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國外STEM教育是怎樣的?

(一)STEM教育之道

STEM教育的緣由相信大家都已經耳熟能詳,行業者、教育者和政府部門等都認識到STEM教育的目標和意義在于培養未來社會所需的人才。

后來又有人提出STEM教育不夠全面,應該變成STEAM教育。我個人的觀點是STEM教育也好,STEAM教育也罷,名稱并不特別重要,重要的是教育的實質意義和核心目標。

有教育者會特別強調STEM/STEAM代表的是什么 - S:科學,T:技術,E:工程,M:數學,A:人文藝術。如果只是局限于將STEM/STEAM教育分解成這幾個字母所代表的學科,那么所謂的STEM/STEAM教育一定會有失偏頗。

我所理解的STEM/STEAM教育之道在于 :

多學科的融合,而不是分解成幾個單獨的學科;

核心目標是的思維和能力的培養,而不是學科知識的記憶。

我認為用哪個縮寫詞并不重要,關鍵要理解其內在的“道”。在下文中,我就用STEM。

從跨學科角度來說,STEM教育強調對某一現象或問題要從多學科視角來分析,并理解它們之間的關聯。

比如對垃圾處理問題的分析,多視角可能包括政治性的(垃圾分類和處理相關的政策),經濟性的(生產和使用一次性產品 vs可重復利用產品的經濟成本,垃圾回收的成本和收益),生態性的(填埋垃圾對土地、水源、動植物等造成的影響),技術性的(垃圾回收應用的技術設備和垃圾處理的智能警報系統),科學性的(制成塑料制品的原材料和化學過程,替代性可分解包裝的材料特性是什么),社會人文性的(垃圾對人們的生活環境和生活方式造成的影響)等等。在這樣的學習項目中,學生要通過多種途徑(上網查資料,采訪專家,實地調研等)獲得對這一話題的不同視角的理解 。

走過8國,我看到的STEM教育是這樣子的

從培養目標上來說,在學生從多角度深入探索某一個話題的自主學習過程中,學生的成長不僅僅是知識獲得方面的。STEM教育以學習者在態度和能力方面的成長為核心培養目標。態度包括好奇心,同理心、韌性等;能力包括批判性思維能力、溝通能力、合作能力等。

當學生從他們感興趣的視角切入某個話題時,他們更有可能持續投入,他們會想要獲得更深更廣的認識。他們會在乎這個話題,在遇到困難時,他們也更有可能去想辦法克服困難,去重新審視他們的想法和方案。

一個好的STEM項目一定不是百度搜索就可以查到答案,而是學生需要與不同的人溝通與合作,需要進行實地調查,需要利用多種檢索資源去獲得比較全面和有深度的信息。

(二)STEM教育之術

各個國家由于教育政策、資源和文化等不同,在STEM教育實施有所不同。比較幸運,因為工作的關系我得以在不同的國家工作和學習,也了解了不同國家的 STEM教育之術。我也因地制宜地為不同國家的學生和教育者設計了STEM學習工作坊。我與文萊,越南,柬埔寨,泰國,馬來西亞,印度和美國的教育者溝通和工作時深切感受到,大家都逐漸認識到STEM教育的核心在于跨科學融合和軟技能的培養。

由此,STEM教育剛出現之后引發的機器人教育和編程教育項目在這些年被進行了“改良”,使得這些項目的目標不在于學生是否能搭建出一個酷炫的機器人或編寫一段強悍的程序,而是將機器人和編程創作切入真實社會問題的解決方案中。我將以馬來西亞、印度和美國為例講講其他國家發展STEM教育的術。

馬來西亞的SETM創客教育

馬來西亞的國油科學館總部位于吉隆坡雙子塔,然而他們的子中心輻射到馬來西亞的各個州。最初,該科學館STEM教育團隊有數學項目人員,科學項目人員和機器人項目人員。當項目團隊意識到STEM教育在于跨學科融合和能力的培養,項目團隊決定整合并升級原來的項目。我與項目領導團隊在多次開會討論后為項目團隊起草了STEM教育發展框架。

項目團隊以該框架為指導開發了新的STEM教育項目,并把這些新的STEM教育項目帶到了各個子中心。各個子中心所輻射的社區內的學校和家庭會到子中心參加短期或長期的STEM教育項目。

一開始老師和家長們會不理解為什么項目不再是手把手教學生們怎么搭建機器人或編寫程序,而是更多讓學生自主做項目 - 從問題出發,嘗試不同解決方案。當老師和家長們看到學生的深度投入,自主發現問題、解決問題的內驅力,以及遇到困難不放棄的韌勁時,他們開始理解感激這些新的教育項目,也能夠更加耐心得觀察學生在項目過程中的軟技能的成長,而不僅僅只關注學生是否做出一個成品。

印度的STEM創客教育

印度歷來非常重視工程教育。印度大約有3500所工程學院,每年大約有150萬工程專業的畢業生進入就業市場尋找工作機會。盡管在美國硅谷的大中小科技公司的很多優秀的工程師是印度人,但印度國內的工程專業畢業生的就業狀況卻不容樂觀。

據一家位于新德里專注于就業解決方案的公司2019年調研數據顯示,80%工程專業畢業生根本無法勝任工程師的工作,只有2.5%的畢業生能夠勝任人工智能工程師的工作。當語言和認知等技能被考慮在可就業評估因素之內時,相應的比例更低。造成這一現狀的原因當然有很多,其中一個被公認的原因是工程學院的工程教育仍以理論知識學習為主,學生在校期間沒有積累項目經驗,沒有掌握工程技能,也欠缺完成項目所需的溝通與合作能力、解決問題的能力、批判性思考能力等。

為此,印度的工程學院已開始探索新的工程教育模式和目標。與此同時,印度的中小學也在變革教育模式以加強學生的軟技能培養。由印度TVS摩托公司成立的TVS學院是中小學教育變革的一個案例。我們與TVS學院的老師們一起工作了2周,為老師們開展了STEM教育教師工作坊,同時我也從該校的老師們那里學到了很多。

我由衷感嘆該校在培養學生軟技能方面的決心和創新性。該校的老師們跨學科合作,把校園和社區都變成了教與學的場所。老師們會帶領學生走入社區,鼓勵學生發現社區問題,并用他們的方式去解決那些問題。其中一個例子是該校的回歸象神制作傳統項目。

印度教慶祝的其中一個節日叫象神節。在這個節日里,信徒們會去寺廟膜拜象神或將一尊象神放在家中供奉。節日結束時,人們抬著象神沿街游行,然后將象神沉入水中,寓意回歸自然。過去人們用天然材料(泥土、秸稈和石膏)制作象神。

工業化生產大規模出現后,象神也變成了大型的塑料工業制品。從此,每年象神節后印度的河、湖、海里就會被投入大量的大型塑料象神。這些塑料象神很難分解,而且帶有有毒染料,對河、湖、海生態系統造成嚴重影響。

TVS學院的學生發現了這個問題,向老師們申請將這一問題作為他們的研究課題,立即得到了老師的同意和支持。學生們研究了象神的古老制法,調研了原始制作材料的可獲取性,并找到了曾經手工制作象神的老人們。

項目第一年,他們邀請老人們進入校園帶著學生、老師和家長一起制作象神。學生和家長們將做好的泥象神帶到各自家中,節日結束那天將自己制作的泥象神小心翼翼地、充滿敬畏地沉入城中的一個湖中。

項目第二年,學生們還走入社區和其他學校,倡議和帶動更多人用天然材料手工制作象神而不是購買塑料制品,他們用數據說明了這樣做對生態環境的意義。學生們還向當地政府部門提議禁止使用塑料象神。學生們的提議和在社區的行動引起了當地政府的重視,推動了在政策上禁止使用塑料象神。

在這樣的項目經歷中,學生是主導,他們懷著好奇心關注社區,發現社區問題并付出行動解決問題。他們和同伴、成人合作和溝通,他們尋找不同的突破口,他們敢想、敢做、遇到問題不放棄,他們學會了從各個層面去推動問題的解決。這樣的項目經歷增強了學生的好奇心、同理心和責任感。學生的溝通與合作能力,解決問題的能力和批判性思考能力也得到很大提高。

美國的STEM創客教育

在美國舊金山一所私立學校擔任PBL老師期間,我得以接觸到此前已仰慕已有的STEM教育領域的機構。我參加了探索館(Exploratorium),加利福尼亞州科學院(California Academy of Science),硅谷創新館(Tech Museum of Innovation)和創客學校Brightworks的STEM教師培訓,也在社區科學作坊(Mission Science Workshop)擔任STEM工作坊志愿者。

顛覆傳統教育模式的Brightworks徹徹底底得實行多學科融合的項目制學習模式。學校的教育信念是“真實的工具,真實的材料,真實的問題”。學生全權設計自己的學習體驗。他們選擇自己的項目主題,跨齡合作,在學校的開放空間用真實的工具試驗他們的想法,也申請老師帶他們去相關的校外基地去參觀和調研。

學校的項目模式包括三個階段:

第一階段:探索。學生自主探索一個項目主題(如“空氣”)究竟意味著什么?為什么這個話題值得探索?學生會完成一個小組項目來探索這些問題。這一階段也為了培養學生的小組合作意識、成長型思維和項目管理能力等。

第二階段:表達。學生創作一個產品(藝術品、戲劇表演、研究計劃、設計實驗等)展示他們在探索階段學到的東西。老師支持學生進一步提高項目管理等能力。

第三階段:展示。學生通過各種各樣的方式展示他們的項目成果。Brightworks倡導讓學生做自己學習的主人,而老師是學生的合作者。學校的核心價值是信任、韌性、創造性、同理心、學究精神和玩中學。

我所在的學校普利西學校也以項目制為主。初中部一年有4個項目,每個項目6-8周。去年的4個項目包括雙城記、水上漂流奇跡、“炒”博物館和社區地圖。

以社區地圖為例,學生們選擇的項目主題包括垃圾處理問題,社區免費圖書館,舊金山的中國移民和帶來的飲食文化,以及學校午餐背后的公平和正義。他們以問卷、郵件、電話和面對面等方式采訪了各方專家。他們與同伴分工與合作以推進項目的進展。期間他們遇到各種各樣的挫折,但是他們在冷靜和調整心態之后選擇想辦法克服困難,繼續推進項目。

學生最后的項目作品包括漫畫書,報紙,播客,網站和木工作品。學生反饋這樣的項目讓他們開始關注社區問題,并開始有意識得從多個角度分析問題。他們遇到挫折時灰心過但選擇調整心態和克服困難后發現了更好的解決方案。他們開始意識到一個好的合作者要學會聆聽和具有同理心。他們也在逐步提高項目管理能力、深度研究能力和解決問題的能力。

美國的博物館、科學館和自然教育中心等社區學習中心也提供了豐富多樣的STEM學習項目。這些STEM項目不以高大上的設備為依托,而是注重學生的全身心參與和創造。位于舊金山的Mission Science Workshop和探索館內的Tinkering Studio提供給學生的是日常生活中或自然界中收集的材料,學生利用這些材料去創作新作品。Mission Science Workshop還收集廢棄的家用設備,把這些設備和拆解工具提供給學生。對于孩子來說,當他們拆掉外殼看到內部迷亂復雜的結構時就像發現了寶藏一樣興奮。

大家都聽說過美國的車庫文化以及一些知名科技公司誕生于車庫的故事,比如我們熟悉的惠普公司,迪士尼樂園和蘋果公司等知名公司。車庫文化的本質是創造和創新,以及對未知世界的好奇和渴望,當然,還有美國夢的核心精神:用努力贏得成功,本質上,STEM教育就是要更多鼓勵孩子們突破創新,打破桎梏。

我所知道的有些美國家庭允許甚至鼓勵孩子敲敲打打,幫助父母一起維修、設計、制作日常物品,而車庫具有孩子和父母一起創作所需的百寶箱。同時,車庫也是孩子們拆裝各種廢棄東西,搗鼓小發明的樂園。孩子們在拆拆裝裝中就在學習我們身邊的東西是如何運作的 - 內部的機械和電子原理以及設計和藝術的魅力。

相比之下,在中國家庭里,當孩子想要幫助父母解決家里的技術問題時,家長往往要么覺得太危險了怕孩子傷著因此不讓孩子動手,要么直接會以孩子還沒有那方面能力而拒絕給孩子一個嘗試的機會。

這樣的家庭文化對孩子造成的影響包括:

孩子們失去了動手創作的欲望和信心;

孩子未來的獨立生活能力會有所缺失;

孩子們將只做消費者而沒有獲得 “創作者”具有的心態和能力。

(三)STEM教育的絕佳場域

根據我對STEM教育相關的科學研究和實踐案例的分析以及我個人在不同國家的經驗,我覺得國內的家長們要想增強孩子的STEM教育基礎和質量其實是可以有多種途徑的。

STEM教育不一定需要很高的成本,并不一定需要3D打印機、機器人、激光切割機等昂貴設備。豐富的STEM學習機會完全可以依靠充分利用孩子身邊已有的資源實現。

校外教育機構提供了非常多樣化的STEM學習項目。在選擇購買STEM教育為主題的興趣班、寒暑假營或游學項目時,建議考量孩子在那個項目中是否有提高溝通能力、合作能力、批判性思考能力、解決問題能力等軟技能的機會,以及這個項目是否能夠開闊孩子對世界的多元深度認知 - 文化的、經濟的、社會的、科技的、地理的、歷史的等多方面的認知。

博物館

當地的博物館、科學館、藝術館等公共資源也是學習STEM的絕佳機會。即使這些機構不提供專門的以STEM為主題的項目,館內的資源本身就可以成為STEM學習的引子。孩子們能否從這些場所中獲得STEM學習機會關鍵在于孩子是否具有好奇心,是否善于提問問題。

以博物館的錢幣展為例:激發孩子善于思考和提問的能力。孩子可能會問古幣的材料是什么?制造古幣的工藝和制造設備有哪些?中國在使用古幣的那些年代是如何與其他國家進行貿易的?是什么促使紙幣取代了硬幣?紙幣不同幣面的設計是如何決定的?紙幣是如何防偽的?為什么國家不能無限量發行紙幣?等等。

如果孩子提出其中任何一個問題,家長要鼓勵孩子通過上網查資料或咨詢有關專家去回答她提出的問題。孩子在試圖回答一個問題時,他很可能會對相關的一系列其他問題也產生興趣。由此,孩子就在逐步獲得對某一話題的深度認知。在這個過程中孩子的好奇心、學習能力、溝通能力等都會逐步得到提高。

家里是STEM學習的最真實場所之一。在美國,家里成為STEM學習場所之一也是比較常見的,孩子們在家里接觸到的日常用品為STEM學習提供了真實的場景。比如,家中有需要維修的地方是否可以讓孩子試試看能不能發現故障所在?是否可以讓孩子們試著去解除故障呢?很多時候家長會擔心孩子會越搞越糟。

其實,不管孩子是否最終能解除故障,他們都獲得一次難得的學習的機會。即使他們不能解除故障,但至少他們有機會對內部機械或電子設計有個直觀的認識。如果孩子修不好,可能家長要付出更多的錢將問題解決,但何不將多花的錢看作是給孩子買了一個學習的機會呢?

另外,當家里有壞掉的設備如DVD播放器,收音機等,不要急著扔掉,建議把他們留給孩子,再給孩子提供一套拆開設備所需的工具。孩子們在拆解之后,可以試著拼回原來的樣子,或者可以取出其中有用的部件并用這些部件發明一個新的東西。

STEM學習機會無處無在。除了付費參加以STEM教育為主題的興趣班、寒暑假營和游學營等教育項目,孩子所生活的社區和家里也蘊含有豐富的免費的、真實的STEM學習場景和資源。只要保有好奇心,即使公園散步看到的一片落葉也會引發豐富的STEM學習項目。只要能得到父母的理解、支持和鼓勵,孩子們在日常生活中就可以獲得非常有價值的STEM學習機會。

以長遠的視角看待孩子的教育,教育的意義不僅僅是幫助孩子們獲取知識,更重要的是培養能夠面對當今社會和未來社會現實挑戰的人才所需的核心能力和態度。STEM教育的核心目標和意義便在于能力和態度的培養。能力包括溝通與合作能力,批判性思維和多元思維能力,解決問題的能力等;態度包括好奇心、同理心和韌性等。因此,以能力和態度為培養目標的STEM教育是面向未來的教育。

(作者介紹:武秋艷,中國科學院心理所畢業,美國國家地理認證教育者,STEM教育咨詢顧問,擁有在STEM教育領域超過7年的教學經驗。秋艷曾在中國宋慶齡科技文化交流中心擔任創客項目籌辦人,也在美國私立學校擔任PBL/STEM老師,已在印度、馬來西亞、泰國、文萊、越南、柬埔寨等國為來自多元背景的學生帶去STEM學習工作坊,也為校內和校外教育者帶去STEM/PBL教師培訓工作坊。她深信技能和態度的培養是STEM教育的核心目標。)

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