容忍學生的錯誤[10]。

特色STEM高中訓練有素的教師應掌握專業(yè)領域的知識和教學策略，全身心投入教學，促進學生的課堂學習，挑戰(zhàn)學生的思維習慣，使學生與社會緊密聯(lián)系，在課堂上有效地使用各種技術手段，通過工作坊促進專業(yè)發(fā)展、更新知識和技能[10]。

學校生態(tài)系統(tǒng)內的其他行動者包括學生干部、教師領導、工作人員、管理人員和學生家長等社會人士，他們既能圍繞有意義的目標和共同價值觀形成獨特的學校文化，又可以相互聯(lián)系、交流。為了營造更好的學習環(huán)境，社會人士鼓勵教師通過交流獲得更多權利、參與決策過程和欣賞自己而承擔更多的責任。當教師承擔這些責任時，會提升專業(yè)教學，改進教學策略[2]。

成功人士包括大學教職員、實驗室技術人員、商業(yè)或行業(yè)領袖、其他STEM專業(yè)人士和學生家長，他們是一種激勵因素，參與對學生、教師的指導，成功人士通過實習或學徒計劃在校內外與學生和教師交流、互動。學生通過實習或與成功人士的互動，獲得真實的生活體驗，這是運用所學知識最有效的方法，也有利于保持對STEM的學習興趣。

(二)環(huán)境因素

學校生態(tài)系統(tǒng)中主要的環(huán)境因素是學習環(huán)境，特色STEM高中的正式和非正式學習環(huán)境不應涇渭分明，行動者應和諧地利用它們。圖1的矩形代表正式的學習環(huán)境，橢圓形代表非正式學習環(huán)境，虛線表示學習是開放的，不應局限于學校，要鼓勵學生在其他環(huán)境中學習知識。學生在課余時間開展項目研究，尋求問題的解決方案，也會得到各方面的幫助。這些項目可作為學生的成績，并在學校的科學博覽會上作介紹和展示。

在正式學習環(huán)境中，嚴格的課程和教學策略發(fā)揮著重要作用。嚴格的課程應確定優(yōu)先次序的標準，給每個單元命名，為單元制定標準，建立學習日志；整合形成性評價，創(chuàng)建前后單元的終結性評價，在每個單元前提供補救干預措施[2]。

為了確保課程質量，基于項目的教學策略需要不斷改革，這種變革包括STEM學科中的教與學的持續(xù)性變革。嚴格的課程和教學策略的變化應滿足高級課程的需要。

技術資源是學校生態(tài)系統(tǒng)的另一個環(huán)境因素。技術對基于探究性的教與學都非常重要，在技術主導的社會里，學生利用技術可以快速得到豐富的信息，了解導師正在進行的研究。在技術手段匱乏時期，教師和學生都不像今天這樣很容易接觸到計算機和其他工具，現(xiàn)在的問題不是缺乏技術，而是教師如何將技術融入教學實踐[11]。為此，教師應得到在教室里使用技術的優(yōu)質培訓，專業(yè)人士不斷指導教師的教學。當作為行動者的教師和學生在學校生態(tài)系統(tǒng)中協(xié)同使用它們時，以上的學習環(huán)境和技術資源等因素都是有意義的。

(三)協(xié)同行動

生態(tài)系統(tǒng)內的協(xié)同行動是行動者之間的互動，學校生態(tài)系統(tǒng)中的協(xié)同行動包括交流、合作、指導和評價等。所有的協(xié)同行動都是行動者之間的合作和互利[8]。

1.交流

交流在系統(tǒng)中較為突出，可以在課堂內，也可以在課堂外。溝通渠道暢通是優(yōu)秀學校的典型特征，當教師明確指出課堂行為的規(guī)則、規(guī)范和應達到的學術成就時，學生都會積極、踴躍地表現(xiàn)，從而取得良好的教學效果[12]。

2.合作

教師、社會人士和成功人士的合作尤為重要，STEM交叉學科的研究需要更多來自教師、學生家長和其他STEM專業(yè)人員的支持。例如，教師和社會人士可以與大學教師、技術人員、工商業(yè)領袖、其他STEM專業(yè)人士和學生家長合作。

3.指導

學生對與STEM職業(yè)相關的教育成見會阻礙其獲得STEM學位，而有效的指導能對學生心目中科學家的形象產生積極影響，尤其是有利于弱勢群體學生學習STEM專業(yè)和職業(yè)[5]，準備上大學的學生可以在導師的指導下學習相關學科。

4.評價

綜合運用形成性評價和終結性評價，促進學生的發(fā)展。形成性評價不僅能幫助每個學生明確自己的需要并使他們走向有意義的學習目標，而且能同時有效促進教師的教和學生的學，而不是單向衡量學生的學習。為確認學生學習的有效性，仍可使用終結性評價。但應使用開放式問題、多項選擇題測試、論文、報告和演講等多樣化的評價方式[13]，形成性評價和終結性評價對于促進學生發(fā)展都是必要的。

結語

特色STEM高中是隨著美國社會、經濟發(fā)展而出現(xiàn)的學校類型，從SMT到STEM，這一鮮活的學校類型始終律動著時代發(fā)展的脈搏，社會、經濟的變化會導致學校也隨之發(fā)生變化。學校生態(tài)系統(tǒng)一個微小改變就能產生規(guī)模效應，因此，教育領導者、決策者和研究人員應該考慮學校生態(tài)多層次的干預措施[8]，實現(xiàn)STEM教育利益相關者的共贏。