美國STEM 2026：未來 STEM 教育創新的八大挑戰

實現 STEM 教育的新願景， 需要多個利益相關者的參與和協作。

所有相關人員必須以當地情況為基礎，攜手合作，共同制定並不斷完善 STEM 教育的目標，使其儘可能消除影響學生參與的地方差異，充分利用地方優勢，滿足當地學生多樣性的學習需要。

由於地方背景不同、 經濟發展不均衡以及歷史偏見仍然存在，STEM 教育在推進過程中仍然存在挑戰。

《STEM 2026》報告總結出了八大挑戰，分別為：

（1） 促進公平的 STEM 教與學經驗和資源；

（2）培育參與度高且網絡化的 STEM 實踐社區；

（3）重新設計課堂活動以提高趣味性和風險性 ；

（4） 開展早期STEM教育；

（5） 打破 STEM 學科間以及與其他非STEM 學科間的分界；

（6）重新構想學習空間；

（7）開發創新且可操作的學習評價方式；

（8） 賦予 STEM 新面孔以促進多元化、多機遇的社會環境（如圖 2 所示）。

▍（一）促進公平的 STEM 教與學經驗和資源貧困學校的學生經常無法獲得科學、 數學等核心科目的有經驗教師的指導， 而且許多學生甚至沒有機會接觸到可能使他們進入中學和獲得工作的STEM 課程。

《STEM 2026》報告指出，貧困、日常教學資源的分布不均、數字鴻溝的存在、特殊人群受教育的公平性等問題， 一直困擾著 STEM 教育全面發展的進程，STEM 教育經驗和資源分布不均的問題仍然長期存在，並將不少青少年拒之門外。

為了應對這一挑戰，報告指出，要加強教育資源建設，促進教育公平，需要重點關注 STEM 師資力量的培養，尤其是 STEM 教育資源匱乏的地區；關注多樣性的學習者，比如，年輕女性、特殊人群，提高各類群體接觸 STEM 教育的機會。

▍（二）培育參與度高且網絡化的 STEM 實踐社區目前，STEM 早期教育和優質 STEM 輔導的實踐社區之間，還未形成網絡化的溝通，這是實現 STEM 2026 願景的關鍵挑戰。

為克服這一挑戰，要基於當地社區獨特背景和需求， 建立傳播 STEM 學習的地方網絡系統，做好實踐社區的培育工作，來促進社區間協作和持續性學習。

另外，還需要不斷吸納來自不同群體的力量，如，政策制定者、資助者、慈善組織、 非營利組織、研究人員、實踐者以及社區領導者，共同發展 STEM 實踐社區， 力求為社區內所有青少年提供有效的 STEM 學習機會；

在社區利益相關者之間建立有效的夥伴關係， 促進從幼兒園到大學的STEM 教育的連續性；幫助學生開展 STEM 各學科領域的科學探索。

▍（三）重新設計課堂活動以提高趣味性和風險性 「失敗」的概念通常在我們的教育系統中具有巨大的負面影響力。

在加強 STEM 學習和發展 STEM知識、技能方面，「這種固有的『不能容忍失敗』的現象會阻礙創新潛力的實現」。

事實上，嘗試挫折和失敗是強化學習的好機會。

設計能夠提高趣味性和風險性的課堂活動， 可以讓學習者在嘗試解決複雜問題的新方法上願意承擔風險。

正是失敗後提出新問題，才能開始新調查，並確定之前的技術、結構或創新為什麼不起作用的原因。

未來 STEM 教育面臨的關鍵挑戰， 是如何設計允許學生嘗試和失敗的課程及學習活動。

目前，如火如荼開展的創客運動正是這方面的重要嘗試。

STEM方面的創客空間項目可以提高學生參與 STEM 學習的積極性， 有助於推動 STEM 教育進程， 通過創建 「創客空間」（Makerspaces） 強化學生的職業技能，用創新的方法吸引不同文化背景的學生， 培養學生的創造力。

另外，有些項目正在嘗試將「創客活動」整合到他們的課程或非正式的課後計劃中，支持將「創客活動」融入課堂教學中。

總之，為了應對這一挑戰，未來的 STEM 教育需要獲取學習結果的過程， 在過程中發展衡量學習者的學習行為；修正「害怕失敗」的心理，允許學習者犯錯；深化「創客運動」影響，鼓勵利用「創客空間」打造地方特色學習活動， 從而重新設計能夠提高趣味性和風險的課堂活動。

▍（四）開展早期 STEM 教育

優質的幼兒教育， 是幫助兒童在學校和生活中茁壯成長的基礎。

高質量的早期學習計劃，有助於縮小低收入家庭兒童與富裕的同齡人之間的成就差距。

2015 年，由歐巴馬簽署的《每個學生都成功法（ESSA）》首次提出，要促進地方社區之間早期學習的協調，做好學前教育與小學教育的銜接工作，並培養教師、領導者和其他為幼兒服務人員的能力，以提供最優質的早期教育。

早期 STEM 教育需要融入到現有幼兒教育體系， 採取適合 STEM 早期學習發展的最佳做法。

比如， 推進適合幼兒園和早期兒童的教育電視節目和數字媒體材料，通過高質量的節目和應用程式，來幫助發展兒童的早期 STEM 學習並為進入學校而準備。

另外，可以考慮為家長、監護人和學前教育者制定一套資源和建議， 用簡單的方式將 STEM 概念納入日常活動中，以強化早期兒童的 STEM 學習。

▍（五）打破 STEM 學科間以及與其他非STEM學科間的分界

在 STEM 領域， 科學和技術創新不是在一個學科範圍內真空地發展而成的， 而是由一個跨學科的團隊在解決地區、國家或全球挑戰中形成的。

有研究表明，「由於現實世界的問題本質上是跨學科的，在解決真實問題過程中，採用這種跨學科的學習方式，可以促進對 STEM 概念的理解」。

為了更好反映知識的應用情況並在現實世界中獲得更多新知識 ，《STEM 2026》報告指出：要打破STEM 學科間以及與其他非 STEM 學科之間的分界線， 將跨學科的學習方式整合到 P-12（學前教育階段到 12 年級階段）課程中。

實現這一願景的挑戰是如何為教育者提供充足的知識、資源和策略準備，以有效地實施綜合和跨學科的 STEM 學習活動。

具體措施包括：要確保所有學生都能獲得必要的資源和支持， 幫助所有學生培養STEM 素養，獲得多學科的 STEM 學習經驗；為教師建立關於科學、 數學和技術方面的本質認識並梳理髮展歷史，培養科學素養，打破 STEM 學科間以及與其他非 STEM 學科之間的分界線； 鼓勵體制內學校和體制外機構共同開發「大挑戰」課程來促進 STEM教學，增加「大挑戰」教育者的培訓，確保這種整合STEM 教學適合學習者學習並發揮應有的作用。

▍（六）重新構想學習空間

學習空間方面存在的挑戰， 是如何促進更廣泛和更有效地使用翻轉課堂和技術工具，來打造靈活、具有包容性的學習空間。

到目前為止，大多數關於翻轉課堂的研究， 都依賴於教師和學生的自我報告（Self-report）。

在教育技術領域，常規研究與評估周期的速度遠比不上產品革新的速度， 這導致更新的方法以及工具的應用通常很少， 或沒有基於有效性的證據。

為了應對這一挑戰， 需要設想如何創造有利於開展探究活動、基於技術的學習空間，保證學生可以自由地在這個空間進行研究、學習，並適用於特殊群體（尤其關注殘疾學習者）。

另外，需要考慮學習空間的拓展， 為 STEM 教學提供一個教育和學習的植入模式，將自然世界、虛擬空間作為教室，讓參與的學生感受到真實的特定問題情境。

在《STEM 2026》報告中提到，一些技術或工具的使用可以促進 STEM 教育，打造「未來教室」，如，大規模在線開放課程（Massive Online Open Courses， MOOCs）、 增 強 現 實 技 術 （Augmented Reality） 以 及3D 列印技術等。

▍（七）開發創新且可操作的學習測量方式

如果學習測量的目標不明確， 很有可能既占用許多寶貴的教學和學習時間，又降低課堂的創新力。

此外，為了減少對具有創造性思維的學生的限制，需要採取更為全面和包容的評價機制， 以衡量和深化學生在學習過程中的各項技能和知識掌握情況。

目前，遭遇的關鍵挑戰是測量方式的增長是有限的，而且現有評價指標可能存在著偏差。

為了應對挑戰，應該用更為全面的評價方式來衡量學生能力， 並根據現有評價的局限性做出改進， 以減少對制定和實施創新性學習的阻力。

《STEM 2026》報告提議，可以開發創新且可操作的學習測量方式， 並採用技術手段來支持並深化個性化考評的進程，所採用的方式、材料、平台或設備，應該能夠服務於各種類型的學生。

具體包括：開發一些程序，將遊戲融入教學中，在吸引學生的同時更全面地衡量學生的學習， 並提供個性化且及時的支持。

這些軟體或程序可以為教師提供學生學習的實時數據， 教師可以使用相應的標準來觀察和記錄學生的技能和行為規範， 從而能夠在具體情況下評估學生的學習行為。

這類評估方式還能夠為教師提供即時反饋，在學習過程中進行重新定向，或提供其他支持來幫助學生在學習過程中找到重點。

技術嵌入式評估模型的初步數據分析表明， 學生在批判性思維指導下，在推理、解決問題和溝通技巧方面取得了顯著的進步。

▍（八）重新定義 STEM 形象以促進多元化多機遇的社會環境

實現 《STEM 2026》 必須克服的第八個關鍵障礙，是排除 STEM 中的歷史偏見。

長期以來，歷史和社會文化環境塑造了公眾對 STEM 的刻板印象，

如： 「誰有資格成為科學家」、「誰擅長科學」、「誰本就屬於 STEM 實踐社區的精英」等。

只有克服這一障礙，才能促進社會環境朝多元化、多機遇方向發展。

應對挑戰的策略是要賦予 STEM 新面孔， 以促進多元化、多機遇的社會環境，提高消除歷史偏見的公民意識， 注重媒體和 STEM 主題玩具形象設計在傳播STEM 形象當中的作用。

流行文化和媒體在扭轉影響 STEM 既定觀念，以及公眾對 STEM 與其日常生活的相關性理解方面，發揮了關鍵作用。

此外，高質量的教育工具和教育電視節目以及電腦遊戲和應用程式，可以擴大幼兒接觸並獲得 STEM 經驗的渠道。

下期預告:對我國STEM教育戰略的啟示

（一）強調政府引導和頂層設計

（二）注重學科整合和師資培養

（三）創新課程設計和社區建設

（四）提高社會參與和資金投入