第一篇：【跨学科教育】上海市中小学STEM教育调研报告
【跨学科教育】上海市中小学STEM教育调研报告
篇首语STEM教育，以项目式的学习方式融合各学科内容，解决真实环境下实际问题，通过针对学生设计的活动来培养学生的创新品质。在注重学生核心素养培养的形势下，许多国家都加强了STEM教育的引入与本土化，中国上海也在这个浪潮中积极尝试，社会、学校、教师和学生都投入了大量的成本，STEM教育在上海的实际开展情况如何？进一步推广需要有哪些具体措施？经历3个月的时间，本次上海市中小学STEM教育调研给出了基于实证的回答。▲ STEM教育为什么？本次调研的主要目的是了解目前上海中小学STEM教育开展情况；从调研中吸取经验，完善健全跨学科领域课程建设；提供学校跨学科领域课程设置的建议意见。如何做？在前期准备过程中组建了一支由教研室、大学、出版社及专家组成的调研团队，明确了调研的相关任务及要求。在前期准备过程中还编制了学生及教师网上调研问卷、评课记录单等。在调研前两周时间学校填写自评报告。调研当天听课或听取课程介绍，并围绕学校跨学科领域课程建设及课堂教学交流讨论，同日学校完成相关学生、教师的网上调研问卷填写。▲ 评课记录单
怎么样？▲ 上海市中小学STEM教育调研调研对象信息本次调研涉及的区县有：黄浦区、普陀区、闵行区、徐汇区、杨浦区、静安区、浦东新区、长宁区、虹口区共计9个区县。本次调研涉及的学校有小学9所、初中9所、高中8所，共计26所中小学校，其中民办学校占比15.4%，公办学校占比84.6%。
▲ 跨越9个区县▲ 穿越3个学段 ▲ 兼顾公办民办
学校重视STEM教育通过1131份学生的网上问卷调查及62份教师的网上问卷调查，得到以下基本信息：学校校长及教师99%认为STEM教育很重要，说明STEM教育被广泛的认可。在相对重视的前提下，学校对开设这类课程所用的教室也有特别的考量，超过60%的学校建有创新实验室或科学实验室。▲ 教室配置拓展课成为主要选择课时安排上，64.8%集中在拓展课课时，16.7%集中在研究型课程课时，说明拓展课、研究型课程课时是学校对STEM教育课程课时安排的主流选择。平均每周STEM教育课时在2节课课时左右，课时安排上小初高差异不大。大多数学校选择每周在拓展课时中拿出2课时，也有些学校采用1 1模式，即每周一节拓展课加一节自然（科学、劳技）课，整合出2个课时，满足课时需要。学习年段上，在小学学段主要集中在小学二、三年级，初中主要集中在初中预备班、初一年段，高中主要集中在高一年段，可以发现年段设置集中在各个学段的起始阶段，考试压力相对较轻，小学一年级设置比较少或许与该阶段学生学科基础不充分相关。▲ 课时安排▲ 学习年段采用项目式学习所调研学校开设的STEM教育课程均采用项目式学习的方式，即围绕一个项目主题（完成某一作品或解决某一问题），连续地通过一系列课时（4—24课时不等）来组织教学。与基础学科建立联系多数学校能够主动将STEM教育课程与基础学科建立联系，挖掘基础学科中可以“跨”的点，作为与STEM教育课程的结合点，从而在学生已有的知识基础上进行合理的拓展与延伸，使得STEM教育课程有了明确的根基，不再是虚幻的空中楼阁。STEM教育与学科知识关联调查数据显示：STEM教育课程学习中与科学、数学、劳技三门学科关系最密切。STEM教育授课教师来源调查数据显示：STEM教育课程授课教师排在前三位的分别是科学、劳技、物理。说明授课教师与课程内容涉及学科关联的高度一致性，也说明目前试点学校开设的STEM教育课程内容紧扣基础学科。▲ STEM教育课程与不同学科知识关联程度职业引导成效显著职业引导方面，80%以上的学生对能对某些职业有所了解，超过60%的学生并对该职业产生了一定的兴趣，说明STEM教育对学生的职业引导起到正面作用，在关注职业领域方面，排在最前面的是电子信息、教育、金融、航天与医疗。▲ 职业引导▲ 敏感主题 优质课程资源缺乏虽然有大量的有实力的公司和教育者在做这方面的努力，但是大多数课程都是简单的拷贝国外的资料，没有做任何改进，不符合本地学校情况，没有体现STEM教育真实问题解决的理念。课程中还存在部分科学性错误，导致学生最终完成的作品不能解决实际问题。还有课程结构过于固定模式化、课程内容过于形式化，刻意将毫无关联的知识内容拼装式组合进课程、配套的辅助工具缺乏系统的规划等等。课堂教学方式需转型本次调研的学校提供的观摩课中，超过一半的课堂被教师牢牢把控，教师严格控制着课堂教学的各个环节，从板书到问题提出、从学生实验到交流展示，完全按照教师的节奏和意图步步推进。学生不知道活动内容的目的和意图，不知道活动与总项目之间关系，只是被动的被老师牵着鼻子走。这样的课堂显然不能有效发挥学生的主动性、培养学生的求知欲，这与STEM教育通过项目式学习培养学生的创新能力是背道而驰的，所以戴着项目式学习的帽子，穿着应试教育教学方式的里子是不可取的。教师培训缺位首先中国传统师范教育有大量的数学、科学方面的老师，但是缺乏工程技术方面的人才，所以STEM教育的师资培训首先是工程技术上需要提供系统且专业的培训。其次STEM教育不同的领域适合不同学科的教师教学，这样可以避免教师专业基础的缺失，以医疗领域、环境领域、建筑领域为例分别可以请生命科学老师、化学老师、物理老师来授课，但即便如此，在领域内相当大的知识覆盖依然超出学科教师的专业范围，所以需要在不同领域针对专业学科的教师有针对性的师资培训。第三STEM教育的教学教法与基础课程是有一定的区别的，某种程度上说是更难的，也是教师特别不擅长的方面，比如相对开放的课堂、跟着学生的思路节奏演绎教学等等，需要提供课堂教学教法方面的专业指导。评估体系缺失好的评估系统是教学质量的保证，由于STEM教育并不是简单地将科学与工程组合起来，而是要把学生学习到的零碎的知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。所以对于这种项目式学习，用工程技术方法来做现实问题解决的STEM教育评估体系的开发是很有挑战性的。STEM教育评估体系还需要对教师的能力进行考核。目前的评价机制无论是学生的成果作品评价还是学生过程性评价，都还只是浅尝即止的初探，对教师的评价也缺乏规范的体系。▲ 老师在上“食物与能量”主题课▲ 老师尝试过程性评价
再思考自下而上的归纳本次调研对上海市STEM教育实际情况有了总体的了解，总体看社会有需要，学校教师有需求，这与高考综合改革方案有关，更与培养创新人才的大环境相关，很多人都寄希望跨学科领域的教育能改变学生的学习方式，培养学生的创新能力。从这次调研现场看，我们看到了个别学校的优秀课例设计，也欣喜的寻觅到课堂教学中的闪光点，给我们跨学科领域教育增添了信心。所以我们要不断自下而上的归纳，提炼来自一线实践的经验，通过不断的实践证明“跨学科领域教育有利于学生的发展”。
自上而下的演绎本次调研发现STEM教育课程、课堂、培训等等问题及复杂性超出预期，让我们对跨学科领域教育研究更加有了使命感和责任感。通过自上而下的演绎指导学校区县的工作，再结合自下而上的归纳，上下贯通才能将跨学科领域教育落到实处。作者：上海市教委教研室
管文川
第二篇：STEM教育理念与跨学科整合模式
摘要：
随着创客日益受到社会关注，开展创客教育已成为教育界讨论并实践的热点。创客教育不能滑入到在中小学推广创造发明的歧途，而应是推进跨学科知识融合的STEM教育，在帮助学生打好扎实的科学、技术、工程和数学知识的基础之上，培养学生创新精神与实践能力，促进创新型、创业型人才的成长。本文阐述了STEM教育的跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性、技术增强性九个核心理念，介绍了相关课程、广域课程两种跨学科整合模式，分析了三种跨学科整合的取向：学科知识整合取向、生活经验整合取向、学习者中心整合取向，并提出了跨学科整合的项目设计模式。
关键词：STEM教育；跨学科整合；课程整合模式；整合性课程；创客教育
李克强总理在2015年政府工作报告中指出，要推动大众创业、万众创新，并亲身探访深圳柴火创客空间，国务院办公厅随后印发《关于发展众创空间推进大众创新创业的指导意见》。随着“创客”风靡全国，开展创客教育也成为教育工作者热烈讨论的话题。但很多人对创客教育的理解存在一定误区。创客教育不是一味鼓励学生荒废学业、不切实际地去搞创造发明、创业，而是强调创客的兴趣驱动、动手实践、创意创新的核心品质，推进跨学科知识融合的STEM教育，在帮助学生打好扎实的科学、技术、工程和数学知识基础之上，培养其创新精神与实践能力，促进创新型、创业型人才的成长。
一、STEM教育及其发展
STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简称，强调多学科的交叉融合。STEM教育并不是科学、技术、工程和数学教育的简单叠加，而是要将四门学科内容组合形成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能力。
STEM教育（STEM Education）源于美国。美国科学教育学者最早于20世纪50年代提出科学素养概念，并得到了其他国家科学教育学者的普遍认同，认为提高国民的科学素养是提升国家综合实力的关键。这与20世纪前半叶科学的迅猛发展是分不开的：那时科学在公众心中是万能的，科学被认为是社会发展进步的不竭动力。随着科学知识体系的相对稳定，以及技术和工程给生活带来的翻天覆地的变化，技术素养等因此进入公众视野。例如，斯坦福大学赫德教授1975年指出：“技术素养与科学素养应当并列成为科学教学的主要目标”（Hurd，1975）。
到20世纪90年代，美国国家科学基金会首次使用STEM描述涉及一至多门STEM学科的事件、政策、项目或实践（Byhee，2010）。在此之前，常见的缩写是SMET，即科学（Science）、数学（Mathematics）、工程（Engineering）和技术（Technology）。例如，1986年，美国国家科学委员会发布《本科科学、数学和工程教育》报告，首次明确提出“科学、数学、工程和技术教育集成”的纲领性建议，SMET因而被视为STEM集成的开端（朱学彦等，2008）。
2001年后，STEM逐渐取代SMET，成为四门学科的统称。在小布什两届任期内，STEM作为新概念不断出现在美国各种改革政策和项目甚至法律中（赵中建，2012）。例如，2007 年8 月，美国国会通过《国家竞争力法》，批准2008 年到2010 年间为联邦层次的STEM 研究和教育计划投资433 亿美元；同年10 月，美国国家科学委员会发布报告《国家行动计划：应对美国科学、技术、工程和数学教育系统的紧急需要》，警示美国时刻不忘加强对学生开展STEM 教育。
奥巴马总统执政之后，对STEM 教育的重视提升到新的层次。上任初，他便颁布了《美国振兴及投资法案》，将增加财政投入支持STEM 教育写进法案；第一任期内，奥巴马先后宣布实施“竞争卓越计划”“为创新而教计划”以及“新科技教育十年计划”等，不断加大对STEM 教育发展的关注度与投入力度，对确保美国国际竞争力产生了深远影响；2014年，白宫和美国教育部提出STEM 国家人才培育策略，针对中小学STEM 教育提出实现各州STEM 创新网络合作、培训优秀STEM 教师、建立STEM 专家教师团、资助STEM 重点学校和增加STEM 科研投入等切实、具体的规划，受到世界的广泛关注（杨光富，2014）。
值得注意的是，美国STEM 教育的推广不是在政府指导下单纯依靠学校推动，而是动员了全社会特别是企业界的力量。正如奥巴马总统指出的：“国家的成功取决于美国在世界创新中的作用，所有首席执行官都应该知道公司的未来取决于下一代员工的创新能力，而这又取决于今天我们怎么教育学生——尤其是在STEM 方面。我们的成功不能单靠政府的支撑，还要依赖于教师、家长、企业、非营利机构和更广泛的社区等”（Sabochik，2010）。在美国，盖茨基金会和纽约卡内基公司支持一百多位企业CEO创建“变革方程”公益机构。他们通过利用资金、独特的资源和影响力试图（钟柏昌等，2014）：1）促进STEM公益教育事业；2）激励青少年学习STEM；3）推动基于STEM的教育改革。同样，英国为了促进企业职工参与学校的STEM 教育，仅2009-2010学年就花费约1300万英镑专项经费（其中，国家级机构投入约700万英镑；各地相关机构投入约200万英镑；企业投入约400万英镑）（Mann，2012）。从教育目标来说，STEM 教育的基本目标是培养学生的STEM素养。美国州长协会（National Governors Association）2007年颁布的“创新美国：拟定科学、技术、工程与数学议程（Innovation America：Building a Science，Technology，Engineering and Math Agenda）”共同纲领中指出，在知识经济时代，只有具备STEM素养的人才能在激烈竞争中取得先机，赢得胜利。他们认为，STEM素养是个体在科学、技术、工程和数学领域以及相关交叉领域中运用个人关于现实世界运行方式的知识的能力（秦炜炜，2007）。显而易见，STEM素养包含了科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，同时又不是四者的简单组合：它包含运用这四门学科的相关能力、把学习到的零碎知识与机械过程转变成探究真实世界相互联系的不同侧面的综合能力。STEM作为一个有机整体，有其独特的内涵与特征。
二、STEM教育的核心特征
STEM教育中四门学科的教学必须紧密相连，以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，并能进行灵活迁移应用解决真实世界的问题。融合的STEM教育具备新的核心特征：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等。
（一）跨学科
将知识按学科进行划分，对于科学研究、深入探究自然现象的奥秘和将知识划分为易于教授的模块有所助益，但并不反映我们生活世界的真实性和趣味性（Morrison，2009）。因此，分科教学（如物理、化学）在科学、技术和工程高度发达的今天已显出很大弊端。针对这一问题，理工科教育出现了取消分科、进行整合教育的趋势。STEM教育因此应运而生，跨学科性是它最重要的核心特征。
美国学者艾布特斯（Abts）使用“元学科”（meta-discipline）描述STEM，即表示它是代表科学、技术、工程和数学等学科的统整的知识领域，它们存在于真实世界中，彼此不可或缺、互相联系（Morrison，2006）。跨学科意味着教育工作者在STEM教育中，不再将重点放在某个特定学科或者过于关注学科界限，而是将重心放在特定问题上，强调利用科学、技术、工程或数学等学科相互关联的知识解决问题，实现跨越学科界限、从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力的教育目标。
（二）趣味性
STEM教育在实施过程中要把多学科知识融于有趣、具有挑战性、与学生生活相关的问题中，问题和活动的设计要能激发学习者内在的学习动机，问题的解决要能让学生有成就感，因此需有趣味性。STEM教育强调分享、创造，强调让学生体验和获得分享中的快乐感与创造中的成就感。有的项目还把STEM教育内容游戏化（将游戏的元素、方法和框架融于教育场景），因为将基于探索和目标导向的学习嵌入游戏中，有利于发展学习者的团队技能、教授交叉课程概念和负责的科学内容主题，可以得到更多、更理想的教育产出（Johnson et al.，2013）。例如，芬兰大学和美国北伊利诺伊大学合作成立了Finnish-US，在K-16阶段开展基于游戏的STEM教育（见网址：go.nmc.org/fins）。
（三）体验性
STEM教育不仅主张通过自学或教师讲授习得抽象知识，更强调学生动手、动脑，参与学习过程。STEM提供了学生动手做的学习体验，学生应用所学的数学和科学知识应对现实世界问题，创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。因此，STEM教育具有体验性特征，学生在参与、体验获得知识的过程中，不仅获得结果性知识，还习得蕴含在项目问题解决过程中的过程性知识。这种在参与、体验中习得知识的方式对学生今后的工作和生活的长远发展会产生深刻影响。例如，我国台湾学者赖恩莹等利用乐高作为模组教具培养学生有关齿轮、力矩等工程概念（Lai，Zhang & Wang，2012）。学生通过搭建乐高组件测试相关原理，不仅可以了解物理概念与知识，还在工程设计体验中感受到这些知识的重要作用，将抽象的知识与实际生活连接起来，很好地体现了STEM教育的体验性特征。
（四）情境性
STEM教育具有情境性特征，它不是教授学生孤立、抽象的学科知识，而强调把知识还原于丰富的生活，结合生活中有趣、挑战的问题，通过学生的问题解决完成教学。STEM教育强调让学生获得将知识进行情境化应用的能力，同时能够理解和辨识不同情境的知识表现，即能够根据知识所处背景信息联系上下文辨识问题本质并灵活解决问题。STEM教育强调知识是学习者通过学习环境互动建构的产物，而非来自于外部的灌输。情境是STEM教育重要而有意义的组成部分，学习受具体情境的影响，情境不同，学习也不同。只有当学习镶嵌在运用该知识的情境之中，有意义的学习才可能发生。教师在设计STEM教育项目时，项目的问题一方面要基于真实的生活情景，另一方面又要蕴含着所要教的结构化知识。这样，学生在解决问题的过程中，不仅能获得知识，还能获得知识的社会性、情境性及迁移运用的能力。情境性问题的解决，可以让学生体验真实的生活，获得社会性成长。
（五）协作性
STEM教育具有协作性，强调在群体协同中相互帮助、相互启发，进行群体性知识建构。STEM教育中的问题往往是真实的，真实任务的解决离不开其他同学、教师或专家的合作。在完成任务的过程中，学生需要与他人交流和讨论。建构主义指出，学习环境的四大要素包括“情境”“协作”“会话”和“意义建构”（何克抗，1997）。STEM教育的协作性就是要求学习环境的设计要包括“协作”和“会话”两要素：让学生以小组为单位，共同搜集和分析学习资料、提出和验证假设、评价学习成果；同时，学习者通过会话商讨如何完成规定的学习任务。需指出的是，小组学习最后的评价环节以小组成员的共同表现为参考，而不是根据个人的表现进行独立评价。
（六）设计性
STEM教育要求学习产出环节包含设计作品，通过设计促进知识的融合与迁移运用，通过作品外化学习的结果、外显习得的知识和能力。设计出创意作品是获得成就感的重要方式，也是维持和激发学习动机、保持学习好奇心的重要途径。因此，设计是STEM教育取得成功的关键因素。美国学者莫里森认为，设计是认知建构的过程，也是学习产生的条件（Morrison，2005）。学生通过设计可以更好地理解完成了的工作，从而解决开放性问题。在这个过程中，学生学习知识、锻炼能力、提高STEM素养，因此设计性是STEM教育的又一核心特征。科学在于认识世界，解释自然界的客观规律，技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界，实现对自然界的控制和利用，解决社会发展过程中遇到的难题。按照科学和数学的规律开展设计实践是科学、数学、技术与工程整合的重要途径。
（七）艺术性
也有人提出STEAM的概念，强调在STEM中加入“Art”学科。这个“A”狭义上指美术、音乐等，广义上则包括美术、音乐、社会、语言等人文艺术，实际代表了STEM强调的艺术与人文属性。STEM教育的艺术性强调在自然科学教学中增加学习者对人文科学和社会科学的关注与重视，例如在教学中增加科学、技术或工程等相关发展历史，从而激发学生兴趣、增加学习者对STEM与生活联系的理解以及提高学生对STEM相关决策的判断力；再如，在对学生设计作品的评价中，加入审美维度的评价，提高学生作品的艺术性和美感。概括来说，STEM教育的艺术性是以数学元素为基础，从工程和艺术角度解释科学和技术。
（八）实证性
实证性作为科学的本质（Nature of Science）的基本内涵之一，是科学区别于其他学科的重要特征，也是科学教育中学习者需要理解、掌握的重要方面。STEM教育要促进学生按照科学的原则设计作品，基于证据验证假设、发现并得出解决问题的方案；要促进学生在设计作品时，遵循科学和数学的严谨规律，而非思辨或想象，让严谨的工程设计实践帮助他们认识和理解客观的科学规律。总之，STEM教育不仅要注重科学的实证性，更强调跨学科情景中通过对问题或项目的探索，培养学生向真实生活迁移的科学精神和科学理性。
（九）技术增强性
STEM教育强调学生要具备一定技术素养，强调学生要了解技术应用、技术发展过程，具备分析新技术如何影响自己乃至周边环境的能力。在教学中，它要求利用技术手段激发和简化学生的创新过程，并通过技术表现多样化成果，让创意得到分享和传播，从而激发学生的创新动力。STEM教育主张技术作为认知工具，无缝地融入到教学各个环节，培养学生善于运用技术解决问题的能力，增强个人驾驭复杂信息、进行复杂建模与计算的能力，从而支持深度学习的发生。
三、STEM课程的跨学科整合模式
在课程方面，STEM教育代表了课程组织方式的重大变革。目前中小学最广泛应用的课程模式是分科教学模式，即数学、科学等学科教师负责教授各自科目，很少重视学科之间的联系。然而，要让学生为未来的职业发展做准备，他们必须超越学科的界限进行思考。有研究表明，学习者接受STEM教育有助于获得对数学和科学等内容更加深入的理解（Frykholm & Glasson，2005）；同时也有助于培养他们获得在真实世界应用这些知识解决问题的能力，因为这些问题从本质上就是跨学科的（Asghar et al.，2012）。因此，STEM教育的课程设计应该使用“整合的（integrated）课程设计模式”，即将科学、技术、工程和数学等整合在一起，强调对知识的应用和对学科之间关系的关注（Herschbach，2011）。
（一）跨学科整合的模式
针对STEM教育整合的课程设计，美国马里兰大学赫希巴奇（Herschbach，2011）提出两种最基本的课程模式：相关课程（the correlated curriculum）模式和广域课程（the broad fields curriculum）模式。相关课程模式将各科目仍保留为独立学科，但各科目教学内容的安排注重彼此间的联系。例如，上物理课可能需要学生预先掌握数学概念，数学和物理教师要通过沟通，将这两次课安排在时间节点相近且数学课教学排在前面。相关课程模式与学校目前的课程模式很相近，但最大的区别在于前者需要不同学科之间的教师对课程安排进行详细、周密的协调和计划。
广域课程模式则取消了学科间的界限，将所有学科内容整合到新的学习领域。STEM教育的广域课程模式不再强调物理、化学甚至科学作为独立的学科存在，而是将科学、技术、工程和数学等内容整合起来，形成结构化的课程结构。赫希巴奇指出，最常用的整合方式是通过活动（activities）形成连贯、有组织的课程结构（见图1）（Herschbach，2011）。例如，教师围绕建构和测试太阳能小车组织课程。在这样的课堂里，教师通过设计太阳能小车，将科学、技术和工程等STEM学科相关知识均包含在内，让学生通过活动进行学习。
总的来说，上述两种课程整合模式各有优劣势。相关课程模式对教师来说比较熟悉，但需要各学科教师之间密切协商与交流；广域课程模式打破了学科间的界限，通过活动促使学生在真实情景中学习各学科的知识，但如何在打破的学科之间取得平衡、建立新的课程结构对一线教师和政策制定者提出了新的挑战（Herschbach，2011）。
（二）跨学科整合的基本取向
STEM教育要求四门学科在教学过程中必须紧密相连，以整合的教学方式使得学生掌握概念和技能，并运用技能解决真实世界中的问题。如何将四门独立学科知识紧密关联实现整合，有三种取向： 1.学科知识整合取向
分析各学科最基本的学科知识结构，找到不同学科知识点之间的连接点与整合点，将分散的课程知识按跨学科的问题逻辑结构化。将各学科内容改造成以问题为核心的课程组织，通过序列化的问题有机串接起各学科知识，使课程要素形成有机联系和有机结构。
知识整合取向模式一般采用基于问题的学习模式（problem-based learning），强调把学习设计在复杂、有意义的问题情境中，通过学生合作解决嵌入于真实情境中的问题或与真实世界相关的问题，促进学生对所学知识的理解与建构，从而习得隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。它可以使学生通过体验知识获得的过程，促进学生元认知能力的发展，通过应用知识解决问题达成对知识的灵活掌握，并能对知识进行社会性、情境性的迁移运用。解决问题的目的是为了掌握蕴含于问题之中或支持问题解决的知识，问题是多学科知识融合的交叉点与整合点，是触发学生学习与探究的触发器，是创新学习的载体。一般来说，问题解决的过程不会持续很长，具体开展的方式方法也会多样化，比如Web Quest网络探究、5E教学法（engage、exploration、explanation、elaboration、evaluation）、研究性学习等。
2.生活经验整合取向
注重知识的社会功能，也就是基于学习者的需求，以第三次工业革命为代表的知识经济社会所必须的知识与技能为核心整合多学科知识，然后以项目设计与实施为载体，将学术性的学科知识转化为可解决实际问题的生活性知识。基本做法是从儿童适应社会的角度选择典型项目进行结构化设计，让学习者在体验和完成项目的过程中，习得蕴含于项目之中的多学科知识与技能，或从改造和完善现有社会的角度，选择挑战性项目。
这种课程整合方式强调社会实践活动以及社会问题解决能力的培养，强调多学科知识融合到真实的社会性项目中，在项目活动中寻找各学科知识的整合点。因此，项目的过程分析、活动设计等社会分析是核心。
生活经验与社会取向课程整合模式一般采用基于项目的学习模式（project-based learning），以实践性的项目完成为核心，将跨学科的内容、高级思维能力发展与真实生活环境联系起来。项目学习一般以开发最终作品或“人工制品”为出发点，在教师的指导下，学生按自己的设计思路，采用科学的方法完成作品设计。作品设计是项目学习贯穿的主线和驱动力，学生在完成作品的过程中进行检索、讨论、演算、设计、观察等学习活动，并解决一个或多个问题，从而获得知识和技能。作品制作是这种学习的重点，但更为重要的是学生在制作作品过程中获得跨学科的知识和技能，并获得创造性运用知识的社会性能力。
基于项目的学习并非只强调学科知识的掌握，还侧重对教材内容以外知识的体验与经历，旨在丰富学生对事物的认识，注重生活经验知识的增长。整个学习过程应真实可信，是反映真实情境和现实生活的体验性活动，体现将学术性学科知识转化为生活经验知识价值取向。
3.学习者中心整合取向
这种模式不强调由教师预设问题或项目，而由学习者个体或小组调查、发现问题。它不仅强调解决问题能力的培养，还强调发现问题的创新能力，是一种依据学习者需求，以学习者生活经验为基础寻找各学科整合点的模式。它强调学习者成就感与自我效能感，强调学生好奇心与兴趣的维护与保护，强调分享、创造的愉快。在理念上，它清晰地体现了教育的人本主义思想。
学习者中心取向整合模式采用学生主导项目的方式，学生以个人或小组为单位提出任务，任务内容需要学习并运用跨学科知识。学生在项目问题解决过程中，教师发挥协调、指导、检查、监督、计时和评价作用。其优点在于能力较强的学生可以摆脱传统的结构化课堂教学对个人学习与设计活动的约束，能更好地发挥个人能力；缺点在于能力弱的学生会对学习过程中的自由度不适应，需要教师更多的指导；同时由于项目任务非结构化，所以很难实现对学生技能最终结果的全面评估。
学习者中心取向整合模式强调创设学习者可以主动介入、研究与发现的丰富教育环境，让学生在蕴含丰富STEM知识的环境中进行交互、探究与发现，创造意义、学习知识，在建构性的环境设计中寻找蕴含STEM知识的整合点。
4.三种整合取向的共性问题及应对
上述三种课程整合取向代表了课程的知识属性、社会属性与人本属性的不同侧面，它们相互联系、相互补充，没有绝对的优劣，各有适合的领域与对象，在课程跨学科整合的实践中应该配合使用多种取向。不管采用哪种取向的整合模式，将知识情境化与社会化都是其优势，但各学科原有知识体系结构的劣构化是它们面对的共性问题，容易造成学生学习知识结构的不均衡，可能某些知识掌握得较好，有些知识却没有触及（因为所学项目没有覆盖）。这种基础知识的结构性偏差对于中小学生是个很大的问题。创新精神与实践能力培养的可持续性，其根源还在于学习者有良好的知识结构，并能不断自我完善和发展。基础教育领域知识的结构性缺失，会给儿童一辈子的成长带来障碍。因此，STEM的跨学科整合，一方面要将分学科的知识按问题逻辑或项目逻辑进行跨学科重组，另一方面又要确保设计的问题和项目对所有学科基础性知识结构的全面、均衡的覆盖。设计和实施STEM跨学科整合的课程，要在学科知识的系统性与解决实际问题/项目中所获知识的随机性之间保持一定的张力和平衡，基于整体知识结构的系统性设计问题，使各问题之间包含的学习议题（如专业概念、原理等）多次地相互邻接和交叉重叠。
在此过程中，知识地图技术是很好的课程设计工具。知识地图可以对课程的核心知识及其关系予以可视化展示与管理。设计具体学习问题或项目时要对其涵盖知识进行分析，并与知识地图进行关联。当所有学习项目都与知识地图关联时，通过结构化的知识地图，学生可以清晰地了解每个知识点上学习项目覆盖的频次与强度，如果某知识点出现结构性缺失，可以通过定向覆盖的学习问题或项目设计进行平衡调节。
（三）跨学科整合的项目设计
STEM跨学科整合最核心、最重要的工作是项目或问题的设计，如果没有良好的结构化项目设计，会导致学习困难、效率不高、挫折感强、学习收获不大等系列问题。
STEM项目设计强调将知识蕴含于情境化的真实问题中，强调调动学生主动积极地利用各学科的相关知识设计解决方案，跨越学科界限提高学生解决实际问题的能力。
STEM教育建立在建构主义和认知科学的研究成果之上（Sanders，2009）。布鲁因（Bruning，2004）等人指出，STEM教育与认知科学的主张一致：1）学习是建构而不是接受的过程；2）动机和信念在认知过程中至关重要；3）社会性互动是认知发展的基础；4）知识、策略和专门技术是情境化的。由此可见，STEM教育是一种典型的建构主义教学实践：为学习者提供学习情境，让他们积极地建构知识，从而强化对知识的记忆和促进迁移；以小组为单位进行活动，为知识的社会建构提供优越条件（Sanders，2009）。因此，实践STEM教学模式首先要符合建构性学习所强调的探究、发现、协助等基本要求。
可以说，STEM教育是一种典型的建构主义教学实践，本文参照基于建构主义的教学设计模式（余胜泉等，2000）尝试提出一种STEM项目设计模式（见图2）。本模式在“教学分析”的基础上，以“项目或问题”为核心立足点，设计项目完成或问题解决过程中的学习资源与工具、学习活动过程、学习支架、学习评价等关键环节，同时关注项目完成后，学生获得知识的系统化与结构化迁移，并有相应的强化练习与总结提升。
1.教学分析
在教学设计前期，教师需要对以下三个方面进行细致分析：1）教学目标；2）学习者特征；3）跨学科知识地图（学习内容）。分析教学目标是为了确定学习主题，对课程的三维目标做具体描述。分析学习者特征是为了确保项目设计适合学生的能力与知识水平，对学习者的智力因素和非智力因素进行充分分析。STEM教育强调学习要完成真实情境中的任务，而要确保任务中包含教学目标，就需要对学习内容进行深入分析，明确所需学习的知识内容、知识内容间的结构关系和知识内容的类型。这可以通过绘制学习内容的知识地图，展示跨学科知识之间的关联，为整个课程知识均衡覆盖提供基础。
2.学习任务设计
学习任务是整个STEM教学设计模式的核心和立足点。STEM教学是基于现实情境的，需要学习者置身于真实、非良构的学习任务中。学生学习的过程就是解决实际问题和完成实际项目的过程，问题或项目构成了驱动学习的核心，而不像教师讲授那样充当概念、原理的例子。学习任务可以是问题或项目：它们均代表连续性的复杂问题，并要求学习者采取主动、建构、真实情境下的学习方式。
学习任务一定要放在特定情境中呈现，需要将设计的问题在特定情境中具体化。由于教科书中的知识是对现实生活的抽象和提炼，所以设计学习情景就要还原知识的背景，恢复其原来的生动性、丰富性，有时同一问题在不同情景中（不同的工作环境、社会背景）的表现是不同的。STEM教学要基于前面的教学分析结果，对学习情境进行设计，使得学习问题能够与真实学习情境相融合，不处于分离或勉强合成的状态。
3.工具与资源设计
问题解决或项目完成需要学习者在大量信息基础上进行自主学习、意义建构，因此设计适宜的学习环境和丰富的学习资源与工具是STEM教学设计必不可少的环节。学习环境设计主要包括教学中需要用到的设备、器材和各种信息化工具，如目前广受关注的3D打印机、开源电路板等，还需要一些用来支持或指引扩充思维过程的认知工具，如Scratch可视化程序设计工具、概念图工具、SPSS数据分析工具、网络沟通工具、三维建模工具等。学习资源方面教师需要设计：1）了解有关学习问题的详细信息和必要的预备知识；2）学生在解决学习问题过程中可能需要查阅的信息（为了对学生学习更好地提供指导）；3）强化练习材料（用于学习者在教学活动实施后进行强化练习，从而检测、巩固、扩展所学知识）。
4.学习支架设计
STEM教育重视学习者学习主体地位的同时，也不忽视教师的指导作用。STEM教师既需要保持对各个教学环节的控制、管理、帮助和指导，又需要从课堂主角变为幕后导演，成为学生意义建构的帮助者、促进者。学生在问题解决过程中，不同学生所采用的学习路径、遇到的困难也不相同，教师需针对不同情况给予及时反馈和帮助，指导学生开展独立探索或协作，调动学生参与的主动性；学生在自主学习中，面对丰富的信息资源易出现学习行为与学习目标的偏离，对此教师要在问题解决过程中设置关键的控制点，规范学生学习，同时也有利于学生反思、深化所学知识。因此，针对学生问题解决过程中可能遇到的困难，教师提供起支撑、承载、联结等作用的支架，是确保学生在最临近发展区内进行学习并解决问题的关键。
在STEM教育项目中，支架可以保证学生在不能独立完成任务时获得成功，提高能力水平以达到任务要求，帮助他们认识到潜在发展空间。支架让学生经历一些有经验的学习者（如教师）所经历的思维过程，有助于学生对知识特别是隐性知识的体悟与理解。学生通过内化支架，可以获得独立完成任务的技能。支架还可以展示学习任务的真实情境，让学习者感受、体验和进入复杂的真实情境。典型的支架包括（闫寒冰，2003）：情境型支架，设置情境帮助进入学习；问题型支架，创设问题情境，引发思维；实验型支架，演示实验、学生实验、家庭实验等；信息型支架，包括教师已有知识、网络知识、材料等；知识型支架，主要是提供评价和产生新的经验和信息的框架；程序型支架，是指做事的顺序；策略型支架，指在不同教学条件下，为达到不同教学效果所采用的手段和谋略；范例型支架指典型事例和范例；训练性支架指通过指导和练习强化学生认知理解，提升学生学习能力。
5.学习活动设计
学生是在完成STEM教育项目过程中获取知识、认识客观世界的，不是直接从书本或教师处获得知识的，认知与学习发生在完成任务和解决问题的过程中，是通过学习活动这一中介体完成的。因此，有效的STEM教育项目设计，必须以有效的学习活动为中介，促进知识的内化，只有这样才能真正提高学生学习效率，促进学生学习的发生。
STEM学习活动设计，就是教师根据教学目标、教学内容、教学情境灵活选择和设计学习活动，让学生通过参与活动进行学习。不同教学模式往往从不同教学环节和程序安排上显示其特征，每种教学模式都有其自身相对固定的活动逻辑步骤和每阶段应完成的教学任务。不同活动序列组合自然形成不同的教学模式。
6.学习评价设计
教学评价包括形成性评价和总结性评价。为了在教学活动过程中更好地达到教学目标，教师需要在教学过程中不断进行形成性评价。形成性评价偏向于使用量表、行为观察和知识测验等形式了解阶段性的教学成果和存在问题，及时对教学实施方案进行修改、完善。总结性评价一般安排在教学活动告一段落后，为检验学习效果是否达到预期的教学目标而进行的评价。STEM教学侧重于培养学习者解决实际问题的能力，比传统的纸笔测试更加灵活多样并关注学习者的真实能力。例如，它可以对小组合作完成的作品按事先制定的评价标准，由教师或小组间进行评价。形成性评价和总结性评价服务于不同目的，没有孰轻孰重之分，两者均起着举足轻重的作用。
评价过程要改变以往单一的评价方式，强调多元评价主体、形成性评价、面向学习过程的评价，由学生本人、同伴、教师对学生学习过程的态度、兴趣、参与程度、任务完成情况以及学习过程中形成的作品等进行评估。7.总结与强化练习
项目结束后需要适时进行教学总结，促进学习者将零散的知识系统化。STEM教学关注现实问题，着力跨学科运用知识，因此更需要对涉及的知识进行总结，将STEM学习的产出从现实问题解决延伸到抽象的知识层面，让学生形成一定的知识体系和结构。教学总结可以由教师独立进行，也可以采取教师指导下学生小组合作汇报等形式进行。
完成教学总结后，教师应根据小组评价和自我评价结果，为学生设计一套可供选择并有针对性的补充学习材料和强化练习。这类材料和练习应精心挑选，既要反映基本概念、基本原理又能适应不同学生的要求，以便通过强化练习纠正原有的错误理解或片面认识，最终达到符合要求的意义建构。
8.项目方案试用与改进
项目实施过程中，一方面要严格按照设计的方案进行实施，确保教学方案的执行；另一方面，要根据现实教学条件和形成性评价的结果不断修订设计方案，保证灵活性。
四、结语
随着创客在中国的火爆，创客教育出现让人担心的大跃进现象。不遵循教育规律，一窝蜂让学生学习开源电路板、3D打印、机器人等，过分关注技术的炫酷，缺乏科学的教育设计，缺乏基础性学科知识融合注入，使得创客教育变成学校秀场，出现了泡沫化苗头。因此，本文追根溯源，对STEM教育进行梳理和研究。
STEM在国内还是个新兴领域，但在国外已经受到广泛关注，并有成熟的研究与实践，值得我们借鉴。针对国内STEM教育尚未形成完整的理论体系和操作性强的模式的现状，本文通过对国内外现有研究的梳理，总结了STEM教育的九大核心特征，并对STEM的课程整合模式和整合取向进行分析，然后尝试提出STEM项目设计模型，希望能够引起业内的关注、批评和争鸣，促进STEM教育实践的健康发展。
值得指出的是，在STEM跨学科整合设计中，容易出现学科知识结构性缺失的不足，本文提出通过学科知识地图对项目设计进行总体规划，实现跨学科知识的均衡覆盖。STEM教育在实施过程中，容易出现伪探究、伪问题解决的状况，从而导致学生挫折感强，形不成系统的知识结构，教师主导地位严重缺失等问题，本文在项目设计中特别强调了总结与强化练习环节。这些针对性的改进措施，以及借鉴中国传统教育在知识掌握方面的优势，可为其他国家的STEM教育实施提供参考。
作者简介：余胜泉，北京师范大学教育技术学院教授，研究方向：移动教育与泛在学习、信息技术与课程整合、区域性教育信息化、学习的平台关键技术等（yqsq@bnu.edu.cn）；胡翔，北京师范大学教育技术学院2013级科学与技术教育专业硕士。
基金项目：教育部高校科技战略（教育信息化）研究课题“教育信息化对教育革命性影响的内涵、标志和路径研究”项目。
第三篇：简述跨学科教育
小学跨学科教育作业
姓名：郭思雨
学号：1143000274
班级：2014级数学二班
STEM教育介绍
通过阅读文献和查阅资料，我将我了解到 STEM 教育从以下三个方面进行简单介绍。
一、什么是STEM
STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四个英文首字母的缩写，简言之STEM教育就是科学、技术、工程、数学的教育，但现实问题往往无法单凭STEM中的某一门学科知识来解决，必须依靠多学科的协同因此STEM教育关于如何综合运用STEM知识解决现实问题的能力的教育，也就是STEM素养教育。
STEM教育起源于美国，最初是美国为保持其科技创新的国际领先地位提供充足的STEM劳动力储备，以便这些技能娴熟的人才能够为美国提供更加持久而强盛的竞争力。美国近年来高度重视STEM教育，联邦STEM教育进展报告显示美国在STEM教育领域的投资逐年增加，2016年预算突破30亿美元。值得注意的是，在大力发展STEM教育的同时，美国充分利用企业、非营利机构等组织与政府部门共同建立了一个高效的跨部门合作的新模式。我国现阶段也越来越关注STEM教育，并取得一定进展，但是相比美国充分调动社会各种力量共同开展STEM教育来说做得还很不够。因此，了解美国STEM教育发展，尤其是其政府与社会力量合办STEM项目的情况，对我国促进社会力量办STEM教育具有借鉴意义。
二、特点介绍
STEM 教育中四门学科的教学必须紧密相连，以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，并能进行灵活迁移应用解决真实世界的问题。融合的STEM 教育具备新的核心特征:跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等。
它重点关注四种素养(Literacy)：(1)科学素养是指学生运用科学知识理解自然界、解释自然现象、参与自然界有关决策的能力；(2)技术素养是指学生使用、管理、理解与评价技术的能力，学生应当了解某种技术的发展历程，并知道如何使用新技术来改造社会、国家乃至整个世界；(3)工程素养是指学生应当以工程的视角去理解项目的设计与开发过程；(4)数学素养是指学生对不同情境下数学问题的分析、推理和有效交流思想的能力，学生应当主动发现问题，并清晰表达对这些问题的分析。
(一)跨学科
将知识按学科进行划分，对于科学研究、深入研究自然现象的奥秘和将知识划分为易于教授的模块有所助益，但并不反映我们生活世界的真实性和趣味性(Morrison，2009)。因此，分科教学(如物理、化学)在科学、技术和工程高度发达的今天已显出很大弊端。针对这一问题，理工科教育出现了取消分科、进行整合教育的趋势。STEM 教育因此应运而生，跨学科性是它最重要的核心特征。美国学者艾布特斯(Abts)使用“元学科”(meta－ discipline)描述 STEM，即表示它是代表科学、技术、工程和数学等学科的统整的知识领域，它们存在于真实世界中，彼此不可或缺、互相联系(Morrison，2006)。跨学科意味着教育工作者在 STEM 教育中，不再将重点放在某个特定学科或者过于关注学科界限，而是将重心放在特定问题上，强调利用科学、技术、工程或数学等学科相互关联的知识解决问题，实现跨越学科界限、从多学科知识综合应用的角度提 高学生解决实际问题的能力的教育目标。
(二)趣味性
STEM 教育在实施过程中要把多学科知识融于有趣、具有挑战性、与学生生活相关的问题中，问题和活动的设计要能激发学习者内在的学习动机，问题的解决要能让学生有成就感，因此需有趣味性。STEM 教育强调分享、创造，强调让学生体验和获得分享中的快乐感与创造中的成就感。有的项目还把STEM 教育内容游戏化(将游戏的元素、方法和框架融于教育场景)，因为将基于探索和目标导向的学习嵌入游戏中，有利于发展学习者的团队技能、教授交叉课程概念和负责的科学内容主题，可以得到更多、更理想的教育产出。例如，芬兰大学和美国北伊利诺伊大学合作成立了Finnish － US，在 K － 16 阶段开展基于游戏的 STEM教育。
(三)体验性
STEM 教育不仅主张通过自学或教师讲授习得抽象知识，更强调学生动手、动脑，参与学习过程。STEM 提供了学生动手做的学习体验，学生应用所学的数学和科学知识应对现实世界问题，创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。因此，STEM 教育具有体验性特征，学生在参与、体验获得知识的过程中，不仅获得结果性知识，还习得蕴含在项目问题解决过程中的过程性知识。这种在参与、体验中习得知识的方式对学生今后的工作和生活的长远发展会产生深刻影响。例如，我国台湾学者赖恩莹等利用乐高作为模组教具培养学生有关齿轮、力矩等工程概念(Lai，Zhang ＆ Wang，2012)。学生通过搭建乐高组件测试相关原理，不仅可以了解物理概念与知识，还在工程设计体验中感受到这些知识的重要作用，将抽象的知识与实际生活连接起来，很好地体现了 STEM 教育的体验性特征。
(四)情境性
STEM 教育具有情境性特征，它不是教授学生孤立、抽象的学科知识，而强调把知识还原于丰富的生活，结合生活中有趣、挑战的问题，通过学生的问题解决完成教学。STEM 教育强调让学生获得将知识进行情境化应用的能力，同时能够理解和辨识不同情境的知识表现，即能够根据知识所处背景信息联系上下文辨识问题本质并灵活解决问题。STEM教育强调知识是学习者通过学习环境互动建构的产物，而非来自于外部的灌输。情境是 STEM 教育重要而有意义的组成部分，学习受具体情境的影响，情境不同，学习也不同。只有当学习镶嵌在运用该知识的情境之中，有意义的学习才可能发生。教师在设计 STEM 教育项目时，项目的问题一方面要基于真实的生活情景，另一方面又要蕴含着所要教的结构化知识。这样，学生在解决问题的过程中，不仅能获得知识，还能获得知识的社会性、情境性及迁移运用的能力。情境性问题的解决，可以让学生体验真实的生活，获得社会性成长。
(五)协作性
STEM 教育具有协作性，强调在群体协同中相互帮助、相互启发，进行群体性知识建构。STEM 教育中的问题往往是真实的，真实任务的解决离不开其他同学、教师或专家的合作。在完成任务的过程中，学生需要与他人交流和讨论。建构主义指出，学习环境的四大要素包括“情境”“协作”“会话”和“意义建构”(何克抗，1997)。STEM 教育的协作性就是要求学习环境的设计要包括“协作”和“会话”两要素:让学生以小组为单位，共同搜集和分析学习资料、提出和验证假设、评价学习成果;同时，学习者通过会话商讨如何完成规定的学习任务。需指出的是，小组学习最后的评价环节以小组成员的共同表现为参考，而不是根据个人的表现进行独立评价。
(六)设计性
STEM 教育要求学习产出环节包含设计作品，通过设计促进知识的融合与迁移运用，通过作品外化学习的结果、外显习得的知识和能力。设计出创意作品是获得成就感的重要方式，也是维持和激发学习动机、保持学习好奇心的重要途径。因此，设计是 STEM 教育取得成功的关键因素。美国学者莫里森认为，设计是认知建构的过程，也是学习产生的条件(Morrison，2005)。学生通过设计可以更好地解完成了的工作，从而解决开放性问题。在这个过程中，学生学习知识、锻炼能力、提高 STEM 素养，因此设计性是 STEM 教育的又一核心特征。科学在于认识世界，解释自然界的客观规律，技术和工程则在尊重自然规律的基
础上改造世界，实现对自然界的控制和利用，解决社会发展过程中遇到的难题。按照科学和数学的规律开展设计实践是科学、数学、技术与工程整合的重要途径。
(七)艺术性
也有人提出 STEAM 的概念，强调在 STEM 中加入“Art”学科。这个“A”狭义上指美术、音乐等，广义上则包括美术、音乐、社会、语言等人文艺术，实际代表了 STEM 强调的艺术与人文属性。STEM 教育的艺术性强调在自然科学教学中增加学习者对人文科学和社s会科学的关注与重视，例如在教学中增加科学、技术或工程等相关发展历史，从而激发学生兴趣、增加学习者对 STEM 与生活联系的理解以及提高学生对 STEM 相关决策的判断力;再如，在对学生设计作品的评价中，加入审美维度的评价，提高学生作品的艺术性和美感。概括来说，STEM 教育的艺术性是以数学元素为基础，从工程和艺术角度解释科学和技术。
(八)实证性
实证性作为科学的本质(Nature of Science)的基本内涵之一，是科学区别于其他学科的重要特征，也是科学教育中学习者需要理解、掌握的重要方面。STEM 教育要促进学生按照科学的原则设计作品，基于证据验证假设、发现并得出解决问题的方案;要促进学生在设计作品时，遵循科学和数学的严谨规律，而非思辨或想象，让严谨的工程设计实践帮助他 们认识和理解客观的科学规律。总之，STEM 教育不仅要注重科学的实证性，更强调跨学科情景中通过对问题或项目的探索，培养学生向真实生活迁移的科学精神和科学理性。
(九)技术增强性
STEM 教育强调学生要具备一定技术素养，强调学生要了解技术应用、技术发展过程，具备分析新技术如何影响自己乃至周边环境的能力。在教学中，它要求利用技术手段激发和简化学生的创新过程，并通过技术表现多样化成果，让创意得到分享和传播，从而激发学生的创新动力。STEM 教育主张技术作为认知工具，无缝地融入到教学各个环节，培养学生善于运用技术解决问题的能力，增强个人驾驭复杂信息、进行复杂建模与计算的能力，从而支持深度学习的发生。
三、STEM 课程的跨学科整合模式
在课程方面，STEM 教育代表了课程组织方式的重大变革。目前中小学最广泛应用的课程模式是分科教学模式，即数学、科学等学科教师负责教授各自科目，很少重视学科之间的联系。然而，要让学生为未来的职业发展做准备，他们必须超越学科的界限进行思考。有研究表明，学习者接受 STEM 教育有助于获得对数学和科学等内容更加深入的理解。同时也有助于培养他们获得在真实世界应用这些知识解决问题的能力，因为这些问题从本质上就是跨学科的。因此，STEM 教育的课程设计应该使用“整合的(integrated)课程设计模式”，即将科学、技术、工程和数学等整合在一起，强调对知识的应用和对学科之间关系的关注。
(一)跨学科整合的模式
针对 STEM 教育整合的课程设计，美国马里兰大学赫希巴奇(Herschbach，2011)提出两种最基本的课程模式:相关课程(the correlated curriculum)模式和广域课程(the broad fields curriculum)模式。相关课程模式将各科目仍保留为独立学科，但各科目教学内容的安排注重彼此间的联系。例如，上物理课可能需要学生预先掌握数学概念，数学和物理教师要通过沟通，将这两次课安排在时间节点相近且数学课教学排在前面。相关课程模式与学校目前的课程模式很相近，但最大的区别在于前者需要不同学科之间的教师对课程安排进行详细、周密的协调和计划。广域课程模式则取消了学科间的界限，将所有学科内容整合到新的学习领域。STEM 教育的广域课程模式不再强调物理、化学甚至科学作为独立的学科存在，而是将科学、技术、工程和数学等内容整合起来，形成结构化的课程结构。
总的来说，上述两种课程整合模式各有优劣势。相关课程模式对教师来说比较熟悉，但
需要各学教师之间密切协商与交流;广域课程模式打破了学科间的界限，通过活动促使学生在真实情景中学习各学科的知识，但如何在打破的学科之间取得平衡、建立新的课程结构对一线教师和政策制定者提出了新的挑战。
(二)跨学科整合的基本取向
STEM 教育要求四门学科在教学过程中必须紧密相连，以整合的教学方式使得学生掌握概念和技能，并运用技能解决真实世界中的问题。如何将四门独立学科知识紧密关联实现整合，有三种取向: 1． 学科知识整合取向
分析各学科最基本的学科知识结构，找到不同学科知识点之间的连接点与整合点，将分散的课程知识按跨学科的问题逻辑结构化。将各学科内容造成以问题为核心的课程组织，通过序列化的问题有机串接起各学科知识，使课程要素形成有机联系和有机结构。
知识整合取向模式一般采用基于问题的学习模式(problem － based learning)，强调把学习设计在复杂、有意义的问题情境中，通过学生合作解决嵌入真实情境中的问题或与真实世界相关的问题，促进学生对所学知识的理解与建构，从而习得隐含于题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。它可以使学生通过体验知识获得的过程，促进学生元认知能力的发展，通过应用知识解决问题达成对知识的灵活掌握，并能对知识进行社会 性、情境性的迁移运用。解决问题的目的是为了掌握蕴含于问题之中或支持问题解决的知识，问题是多学科知识融合的交叉点与整合点，是触发学生学习与探究的触发器，是创新学习的载体。一般来说，问题解决的过程不会持续很长，具体开展的方式方法也会多样化，比如 Web Quest 网络探究、5E 教学法。研究性学习等。
2． 生活经验整合取向
注重知识的社会功能，也就是基于学习者的需求，以第三次工业革命为代表的知识经济社会所必须的知识与技能为核心整合多学科知识，然后以项目设计与实施为载体，将学术性的学科知识转化为可解决实际问题的生活性知识。基本做法是从儿童适应社会的角度选择典型项目进行结构化设计学习者在体验和完成项目的过程中，习得蕴含于项目之中的多学科知识与技能，或从改造和完善现社会的角度，选择挑战性项目。这种课程整合方式强调社会实践活动以及社会问题解决能力的培养，强调多学科知识融合到真实的社会性项目中，在项目活动中寻找各学科知识整合点。因此，项目的过程分析、活动设计等社会分析是核心。生活经验与社会取向课程整合模式一般采于项目的学习模式(project － based learning)，以实践性的项目完成为核心，将跨学科的内容、高级思维能力发展与真实生活环境联系起来。项目学习一般以开发最终作品或“人工制品”为出发点，在教师的指导下，学生按自己的设计思路，采用科学的方法完成作品设计。作品设计是项目学习贯穿的主线和驱动力，学生在完成作品的过程中进行检索、讨论、演算、设计、观察等学习活动，并解决一个或多个问题，从而获得知识和技能。作品制作是这种学习的重点，但更为重要的是学生在制作作品过程中获得跨学科的知识和技能，并获得创造性运用知识的社会性能力。基于项目的学习并非只强调学科知识的掌握，还侧重对教材内容以外知识的体验与经历，旨在丰富学生对事物的认识，注重生活经验知识的增长。整个学习过程应真实可信，是反映真实情境和现实生活的体验性活动，体现将学术性学科知识转化为生活经验知识价值取向。
3． 学习者中心整合取向
这种模式不强调由教师预设问题或项目，而由学习者个体或小组调查、发现问题。它不仅强调解决问题能力的培养，还强调发现问题的创新能力，是一种依据学习者需求，以学习者生活经验为基础寻找各学科整合点的模式。它强调学习者成就感与自 我效能感，强调学生好奇心与兴趣的维护与保护，强调分享、创造的愉快。在理念上，它清晰地体现了教育的人本主义思想。
学习者中心取向整合模式采用学生主导项目的方式，学生以个人或小组为单位提出任务，任务内容需要学习并运用跨学科知识。学生在项目问题解决过程中，教师发挥协调、指导、检查、监督、计时和评价作用。其优点在于能力较强的学生可以摆脱传统 的结构化课堂教学对个人学习与设计活动的约束，能更好地发挥个人能力;缺点在于能力的学生会对学习过程中的自由度不适应，需要教师更多的指导;同时由于项目任务非结构化，所以很难实现对学生技能最终结果的全面评估。学习者中心取向整合模式强调创设学习者可以主动介入、研究与发现的丰富教育环境，让学生在蕴含丰富 STEM 知识的环境中进行交互、探究与发现创造意义、学习知识，在建构性的环境设计中寻找蕴 含 STEM 知识的整合点。
4． 三种整合取向的共性问题及应对
上述三种课程整合取向代表了课程的知识属性、社会属性与人本属性的不同侧面，它们相互联系、相互补充，没有绝对的优劣，各有适合的领域与对象，在课程跨学科整合的实践中应该配合使用种取向。
不管采用哪种取向的整合模式，将知识情境化与社会化都是其优势，但各学科原有知识体系结构的劣构化是它们面对的共性问题，容易造成学生学习知识结构的不均衡，可能某些知识掌握得较好些知识却没有触及(因为所学项目没有覆盖)。这种基础知识的结构性偏差对于中小学生是个很大的问题。创新精神与实践能力培养的可持续性，其根源还在于学习者有良好的知识结构，并能不断自我完善和发展。基础教育领域知识的结构性缺失，会给儿童一辈子的成长带来障碍。因此，STEM 的跨学科整合，一方面要将分学科的知识按问题逻辑或项目逻辑进行跨学科重组，另一方面又要确保设计的问题和项目对所有学科基础性知识结构的全面、均衡的覆盖。设计和实施 STEM 跨学科整合的课程，要在学科知识的系统性与解决实际问题/项目中所获知识的随机性之间保持一定的张力和平衡，于整体知识结构的系统性设计问题，使各问题之间包含的学习议题(如专业概念、原理等)多次地相互邻接和交叉重叠。
在此过程中，知识地图技术是很好的课程设计工具。知识地图可以对课程的核心知识及其关系予以可视化展示与管理。设计具体学习问题或项目时要对其涵盖知识进行分析，并与知识地图进行关联。当所有学习项目都与知识地图关联时，通过结构化的知识地图，学生可以清晰地了解每个知识点上学习项目覆盖的频次与强度，如果某知识点出现结构性缺失，可以通过定向覆盖的学习问题或项目设计进行平衡调节。
第四篇：美国STEM教育报告(下)
美国STEM教育报告（下）
摘要：在未来的岁月里，教育者将不断的研究，将科技与课堂融为一体，提高学生的数学和科学成绩，美国的教育体系也将从中获益。联邦及各州政府应该制定和公布可以推动相关学科学习的预算。未来的学校将会拥有一个全新的改观。
STEM教育的未来：改革在即
在未来的岁月里，教育者将不断的研究，将科技与课堂融为一体，提高学生的数学和科学成绩，美国的教育体系也将从中获益。联邦及各州政府应该制定和公布可以推动相关学科学习的预算。未来的学校将会拥有一个全新的改观。
与学校建立良好关系
宾夕法尼亚州立大学以基于实地的研究为己任，以便清楚地了解STEM课堂教学的现状。负责研究生学习、研究，以及教师专业发展的副院长罗伯特.亨德里克森说，“我们注重发展与学区内学校的良好关系，为课程和参考资料的互通大开通道，有了这些急需的资源，我们就能更好的分析和认识不同的STEM学科教学内容产生的影响”。
现在，更多的课堂参与将会带来更多影响课堂体验的机会。“我们懂得，探索与实践之间有着一种强大的共生关系。在我们实地研究的过程中，我们研究教师如何教，学生如何学，与此同时，我们还将扩大研究范围”，亨德里克森说。
让研究成果落实到教育领域
不久的将来，中大西洋地区的基础教育教师将能够轻松的接触到研究人员关于授课和学习的快速解答。
今年早些时候，宾州州立大学与罗格斯大学和三家咨询机构一起，与美国教育部共同签订了一个3400万美元的合约，计划建立新的中大西洋地区教育实验室(Mid-Atlantic Regional Education Labora-tory)。实验室位于教育学院内，将会帮助教师回答他们关于如何提高学生学习的问题。
>边栏：对话斯基普.范内尔(全美数学教师协会主席、宾州州立大学校友)
弗朗西斯.斯基普.范内尔毕业于宾州州立大学教育学院，是1972届课程与教学–数学教育博士。自1976年以来，他一直担任马里兰州迈克丹尼尔大学的教育学教授。2006年，他成为全美数学教师协会(National Council of Teachers of Mathematics)的主席，任期两年，将于一年之后卸任。布什总统最近任命他成立全国数学专家组，他也将成为美国国家数学教学委员会(United States National Commission of Mathemat-ics Instruction)的主席。
教育学院：您认为美国在数学方面落后吗?
范内尔：我认为这确实是一个问题。在国家教育发展评估(National Assessment of Educational Progress)中，全国小学生的数学成绩比以往的分数都要高，并且高分和低分之间的落差也在减少。当我们进行国内外对比时，我们发现，我国的四年级学生完全具备竞争力。但是在八年级成绩开始下降，到了高中成绩急剧下滑。我们真的需要明白，在这些年级之间到底发生了什么，尤其是高中阶段。
教育学院：全美数学教师协会计划如何攻克这些问题呢?
范内尔：我们主要朝三个目标努力：
作为一个国家，我们确实需要更强的竞争力。
我们需要更多的数学专业的大学生，他们将会成为下一代工程师和数学家，更重要的，成为数学教师。
我们需要发展下一代教师和家长，他们需要重视数学，把它视为一个专业，一个职业的选择，并且，坦白的讲，要把数学看作一个重要的学科。
教育学院：我们如何吸引更多的教师来教数学?
范内尔：当教育学学生认为数学是一个选择时，我们必须与他们保持密切的沟通。数学和科学教育学的学生常常会发现，在他们的伙伴们晚上和周末出去消遣的时候，他们却必须要埋头学习。毕业之后呢，他们常常看到的，又是他们的这些伙伴会赚更多的钱。
我们需要尽早的与这些新教师保持密切的联系，为他们提供专业发展的机会，并帮助他们处理各种问题，诸如课堂管理和学生多种多样的需求等。全国有一半的教师在头5年职业生涯中离开本行业，头3年的离开率是30%。数学和科学教师的离职率更高，因为他们能够轻松的在其他领域被雇用，并且赚更多的钱。
我们必须付给教师更多的薪酬，但这不只是钱的问题。从历史的角度来说，我们给教师的报酬一直很低，这是我们文化的一部分。教师按付出获得报酬，并在别人家里寄宿，但在世界其他国家，教师是被尊敬的。
教育学院：教育类院校该怎样做来解决这些问题呢?
范内尔：教育类院校是培养教师的本体。他们的教育应该是每时每刻的，在早期给予希望，创造机会，帮助他们从一开始就与学生建立良好关系。但我们必须要小心，不要改变教师的本职工作，而只是让他们在教室里围着孩子转。
教育类院校还应该充分解决教师的教学本职与学生的学习本职的关系问题。确保问题解决的深度和健全性。
教育类院校还必须为教师提供专业发展的平台，从职前开始一直贯穿他们的职业生涯。许多大学已经有了尝试。无论是我们的机构，迈克丹尼尔大学，还是宾州州立大学，都有了非常成功的方案，包括教师专业发展学校。我们不光要只针对职前教师开展工作，还要为教育学校的导师提供发展机会。
地区实验室的覆盖范围延伸至4个州，生活在这些地区的专家们第一时间接收并汇总该地区的教师和行政部门提出的问题，然后将学校的重点问题和需求提交给实验室的研究人员。“这些学校的需求将会引导我们的研究”，主管外联、技术、国际项目的副院长，实验室主管凯尔.佩克说，“当这些问题可以通过现有的研究来回答时，我们将努力给出更快，更高质量的回应”。
如果实验室还没有能够回应一些重要问题的研究，那么我们也会开展相关的试验性研究。目前正有一个计划，就是研究25所学校的50个初级代数课堂，判定教师的发展是否更严密，教学任务是否现实，是否能实际地保证学生的兴趣，提高学生的学习成绩。
尖端技术的运用
到2009年，每个高中学生的课桌上都有一台笔记本电脑，这是宾夕法尼亚州州长爱德华.伦德尔的美好愿景。在2006年早期，他给州立法机构的《未来的教室》提案中，伦德尔承诺，每人拥有一台电脑，将会在宾州的每所高中的每一节数学课、科学课、英语课和所有中小学的历史公共课堂上实现。
伦德尔还承诺，随着培养教师使用高科技教学设备，以上学科的每一位教师将拥有一个多媒体电脑，一个智能白板，一个网络摄像机，和其他设备。
“这标志着宾夕法尼亚的学生‘一对一’的电脑使用率，并且我知道，这对我们宾州州立大学设计职前教师培养方案，也具有重要的意义和影响”，佩克说。
教育系统加强科技在课堂中的运用，就像赋予教师一把额外的工具，是必须的。学校科学与技术中心(Center for Science and Technology in the Schools)已经准备开始利用远程教育，来拓展教师专业发展。中心已经开始建立网络研讨会，并且已经制作了一个课程资源的视频，为公众开放。“我们必须坚持利用整合技术来把我们能够影响到的人数最大化”，CSATS主管威廉姆.卡尔森说，“我们尤其对贫困人口感兴趣”。
政府的努力
在布什总统2006年的国情咨文中，他承诺他的美国竞争力计划(American Competitiveness Initiative)“要能够鼓舞整个经济的创新，以及为我们的儿童在数学和科学教育方面，开发一片坚实的教育土壤”。布什政府正在考虑为数学和科学教师提供新的助学金，为数学和科学专业学校、数学和科学教学信息交换中心提供资助，预算还将建立奖学金、研究基金和实习职位，来鼓励学生追求STEM职业。
国家研究委员会(National Research Council)预估，在下一个20年里，将会有大约20万个中级科学和数学教师职位空缺。这些职位，像STEM在商业和研究部门一样，已经习惯地被白人男性所垄断。女性和其他人群在STEM领域被忽视，他们必须被雇用，以填补正在增加的空缺。
在2007-08年，作为不让一个孩子掉队法案(No Child Left Behind)的一部分，关于科学科目的标准化测试将启用。数学和阅读的标准化测试在2年前就启用了，这两个学科已经成为学区试图达到它们发展(Annual Yearly Progress)目标的重点。这些学校的注意力集中在提高学生数学和阅读的表现上，是否会对科学教学产生不利影响还有待观察。
“学校一直全神贯注于阅读和数学的教育，现在，对于提高小学科学教育存在着一个不断增加的压力”，卡尔森说，“忽视科学不再可能了，行政部门必须重视完善科学教育，而不是只为考试做准备”。
张开双臂，迎接未来
未来不会只达到双臂的长度。美国教育系统的所有方方面面都必须调整，以适应日益变迁的科技需求。但是，科学、技术、工程、数学这些学科领域是我们的短缺。STEM教育普及的第一个挑战我们已经输了。那么之后的挑战，就是跟随科技的飞速发展而加快脚步。
(来自：http://issuu.com/tlac_onward/docs/fall_2014_tlac_onward)
第五篇：美国STEM教育报告(中)
美国STEM教育报告（中）
摘要：在美国，没有太多中小学生对STEM感兴趣，而在高中生中，追求高质量的课程，为将来成为科学家、工程师、数学家做准备的，也只有相当小的比例。
问题：公众的态度
美国社会似乎可以接受STEM学科的欠佳表现。在我们的文化里，数学和科学不好没什么大不了的。一个人可以在演说中对公众宣称：“我的数学不好”，而不会有说“我阅读不好”时的羞耻感。
在美国，没有太多中小学生对STEM感兴趣，而在高中生中，追求高质量的课程，为将来成为科学家、工程师、数学家做准备的，也只有相当小的比例。
——在美国，只有15%的本科生选择自然科学或工程学位，在中国，数字是50%。
——在美国，大约有34%的自然科学博士学位和56%在工程博士学位被授予外籍学生。
此外，大部分家长相信，美国目前的数学和科学教育很好。他们并不期盼教育改革。这些漠不关心为教育体系改革增添了阻碍。“人们必须明白，数学可以变得非常强大，是可以令人兴奋的”，数学教育特聘教授M.凯思琳.海德说，“如今，数学教育关系到教学思想和理念，这些为规则的建立和问题的解决打下了基础”。
宾州州立大学的应对措施：培养年轻的一代
为了改变这些公众的态度，教育学院的教师将工作延伸到了学生的家长和教师，通过他们在大学里接受的数学和科学教育来开展工作。教学研究整合中心(The Center for the Integration of Research, Teaching and Learning)是一家帮助STEM领域的研究生和全体教师提高他们的授课技能的机构，并促进他们相互学习。带来的结果将是，全国所有的科学、工程、数学教师能够让所有的大学生成为有科学素养的人。
“我们想研究所有的学生”，卡罗.科尔贝克，教学研究整合中心(CIRTL)研究员、宾州州立大学副教授、高等教育研究中心主管说，“我们的目标是提高授课水平，保证STEM学科知识充分地传授，不只是为了少数优秀的考取学位的学生，更多的，是为了那些需要提高STEM学科成绩的学生”。
科尔贝克与STEM学科核心教师团队一起工作，这些承诺与本科生一起学习的教师是公认的优秀学科教研员。他们一起改善教学方法，把博士生教育成未来的优秀教师和研究者。
科尔贝克将CIRTL的工作集中于培养博士生的研究技能，这些技能可以应用于4-H项目的教学。
100多年前，农村青年计划帮助大学获得了政府拨地，让那些抵抗政府干预的农民的孩子能够接受教育。多亏4-h对青少年的积极影响，让机构可以接触这些农民，并赢得他们的支持。
科尔贝克说，“当现在的教师们看到他们的博士生成功的将研究方法应用到了教学实践，提高了本科生的学习经验和成绩时，他们便更会愿意去尝试新的方法。用‘教’与‘研’相结合来提高学习成绩，这种兴趣是可以传播的”。
(4-H：即 head,heart,hand,health，美国一项青少年发展项目，是美国俄勒冈州立大学“4-H学校增益计划”的一个组成部分，该项目可以帮助学生及教师走出书本，走向以学习者为中心的体验程序。目前该计划已经在美国多个州展开实验，并取得了较好的实验效果。)
CIRTL是一个由五所大学合办的机构，他们是宾夕法尼亚州立大学，威斯康星大学麦迪逊分校，密歇根州立大学，霍华德大学，科罗拉多大学，也是美国国家科学基金会(National Science Foundation)一个为期5年，包含1000万经费的项目的一部分。CIRTL的根基由三根支柱组合而成——教学研究，学习社区，学习的多样化，即机构的博士生可以参与大学的课程，项目和非正式活动。
问题：资深教育者的短缺
美国教育体系存在着一个基础建设型问题，就是在中学和大学都有资深教师的极度短缺。
在全国的高中数学老师和科学老师中，有很大一部分人没有为自己在该领域的教学做好充分的准备。大约30%的美国公立高中数学老师没有主修或辅修过数学;大约45%的生物教师教的是他们所学领域之外的学科。
美国大学里，持有博士学位的教师也存在短缺。因此，成千上万主修数学教育和科学教育的学生，在大学里无法学到足够的、先进的教学方法。“如果我们的研究生院校能够提供足够的博士学位，那么我们的大学就能更好的诠释数学和科学的教学方法，而不是整天钻研那些相似的、无用的资料”，海德说。
能够填补大学教师职位空白的，拥有数学和科学教育博士学位的人远远不够。学校里每年约有300个数学教育职位，却只有70到100名博士生供职。
如今约有80%的数学教师将在10年内退休，所以，这种短缺会变得更加严重，更加糟糕。
这个问题是多方面的。因为许多明智的教师安逸于他们收入稳定的职业，对考取博士学位有着迟疑的态度。对于大多数教师和一些需要经济奖励才能完成博士学位的学生来说，返回学校学习是不划算的。
宾州州立大学的应对措施：授予更多的博士学位
教育学院正努力增加自身博士项目的广度和深度，以及研究项目的数量，以此来适应更多的研究生。这些新增的博士学位候选人将继续开展一些研究，来帮助我们学习更多的STEM学科的‘教’和‘学’的技能。他们也会成为下一代教师培训者，这些教师将成为未来基础教育领域的教师。
担当杂志编辑是学院研究能力增强的一个例子。科学教育教授格里高利.凯利，于2006年5月担任了《科学教育》(Science Education)的编辑，如今在它的第90个年头里，已经成为了一本权威杂志。
教育学特聘教授M.凯瑟利恩.海德，将于2007年初成为《数学教育研究》(Journal for Research in Mathematics Education)的特邀编辑，另外两名大学的高级教员，教育学教授格伦.布鲁姆和教育学助理教授罗斯.比克将成为助理编辑。
除了扩大研究项目外，学院还获得了额外的奖学金，来定向支援渴望从事数学和科学教育的新博士生。
中大西洋数学教学中心(Mid-Atlantic Center for Mathematics Teaching and Learning)吸引了许多无法做到全日制学习的优异学生，由国家科学基金会资助，目前处于第2个五年资助周期。中心已经在更多教授的培养和先进研究的开展上，取得了双重收益。
“我们拥有一个优秀的博士生团队”，中大西洋数学教学中心(MAC-MTL)联合首席研究员海德说，“因为接受来自国家科学基金会的资助，我们已经吸引了一些最优秀的教育工作者”。MAC-MTL希望这些博士学位申请者在成为大学教员时，将他们对学科的熟练掌握传递给学生-未来的教育工作者。
黛比.麦卡洛最近通过了她为中心提交的课程论文，她说，“我非常渴望找到一个能让我做一些专业发展和研究的职位”，能够成为中心的一员让她感到很幸运，“拥有和数学教育研究者一起工作的机会想都不敢想，它为我的研究开启了一个从未有过的崭新世界”。
学院将继续增加学生考取科学教育研究生的机会。比如，杰拉尔丁.布拉什研究生教育助教奖学金，每年支持两个全日制科学教育学研究生的研究和教育。
边栏：中大西洋数学教学中心(Mid-Atlantic Center for Mathematics Teaching and Learning)
在美国大学数学教育领域，每三个空缺职位的候选人中，只有一位持有博士学位，“大学里没有足够的拥有博士学位的人来教数学教育”，数学教育特聘教授M.凯瑟琳.海德说。
海德是MAC-MTL的联合首席研究员，MAC-MTL由宾州州立大学，马里兰大学，特拉华大学和三个学区联合创办，也是国家科学基金会(NSF)几项资助项目中的一个，二者刚刚签署了第二个五年计划，NSF将为MAC-MTL提供325万美元，用来继续数学教育的研究。这是NSF唯一一个同意第二次签署的合约。
中心的初级目标是开展如何让数学教师学习数学，和如何将他们的知识应用到教学中的研究，海德说，“我们的工作重点是教师数学知识的发展，和这些知识在课堂教学的应用与学生成绩的关系。我们期望我们的研究结果能够让未来的数学教师做好充分的准备”。
MAC-MTL还致力于提高数学课的教学水平。这种提高可以产生倍数效应，将会增强全国高中的教育水准。“中心的一个主要行动是找到方法来巩固教师在数学方面的理解力”，海德说，“教师可以用他们在大学里所学的知识来加深他们对数学教学的理解，这样就会促使更多的学生去追求需要数学的职业”。
海德相信，教师的知识水平对学生成绩的提高起着一定的作用。她说，“我们希望高中教师数学知识的掌握足够扎实，以此来把控他们的学生对这个学科各种各样的看法。如果一个老师的理解仅仅依靠于记忆，那么他/她就不会拥有能够帮助学生真正理解数学的，灵活的教学风格，并且，教学的结果也几乎是青少年既不懂数学，也不愿意接触数学”。
问题：职场需求日益提高
随着技术的发展，职场的面貌发生着巨大的改变。未来，制造业将不再雇佣数以百万的低级技术工人。个人将需要一个强大的STEM背景知识来面对高科技职业。
“科学技术的更新步伐是难以置信的”，科尔贝克说，“我们需要这些领域的专家，把我们的科学和数学带向未来”。
对员工拥有最一流的数学和科学技能的需求将会是全球性的。如今，一些最好的工作机会已经伸向了海外——不单单是因为廉价的劳动力。事实上，像中国，印度，新加坡这样的国家的员工，有着更好的数学和科学教育。“我们在印度就有外包工作”，科尔贝克说，“与此同时，来到美国的本科生和研究生的数量相比过去的几十年有所减少了”。
宾州州立大学的应对措施：完善认证标准
关于当前的STEM教育有一些好消息：更高、更有效的教育认证标准或许能让学生从事工业有更充分的准备。最近，教育学院高等教育研究中心(Center for the Study of Higher Education)透露，2004年获得工程本科学位的学生在职业准备上，要比二十年前的工程系学生做的好。
研究工作将检测新认证标准对工程专业的影响。工程与科技认证委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology)是大学课程在应用科学、计算机、工程学、科技方面的评审机构，委员会认为应该对其自身的标准进行评估，来确定目标是否能够实现。所检测的技能包括基础数学和科学，设计和问题解决，实验技能，工程科学实用软件，技术和人际交往。
据悉，2004届学生毕业成绩在基础数学和科学上表现突出，这对美国工程类大学尤其是个好消息。CSHE助理研究员，副教授丽萨.R.拉图卡说，“一些大学教员曾担心课程和教学的改革必须要以认证指南为标准，那样的话，就会以注重学生在基础科学和数学技能的表现为代价，但事实证明这些并没有发生”。
拉图卡正着手于一个相关的研究。她和特聘教授，CSHE高级科学家帕特里克.T.特伦兹尼一起，在2006夏天开始了一个为期三年的研究，来评估当前的工程系本科生的能力，为他们成为未来的工程师做好充分的准备，随时满足全球职场不断变化的要求。一项国家调查将展现工程教育本科生的前景，展现哪些教学项目在培养工程师具有强有力的分析技能、专业技能、实践智慧、创造力、领导力、道德标准和职业标准方面达到了何种程度。
研究还会扫描整个流水线的候补区域，勘测在2年制专科院校中，为向本科学位转换的学生准备的课程。这些专科学院招收了许多低收入，非传统和少数民族学生，这些群体近来被工程专业所忽视。同时研究2年制和4年制学生，将会保证研究者注重不同层面的学生，并探索出工程教育基于他们不同的性别、种族、年龄、社会经济地位，会产生哪些影响。
(来自：http://issuu.com/tlac_onward/docs/fall_2014_tlac_onward)
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