【摘要】STEM教育與創客教育同為適應現代社會發展而產生的創新創造教育,有著共同的“做中學”理論基礎與社會共同參與的現實基礎?借鑒美國K-12階段STEM教育目標?課程設置?師資培養與學業評價的改革發展經驗,可以對我國處在探索階段的創客教育在課程目標細化?創客學習空間構建?師資建設與創客文化營造等方面提供啟示,從而推動我國中小學創客教育的發展?
【關鍵詞】STEM教育;中小學;創客教育
在當今知識經濟時代,國際競爭歸根到底是人才的競爭?美國作為世界經濟強國,大力發展STEM教育——科學(Science)?技術(Technology)?工程(Engineering)和數學(Mathematics)教育?培養科技創新人才已成為其維持全球經濟領先地位的直接動力?[1]而得益于互聯網與智能硬件發展的創客教育在我國“大眾創業,萬眾創新”的時代背景下,也成為培養學生創造力和創新精神的重要形式?STEM教育與創客教育同為培養創新人才的有效途徑,必然有著密不可分的聯系?分析兩者的異同并借鑒美國K-12階段STEM教育的實踐經驗,有利于我國中小學創客教育的進一步發展?
一?STEM教育與創客教育的比較研究
(一)STEM教育與創客教育的共同之處
1.共同的理論基礎:杜威“做中學”的理論STEM教育與創客教育都是近年來為了適應時代的發展,產生的兩種新型教育形式,但不可否認,新型的教育形式是建立在成熟的教育理念之上的?[2]概括地說,STEM教育與創客教育均為杜威“做中學”理論在現實中的運用?同時,正是由于這種理論基礎,才使STEM教育與創客教育在現實中得以立足?[3]
首先,從“做中學”也就是從“活動中學”,從“經驗中學”,主張從經驗中積累知識?從實際操作中學習?這就要求課堂不再是滿堂灌的形式,老師不再是主導者,學生成為課堂的中心,學生解決問題的能力與批判性思維的培養比單純的認知能力更加重要?在這樣的理論指導下,STEM教育重視的是跨學科綜合能力的培養,鍛煉的是學生靈活運用知識解決實際問題的能力,以通過課程學習培養適應社會發展的復合型人才;創客教育則是在一個特定的創客空間環境下為學生提供動手實現其創意的機會,讓學生成為一個創造者,培養其創造思維與獨立解決問題的能力?
其次,在“做中學”思想的背后有兩個原型,即手工藝活動與科學研究活動,那么在一個更為廣闊的視野下來理解知識的建構機制,則可將對于知識的學習分為學習主觀知識?客觀知識與實踐情境知識?[4]在此理論指導下,學習方式變得更加多樣化,STEM教育強調動手實踐使學生更多地采取了一種將自己置身其中的深入學習方式,特別是對實踐情境知識的學習;另一方面,創客教育本身的“工作坊”就顛覆了以往的傳統學習方式,在一個充滿創造力的環境之中,為了把想法變成現實,領導學生主動嘗試?不管是STEM教育還是創客教育,都對學生的自主學習能力提出了新的要求?
最后,“做中學”理論改變了傳統的“傳道授業解惑”的教師角色,改變了傳統的師生關系,讓學生成為“做”的主體?STEM教育與創客教育以培養學生的創新能力為共同目標,將教師作為“助學者”培養學生的創新意識?創新思維以及創造個性,這種新型的教育需要的也正是新型民主的師生關系,學生變被動為主動,在創造中成就自己?總之,STEM教育與創客教育追溯其理論根源都可看作是杜威“做中學”理論的現實體現,這樣諸多的相同之處,也就成為二者可做比較的基礎,也可成為二者相互借鑒與相互促進的基礎?
2.共同的現實基礎:社會廣泛參與
STEM教育的開展源自美國國家科學委員會(NSB)的報告,即STEM教育的發展是由國家和學校的計劃與統籌推動的,但鑒于時間?財力?人力和職權范圍等諸多方面的限制,單一部門難以有效地推動STEM教育政策的實施,因此,美國聯邦政府在充分發揮國家科學基金會?國立衛生研究院和教育部三大機構的引導作用下,聯合STEM教育合作機構(CoSTEM)?企業及其他組織來確保STEM教育政策的有效實施?[5]2010年,《美國競爭再授權法》針對公眾參與度提出了五項STEM教育目標,其中明確要求在各CoSTEM機構與社會多方力量共同參與下,通過開展基于研究的計劃和活動來提高學生STEM學習的興趣,并在提高公眾整體的STEM素養的基礎上,整合各方資源,促進STEM教育的有效實施?[6]因此,美國STEM教育的有效開展離不開社會力量的大力支持?另一方面,創客教育則是直接產生于社會的,創客本身就是一個龐大的社會群體?自互聯網技術的迅速崛起開始,學校教育就在提倡動手做的各種理論指導下,期待著將最新的數字技術運用到教學之中,而創客運動的興起激發了K-12階段學生嘗試動手創造的潛力,為創客教育的開展提供了契機,[7]進而對教育的發展提供了新的思路?創客教育作為一個產生于社會的新型教育,自然是將社會的共同參與作為基礎而發展的,包括學校創客空間的構建,都需要從社會創客中吸取經驗?總之,STEM教育與創客教育共同的現實基礎都是社會的廣泛參與,且其根本目標都是為了開展創新創業教育,即強調培養富有創造力的創新型人才,適應社會發展并服務于社會?STEM教育所大力發展的科學?技術?工程和數學教育正是21世紀知識經濟時代所要求的,而創客教育也是基于社會實踐的啟發?所以不管是STEM教育還是創客教育,都離不開社會的廣泛參與?但是,創客教育雖然與STEM教育有著共同的理論與現實基礎,仍不可避免地在具體實施過程中有著其相對獨特之處?
(二)創客教育的獨特之處:開放性
創客教育的開展需要創客空間作為外部硬件支撐條件,而創客空間是有著共同興趣的人們,運用計算機技術?數字化工具來進行思想的碰撞?交流與合作的開放空間,這樣的環境本身就是開放性的一種體現?[8]其次,作為創客空間的技術支持部分,開源硬件是指可以供使用者學習和進一步開發的硬件工具?開源硬件直接反映著創客教育的開放性,即創客教育是利用開源硬件平臺實現每個人都可參與?可研究?可修改?可再創造的一種創新教育?[9]最后,反觀STEM教育,則可發現STEM教育強調的“以設計和探索為目的,并對技術問題解決進行科學的探索”是以跨學科知識整合為核心,仍舊處在課程范疇之內,[10]而創客教育的核心在于創造,已經跨出了課程體系之外,跨學科知識的運用僅僅是創客教育根據需要的選擇,并不是創客教育的必要條件,所以創造作為核心的體現就是知識背景的開放性?具體來說,首先,創客教育的開放性預示著學校系統不再是創客教育的唯一實施場所,以創客空間作為活動中心的創客教育突破了傳統課堂教學的局限性,而開放的創客空間意味著創客教育的自主性更大,社會參與創客教育的可能性也更大,同時,在創客教育的實施過程中,不確定性因素也更多?其次,開放性蘊含著創客教育的教學設計與教學內容并不僅僅來自傳統的學科,更多的是利用現代化開源軟件或程序,在教師的幫助下,學生自主完成教學內容,此時教師的角色更多的是一個支持者?第三,與STEM教育中學生參與者的角色相比較,創客教育中的學生有更開放的學習環境,學生要借助各種工具設計出自己的作品,其身份更多的是一種創造者?綜上所述,開放性是創客教育與眾不同的特性,但同時,創客教育的開放性也決定了創客教育與STEM教育有機融合的可能性,創客教育中學生對多學科知識的應用無疑增加了他們對STEM學科學習的積極性,而STEM教育的學科融合知識也是保證創客教育順利實施的重要保障?
二?美國K-12階段STEM教育發展的特點
自1986年美國國家科學委員會首次在《本科的科學?數學和工程教育》(又稱《尼爾報告》)中提出了STEM教育的綱領性建議以后,[11]美國逐步從教育目標?課程設置?師資隊伍?學業評價等方面在K-12階段大力發展完善其STEM教育?
(一)STEM教育目標的具體化
美國為了提高K-12階段STEM教育的質量,從三個維度對STEM教育的教育目標進行了評價,第一,學生學習的維度主要通過全國教育進步評估(NAEP)與美國高考(ACT和SAT)對學生學習進行評估,除此之外,大學生參與數學?科學的輔導或發展課程的人數比例也將作為學生學習目標的具體化指標?第二,教師質量的維度量化為教師具有所教學科的專業背景,即主修或輔修所教學科的專業教師比例?第三,參與性的維度則為學生對STEM課程的興趣指標,即測量在大學中完成STEM課程的人數,以及K-12階段學生畢業后選擇STEM作為其專業的比例?美國STEM教育的教育目標是通過制定具體的課程標準實現的?由于科學與數學的課程標準制定較早,所以其課程標準相較于技術與工程課程而言更加系統?因此,改善對工程教育的重視不足的現狀也成為美國STEM教育改革的重點?從全美范圍來看,STEM課程仍然廣泛地以分科授課的形式出現,課程標準具體到每個學科?這里以數學學科為例,美國數學教師委員會(NCTM)就先后公布了《美國學校數學課程與評價標準》?《數學教學的職業標準》?《學校數學的評估標準》以及《學校數學的原則與標準》(簡稱為《2000年標準》)?因此,美國STEM教育在教育目標上除了有宏觀上的統籌更有具體到各科的教育目標的細化,這個細化目標的思路是可以供我國中小學創客教育發展借鑒的?
(二)STEM課程設置的整合化
美國K-12階段小學與初中的STEM課程體系主要由數學課?科學課以及信息技術課組成,在此基礎上,再設置相輔助的選修課以達到各學科相融合的效果;而美國高中階段開設的同樣也包括基本的核心課程以及形式多樣的選修課程?除此之外,美國還開發了一些STEM整合的課程,在K-12階段廣泛實施?這里以項目領導方式(ProjectLeadTheWay,PLTW)為例分析美國STEM教育課程設置的整合化?PLTW旨在培養學生在經濟全球化社會中取得成功所需要的技能?PLTW與學校合作,通過世界一流的K-12課程?高質量的專業教師以及出色的交流合作項目提供STEM教育?PLTW在K-12階段開設了一系列適應不同階段的課程,通過學生親自參與?親自動手的課程,提高學生解決問題的能力,培養學生的批判思維以及鍛煉學生的創造力與推理能力?PLTW在K-5階段采用的是起步課程(PLTWLaunch),鼓勵低年級學生建立自信,增強學習興趣,為后續教育做鋪墊;初中階段開設入門PLTW課程(PLYWGateway),這個年齡段是最適合讓學生知道要解決一個問題是可以有多種方法的;高中階段則開設工程PLTW課程(PLTWEngineering)?生物醫學科學PLTW課程(PLTWBiomedicalScience)與計算機科學PLTW課程(PLTWComputerScience),為未來升學或步入社會打下基礎?美國STEM教育已經在課程整合的宗旨下初步形成了一套比較完整的課程體系,可供我國中小學創客教育課程設置參考?[13]
(三)STEM教育教師隊伍的專業化
美國十分重視STEM教育專業教師隊伍的建設?國家科學委員會在2007年的關于STEM教育政策建議中強調教師應該具備足夠的知識儲備,以滿足所教學科的要求?[14]另外在《總統2012預算要求和中小學教育改革藍圖法案》中提到在今后兩年內招聘一萬名STEM教師,未來十年中培養十萬名STEM教師?美國教育部也將與各類教育機構建立合作關系,提供更多的STEM學習機會,并額外投資8000萬美元以確保培養十萬名STEM教師目標的實現?[15]而在2014年5月奧巴馬總統主持的白宮科學節上還提出另外增加350萬美元的經費進一步促進十萬名STEM教師的培養?[16]在STEM學科整合以前,STEM教育教師的培養指的是科學教師與數學教師的培養?而現階段STEM教育教師的培養主要是指復合型教師的培養,包括科學技術工程復合型教師(STE)?科學工程技術復合型教師(SET)和科學技術數學復合型教師(STM)等?在STEM教育師資培養方面,美國研究生教育改革工程項目(TransformativeGraduateEducationPrograms)起到了積極的作用,美國國家科學基金會強調高校STEM學位的授予數量應大大增加,STEM專業師資的培養也應隨著改革工程項目的推進而加強?[17]在STEM教育的大力發展下,美國STEM人才的培養也得以充分重視,在我國創客教育剛起步的階段,師資也將是制約創客教育發展的瓶頸因素,美國如何培養STEM教育專業師資隊伍的經驗可供我國借鑒?
(四)STEM教育評價多樣化
美國現階段還沒有一個系統完善的STEM教育評價體系,但卻可以通過對各個學科的學生學業成績的評價來間接地反映K-12階段STEM教育的成果?其中,全國教育進步評價(NationalAssessmentofEducationalProgress)就是一個全國性的?對小學和中學生數學和科學知識進行評估的平臺,另外還有兩個對包含美國學生在內的國際學生進行評估的項目,國際數學與科學學習趨勢(TheTrendsinInternationalMathematicandScienceStudy,TIMSS)與國際學生評估項目(ProgramforInternationalStudentAssessment,PISA)?另一方面,美國雄厚的國家競爭力在很大程度上離不開其大力發展STEM教育,因此,國家競爭力水平也可成為評估美國STEM教育的一個指標?國家競爭力指標包含基本要求指標?創新指標?成熟度指標以及提高效率指標,其中多項指標均與美國STEM教育及其產品——STEM領域人才有著緊密的聯系,所以國家競爭力水平的變化從側面反映了美國STEM教育的效果,是評價美國STEM教育的一個側面指標?總之,美國多樣化的STEM教育體系將給我國創客教育的評價帶來一定啟發?
三?STEM教育對我國中小學創客教育發展的啟示
與創客教育有著共同理論基礎與現實基礎的美國K-12階段STEM教育的發展,在歷經幾十年的探索與改革后,已經形成了一個較為完整的體系?在我國創客教育的探索階段,結合我國的實際情況,借鑒美國STEM教育的經驗,將有利于我國創客教育的發展?
(一)立足校本課程,細化創客教育課程目標
STEM教育與創客教育的一個重要不同之處就是起源不同,STEM教育產生于教育領域,其發展由學校作為主力推動?而創客教育起源于創客以及創客運動的傳播,產生于社會,其發展途徑更加多樣化,因此,宏觀的教育目標調控并不適合不確定性因素較多的創客教育,而立足于每個學校的發展狀況來細化教育目標則是更好的一種近期發展的選擇?學校在構建創客教育課程體系時,應視當地社會?經濟發展的具體情況,結合本校的傳統和優勢?學生的興趣和需要,開發或選用適合本校的課程?[18]創客教育實際上是在杜威從“做中學”理論的指導下,以創造為核心,回歸到真實世界的學習過程?[19]那么要細化創客教育課程目標,應在考慮本校可用資源的基礎上,以學生動手創造為出發點設置校本體驗課程?在課程的不同階段細化其課程目標?首先,課程準備階段的目標是引導學生產生設計創意;其次,課程實驗階段的目標是使學生的創意具體化;再次,課程原型制作階段的目標則是幫助學生將創意轉變為現實;最后,課程整合反饋階段的目標則是學生互評與自評的交流?[20]總之,創客教育的開展可以根據每個學校的既有資源來有針對性地設計適合本校開設的創客課程,進而達到創客教育的課程目標?
(二)動員社會資源,構建創客學習空間
STEM教育的課程設置考慮的重點是不同學科的整合,[21]而創客教育重在培養學生動手實現創意的能力?但兩者對學生創新創造能力培養的初衷卻是將它們聯系在一起的紐帶?創客教育除了像STEM教育一樣可以靠課程設置的改革來促進其發展外,更重要的則是建立一個實體的創客學習空間?在建立適合創客教育的創客學習空間時,首先要充分利用創客教育的開放性,積極融合STEM教育中跨學科整合的知識,使STEM教育的跨學科知識成為創客教育的創作基礎?其次,創客學習空間的構建既需要考慮實驗條件,如創客空間的選址?預算?創作材料和網絡狀況等,也需要考慮制度方法,如創客項目的規章制度?教學方法和資源列表等?[22]除此之外,創客教育不僅應依賴學校的師資來實施,更需要來自社會各界的支持,從而充分利用社會資源,來幫助學生從課堂參與者轉變為主動創造者?創客教育本身就應充分利用其來自于社會的特性,深入社會,尋求校外合作,并最終服務于社會?
(三)加強校內外合作,建設創客教育師資
美國復合型STEM教師的培養無疑對我國創客教育教師的培養有重要的啟發作用,但創客教育在我國正處于起步階段,不管是教學資源還是財政支持方面,想要借鑒美國的經驗,都缺乏一定的現實基礎?那么在這樣一個探索階段,我國創客教育師資的培養則應更多地考慮整合社會資源,加強校內?校際以及與社會的合作,共同培養創客教育師資,促進創客教育的發展?創客教育需要大批能夠開設創客課程?指導學生創客活動的專業教師?當前,我國中小學都配備有信息技術教育師資,考慮其技術知識背景,以及現代化的教學離不開信息技術的運用等因素,[23]在創客教育還未普及發展,師資嚴重短缺的情況下,可將他們作為培養對象,使其成為學校開展創客教育的主力軍,待創客教育發展到一定階段后再組建專門的創客教育師資隊伍?具體來說,學校可根據自身財政情況?可用資源來設計創客教育師資培養方案,如開發包括創客相關概念?開源硬件的使用?虛擬平臺的配置等內容的創客教師培訓課程,并積極尋求社會力量的幫助,以促進創客教育師資的培養?
(四)融合STEM教育于創客教育,營造創客文化
廣義的創客教育應是一種以培育大眾創客精神為導向的教育形態?[24]現代化社會正從精英創造向大眾創造改變,而創客精神則可理解為由工匠精神發展而來,要實現這樣的轉變,無疑需要營造良好的創客文化?鑒于美國K-12階段STEM教育的發展已較為成熟,而且與創客教育有著共同的理論基礎與現實基礎,那么將STEM教育融合到創客教育中則不失為一種營造創客文化的有效途徑?因為在創客教育中STEM學科知識的應用顯得尤為重要,將STEM學科知識采取信息化的教學形式,依托創客學習空間,來激發創意,倡導學生利用各種工具資源創造產品,從而在學校營造濃厚的創客文化?在我國實施創新驅動發展戰略的時代背景下,重在培養學生的創造思維和創新意識的創客教育急需得到大力推動和發展?而創客教育與重在培養學生跨學科思維方式和科技創新能力的STEM教育無疑具有緊密聯系?因此,我們需要從美國K-12階段的STEM教育的改革發展中吸取經驗,積極構建適合我國國情的中小學創客教育體系?
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