纽约科学院课程对国内STEM教育的升华

张翔　郑俊涛

STEM环境重构的必要性

STEM教育是整合科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）与数学（mathematics）学科教育的新教学模式，是一种以项目学习、问题解决为导向的集成教学应用，重点培养学生的科学素养、解决综合问题的技能、协作学习的能力、迁移能力及创新能力。STEM教育作为国外引进的教育理念和机制，在国内十来年的发展过程中，虽然涌现出了很多优秀成果，但也面临着诸多问题与挑战。国内的STEM课程研发大都集中在3D打印、机器人、编程、科学小制作等零散状态，而国外的一些优秀教育资源在本土化方面也面临着巨大的挑战。这些条件限制了部分有开展STEM教育愿景的学校的发展，因此急需优秀的教育资源和解决方案来帮助学校开展STEM教育，并形成长效机制。此外，从目前STEM教育较为单一的教学模式来看，基础教育阶段的STEM课程教学，更多呈现出教师“能不能教”的问题，而不是学生“能不能学”的问题。

上述现象的产生既有外来理念消化的滞后因素，又有主观认知的渐进过程因素。一方面，由于STEM教育引进我国时间短暂，各方面的理论研究和实践经验的不足，制约着一线实践者去深入剖析国外相关课程的核心因素，所以在衡量尊重国外课程原创性和进行本土化的创新性之间产生了困惑。另一方面，国内学校教育和社会教育资源之间的衔接尚处在起步阶段，增加了课程落地过程中的不确定性。可见，在借鉴国外优秀教育资源的前提下，充分挖掘和整合内部资源，形成具有完整资源链和自我发展性的本土化STEM教育环境将成为未来STEM教育的必然趋势。

纽约科学院STEM课程介绍

为了推进国内STEM教育进程，营造良好的STEM环境，支持中国学生围绕21世纪人类面临的共同挑战提出解决方案，上海凡智教育科技有限公司在全球范围内进行了考察，并对纽约科学院STEM课程进行了全面深入的调研。

1.纽约科学院介绍

纽约科学院（The New York Academy of Sciences， NYAS）成立于1817年，拥有来自100多个国家的20000多名会员及会员机构。它拥有100多位诺贝尔奖得主会员，并与耶鲁大学、加州大学伯克利分校、哥伦比亚大学等世界一流大学具有深度合作。纽约科学院致力于通过推进科学研究、教育与政策，创新性地解决全球面临的重大挑战。

纽约科学院积极致力于STEM教育的研究与推广，与250多个合作伙伴共同成立了全球STEM联盟（Global STEM Alliance， GSA）。GSA致力于到2020年推动100个国家和地区的100万名学生参与到STEM学习中，提高STEM领域中学生的人数及多元性。

2.纽约科学院课程架构和内容

21世纪充满机遇，也充满挑战。未来人才需要具备多渠道信息的搜集、处理、分析与整合能力，需要具备一定的科学素养，需要具备善于科学规划、高效沟通、协调资源、恰当表达的综合领导能力，需要具备批判性的思维和创新性解决复杂问题与挑战的能力。

纽约科学院STEM版权课程，提供了创新力、领导力、批判力、沟通力和计划力课程，构建了支持学生完成创新挑战、结构合理、体系完善的能力提升课程群。每个课程模块围绕各自主题包含了一系列课程，通过指导学生开展实践活动提升其素质与能力。

创新力课程模块为学生提供一套完整的创新方法论。课程以小组形式开展，学生以自主调研和定义问题为起点，通过团队组建、方案设计、互相评价、模型建立、方案检验与呈現来完成创新项目。课程包含问题的提出、方案的制订、方案模型的建立、方案的检测、方案的调整与呈现五个主题。

领导力课程模块旨在帮助学生理解科学领域中的领导力内涵，以及掌握提升领导技能的方法。课程通过案例学习、经验反思与实践活动，帮助学生认识树立榜样、冲突解决、困难克服、授权与激励等领导力问题，并教会他们如何去应对这些问题。课程包含认识领导力、榜样的力量、榜样访谈、冲突的解决、困难的克服五个主题。

沟通力课程模块旨在通过科技文章的阅读与写作、利用社交媒体开展科普、参与或组建科学社交圈、跨文化交流等活动，提升学生的沟通能力和科学素养。课程包含认识沟通力、社交网络的建立与维护、与公众的科学交流、社交媒体与科技传播、科技素养、跨文化沟通六个主题。

批判力课程模块以批判性思维这一概念为核心，帮助学生实践设计思维方法，思考伦理道德困境，体验同行评议过程，开展项目设计与实施，旨在提升学生批判性思考的能力。课程包含认识批判性思维、设计思维、道德伦理、科学研究与我们、项目策划、同行评议六个主题。

计划力课程模块旨在帮助学生思考并完成学业与职业规划，并进一步启发学生开展生涯规划。课程通过目标建立、信息收集、智囊团组建、院校与职业选择、学习能力的提升等，帮助学生认识自身的特点、优势与倾向，为生涯规划做好准备。课程包含学业规划、职业规划、生涯规划、目标的制订、建立你的智囊团、终身学习六个主题。

作为全球范围内STEM教育的标杆，纽约科学院的STEM课程在STEM教育领域的领先性不言而喻。但是外来课程的优势能不能在本土范围内体现出来？会不会呈现水土不服的现象？凡智课程专家团队在尊重课程原创性的基础上，根据我国国情的复杂性，在希望小学教师培训项目中进行了科学、全面、有效的实践。

STEM教育的实践——以创新工作坊为例

1.纽约科学院创新工作坊的设计思路

创新工作坊内容源于纽约科学院创新力课程，在印象中，国外引进课程往往给人以暗示，属于高大上的层面，不容易普及；鉴于此，我们专门作了底线测试，选择条件更为艰苦的希望小学做实践与论证。本次实践基于希望小学科学教师培训项目，参训者是来自全国不同地区的77名一线科学教师，培训目的是落实新版小学科学标准执行，帮助希望小学一线教师更好地开展科学教育，并引导学生进行科学创新。endprint

针对项目培训需求，课程专家团队前期对参训希望小学科学课开展情况进行了调研，结果显示：多数学校（约占71%）有专门的科学实验室；一些学校（约占17%）还组织科技作品制作大赛、科幻画大赛、科技创新竞赛、实验活动课等课外科学教育活动；多数学校（约占64%）的科学课教师是兼职教师；科学课教师的平均年龄约38岁，教龄在15年左右；少数教师（约占9%）了解STEM，近一半的科学课教師有本科学历。以上情况表明，相关学校具备开展科学课的基本条件，教师个人学习能力和教学能力较好，但是教师在科学课教学上的个体水平差异较大。

基于前期调研，结合新版小学科学课程标准中面向全体学生、倡导探究式学习、保护学生的好奇心和求知欲、突出学生的主题地位的课程基本理念。课程专家团队基于纽约科学院创新力课程，结合希望小学的地区优势，进行了针对性的设计：以教师需要完成的创新主题为主线，设计了涵盖创新框架、问题重塑、创意生成、呈现创新方案的学习任务书；以持续创新理念及成功要素为切入点，以持续创新四步法作为核心学习内容进行整体设计，通过“用什么东西能填满一间教室”启发教师对创新解决问题的思考，深入分析问题，激发创新动机。整体学习围绕农村地区面临的科技、能源、环境等挑战，引导参训教师小组合作，选择一个和学生生活/学习密切相关，或与周围自然环境相关的主题，进行问题的创新解决方案的整体设计。

整个创新工作坊以项目式学习为主导，以参训教师为中心促进其通过团队协作、知识共享共同解决真实情境中的问题。此外，现场培训还设计了如何与学生合作探讨环节，帮助与支持教师后期与学生共同进行创新项目的实践。在集中培训结束后，讲师团队通过网络学习平台与教师进行实时互动和跟踪帮扶，通过主题性的网络课程提升部分教师的科学知识和授课技能，同时邀请科技领域的专家在网络课堂进行讲座，以对部分教师在创新过程中专业知识的不足提供支持。

2.纽约科学院创新工作坊的实践总结

创新工作坊以持续创新的理念和步骤帮助参训教师提升对创新的认知，掌握持续创新的方法。参训教师通过自己命题，设立创新框架，重塑创新问题，生成创新方案，将创新理论和实践进行了系统的学习和运用。在最终的展示环节，涌现出了众多精彩纷呈的创意，如“韭菜白斑病的成因及预防”“如何让少数民族地区学生家长接受或支持STEM课程的实施”“多功能黑板擦”“乡村家庭垃圾高效循环利用”等课题的创新框架及研究步骤设计，这些创新主题源于乡村生活，既充满科技元素又不乏人文气息。参训教师在创新的过程中充分结合实际，根据现状的需求分析，提出了创新性解决问题的方向。为了更好地推进纽约科学院创新工作坊的后续成果达成和巩固，课程专家团队在实践基础上，对后期的工作支持提出了完善的解决方案。

（1）通过相关领域专家团队支持农村希望小学地区开展创新

在创新思维工作坊展示环节，教师表达了希望专家团队后续能提供相关的专业支持，帮助他们达成创新目标的诉求。这不仅为后续在更广泛领域内开展专家资源共享，提供全方位技术支持进行了需求论证，也为在更广泛领域内的让专业人员参与项目教学的全员教育运动提供了支持。

（2）提升教师科技应用水平促进创新成果优化

在创新工作坊展示过程中，部分教师分享了自身教学过程中优秀的教学手段，以及促进课堂教学的工具的使用，这种互动的交流拓展了参训教师的教学形式，有力地促进了科学课堂的开展，但仍需提升科技的更新在教育过程中的促进作用，以推广促进教学效果达成的工具和方法，帮助教师在课堂上实时呈现学生的学业成果和互动情况，形成师生间的良好互动等。同时，微课和视频编辑等的学习，能记录科学教学和团队创新历程，形成可视化的成果，为科学教学和科学创新的反馈和提升提供素材，同时也为科学教育成果的推广奠定基础。

（3）促进农村优秀科学教育案例的分享与传播

本次工作坊教师们充分展现出了自身在科学教学方面的优秀素养，以及在科学创新方面的卓越才能。可以预见，在国土占地面积和人口体量最大的农村地区，将在此次全国统一的小学科学标准的引领下，涌现出一大批优秀的小学科学教师及优秀教学案例，同时在党中央“万众创新”理念的指引下，农村地区也必将产生丰硕的科技创新成果。因此，需要拓展优秀的平台和渠道，帮助希望小学教师分享优秀教学成果和教学案例，并将成果进一步进行推广。

3.纽约科学院创新工作坊的价值提炼

随着教育教学改革和课程改革的不断深化推进，教育将越来越尊重受教育者的个性差异，促进个体发展，致力于不断培养受教育者的自我学习能力，提升受教育者在社会文化背景下进行自我决策的能力，最终使他们能在团队条件下独立负责任地完成工作。结合纽约科学院STEM课程实践，我们可以预见，未来国内的STEM教育的发展将出现以下趋势。

（1）向以学习者为中心的互动学习转变

以学习者为中心的互动学习模式真正让学生主导项目，以个体或团队提出基于现实生活环境的问题，让学生在蕴含丰富STEM知识的环境中进行交互、探究发现、学习知识，在建构性学习环境设计中寻找STEM知识的整合点、问题的突破口，提升综合能力。在基于项目的学习过程中，教师从传统教育的主角，转变为学生学习的支持者，充分通过协调资源、指导操作、检查要点、监督进程和评价总结，促进学生的问题解决和能力提升；在充分发挥学生为中心的互动学习过程中，能较好地摆脱传统的结构化课堂教学对个体学习与设计活动的约束，最大化地发挥并提升学习者的能力，保护好学生的好奇心与学习兴趣，强调分享、创造的愉悦，增进学生的自我效能感和成就感。

（2）通过教师知识领域拓展提升课程效果

教师对STEM教育有效性的影响至关重要，为了解决现行STEM教育中存在的部分教师“不能教”的问题，教师团队亦需要进行自身教学理念的更新和知识领域的拓展来促进课程效果的提升。教师在STEM教学理念的提升方面可以通过学习培训，强化自身对以学习者为中心、基于项目的学习、翻转课堂、人本主义思想、全人教育等STEM教育的核心理念和关联理念的理解，逐渐转变自身在教育过程中的角色定位，让出教育主导者的角色，走向学生学习支持者的角色。同时，教师通过在不同知识领域的拓展，不断汲取新鲜知识的能量，丰富自身的知识能力储备，或者组建不同学科的课程专家团队，使自身在授课过程中，能够有足够的跨学科知识和能力来支持学生的学习需求，真正做好学生学习的支持者，有效提升STEM课程效果，达成STEM教育目标。endprint

（3）优化共享资源形成跨区域教学共同体

随着学习者在解决问题过程中主导作用的提升，在问题解决过程中，大部分学生对知识的需求会走向多元化、前沿化、深度化，这种具有代表性的深度学习将是引领未来学习潮流的趋势之一。在这种趋势下，该部分学生的知识需求要通过各个行业领域内的专业人员和资深专家来进行补充以促进问题的解决。未来的STEM教育将会需要更多的专业人士的参与，来建设起满足不同层次学生需求的专家资源库。这需要全社会联合有志于参与到发展下一代核心竞争力的教育大计中的学校、家庭、企业、公益组织等机构和个人，形成基于现代信息技术条件的跨区域教学共同体，共创平台、共享资源、共商教育、共促成才，引领共享时代的潮流，切实发挥全社会在推进国家人才培养中的合力。

（4）改进评价机制促进有效教学目标达成

在STEM教育过程中，基于项目的学习对教学评价提出了改进的方向。它不仅包括了已有教育中的总结性评价，更侧重于贯穿项目学习始终的过程性评价。在评价的形式上，包含学生的自我评价、学生之间的同伴互评、教师对学生的评价、专业人士对学生的评价以及社会相关机构和人员的评价。在评价的内容上，既包含了关键的知识理论，又关注了过程性记录和阶段性能力提升，同时亦涵盖了对结题成果的展示和总结。这种多方参与的全面评价需要教育理论研究者和实践工作者协同合作，形成科学有效的评价框架和组织实施策略来给予学生更加客观有效的项目学习反馈，帮助他们进行自我总结和提升。

体会与设计

紐约科学院STEM课程在希望小学教师培训中的实践反馈表明，希望小学的一线科学教师完全有能力学会纽约科学院STEM课程，组织学生进行基于问题或项目的STEM学习，呈现学业成果，并进行科学评价。这充分说明了本土化后的课程的适用性和有效性，也为在更广领域内教学实践的顺利实施提供了可靠的实践证据，解决了原先很多教育工作者对STEM教育美好愿景的向往与可实践课程短缺的矛盾冲突，充分调动资源适应了不同学校开展STEM教育的需求。该课程能在更广泛领域内调动教育主体，融入社区元素，创设真实情境，设定学习问题，真正促进“全人教育”目标的实现。

随着时代变革不断加快，教师对自身知识领域和教学能力的提升也将迎来一个全新的时代。未来的师资培训将在保留现有教师集中培训的基础上，更多地采取网络化、碎片化、专业化学习的模式，越来越多的针对专业领域知识的分享将出现在网络学习平台中，供教师和学生参考。教师自己除了需要做好学生学习的支持者角色之外，更需要成为一位优秀的学习者、团队合作者、成果分享者，只有这样，才能将先进的学习方法和专业知识更好地融入到对学生学习的支持中，帮助他们达成通过STEM教育成长成才的美好愿景。

由纽约科学院课程专家设计、紧扣21世纪未来人才的能力发展需求、内容紧贴现实、以学习者为中心设计理念的STEM课程，通过开放式学习，带给学生充分的空间来发挥个人创意。它将科学、有效地帮助中国学生适应未来生活与挑战，并在全球竞争中未雨绸缪，保持优势。endprint