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国外STEM教育是怎样的?

(一)STEM教育之道

STEM教育的缘由相信大家都已经耳熟能详,行业者、教育者和政府部门等都认识到STEM教育的目标和意义在于培养未来社会所需的人才。

后来又有人提出STEM教育不够全面,应该变成STEAM教育。我个人的观点是STEM教育也好,STEAM教育也罢,名称并不特别重要,重要的是教育的实质意义和核心目标。

有教育者会特别强调STEM/STEAM代表的是什么 - S:科学,T:技术,E:工程,M:数学,A:人文艺术。如果只是局限于将STEM/STEAM教育分解成这几个字母所代表的学科,那么所谓的STEM/STEAM教育一定会有失偏颇。

我所理解的STEM/STEAM教育之道在于 :

多学科的融合,而不是分解成几个单独的学科;

核心目标是的思维和能力的培养,而不是学科知识的记忆。

我认为用哪个缩写词并不重要,关键要理解其内在的“道”。在下文中,我就用STEM。

从跨学科角度来说,STEM教育强调对某一现象或问题要从多学科视角来分析,并理解它们之间的关联。

比如对垃圾处理问题的分析,多视角可能包括政治性的(垃圾分类和处理相关的政策),经济性的(生产和使用一次性产品 vs可重复利用产品的经济成本,垃圾回收的成本和收益),生态性的(填埋垃圾对土地、水源、动植物等造成的影响),技术性的(垃圾回收应用的技术设备和垃圾处理的智能警报系统),科学性的(制成塑料制品的原材料和化学过程,替代性可分解包装的材料特性是什么),社会人文性的(垃圾对人们的生活环境和生活方式造成的影响)等等。在这样的学习项目中,学生要通过多种途径(上网查资料,采访专家,实地调研等)获得对这一话题的不同视角的理解 。

走过8国,我看到的STEM教育是这样子的

从培养目标上来说,在学生从多角度深入探索某一个话题的自主学习过程中,学生的成长不仅仅是知识获得方面的。STEM教育以学习者在态度和能力方面的成长为核心培养目标。态度包括好奇心,同理心、韧性等;能力包括批判性思维能力、沟通能力、合作能力等。

当学生从他们感兴趣的视角切入某个话题时,他们更有可能持续投入,他们会想要获得更深更广的认识。他们会在乎这个话题,在遇到困难时,他们也更有可能去想办法克服困难,去重新审视他们的想法和方案。

一个好的STEM项目一定不是百度搜索就可以查到答案,而是学生需要与不同的人沟通与合作,需要进行实地调查,需要利用多种检索资源去获得比较全面和有深度的信息。

(二)STEM教育之术

各个国家由于教育政策、资源和文化等不同,在STEM教育实施有所不同。比较幸运,因为工作的关系我得以在不同的国家工作和学习,也了解了不同国家的 STEM教育之术。我也因地制宜地为不同国家的学生和教育者设计了STEM学习工作坊。我与文莱,越南,柬埔寨,泰国,马来西亚,印度和美国的教育者沟通和工作时深切感受到,大家都逐渐认识到STEM教育的核心在于跨科学融合和软技能的培养。

由此,STEM教育刚出现之后引发的机器人教育和编程教育项目在这些年被进行了“改良”,使得这些项目的目标不在于学生是否能搭建出一个酷炫的机器人或编写一段强悍的程序,而是将机器人和编程创作切入真实社会问题的解决方案中。我将以马来西亚、印度和美国为例讲讲其他国家发展STEM教育的术。

马来西亚的SETM创客教育

马来西亚的国油科学馆总部位于吉隆坡双子塔,然而他们的子中心辐射到马来西亚的各个州。最初,该科学馆STEM教育团队有数学项目人员,科学项目人员和机器人项目人员。当项目团队意识到STEM教育在于跨学科融合和能力的培养,项目团队决定整合并升级原来的项目。我与项目领导团队在多次开会讨论后为项目团队起草了STEM教育发展框架。

项目团队以该框架为指导开发了新的STEM教育项目,并把这些新的STEM教育项目带到了各个子中心。各个子中心所辐射的社区内的学校和家庭会到子中心参加短期或长期的STEM教育项目。

一开始老师和家长们会不理解为什么项目不再是手把手教学生们怎么搭建机器人或编写程序,而是更多让学生自主做项目 - 从问题出发,尝试不同解决方案。当老师和家长们看到学生的深度投入,自主发现问题、解决问题的内驱力,以及遇到困难不放弃的韧劲时,他们开始理解感激这些新的教育项目,也能够更加耐心得观察学生在项目过程中的软技能的成长,而不仅仅只关注学生是否做出一个成品。

印度的STEM创客教育

印度历来非常重视工程教育。印度大约有3500所工程学院,每年大约有150万工程专业的毕业生进入就业市场寻找工作机会。尽管在美国硅谷的大中小科技公司的很多优秀的工程师是印度人,但印度国内的工程专业毕业生的就业状况却不容乐观。

据一家位于新德里专注于就业解决方案的公司2019年调研数据显示,80%工程专业毕业生根本无法胜任工程师的工作,只有2.5%的毕业生能够胜任人工智能工程师的工作。当语言和认知等技能被考虑在可就业评估因素之内时,相应的比例更低。造成这一现状的原因当然有很多,其中一个被公认的原因是工程学院的工程教育仍以理论知识学习为主,学生在校期间没有积累项目经验,没有掌握工程技能,也欠缺完成项目所需的沟通与合作能力、解决问题的能力、批判性思考能力等。

为此,印度的工程学院已开始探索新的工程教育模式和目标。与此同时,印度的中小学也在变革教育模式以加强学生的软技能培养。由印度TVS摩托公司成立的TVS学院是中小学教育变革的一个案例。我们与TVS学院的老师们一起工作了2周,为老师们开展了STEM教育教师工作坊,同时我也从该校的老师们那里学到了很多。

我由衷感叹该校在培养学生软技能方面的决心和创新性。该校的老师们跨学科合作,把校园和社区都变成了教与学的场所。老师们会带领学生走入社区,鼓励学生发现社区问题,并用他们的方式去解决那些问题。其中一个例子是该校的回归象神制作传统项目。

印度教庆祝的其中一个节日叫象神节。在这个节日里,信徒们会去寺庙膜拜象神或将一尊象神放在家中供奉。节日结束时,人们抬着象神沿街游行,然后将象神沉入水中,寓意回归自然。过去人们用天然材料(泥土、秸秆和石膏)制作象神。

工业化生产大规模出现后,象神也变成了大型的塑料工业制品。从此,每年象神节后印度的河、湖、海里就会被投入大量的大型塑料象神。这些塑料象神很难分解,而且带有有毒染料,对河、湖、海生态系统造成严重影响。

TVS学院的学生发现了这个问题,向老师们申请将这一问题作为他们的研究课题,立即得到了老师的同意和支持。学生们研究了象神的古老制法,调研了原始制作材料的可获取性,并找到了曾经手工制作象神的老人们。

项目第一年,他们邀请老人们进入校园带着学生、老师和家长一起制作象神。学生和家长们将做好的泥象神带到各自家中,节日结束那天将自己制作的泥象神小心翼翼地、充满敬畏地沉入城中的一个湖中。

项目第二年,学生们还走入社区和其他学校,倡议和带动更多人用天然材料手工制作象神而不是购买塑料制品,他们用数据说明了这样做对生态环境的意义。学生们还向当地政府部门提议禁止使用塑料象神。学生们的提议和在社区的行动引起了当地政府的重视,推动了在政策上禁止使用塑料象神。

在这样的项目经历中,学生是主导,他们怀着好奇心关注社区,发现社区问题并付出行动解决问题。他们和同伴、成人合作和沟通,他们寻找不同的突破口,他们敢想、敢做、遇到问题不放弃,他们学会了从各个层面去推动问题的解决。这样的项目经历增强了学生的好奇心、同理心和责任感。学生的沟通与合作能力,解决问题的能力和批判性思考能力也得到很大提高。

美国的STEM创客教育

在美国旧金山一所私立学校担任PBL老师期间,我得以接触到此前已仰慕已有的STEM教育领域的机构。我参加了探索馆(Exploratorium),加利福尼亚州科学院(California Academy of Science),硅谷创新馆(Tech Museum of Innovation)和创客学校Brightworks的STEM教师培训,也在社区科学作坊(Mission Science Workshop)担任STEM工作坊志愿者。

颠覆传统教育模式的Brightworks彻彻底底得实行多学科融合的项目制学习模式。学校的教育信念是“真实的工具,真实的材料,真实的问题”。学生全权设计自己的学习体验。他们选择自己的项目主题,跨龄合作,在学校的开放空间用真实的工具试验他们的想法,也申请老师带他们去相关的校外基地去参观和调研。

学校的项目模式包括三个阶段:

第一阶段:探索。学生自主探索一个项目主题(如“空气”)究竟意味着什么?为什么这个话题值得探索?学生会完成一个小组项目来探索这些问题。这一阶段也为了培养学生的小组合作意识、成长型思维和项目管理能力等。

第二阶段:表达。学生创作一个产品(艺术品、戏剧表演、研究计划、设计实验等)展示他们在探索阶段学到的东西。老师支持学生进一步提高项目管理等能力。

第三阶段:展示。学生通过各种各样的方式展示他们的项目成果。Brightworks倡导让学生做自己学习的主人,而老师是学生的合作者。学校的核心价值是信任、韧性、创造性、同理心、学究精神和玩中学。

我所在的学校普利西学校也以项目制为主。初中部一年有4个项目,每个项目6-8周。去年的4个项目包括双城记、水上漂流奇迹、“炒”博物馆和社区地图。

以社区地图为例,学生们选择的项目主题包括垃圾处理问题,社区免费图书馆,旧金山的中国移民和带来的饮食文化,以及学校午餐背后的公平和正义。他们以问卷、邮件、电话和面对面等方式采访了各方专家。他们与同伴分工与合作以推进项目的进展。期间他们遇到各种各样的挫折,但是他们在冷静和调整心态之后选择想办法克服困难,继续推进项目。

学生最后的项目作品包括漫画书,报纸,播客,网站和木工作品。学生反馈这样的项目让他们开始关注社区问题,并开始有意识得从多个角度分析问题。他们遇到挫折时灰心过但选择调整心态和克服困难后发现了更好的解决方案。他们开始意识到一个好的合作者要学会聆听和具有同理心。他们也在逐步提高项目管理能力、深度研究能力和解决问题的能力。

美国的博物馆、科学馆和自然教育中心等社区学习中心也提供了丰富多样的STEM学习项目。这些STEM项目不以高大上的设备为依托,而是注重学生的全身心参与和创造。位于旧金山的Mission Science Workshop和探索馆内的Tinkering Studio提供给学生的是日常生活中或自然界中收集的材料,学生利用这些材料去创作新作品。Mission Science Workshop还收集废弃的家用设备,把这些设备和拆解工具提供给学生。对于孩子来说,当他们拆掉外壳看到内部迷乱复杂的结构时就像发现了宝藏一样兴奋。

大家都听说过美国的车库文化以及一些知名科技公司诞生于车库的故事,比如我们熟悉的惠普公司,迪士尼乐园和苹果公司等知名公司。车库文化的本质是创造和创新,以及对未知世界的好奇和渴望,当然,还有美国梦的核心精神:用努力赢得成功,本质上,STEM教育就是要更多鼓励孩子们突破创新,打破桎梏。

我所知道的有些美国家庭允许甚至鼓励孩子敲敲打打,帮助父母一起维修、设计、制作日常物品,而车库具有孩子和父母一起创作所需的百宝箱。同时,车库也是孩子们拆装各种废弃东西,捣鼓小发明的乐园。孩子们在拆拆装装中就在学习我们身边的东西是如何运作的 - 内部的机械和电子原理以及设计和艺术的魅力。

相比之下,在中国家庭里,当孩子想要帮助父母解决家里的技术问题时,家长往往要么觉得太危险了怕孩子伤着因此不让孩子动手,要么直接会以孩子还没有那方面能力而拒绝给孩子一个尝试的机会。

这样的家庭文化对孩子造成的影响包括:

孩子们失去了动手创作的欲望和信心;

孩子未来的独立生活能力会有所缺失;

孩子们将只做消费者而没有获得 “创作者”具有的心态和能力。

(三)STEM教育的绝佳场域

根据我对STEM教育相关的科学研究和实践案例的分析以及我个人在不同国家的经验,我觉得国内的家长们要想增强孩子的STEM教育基础和质量其实是可以有多种途径的。

STEM教育不一定需要很高的成本,并不一定需要3D打印机、机器人、激光切割机等昂贵设备。丰富的STEM学习机会完全可以依靠充分利用孩子身边已有的资源实现。

校外教育机构提供了非常多样化的STEM学习项目。在选择购买STEM教育为主题的兴趣班、寒暑假营或游学项目时,建议考量孩子在那个项目中是否有提高沟通能力、合作能力、批判性思考能力、解决问题能力等软技能的机会,以及这个项目是否能够开阔孩子对世界的多元深度认知 - 文化的、经济的、社会的、科技的、地理的、历史的等多方面的认知。

博物馆

当地的博物馆、科学馆、艺术馆等公共资源也是学习STEM的绝佳机会。即使这些机构不提供专门的以STEM为主题的项目,馆内的资源本身就可以成为STEM学习的引子。孩子们能否从这些场所中获得STEM学习机会关键在于孩子是否具有好奇心,是否善于提问问题。

以博物馆的钱币展为例:激发孩子善于思考和提问的能力。孩子可能会问古币的材料是什么?制造古币的工艺和制造设备有哪些?中国在使用古币的那些年代是如何与其他国家进行贸易的?是什么促使纸币取代了硬币?纸币不同币面的设计是如何决定的?纸币是如何防伪的?为什么国家不能无限量发行纸币?等等。

如果孩子提出其中任何一个问题,家长要鼓励孩子通过上网查资料或咨询有关专家去回答她提出的问题。孩子在试图回答一个问题时,他很可能会对相关的一系列其他问题也产生兴趣。由此,孩子就在逐步获得对某一话题的深度认知。在这个过程中孩子的好奇心、学习能力、沟通能力等都会逐步得到提高。

家里是STEM学习的最真实场所之一。在美国,家里成为STEM学习场所之一也是比较常见的,孩子们在家里接触到的日常用品为STEM学习提供了真实的场景。比如,家中有需要维修的地方是否可以让孩子试试看能不能发现故障所在?是否可以让孩子们试着去解除故障呢?很多时候家长会担心孩子会越搞越糟。

其实,不管孩子是否最终能解除故障,他们都获得一次难得的学习的机会。即使他们不能解除故障,但至少他们有机会对内部机械或电子设计有个直观的认识。如果孩子修不好,可能家长要付出更多的钱将问题解决,但何不将多花的钱看作是给孩子买了一个学习的机会呢?

另外,当家里有坏掉的设备如DVD播放器,收音机等,不要急着扔掉,建议把他们留给孩子,再给孩子提供一套拆开设备所需的工具。孩子们在拆解之后,可以试着拼回原来的样子,或者可以取出其中有用的部件并用这些部件发明一个新的东西。

STEM学习机会无处无在。除了付费参加以STEM教育为主题的兴趣班、寒暑假营和游学营等教育项目,孩子所生活的社区和家里也蕴含有丰富的免费的、真实的STEM学习场景和资源。只要保有好奇心,即使公园散步看到的一片落叶也会引发丰富的STEM学习项目。只要能得到父母的理解、支持和鼓励,孩子们在日常生活中就可以获得非常有价值的STEM学习机会。

以长远的视角看待孩子的教育,教育的意义不仅仅是帮助孩子们获取知识,更重要的是培养能够面对当今社会和未来社会现实挑战的人才所需的核心能力和态度。STEM教育的核心目标和意义便在于能力和态度的培养。能力包括沟通与合作能力,批判性思维和多元思维能力,解决问题的能力等;态度包括好奇心、同理心和韧性等。因此,以能力和态度为培养目标的STEM教育是面向未来的教育。

(作者介绍:武秋艳,中国科学院心理所毕业,美国国家地理认证教育者,STEM教育咨询顾问,拥有在STEM教育领域超过7年的教学经验。秋艳曾在中国宋庆龄科技文化交流中心担任创客项目筹办人,也在美国私立学校担任PBL/STEM老师,已在印度、马来西亚、泰国、文莱、越南、柬埔寨等国为来自多元背景的学生带去STEM学习工作坊,也为校内和校外教育者带去STEM/PBL教师培训工作坊。她深信技能和态度的培养是STEM教育的核心目标。)