STEM教育研究美国K12阶段课程改革新关注.doc

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1、STEM教育研究 _ 美国K-12阶段课程改革新关注 论 文 摘 要 美国一直以来是中国教育界关注的对象,在中国进行课程改革的同时,美国也在进行,STEM 教育便是其中基础教育改革的重点。STEM 教育是指科学、技术、工程和数学教育,数学和科学教育的历史由来已久,而技术教育也有了国家和州的标准,但是基础教育阶段工程教育的关注却是在最近几年兴起的。工程教育在 STEM 的整合当中起着穿针引线的作用,因此本文重点部分在工程教育和STEM 教育的整合。 本文共分四部分: 第一部分介绍了论文的研究缘起,并对国内外的相关研究进行了梳理和综述,理清研究思路。 第二部分介绍美国 K-12 阶段 STEM 教

2、育的发展脉络。虽说 STEM 教育是新的关注,但是在美国受到了政府及各教育组织的关注,许多有影响力的组织发表的有价值的报告对于推动 STEM 的迅速发展有重要的作用。 第三部分介绍了美国 K-12 阶段 STEM 教育现状。由于美国学生在数学和科学上成绩的不够理想,以及美国担心丧失世界经济领导者地方,使得美国加强STEM 相关课程的设置,并开发 STEM 整合课程,提高学生的解决问题、创造力和创新推理的能力。 第四部分介绍美国培养 STEM 教师的现状。包括 STEM 教师现有的素质,以及对 STEM 教师的培养。由于 STEM 是一个新的整合领域,教师的缺失非常严重,美国各大学正在积极创新,

3、探索一条适合的 STEM 教师培养之路。关键字:美国 K-12 教育;STEM 教育;STEM 整合;工程教育I ABSTRACT The United States has been the focus of Chinas education. The United States is having curriculum reform as well as our country. For USA, STEM education is one of the most important pointSTEM means science, technology, engineering and

4、mathmatics education. Mathmatics and science have got a lot of attention, and the techonology education has the national and states standard. Howerer, the engineering education in k-12 doesnt get enough development until these years. So this paper puts more emphise on engineering education and inter

5、gration of STEMThis paper is divided into four parts:The first part introduces the research origin, and review the related researches in our country and USA which can clear the papers research thought; The second part introduces the development paths of STEM education in K-12Although it is the new t

6、hing, it has much attention form the government and education organizations. Some of them pubulished a few valueable reports about the STEM, whicn promoted the rapaid development of STEM The third part is about the status of STEM education in USA in K-12. For the poor school achievement in science a

7、nd mathmatics and the fear that USA may lose the status of economice leader in the world, the government is eager to strengthen the STEM courses and to develp intergation courses of STEM, which can improve the problem-solving, creativity, and innovation reasoning abilities of all the studentsThe fou

8、rth section describes the present situation of American STEM teachers training. Including STEM teachers existing quality, as well as STEM the teachers cultivation. Since STEM is a new integration feild, the lack of teachers is very serious, American universities are actively innovative and explorein

9、g a suitable STEM teachers training pathKey Words: K-12 education in America; STEM education; STEM integration; Engineering educationII 论文目录 第一章:绪论1 第一节:研究背景.1 第二节:研究目的和意义.3 第三节:研究内容及方法.4 第四节:国内外研究现状.5 第二章 美国STEM教育发展脉络8 第一节 STEM教育内涵及概念界定.8 第二节:美国STEM教育形成与发展过程.10 第三节:美国STEM教育组织和实施.12 第四节:美国联邦STEM项目.2

10、2 第三章 美国K-12 阶段STEM教育现状 28 第一节:美国K-12 阶段STEM学业结果.28 第二节:美国k-12 阶段STEM课程目标及课程设置.32 第三节:美国K-12 阶段工程教育.36 第四节:美国K-12 阶段STEM课程整合案例44 第四章 美国K-12 阶段STEM师资水平及培养 49 第一节:STEM在职师资水平现状.49 第二节:K-12 阶段STEM教师培养.53 第五章 建议及策略60III 美国在科学、技术、工程和数学领域没有足够数量的学生、教师和参与者,大部分的中学学生在科学和数学成绩都在“熟练”这一水平以下,他们的教师很多都缺乏足够的学科知识。这一现象引

11、起了美国政府的高度紧张和关注,于是加大研究的力度,集合学术和商业团体的力量,共同促进 STEM 发展。政府研究项目报告、学术团体的调查报告以及商业团体的建议等都成为 STEM 发展的重要推动力。它们的很多建议都被写进了法律,在2006财政年度,美国总统发布了美国竞争力计划 。 在 109 届国会中,有三项 STEM 教育项目被通过并被写进了法律。在 2007 年春天和夏天,一些主要的 STEM 教育立法建议被纳入 2007 年美国竞争力法,在110届国会会议中通过,总统于2007年8月9日签署生效。这两届国会都是在布什执政期间进行的。 奥巴马总统上台之后,也进行了一系列的教育改革创新运动。20

12、10年1月份美国公布新的科学和技能教育战略和计划,加大教育、培训力度,促进经济复苏,提升本国在世界经济中的竞争力。其措施包括斥资培训理工科教师等。3月15 日,奥巴马政府宣布其教育改革方案,对布什颁布的不让一个孩子掉队法案进行大动手术。美国每年有100万高中生辍学,美国学生在数学等科目远远落后于其他发达国家。“如果这就是美国教育的未来,我不会接受。”奥巴马说。 美国教育界大刀阔斧的改革,STEM教育首当其冲,因此研究美国STEM教育,可以更好把握美国课程改革的新动向。 第一章:绪论 第一节:研究背景 美国教育课程改革在轰轰烈烈展开,其中对 STEM 教育的关注是重点所在,我国中小学也在课程改革

13、,对美国课改的研究对于我国课程改革有所帮助。美国教育注重实用,尤其是在竞争日益激烈的 21 世纪,美国人有一种世界领导者地位不保的危机感,因此更加促使实用主义的流行。21 世纪是信息时代、电子时代、高科技时代以及快节奏的时代。而这样一个时代,其基础理论学科是数学、科学、工程和技术。这四门学科教育的成功与否,关系到该国在未来社会的竞争力。 1、经济全球化背景下美国竞争力的相对下降,促使美国实行STEM战略 自 20世纪90年代起,世界自由市场经济浪潮的冲击下,世界经济开始紧密1 的联系在一起,出现了前所未有的运行和增长。许多发展中国家的政府已经开始将科学和技术作为经济增长和发展的推动力,并且开始

14、着手建设更多的知识密集型的经济,在这种经济结构中,研发、商业开发和知识产品将会发挥更多的作用,而数学、科学、工程、技术是知识密集型经济所需的基本技能。 为此,这些发展中国家开始采取行动打开贸易市场,吸引外来投资,发展或整改他们的科学和技术的基础设施建设,加强工业研发,拓展高等教育系统,建设本土的研发能力。这种潮流迅速地转移到亚洲,亚洲各国经济大部分都有高增长率。政府颁布了许多政策来增加科技能力,提高自己的经济竞争力。 在广泛的科技活动方面,美国继续保持领导者的地位,但在一些具体的方面已经开始慢慢失去这个地位。创新和高科技是亚洲(除了日本)经济快速增长的主要原因。亚洲国家的用于研发的经费迅速的增

15、加,由原来的低于欧洲和美国,到 2007 年亚洲已经高出欧洲,逼近美国。从研发对经济增长的贡献率来说,日本、韩国高于美国和欧洲,中国虽然低于美国和欧洲,但是趋势是在不断增加的,而美国和欧洲趋于平稳的状态。从研发对经济增长贡献率的增长来说,中国最快,其次是马来西亚、新加坡、泰国、韩国、日本等亚洲国家,最后是欧洲和美国。美国这种停滞的状态,促进美国反省自己的教育,尤其是与研发密切相关的数学、科学、工程和技术教育(STEM教育)。 2、美国高等教育STEM人才比例较低,K-12教育衔接不当 没有一份全面的调查报告来描述和衡量全球S&E人才市场的状况,但是有些零散的数据反映出追求高学历的人数在不断增加

16、,尤其是在发展中国家。在最近几十年中,发展中国家不断增加的获得S&E学位的人数,包括自然科学和工程学位,大大削弱了成熟国家以前在高等教育中所占领的优势。 世界高等教育人数在不断增加,高等教育的发展速度惊人,尤其是在亚洲国家。全世界范围内,具有高等教育的人数在不断增加。据估计,从1980年到2000年,大约增加了1.2亿具有高等教育学历的人,从7300万到1.94亿。高等教育的普及率在亚洲国家发展的最快,包括中国、印度、韩国、菲律宾和泰国,这几个国家高等教育人数总和占世界高等教育人口总数的比例从14%上升到25%。 而西方国家学生对自然科学(自然科学包括物理、生物、土壤、大气、海洋、农业、计算机

17、科学和数学)或工程领域没有太浓厚的兴趣,而这些专业是知识密集型经济所需要的基本的技能。中国高等教育学生选择自然科学和工程的学生一直呈上升趋势,尤其是在 2002 年以后,到 2006 年人数为 80 万,而美国一直以2 来持续为20万左右。 美国STEM人才的优势在不断减小,再加上许多美国STEM人才都是外国学生,这使得美国有种严重的危机感, 大力发展K-12以及后中学教育阶段的STEM教育。因此美国加强STEM教育刻不容缓,美国为加强STEM教育,上至国会、联邦政府,下至中小学、各学术团体,都在制定对策,加强美国的 STEM 的整体竞争力。具体目的包括 1、吸引更多的学生到 STEM 领域学

18、习;2、吸引更多学生从事 STEM领域的职业。 3、工程和技术人才缺口大,K-12工程和技术教育发展不足,尤其是工程 劳动统计局数据表明:在科学和工程的工作岗位将比总体工作岗位的增长率大 70%。STEM 毕业生比非 STEM 毕业生享有更好的工作前景和更高的工资。人才的短缺势必形成该领域人才的增值,而 K-12 在工程和技术教育方面显然是不足的。 K-12教育STEM人才的培养有两个原因: 一是为了给高等教育输送更多的STEM人才,使得毕业后走上工程、技术等工作岗位,创造更多的价值;二是对于进入大学后不选择 STEM 专业的学生来说,主要是提高学生整体的素质,使其能够在知识密集型和信息技术型

19、社会发展中具备更强大的竞争力。因此K-12阶段STEM教育值得更多的关注。 第二节:研究目的和意义 随着信息时代的到来,知识经济的膨胀,科学、技术、工程、数学(STEM)等理工学科被称为技术创新的理论基础和实践手段,同时 STEM 人才关系到该国在世界经济市场中竞争力,世界许多发达国家意识到了 STEM 教育的重要性,大力提高基础教育阶段 STEM 教育的质量,为未来在世界竞争中储备足够的专业人才。 中国现在也处于课程改革的浪潮中,对于科学、数学的重视力度也在加大,基础教育阶段的技术教育主要是信息技术,工程教育几乎空白。美国一直以来是中国教育改革的学习的对象之一,今天的美国教育改革的内容和方向

20、很有可能便是中国未来教育改革的重点,因此对美国课程改革新关注的焦点?STEM 教育做一个全面的论述,相信对个人学术水平有很大的提高,而且还会对我国基础教育阶段 STEM教育的发展具有一定的参考价值。 研究意义如下: 1、我国现在正在实施全面课程改革,中小学加强数学和科学教育,我国中小学生数学成绩在世界上也排列在前位,科学、工程和技术教育也取得迅猛的发3 展。但是中国的教育底子薄,即使现在迅猛发展,在世界排名中也是相对靠后的。因此在美国轰轰烈烈进行 STEM 教育改革时,其组织结构、财政投入、课程整合等都可以成为我们学习的榜样,从而提高中国经济和教育的竞争力,也为中国下一步的发展提供后备力量。

21、2、STEM教育既是美国现在改革的重点,同时也是国际教育改革的方向。中国虽然没有大范围的使用STEM这个名词,但是对理工科的发展却是毋庸置疑的。但是 STEM,尤其是技术和工程教育在基础教育阶段的发展还远远不足。因此对美国 STEM 教育做一个梳理是必要的,它对于了解美国教育发展动向以及中国课程改革具有一定的参考价值。 3、我国对于美国STEM教育的研究寥寥无几,系统的梳理其发展脉络和现状的研究更是没有,甚至很少有学者知道 STEM 这个名词。所以将其进行梳理并介绍到中国具有一定的理论价值。 第三节:研究内容及方法 一、研究内容 美国课程改革进行的轰轰烈烈,STEM教育是其中的重点,要研究K-

22、12阶段STEM教育,首先需要理清STEM教育发展脉络以及组织实施的过程,包括组织结构、法律条文和报告等;其次是全面掌握美国K-12阶段STEM学业成就及发展趋势,主要参考数据包括 NAEP、TIMSS、PISA;第三,收集有关 K-12 阶段 STEM 教师水平以及培养资料;最后重点介绍美国工程教育以及 STEM 教育的融合,因为科学和数学教育由来已久,技术教育也已经有了标准可循,因此工程教育是本研究关注的一个重点。 二、拟解决的关键问题及研究方法 本研究拟解决的关键问题是美国美国K-12阶段STEM教育的现状,尤其是重点关注工程教育。具体问题包括: 美国STEM发展脉络及组织实施 美国K-

23、12阶段学生STEM学业成就 美国K-12阶段STEM师资水平及培养4 美国K-12阶段工程教育的进展 本文采用的研究方法主要包括:文献法,即广泛参阅国内外关于 K-12 阶段美国科学、数学、工程和技术教育的专业标准的资料,对已有文献进行全面的理解和梳理;比较法:对美国 K-12 阶段在过去几年中学生学业成绩的变化作一个对比和定量分析,发现其发展趋势。本文使用定量和定性相结合的方式,对美国该领域的教育做一个全面的、准确的、有充分材料支撑的研究。 三、本论文的特色与创新之处 创新之一:STEM 教育在中国的研究刚刚开始,研究数量很少,仅有几篇左右是对其发展做简单的梳理,没有任何的学位论文将其作为

24、研究对象。因此这个领域,尤其是将STEM作为一个整体来进行研究,相对来说在国内是比较新的。 创新之二:本文引用大量重要的文献和报告,包括来自国会、美国国家科学基金会以及众多联邦或学术组织的报告。而这些文献除了部分早期文献有中文简单的介绍外,大部分都没有在中国得到传播。本文尝试将其中有价值的部分进行整理,方便国内学者的查阅和参考。 创新之三:国内对理工科的研究主要是集中在高等教育,而忽视了 K-12 教育与高等教育人才的衔接问题,这点在美国也是比较突出,因此本文将焦点对准K-12阶段STEM教育,研究其发展现状,以期抛砖引玉,吸引更多专家学者对其进行关注。第四节:国内外研究现状 一、国内研究 S

25、TEM 这个词引入到中国是最近几年的事情,但是中国也有数学、科学、工程和技术教育,习惯上称为“理工科教育”。对理工科教育的研究集中于高等教育阶段,而小学集中于数学和科学,中学则包含数学、物理、化学和生物等理科,职业高中包含技术等学科。对单门学科的研究,数学和科学相对来说较多,硕博论文也有,但是对于技术和工程教育的论文则较少,尤其是工程教育。 而对于 STEM 这一名词范畴内的研究是近几年来的事情,到现在为止,只有些少量的关于美国、英国等发达国家实施STEM的简短的新闻。STEM论文寥寥无5 几,没有任何博士和硕士论文。目前看到的论文有只有极少几篇,其中一篇发表于教育技术资讯杂志2007年第10

26、期, 全球化时代美国教育的STEM战略,该文对美国实施STEM教育的时代背景和现实需要、STEM内涵以及实施策略进行了简单的描述;第二篇论文是发表 2008 年高等教育工程研究第二期的科技人力资源开发探究?美国 STEM 学科集成战略解读,该文介绍了美国实施STEM 教育战略的原因、发展脉络和组织实施过程。总体来看,这些新闻报道和论文大部分是2007以后的。因此STEM教育对于中国来讲,是相对来说新鲜的词汇。但是 STEM 也在大学学术领域比较尖端的杂志中出现,也可见其得到了中国高端学者的认同,相信在不久的将来会得到学术界一致的关注。 对于美国师资培养和认证,在中国的研究是相对比较多的。研究内

27、容包括美国对中小学教师的培养模式、教师资格的考试、证书类型、教师培养和认证的发展历程和改革的趋势等等。但是对于对于各学科具体的教师资格的要求没有多少研究,尤其是对 STEM 学科整合师资培养模式研究几乎没有,这也是本论文要研究的重点所在。 二、美国 STEM 教育研究 在过去的15年里,许多团体和组织不断呼吁要求提高美国K-12教育,尤其是科学(SCIENCE)、技术(TECHNOLOGY)、工程(ENGINEERING)和数学(MATHEMATICS),因此将这四门学科合并起来叫做STEM学科。这些呼吁提高STEM教育的组织包括:国家科学委员会、美国教育部、美国科学促进会(AMERICAN

28、ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF SCIENCE,)、国家科学院(NATIONAL ACADEMIES,)以及许多其他组织(NSB,2007; DOED,2008; AAAS,1993; NAS, NAE,AND IOM, 2007。作为对此呼吁的回应,美国将提高 STEM 教育的法案写进了法律,比如2007美国竞争法案(2007 AMERICA COMPETES ACT P.L. 110-69。 对 STEM 教育的关注是由于美国面临着越来越激烈的国际竞争,美国对其世界领导者的地位开始有种危机感。而美国人认为:提高 K-12STEM 教育能帮助美国在两方面

29、提高竞争力:第一,提高 STEM 教育,可以使更多学生为将来从事不同的科学和技术领域工作而做好准备;第二,提高 STEM 教育,可以提高整个国家人口的科学和技术水平。最终这些改变将会提高美国在全球化市场中的竞争力,应对不同的经济的和非经济的威胁,提高整体的生活质量。 基于以上信念,开始有大量人关注如何提高小学和中学科学和数学的教学水6 平,包括联邦机构、总统使命、专业组织的计划和活动等。然而在这些关注中,技术和工程教育的关注明显较少,相比较而言,对技术和工程教育关注集中在高等教育,几乎没有对K-12工程教育的关注,至少在国家层面鲜有对K-12工程教育的关注。对于K-12工程教育的热情逐渐高涨起

30、来,但还处于探索阶段。 1.科学和数学 科学和数学是 STEM 的组成部分,它们是 STEM 在 K-12 教育中历史最长的两门课。两门课都有标准、课程、评估、大量的教科书和其他的教学材料。已经建立了教师教育和专业发展的课程。每个学生都需要在高中毕业的时候能够在科学和数学中至少达到熟练的程度。科学和数学的成功与否关系到国家的成功。因此美国学生在国家评估和国际竞赛研究比如TIMSS中的稍微逊色的表现,使得人们不断呼吁加强数学和科学教学。 例如,在 2007 年,国家科学研究院、国家工程研究院、医学科学院(这三个组织合起来叫做国家科学总院)出版了迎击风暴?为了更辉煌的经济未来而激活并调动美国(RI

31、SING ABOVE THE GATHERING STORM: ENERGIZING AND EMPLOYING AMERICA FOR A BRIGHTER ECONOMIC FUTURE.)。该报告目的是讨论美国如何能保持其在全球经济市场中的竞争力,第一个建议是通过大幅度提高K-12数学和科学教育来扩充美国人才库。许多州级和联邦法案也对此进行了规定。除了美国竞争法案, 不让一个孩子掉队法案1也尤其强调学生数学和科学成就,例如法案规定,中小学生数学和科学成就达标,则给当地学区和大学提供资金,以此来推动中小学成绩提高。 2.技术教育 虽然技术教育扎根于手工业艺术,在过去 20 年里,它已经延伸

32、开来,在最一般意义上强调对技术的理解。在今天技术教育是对人造世界的研究,包括工艺品、流程以及其基本原理和概念,其总体目标是使学生能够有效参与现在技术型社会NAE AND NRC, 2002。 技术教育的具体目标在技术素养的标准:技术学习之内容 (STANDARDS FOR TECHNOLOGICAL LITERACY) 2中有所描述。该报告是由国际技术教育协会(INTERNATIONAL TECHNOLOGY EDUCATION ASSOCIATION,ITEA)在 2000 年发布的。K-12 学生必须发展 5 个方面的能力:技术的性质、技术和社会、设计、技术世界的能力和设计世界。“技术世界

33、的能力”要求学生能够运用日常技术,能1 the No Child Left Behind Act of 2001,P.L. 107-110 2 International Technology Education Association. Standards for Technological Literacy.2000 7 评价不同技术对社会和环境的影响。“设计的世界”要求学生理解具体领域的技术,如医药、农业和信息和通讯领域。 虽然在 ITEA 以及其他组织的努力下,技术教育有了些许的气色,但是技术教育还是发展很慢,人们对其较难接受。许多人包括教育家认为技术教育就是训练学生使用电脑。今天,在

34、美国有很少的学区设置了技术教育的课程,只有 12个州要求学生到高中毕业时完成技术教育课程DUGGER,2007.。因此,相比数学和科学学科的教师以及学生,技术教育的教师相对较少,学习技术课程的学生也较少。最终,技术教育也得不到政策制定者的关注,它只是整个 STEM 教育屏幕中不起眼的一小点。 3.工程教育 如果技术教育是 STEM 屏幕中不一起的一小点,那么工程教育几乎是看不见的。很少有人考虑K-12的工程教育,也很少有K-12工程教育的教师,更有很少的学校开设工程课程和活动。工程教育在内容、关注点和实施要求上非常宽泛。其目的从鼓励学生追求工程领域的职业到增加技术素养和提高学生科学和数学成绩。

35、这些课程的概念框架也是非常的大。工程教育没有任何的标准,也没有州级和国家水平的考试和评估,政策制定者几乎对工程教育没有任何的关注。事实上,工程(E)可能应该叫做STEM中缺失的字母。 4.STEM学科的整合 在大多数美国 K-12 学校中,STEM 学科的教学是分开进行的,有时候叫做“SILOS”,中文翻译可叫做“仓”?有数学仓、科学仓,可能还有技术教育仓,很少情况下还有工程仓,这些学科在课程、教师或课堂活动中是很少有联系的。因此通过学科之间的联系所带来的好处就大大缺失了,如用科学探索的方式来支持数学概念的学习。学生学习了许多分散的,这好比研究和技术发展的现实世界,科学家、工程师、数学家和技术

36、家以及社会学家、商业管理者和其他人一起工作来解决问题。每一个 STEM 学科带来的是单一的能力和观点,但是如果整个团队能一起有效工作,每一个参与者便能从所有的学科中学到知识。 第二章 美国 STEM 教育发展脉络 第一节 STEM教育内涵及概念界定 “K-12”是美国学者描述大学前教育或基础教育阶段时常用的一个术语。其8 中, “K”代表幼儿园KINDERGARTEN, “12”表示1到12年级。中国的大学前教育通常分为学前教育、小学、初级中学初中、高级中学高中或中等专业学校中专等阶段。把中美两国大学前学校教育相对照,大致是小学为1至6年级,初中为7至9年级,高中则为10至12年级。 STEM

37、 是科学(SCIENCE)、技术(TECHNOLOGY)、工程(ENGINEERING)和数学(MATHEMATICS)四门学科的简写。STEM 这个缩写是一个相对比较新的产物CAVANAGH AND TROTTER, 2008。2001年之前,常用的缩写还是SMET,科学、数学、工程和技术。国家科学基金会(NSF)是第一个开始将四门学科统称为STEM的,这反映了一种教育哲学的变化。截止到那个时候,NSF 的 K-12 项目主要是针对最有可能将来从事科学、数学和工程行业的高成就的学生。但是在过去的10 年中,该机构集中更多的资源来吸引更多的学生群体参与到更广泛的项目中来。 科学、技术、工程和数

38、学教育经常被称为META-DISCIPLINE,翻译叫做“后设学科”,即该学科的建立是基于与其他学科的融合然后形成一个新的整体。这门跨领域的学科将原本分散的学科形成一个整体,叫做STEM(ORRISON, 2006。这四门学科分别代表四种素养3,分别是: 1. 科学素养(SCIENTIFIC LITERACY)是一种运用科学知识和过程(如物理、化学、生物科学和地球空间科学)理解自然界并参与影响自然界的有关决策,主要包括三大领域:生命与卫生科学、地球与环境科学、技术科学(OECD SCIENTIFIC LITERACY: THE PISA 2003 ASSESSMENT FRAMEWORK)。

39、2. 技术素养(TECHNOLOGICAL LITERACY)是指使用、管理、理解与评价技术的能力。学生应当知道如何使用技术,了解技术的发展过程,具备分析新技术如何影响自己、国家乃至整个世界的能力。技术是对自然环境的革新与改造以满足人们的现实需要(ACT, INC., 2006)。 3. 工程素养(ENGINEERING LITERACY)是指对技术的工程设计与开发过程的理解。工程课程是基于项目,整合了多门学科的知识,使得难以理解的概念与学生生活密切相关,激发学生解决问题的兴趣。工程设计是把科学与数学原理系统地、创造性地用于实践的结果。 4. 数学素养(MATHEMATICAL LITERAC

40、Y)指学生在发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题时进行分析、推断和有效交流思想的能力。 3 秦炜炜. 全球化时代美国教育的 STEM战略.教育技术咨询J200710 9 科学、技术、工程与数学素养是一个多学科交叉的研究领域,它囊括了科学、技术、工程和数学四大领域,但STEM素养并不是科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的简单组合,而是把学生学习到的零碎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4。一个STEM课堂的特点就是在“杂乱无章(INTELLECTUALLY MESSY)”的学习情境中强调学生的设计能力与问题解决能力。这一复杂的学习情境包含了多种学科,其问题可能涉及

41、纳米技术、生物医学和天体生物学等知识。一个STEM课堂上教师可能提出一个问题,然后要求学生组成一个班级范围内的探究小组开展原创性研究。在研究过程中,学生被要求使用技术搜集、分析数据,并设计、测试和改进一个解决方案,然后与其他国家的同伴交流研究成果。STEM课程学习中,学生需要花费更多的课外时间,比如在工程师的指导下,组装一个可以爬楼梯的机器人。 第二节:美国 STEM教育形成与发展过程 美国拥有的科技人力资源在全球份额的逐步减少,已经对其发展产生了消极影响。为应对这种情况,在联邦政府、国会、大学、公司、非盈利性组织和咨询机构等多方参与下,许多重要法案、议案、研究报告纷纷出台,各种形式的组织也积

42、极行动起来,为开发美国科技人力资源发挥着各自的作用。 1986 年,美国国家科学委员会NSB发表报告:本科的科学、数学和工程教育又称尼尔报告5。该报告被认为是美国STEM学科集成战略的里程碑,它指导了美国国家科学基金会NSF此后数十年对美国大学教育改革的政策和财力的支持。该报告首次明确提出“科学、数学、工程和技术教育集成”的纲领性建议,因此SME&T集成被视为STEM集成的开端6。 1996 年,国家科学基金会(NSF)对美国大学科学、数学、工程和技术教育的十年进展进行回顾和总结,并提出今后的“行动指南”,发表了报告塑造未来:透视科学、数学、工程和技术的本科教育7。报告着重“考虑美国各种两年制

43、和四年制院校大学生的需求”,针对新的形势和问题,对学校、地方政府、工商业界和基金会提出了明确的政策建议,包括大力“培养K-12教育系统中SME&T的师资问题”,以及“提高所有人的科学素养问题”等。 4 秦炜炜. 全球化时代美国教育的 STEM战略.教育技术咨询J2007105 National Science Board. Undergraduate Science, Mathematics and Engineering Education,19866 朱学彦,孔寒冰. 科技人力资源开发探究?美国 STEM学科集成战略解读.高等教育工程研究J.200827 National Science

44、Foundation. Shaping the Future:Strategies for Revitalizing Undergraduate EducationProceedings from the National Working Conference,1996 10 2005年10月,由美国国家科学院NAS、国家工程院NAE、医学科学院IOM和国家研究委员会NRC向美国国会联合提出报告驾驭风暴:美国动员起来为更加辉煌的未来(RISING ABOVE THE GATHERING STORM: ENERGIZING AND EMPLOYING AMERICA FOR A BRIGHTER

45、 ECONOMIC FUTURE )8。该报告是 21 世纪美国科技教育发展的战略性报告,它基于美国政府一贯秉持的“科学和工程领域的卓越与领先将带来巨大的经济和社会效益”信念,旨在揭示美国面临的紧迫问题并研究具体对策,以确保 21 世纪的美国继续在科学与工程方面占据领先地位,从而成功地进行国际竞争。 2006 年 1 月,美国国会在上述报告基础上形成题为美国竞争力计划:在创新中领导世界AMERICAN COMPETITIVENESS INITIATIVE:LEADING THE WORLD IN INNOVATION9的报告,该报告旋即由美国总统签署并发布全国。这是一项经费高达 1360 亿美

46、元的庞大计划,被认为是布什政府科技与教育发展的宏伟蓝图。美国竞争力计划的核心是加大对研究和教育的投入,不遗余力地促进研究开发、创新和教育的发展,以提高国家竞争力。 美国州长协会(NATIONAL GOVERNORS ASSOCIATION,NGA)便是STEM教育变革中的重要组织之一,致力于通过提高美国的创新能力加强美国在全球经济中的竞争地位。2007 年,NGA拟定了一项题为“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)10”共同纲领,其中就当前美国实施STEM教育战略的背景、现状、问题和相应的策略进行了详细阐述。NGA认为美国现行基础教育并没有为学生提供良好的STEM教育从而为他们毕业后的工作与进一步深造做好准备。现有K-12 核心课程的概念有些过时,缺乏严格的课程标准,学校培养目标与高等学校、职业技术学院的要求以及工作岗位的实际需求相去甚远。最后,文件还指出在美国缺乏教授STEM课程优秀师资队伍,难以保证相应的教学质量。同时,美国国内STEM教育成就还存在种族、性别与社会地位的差距。所有这些问题都是目前美国STEM教育面临的重要现实问题。 2007年8月9日,美国国会又一致通过国家竞争力法。该法案强调,创8 Natio