一文读懂STEM教育的核心痛点与未来发展方向

胡卫平丨陕西师范大学教授、现代教学技术教育部重点实验室主任

围绕对“怎样把创客和STEM课程融合在一起，既能够培养孩子创新，又能够开展STEM教育”问题的思考，胡卫平教授分享了《创客与STEM整合的课程体系建设》的报告。

在报告中，胡卫平教授指出了当前STEM教育中存在的问题，一方面师资问题，虽然有少数学习文科的教师自然科学学的很好，但他不赞同学文科的教师去做STEM，深层次的问题是思维方式不对，据其2017年调查，大概有80%的科学老师没有理科的背景；另一方面，我们当前的STEM基本上是以产品而不是以人的发展为导向，这一点是我们面临的最大的问题。

面对存在的问题，就STEM在我们国家如何开展，胡卫平教授也表述了自己的看法。

STEAM教育在科学、技术、工程、艺术、数学的领域，而创客教育是提倡把自己的创意设计物化，这两者有区别但又紧密联系。

关于STEM教育的评价，我想讲以下两个方面：

一、什么样的课程能够称得上是好的STEM课程。

1. 必须围绕核心概念整合内容，有学科的核心概念，有跨学科的核心概念，还有工程实践，要用核心概念整合内容，这些都很重要。假如在小学开展STEM教育，那么最基本的依据就是小学科学课程标准。

2. 基于学习进阶，确定年级分布。STEM教育很重要的是所设计的核心概念，要能够和孩子们所学的课程联系在一起。如果学生根本就没有学过这些东西，然后是死记硬背背下来的，这样的STEM教育对学生的发展有很严重的影响的。我们培养孩子要一步一步来，第一能够和他所学的核心概念联系起来，第二适合他的认知水平，是有计划、有步骤的培养人的活动。

3. 突出创新素质与STEM核心素养。科学最核心是科学思维、技术最核心的是计算思维、工程最核心的是工程思维、数学最核心的是数学思维。任何一个学科都是这些思维，如果整个STEM教育不让孩子们思考，那么这个STEM就很有问题。

4. 实施创客与STEM的有效教学。要发展学生的素养，教学最核心的是思维，STEM实际上最核心的还是“做”，不是按照程序做，而是让学生去思考、去设计。如何让学生思考，以下几点都是STEM教育最核心的要求：第一，内在动机的激发；第二，认知冲突，要有矛盾，才能去思考；第三，自主建构。

二、跟踪课程应用的影响

我们的课程体系具有层次性，不是一开始就做机器人或3D打印，而是从学思考、到学探究、再到学创新的层次，孩子在最简单的情境中思考问题，进一步在探究中实现，最后在创新活动中实现。

这个课程要用，在小规模的范围里面要跟踪它的成果以及对学生的影响，没有跟踪对学生的影响的课程国际上是不认同的。

每一个这样的评价方式用什么样的评价方法，这可能大家要注意，我们一定要有效果。STEM教育可能对不同的素养有影响，但是我们一定要有评价。

焦红丨美国马里兰大学教授

焦红教授三个方面做了分享：

• 第一、21世纪的能力和素养、新一代的科学标准和STEM教育的大框架；

• 第二、技术增强型创新性评价；

• 第三、面临的挑战和发展方向。

大框架

21世纪总的来讲由三个大的方面组成，即认知方面、人际能力和个人能力。就主要的认知来讲，其实和学科能力是紧密结合的，数学、科学、语言艺术等都是基本的学科能力。认知能力包括批判性的思维、归纳与演绎的推理、分析推论和评估的能力以及创造力。

对于STEM教育来说，它有五个大的方向，不是一个单独的概念，起始于学前教育、中小学增强STEM的教学、本科学习STEM的经验、研究生阶段涉及研究生教育，认识未来关于STEM的发展方向。STEM的主旨强调的不是你知道什么，而是你怎么应用你所知道的。

新一代的科学标准是一个非常具体的、落实的框架，是最新的学前和中小学的科学标准，为一线教育工作者课堂教学提供帮助。

新一代的科学标准呼吁三个维度的教育方法，第一个是核心内容，第二个是实践，第三个是一个跨学科或者是跨课题这样的一个概念。这三个方面呈现一种递进的关系，核心概念是对某一学科基本知识和技能的掌握；实践相当于帮助学生了解现实以及知识、技能如何应用，帮助学生发现问题；跨学科的概念是建立在学生已经掌握了这个学科具体的核心知识和能力的基础上的进一步发挥和创新。

技术增强型创新性评价

学习其实离不开测评，目前整个测量界呼吁更多的是形成型的测评。技术增强型创新性评价可以从技术增强型的题型切入来看，技术增强型的题型创新性题型的一个总结。

1. 模拟型题型是目前谈论比较多的创新的一些题型。以“植物生长的条件”这类题为例，学生先要提出假设，给予学生一些诸如植物是否健康成长的可参考的信息，学生通过做实验收集数据，最后形成一个数据结论。通过这种模拟的形式给学生一个虚拟的状况，同时我们也可以达到其它的一些目的，而不被现实所局限。

2. 技术增强型创新性的另一种测量方法是游戏。让学生与游戏有互动，并不是说你设计了这个游戏就可以了，要想想为什么设计这个游戏，要达到一个什么样的目标，让学生学习到什么样的东西，还是你要测量学生的学习结果。这个地方是一个适应性的，根据学生前面打游戏的结果，然后这个路径可能是不一样的，如果用到学习环境或者测量环境中，这就是我们所讲的自适应学习和自适应测量。

模拟评估和游戏评估把教学、学习和测评放在同一个系统里面，这种题型最大的好处是，我们可以知道整个过程，可以把整个过程的数据搜集下来。我们能够知道他为什么得到这样的一个结果，通过一个什么样的过程或者路径得到了这样一个结果，做到形成型的测评。

面临的挑战和发展方向

技术增强型的测评系统或是学习系统，最初的开发费用都很高，因此，我们要想一想，花费这么多钱想要达到的目的是什么？不管是学习目的还是测评的目的。

计算机技术的发展，我们可以在这个过程中收到很多的数据，有时候会发现这其实是一个数据海洋，数据海洋中有时候可能也会介入一些“噪音”，我们怎么去开发出新的模型或者是数据分析的方法，把里面的真正价值给提炼出来，是整个测量界或者学习界都需要思考的问题。

与会发言者、专家从不同角度、不同思考，给了我们很多有用的信息。怎么依据这些数据，依据测量达到建立一个个性化的社会学习平台。我们的团队现在已经做了一些开发和研究，但是我觉得还需要更多的努力，很多的系统可能是一个智慧的学习系统，但是我们希望知道它是怎么达到智慧，或者是怎么做一个个性化的平台这样一个提炼。

宋乃庆丨教育部西南基础教育课程研究中心主任

围绕论坛主题，宋主任从四个方面做了分享：

• 第一，信息技术素养与STEM教育的关系；

• 第二，基础教育测评模式构建的范式；

• 第三，初中生信息技术素养测评模型的构建和应用。

信息技术素养与STEM的关系

信息技术素养是国际上已经公认的21世纪学生必备的一个专门素养，而且在21世纪时期的教育发展中具有非常重要的意义。STEM实际上是面向未来的一种教育，把科学、技术、数学、工程融为一体，是一个多学科的对学生发展的一种支撑。当前发展的STEAM、STEMx、STEM+都是STEM教育的改革，囊括了艺术、体育、人文、计算机科学、调查研究、创造与革新、全球沟通协作等21世纪所需的知识与技能，发展为包容性更强的跨学科综合素养教育。

我国《教育信息化“十三五”规划》提出探索STEM教育等新教育模式，STEM教育在中国的影响力日益凸显，但我们对它的科学研究，特别是对其信息技术素养的研究还很不够。

信息技术素养应该是STEM的目标，是STEM教育的支撑，也是STEM教育的一个手段。从归类上看，信息技术应该属于“技术”（Technology）的范畴，信息技术是实施STEM教育的重要方式，信息技术是STEM教育的重要推动力，所以我们这里特别强调信息技术，就是它跟STEM教育的关系很重要。在教学中应该融入信息化的元素，通过信息技术促进各学科教学内容和模式的变革，提高学生信息技术素养，来解决中国普及STEM教育面临的诸多问题。

基础教育测评模式构建的范式

当前，国内外对测评模型的定义、基础教育测评模型的定义并没有明确的表述，文献表明研究甚少，谈论表浅。我们认为是针对基础教育阶段并坚持基础教育的一些关键要素以及相互的关系进行定量地刻画和价值评判的一种工具、一个标准、一个数学表达式。它往往表现在五个维度，即指标、维度、体系、测评模型、标准。

构建基础教育测评模型最重要的目的是了解学生的学习质量和身心健康的一种水平，而且为我们的教育决策提出科学的信息、依据和建议。这一测评模型是建立质量保障体系的一个支撑，是我们国家监测中心一个重要的工作，这一测评模型、测评标准拥有诊断被监测对象存在的问题，探索差异，督导质量提升的作用。此外，这一测评模型是促使我们教育决策科学化，促进我们国家新型智库建设的重要支撑，是教育研究科学化的重要突破口。

基础教育测评模型的构建，我们已经形成了一个范式，一般来讲有六个步骤：第一是构建操作性；第二是提出坚持基础教育的维度；第三是找到监测对象的维度、影响因素的权重系数；第四是统计分析；第五是开发测评模型工具；第六是构建被检测对象的测评模型、数学的一个表达式或是一个数学的一种定量的测评标准，然后要进行验证。验证它的可操作性，测量它的有效性，看其与我们专家的预判距离有多大。另外是验证它的可靠性，看是否稳定。

我们构建了中国第一个小学数学教科书测评模式，做了一系列的学生测试，比如学校的特色发展，做了核心素养的测评模型，当前也在做学科的核心模型。

初中生信息技术素养测评的模型，我们也采取了相同的方式，用的一个范式。首先构建初中学生信息技术素养的内涵、操作性定义，即学生能在学习和生活中运用所学的信息知识和信息技能解决实际问题，以及在此过程中表现出来的意识、伦理与思维；之后，提炼初中生信息技术素养的指标；研制初中生信息技术素养的测评工具；通过通过教育统计进行分析，得出了初中同学信息技术素养的一个测评的模型。完成测评模型构建之后，我们进行了应用，对城乡、性别进行了测试，同时也对个案进行了追踪研究。

我们这个测评仅仅是一个初步的探索，我们把这个应用和信息技术素养的构建，与当今中国正在关注的STEM教育联系起来，用定量的研究去探索STEM当中涉及的科学、技术、数学、工程。

蒋里丨美国斯坦福大学人工智能机器人和未来项目执行主任

我们这个中心是斯坦福AIRE，主要是人工智能和机器人还有未来教育中心的发展。

人工智能一直在取代人类

有一个单词是“COMPUTER”，计算机这个词发明出来的400历史里面，有350年是指人的，有50年指机器的。但是现在的人几乎99.9%的人已经忘了他曾经是指过人的。我经常被问到一个问题，我们未来是不是有人工智能的机器人会代替我们的工作？这个事情一直都在发生，只是你可能不觉得。

这几年人工智能发展非常快，2015年机器人的自由行走还有问题，到2018年机器人已经能在一个非实验室的情况下跑步，这是机器人方面的进展。还有下围棋的阿尔法狗，围棋的下法比原子的数量还要多，人工智能能够解决围棋的事情是一个非常大的事情。

未来机器是不是会代替人？

根据牛津大学的调查说，未来的十到二十年，具有人工智能的机器人会取代我们很多的工作。美国劳工部去年出了一个报告，说现在在校的中小学生以后所要从事的工作中，将有65%还不存在。所以我们现在的教育系统有一个很艰巨的任务，就是你要把学生往一个方向培养，但是那个靶子你还不知道在哪。

另外一个很现实的问题，我们处在一个知识爆炸的年代。我们的生活经验对于孩子来说已经不太有用了。前有埋伏后有追兵，前面的知识爆炸我们学不过来了，后有追兵是人工智能机器人他们越来越厉害，我们是不是在夹缝中生存呢？其实不应该这么想，因为人工智能给我们提供了一个非常好的机会。

我们该如何应对人工智能？

我们以后只有两种方式，一个是跟他们竞争，另一个是跟他们合作。很明显我们应该跟人工智能合作。

这里有一个误解，AI是有创造性的，但是他跟人的创造性是有本质区别的，我们要培养孩子的是人所特有的创造性，而不是把他们朝机器的方面推。

我举个例子，斯坦福设计附近有一个专门做核磁共振的医生。他有两个小孩，7岁以下的小孩做核磁共振要打全身麻醉的，因为他没有办法保持不动，这个事情让他觉得很累，因为打全麻对身体健康有影响。他到了我们斯坦福大学把这个当成一个课题，那个团队后来把核磁检查画成一个海盗船，测试的时候他给小孩穿一个海盗服说，你今天的任务就是打入船的内部，我们的机器会把你从这个洞里面送进去，你要做的唯一事情就是不能动，你要是动了就会输了，这个船发出各种各样的声音，你一定要扛住不能动。最后由于这样的一个改动，打全麻的小孩的比例从80%降到了10%，想一想，这个就是创新的力量，这种创新AI是没有办法做的。

昨天来参会前，我还在一个很穷的地方，之所以去那个地方是因为我一直在资助一些贫困地区的小孩子读书。那个地方几乎是没有经济发展，拿了钱用不出去，但是那样一个地方我看到他们的校舍建设非常好，而且他们有电脑室。令我最感动的是，我住在他们学校里面，早晨的6：10是被这帮小孩读书的声音给吵醒的，这是四年级的小孩。

我为什么到这里跟大家分享这个案例？因为我感触很深刻，那么穷的一个地方，这帮小孩都那么上进，这个即使我在国外去过很多的国家都没有这种现象发生。所以从此我能够看到我们中华民族的希望。

张逸中丨上海STEM云中心主任

我主要和大家分享一线教室实际落地情况，也从人的角度谈一谈STEM的内容。

首先我认为STEM教育有一个非常重要的一点值得注意，我们从小对于学习其实并不那么热爱，不仅是因为考试，而是因为学习的东西让孩子觉得跟世界的联系不紧密。

小学上的自然课，到初中、高中以后分成了物理、生物、化学等等相关的分科，物理化学生物算不算科学？算。但是我们恰恰在一开始，对于科学的认识已经发生了系统性地偏差，学生小时候爱做观察的实验进行探究，中学以后变成了完全的知识学习，而科学知识本身只是在科学当中的一小部分。

很多有想法的学生，他们恰恰知道这些知识是怎么得来的，这些知识怎么转化进行应用。STEM最重要的是通过技术与工程的方式，一方面来验证这些知识是怎么迁移到世界当中的，另一方面，通过改造世界的过程当中，又重新认识了这个世界，科学是人类获取知识其中一个非常有效的手段和方法。

STEM真正关注的是人的全面发展，所以我们也希望，真正理解STEM教育的第一件事情是先打开窗帘。至于用什么样方式的教学、什么样方式的课堂设计，这都是手段。

我今天的主题是跟STEM测评相关的内容，我想从STEM的认知统一与未统一，STEM测评体系和评价系统两个方面分享。

对于STEM的认识，在具体的概念、理论、实践和操作层面上，我相信老师们有很多的不同的见解，一直没有形成统一，包括大家一直要谈标准、谈课程的内容。由于STEM所面临的是一个浩大的工程，方方面面都没有得到完善。我们花了很多时间在建立这个体系，包括评价上。最主要的一个原因是不清楚课程和目标，何谈评价。

目前我们主要缺的STEM的评价对象，实际上需要构成一个一体化的评价体系：

一是针对课程的评价，包括课程内容的评价，课程实施的评价。

二是针对教师的评价，我们如何来认证老师们能够实施这个课程。包括针对老师不同的层级，从刚入门的老师能够实施，到老师能够自己设计课程，以什么样的模式设计课程，这是有一套标准的范式，这个范式怎么样评价的。

三是针对学生，STEM针对的学生体系比较复杂，有课堂内和课堂外的评价，包括参加各类的比赛。

对于STEM的测评评价来说则有几个方面：

一个是课程内容的评价；二是课程实施的评价。课程目标决定评价，从课程的实施来看课程的评价，主要集中在课时不够，到底怎么教，每节课目标怎么样。

目前在全国，很多学校落地STEM课程后的情况，或许能给其他学校一些参考：

第一个是有条件的学校，校长很重视，学校引进了专门的STEM课程，设置了单独的课时，学校为此专门配备了STEM教师。

第二个是普及STEM教育，设置渗透性的STEM课程。

第三个是项目实践的STEM课程，主要以真实的项目，以综合实践项目导向型的学习。

王熙乔丨探月学院创始人

我介绍一下探月学院，我们是做高中段的全日制的创新教育项目，培养的是内心丰盈、积极行动的未来公民。我们完成了第一届招生，在今年的9月份会正式开学。在这之前，已经进行了一年多整体课程的测试和搭建，包括团队的运营、评估等方面。这次主要想从一个学校的视角去看，新的评估应该如何去搭建。

我将STEM总结成探究性的跨学科项目学习，我认为探究性是最重要的，看整个人类历史你会发现，所有人类的知识都来源于好奇心，这是我们去问的一个问题，包括我们所有的项目搭建，伟大的事情都来源于我们的好奇心。

其实跨学科是很自然的事情，因为在真实的世界里面，解决问题都是跨学科的项目是自然的事情，一个真实的世界里，我们解决问题就是在做项目，这是我对STEM的了解。

生产力变革推动教育目标变革，教育的变革来自教育的内部，这是历史告诉我们的事实。最近的工业革命造成了生产力的变革，其实目前来说是整个教育最大的变化，这之后其实整个教育的发展其实都是由生产力的变革在进行推动的。

我们会发现，在过去的10年，全球所有的大洲几乎都有新颁布的核心素养体系，我们国家在2016年底的时候有18个要素。当我们说到变革教育的时候，必须要看到一个更大的方面，就是什么东西促使它进行了变化，接下来教育目标的变革整体，使教学模式必将以学习者为中心。

我们先看一下以教师为中心的教学和以学生为中心的教学，他们到底有什么区别。在以前，教师是一个拥有知识的专家，学生是一个接受知识的人，方法论就是基本的直接教学。如果是以学生或者学习者为中心去构建素养，学生的角色是主动的探寻者，他会建立自己的目标和素养。

以学生为中心的教学，在探月学院是怎么落地的，这三个点到底是怎么做的？

第一个是基于素养的教学目标与计划。学生自己定义学习的目标与计划，探月是没有毕业标准的。我们用一套管理系统，这是英特尔在上个世纪70年代的时候建立的管理体系，后来因为谷歌的使用而闻名，我们整个的团队使用方式就是用这个套系统管理的。每个学期设立一个目标，如果你完成关键的结果你就达成这个目标。

每一个老师会对应10个学生，老师不仅需要职业规划指引，同时要擅长非常多的领域。如果学生来提问，我们则提出更多问题跟他们一起探讨，辅助学生建立目标。这会产生一个问题，不可能所有的学习资源都符合所有的学生。

第二个目的要让学校成为一个学习体验的超市，学生无非就是线上线下课程、活动体验、学习资源。学校怎样让学生拥有越来越清晰的目标，如果这个世界都能够成为孩子们学习资源的话，那是最好不过的情况。

在实际的教学里面，我们并不会去推崇混合式教学，混合式教学和项目制教学，各有各的优势，我们不会说哪个更好，考虑更多的是哪些行业以及方法符合他们的发展规律。

生产力的变革推动教育目标的变革，教育目标的变革推动政策的变革，政策的变革推动学校的变革，最终最核心且最难的变革发生在“课堂”，就是老师与学习者之间的场景，老师和教育者一定需要被赋能。

文章来源：中国未来学校实验室