美国STEM教育项目个案研究

　 美国STEM教育的项目个案的研究

　摘 要：随着美国政府一系列促进STEM教育发展政策文件的颁布，美国教育界及社会组织不断探索STEM教育的开展，形成了较为成熟的模式。近年来，国内也兴起了STEM教育，但组织形式较为松散，质量参差不齐，还没有形成系统的本土化的STEM教育生态。本研究旨在通过对“加拿大/美国数学营”项目进行个案分析，探索其学习活动和课外活动的特点，总结出美国STEM教育项目的特色与经验，为我国STEM教育活动的开展提供参考与借鉴。

　　关键词：STEM；STEM教育；个案研究

　　中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）20-0001-06

　　一、引言

　　STEM教育指的是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）科目的教与学，涵盖从学前教育到博士后阶段的学习[1]。STEM教育强调通过将上述学科的有机结合进行教学。在经济全球化的环境下，美国意识到培养STEM?I域人才的重要性和必要性，各部门纷纷出台一些政策文件倡导STEM的开展。由美国国家科学与技术委员会（National Science and Technology Council）牵头，联合联邦教育部、国防部、能源部等部门和机构（CoSTEM）发布的《联邦STEM教育五年战略计划》中指出，STEM教育优于教育部门中的其他工作部署[2]。美国总统行政办公室（Executive Office of the President）颁布的《准备与激励：为美国未来的K-12科学、技术、工程与数学教育》中明确了STEM教育的地位，确切提出对STEM教师的需求和要求[3]。美国联邦教育部联合美国研究学会发布了《STEM 2026：STEM教育创新的愿景》报告中指出STEM教育创新愿景应包括以下六个相互联系的核心要素：①可参与的网络社区；②经过精心策划的学生能深度参与的学习活动；③教师多学科整合的教育经验；④灵活和广泛的学习空间；⑤创新的学习评价；⑥促进STEM教育多样化发展的社会环境和文化环境[4]。特朗普政府对女性加入和领导STEM领域也给予高度关注，强调STEM领域人才在社会发展中的重要性[5]。上述政策和报告的提出，促使美国学校以及社会组织大力推进STEM教育的探索和实践，通过校本课程和项目导向这两种形式不断渗透。由于美国STEM教育研究相对成熟，以美国STEM教育项目为个案具有一定的指导意义。本研究选取由美国数学基地（Mathematics Foundation of America）发起的加拿大/美国数学营（Canada/USA Mathcamp）项目作为研究个案，进行深入剖析，总结其学习活动和课外活动的特点，以期为我国STEM教育项目的开展提出有价值的建议。

　　二、加拿大/美国数学营概述[6]

　　1.案例选择背景

　　该案例选自于促进参与研究所（Institute for Broadening Participation，IBP）收集的涵盖147个面向K-12学生STEM项目的资源库[7]。IBP将教育部门、高校、社会组织等组织的STEM项目汇聚到网站上（http：//），供K-12学生选择与参加，旨在为学生提供接触STEM领域的平台与机会，让他们通过项目的形式深入了解STEM科目，吸引对STEM学科感兴趣以及表现突出的学生从事STEM事业，丰富科学、技术、工程和数学领域人才的多元性。项目主题涵盖生物学、计算机科学、航天学、数学、工程学、医学、科学等多个方面，项目形式多样。本研究选取以数学学科为主的加拿大/美国数学营作为个案，该项目始于1993年，积累了大量的项目经验。

　　2.加拿大/美国数学营简介

　　加拿大/美国数学营（以下简称数学营）是由美国数学学会、美国科学基金会、沃尔夫勒姆研究公司、Springer等联合赞助的，是面向13-18岁有数学天赋的学生为期五周的数学学习营，规模通常为115-120名左右营员（其中大概65个新营员，45-55个是往年的营员）。该项目通过设计一系列具有挑战性和趣味性的数学问题，让学生全方位地深入了解数学，感受数学的魅力、深度与难度、逻辑性与抽象性，感知各数学分支之间的相互联系，在获取数学知识与享受学习过程的同时，树立学生对数学的信心，明确数学学习目标，培养学生的逻辑思维和发现问题、解决问题的能力，为他们提供数学学习的新方向。

　　3.加拿大/美国数学营的实施

　　加拿大/美国数学营是依托学习活动和课外活动开展的为期五周的学习营。通过学习活动向学生呈现数学知识，以常规课程教学，学生的个人探究实践活动，同伴研究汇报，专家讲座与座谈会，项目实践，问题解决课程与数学竞赛等形式让学生全方位接触数学知识，激发学生对数学的兴趣以及自主探究数学的积极性。通过课外活动丰富学生的数学营生活，注重学生社交能力的培养，为学生提供一个融洽的学习生活环境。

　　三、加拿大/美国数学营学习活动特征分析

　　学习活动是STEM项目最重要的组成部分，是学生接触学习内容和内化知识的重要过程。通过对数学营学习活动的分析，发现数学营的学习活动有以下特征：（一）学习主题涵盖面广；（二）学习活动形式多样；（三）日程安排灵活；（四）学生自主性强；（五）注重师生之间的一对一交流；（六）师资力量雄厚。

　　1.学习主题涵盖面广

　　数学营涵盖的主题是根据学生和教师的兴趣和实施的可行性来确定的，学习主题涵盖离散数学、代数与数论、几何与拓扑、微积分及分析等数学领域内的知识，除此之外，还包括计算机科学、物理、方法讨论等STEM领域的内容。由于学生在相应的学习阶段还没接触过所涉及的主题，因此对于学生来说具有一定的新鲜感。数学营的主题如表1所示。

　4.学生自主性强

　　数学营对学生没有设定固定的课程和列出具体的要求清单，鼓励教师传授他们最感兴趣的内容，让学生选择他们最感兴趣的学习内容。以个人学习兴趣为出发点，学生每周将在学习指导教师的帮助下，设计反映个人学习兴趣和学习目标的个性化学习规划。学生对参加的课程、参加课程的数目、复习时间的安排、与教授交谈时间或休息时间的安排都有自主权。

　　5.注重师生之间的一对一交流

　　数学营设定了两种与营员进行交流的方式，日常签到和每周签到。虽然学生对自己时间的安排具有自主权，但是与学生进行常规的联系，获得学生的反馈是非常必要的。因此，数学营设置了两项强制性的日常签到和每周签到内容。每日签到：每天晚上8点到10点，每位学生必须到指定的地方与值班教师单独见面，值班教师会告知学生一些重要的公告，学生也可以利用这段时间与值班教师汇报今天的学习收获以及请教问题。每周例会：每周二上午9点到10点所有教师、相关工作人员、学生汇集在一起，通常教师利用这段时间发布公告，告知营员即将进行的户外旅行相关信息，介绍即将来访的访问演讲者。

　　6.师资力量雄厚

　　数学营的教学团队师资雄厚，授课教师均为来自顶尖大学（如卡内基梅隆大学、耶鲁大学等）的教师或者研究生，有深度的、广阔的数学背景，对数学学科充满热情。教学团队主要由教师（数学或相关领域的教授）、访问的演讲者、导师（数学或计算机科学的研究生）、初级咨询师（本科生，负责数学营中非学习部分的工作）、生活导师组成，师生比控制在1：4。教师选择感兴趣的数学主题进行授课，指导学生完成相关项目，承担学术专家的角色，帮助学生选择课程以及实现参加数学营的学习目标。数学营为学生创造随时都可交流数学的氛围，以便于教师与学生之间多方面的相互了解。每个学生都配有一名学习导师，学习导师主要协助学生制定每周的规划，确保学生学习效果。

　　四、加拿大/美国数学营课外活动特征分析

　　数学营除了多元化的学习活动外，还组织丰富多彩的?n外活动，让师生在课外活动中建立良好关系，营造良好的学习氛围。数学营通常在大学校园举办，学生都需要寄宿，为学生提供了提前体验大学生活机会，让他们感受大学生的灵活性和承担大学生的责任。通过对数学营课外活动的分析，可以将其特征总结为以下几点。

　　1.生活服务完善

　　每位学生在入营前会安排一位生活导师，生活导师是学生与教师团队联系的桥梁，为学生提供各方面的生活服务。他们和营员同住在宿舍区，学生随时可以寻求生活导师的帮助。除此之外，生活导师还帮助学生处理个人问题，矛盾问题或者责任危机问题等。学生随时可以到办公室咨询信息，申请洗衣服务，申请出校外等，以便学生更快地融入到数学营的学习生活中。

　　2.娱乐活动丰富

　　每天晚上在宿舍大堂都会举办多种多样的娱乐生活，学生可以有选择性地参加，如拼字游戏比赛、摇摆舞课程、编程速成课、俄国音乐鉴赏、即兴剧场等。学生可以借助学校的计算机实验室、健身房、游泳池、校园户外运动场所、大学图书馆、钢琴和音乐练习室等场所进行放松。此外，每周数学营都会组织短途的户外旅行，如漂流、远足、参加文艺复兴时期的展览会、看烟花、去游乐园，观光、参观艺术博物馆、摘水果等，丰富了学生的课余生活。

　　3.管理人性化

　　在周末，学生除了可以在校园范围内活动，还可以到校外活动，但是在离开校园之前必须告知生活导师，带上手机，在晚上登记时间之前回来，给予学生人性化的管理环境。学生可以在宿舍大堂的活动安排板上发布想组织的活动，邀请同伴们参加，体现了“以人为本”的理念。

　　4.传承数学营文化

　　自数学营1993年创办以来，形成了个性化的文化，并得以传承。如以学生为主要作者、摄影者、编辑和组织者的年鉴，彰显数学元素的文化衫，小组拼图活动，文学作品演绎，才艺表演等，这些活动逐渐成为数学营的传统，形成了一定的品牌效应。

　　五、结语与启示

　　纵观数学营的学习活动及课外活动，凸显出开放性、多元化、灵活性，教师不受项目大纲、教学大纲的规定，学生不受条条框框的课程安排和活动安排的限制，实现与大学生活的无缝接近，让学生提前体验大学生活以及接触STEM领域，还为学生配备由专业的学习导师、生活导师、杰出的访问学者组成的团队，让学生在学习和生活中都能得到良好的体验。但是纵观目前国内开展的STEM相关的夏令营、冬令营常受到大环境下应试教育的影响，学生学习仍以获取知识、考取高分为出发点，缺少人性化设计，过于追求短期的显性成效，缺乏培养数学素养和特长方面长远的考虑。因此，结合加拿大/美国数学营项目为国内STEM项目的开展，对国内开展类似项目提出以下建议。

　　1.充分发挥学生的自主性和个性

　　项目规划者需要明确STEM项目目标，立足于激发学生对STEM学科的兴趣，培养学生的STEM素养，而非着眼于项目学生的显性成果，摆脱传统教学理念的束缚。从项目目标出发，设计多样的学习活动，如常规课程，个人或小组探究实践，项目学习，讲座或座谈会，比赛等，让学生成为学习的主人，在教师的指导下选择性地参与到其中，发挥学生的自主性。此外，也可以让学生充当项目活动的组织者，给予学生自主组织学习活动或课外活动的空间和平台，引导学生发扬个性，提高其自信心。

　　2.提高学习活动的开放性和灵活性

　　STEM项目的学习活动设计应表现出一定的开放性和灵活性，由于STEM项目强调多学科的有机融合学习，学科之间如何融合往往是学习活动设计的关键。因此，在教学目标的引导下，将核心的联系密切的学习内容有机整合在一起，设计多种方案，留给学生更多的思考空间，鼓励学生多方面的思考。学习活动中问题的设置，难度应成梯度上升，问题的解决路径应该是多样化的，给学生在教师的引导下进行摸索，以期形成一批生成性学习资源。

　3.融入社交元素，营造良好的学习氛围

　　STEM学科的学习往往需要学生进行小组协作学习，而学生之间的良好的人际关系是小组协作学习高效开展的重要保障。因此，在设计STEM学习活动、课外活动的时候，应该适当融入社交元素，引导学生与同伴进行积极的接触和交流，让学生更主动更快地融入到寄宿学习生活中，营造良好的氛围，为项目的顺利开展奠定坚实的基础。

　　4.配备高质量的教学团队

　　教学团队是STEM项目高质量高水平开展的保障之一。STEM学科的学习更需要学生的主动探索，而教师在学生探索的过程中给予实时的有针对性的个性化指导对学生的学习具有重要意义。因此，在规划STEM项目时，应详细规划项目团队，配备一支高水平、能力优势互补、结构合理的教学队伍，为学生的学习提供周到的支持服务，严格控制师生比，让每位学生都有机会与教师进行深入的交流，并得到及时的帮助。

　　综上所述，STEM项目设计应该着眼于未来，立足于让学生接触STEM领域的同时培养其兴趣，激发其对从事STEM领域事业的思考。学习活动的设计应该保留一定的开放性，趣味性，课外活动的设计尽可能多样化，学生在项目学习中应该发挥其自主性和张扬个性，项目团队应给予学生学习和生活上及时的全面的支持服务。此外，我国在规划与开展相关STEM项目也可以借鉴与引进数学营的相关做法，放眼未来，力争形成自我的品牌效应。

　　参考文献：

　　[1]H.Kanematsu，D.M.Barry.STEM and ICT Educaiton in Intelligent Environment[M].Intelligent Systems Reference Library 91，2016.

　　[2]National Science and Technology Council.FederalScience，Technology，Sngineering，andMathematicas（STEM） Education 5-Year Stragtegic Plan[R].2013.

　　[3]President’s Council of Advisors On Science And Technology， Prepare and Inspire：K-12Education in Science，Technology， Engineering， and Math （STEM） For America’s Future[R].Executive Office of the President.2010.

　　[4]STEM 2026 A Vision for Innovation in STEM Education[R].US Department of Eduatin，2016.

　　[5]Remarks by President Trump at Signing of H.R. 321 and H.R. 255[EB/OL].https：///the-press-office/2017/02/28/remarks-president-trump-signing-hr-321-and-hr-255/2017-03-07.

　　[6]Canada/USA mathcamp[EB/OL].http：///gettoknowmathcamp/2017-04-03.

　　[7]IBP[EB/OL].http：///index.aspx/2017-04-03.

　　[8]斯海霞，朱雁.中小学数学核心能力的国际比较研究[J].比较教育研究.2013（11）：105-110.

　　[9]王薇.中美两国初中学生数学能力目标比较及启示[J].教育科学研究.2014（08）：69-76.

　　（?辑：郭桂真）