面向新时代的科学教育：STEM教育与研究（下）
教育
科学
2024-06-04 14:51
北京
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（1. 美国纽约州立大学布法罗分校教育学院；2. 首都师范大学教育学院）
柳秀峰，美国纽约州立大学布法罗分校科学教育杰出教授，美国科学促进会（AAAS）会员。在STEM教育的测量和评估、Rasch测量的应用，以及学生对物质和能量的长期概念发展等密切相关的领域进行研究。目前担任《科学教学研究》杂志副主编、《学科与跨学科科学教育研究》杂志联合主编。![]()
STEM教育研究
随着STEM教育的迅速发展，对于STEM教育的学术研究也逐步发展起来。《STEM教育：创新与研究杂志》（Journal of STEM Education: Innovations and Research）旨在“在科学、数学、工程和技术的各个层面上推动高质量教育”。该杂志强调现实世界的案例研究，重点关注与STEM从业者相关的重要问题。《国际STEM教育杂志》（International Journal of STEM Education）创刊于2014年8月，是一本关注学科内容教育的多学科期刊，重点关注科学、技术、工程和数学（STEM）的教学和学习研究。此外，2018年12月创刊的《STEM教育研究期刊》（Journal for STEM Education Research）是一本关注跨学科内容学习的期刊，专注于STEM教育研究，旨在推动STEM教育研究作为一个独特领域的发展。由北京师范大学主办的《学科与跨学科科学教育研究》（Disciplinary and Interdisciplinary Science Education Research，DISER）于2019年11月创刊，旨在推动科学学科内部及跨学科教育的学术研究和教育实践。为了反映STEM教育研究领域的飞速发展，世界上最具影响力的教育百科全书，由爱思唯尔出版的《国际教育百科全书》（第四版），特别增加了1卷（第11卷）专门讨论STEM教育[14]。这一新增卷集结了来自澳大利亚、加拿大、中国、芬兰、中国香港、爱尔兰、以色列、瑞典及美国等国家（地区）学者的智慧，涉及STEM教育的理论基础、STEM教育方法、STEM教师教育、STEM教育中的公平与包容、学生的STEM职业期望、STEM教育的测量与评价，涵盖了文献综述、历史叙述、实证研究，以及研究者对其最近研究成果的总结等多种形式，从多元理论和方法论视角深入探讨和剖析了各个主题。STEM教育是一个新兴的研究领域，还需要大量实证研究，以下是一些重要的研究方向示例。STEM教育研究与发展的整合性和通用语言 目前尚未形成对STEM教育定义的普遍共识。虽然在这一研究领域中存在多种关于STEM教育的观点是有益的，但对其本质特征的共识将有助于积累STEM教育相关的知识和经验。这种共识最终可形成一些通用的语言和专业术语，以用于报告和讨论STEM教育的相关研究。对于任何新兴研究领域而言，从一个分散的研究状态到一个更为连贯和系统的研究状态的过渡，都是其发展过程中的必经之路。有效的STEM教育方法及其效果机制 尽管存在多种STEM教育方法（本文仅介绍了其中的3种），但是目前对于这些方法的有效性进行的实证研究还相当有限。为了促进STEM教育发展，迫切需要开展研究以比较不同教育方法的有效性，并深入理解在哪些特定条件下，对不同学生群体而言，哪些特定方法是有效的。与这一研究方向紧密相关的是还需要明确STEM教育中学生重要的学习成果。STEM学习成果的测量（包括思维、兴趣和身份） 为了有效评估不同STEM教育方法的成效，还需要开展关于测量学生在STEM教育相关领域中重要学习成果的研究。虽然已有研究关注了对学生STEM知识、理解、兴趣、职业抱负和身份等方面的评估，但现阶段仍迫切需要开发更为有效、可靠和公平的测量工具，这将极大地促进STEM教育定量研究的发展。STEM学习成果的纵向研究（如身份和STEM职业兴趣） STEM教育的一个核心目标是促进学生STEM身份的形成和职业兴趣的发展。然而，目前的研究大多局限于较短时间跨度，如1个教学单元、1个学期或至多1个学年。我们需要开展跨越多年的纵向研究，理想情况下从小学阶段一直到高中毕业，以评估STEM教育是否实现了其设定的目标，诸如推动学生的STEM身份和职业抱负的发展等。这类纵向研究同样需要长期的STEM教育干预措施，同时也需要标准化的测量工具评估诸如STEM教育身份这样的特定概念在长时间跨度上的发展变化。为所有背景的学生创造STEM学习机会 STEM教育应该面向全体学生。鉴于STEM教育需要大量资源，当前STEM教育项目主要集中于资源充足的私立和公立学校。来自不同种族、民族和地域的学生在接受STEM教育机会方面存在巨大差距，因此我们有必要努力缩小并最终消除这种差距。为实现这一目标，政府的投资至关重要，同时还需要与工业、商业及非政府组织等方面建立合作关系。STEM单科学习和综合STEM学习之间的协调与协同 STEM教育的目的在于强化和扩展传统的学科学习。尽管综合STEM教育侧重于跨学科的学习成果，如培养STEM身份和职业兴趣，但跨学科学习不应独立于学科学习进行。有效的STEM教育需要在STEM单科学习与综合STEM学习之间实现协调和相互补充。初步研究成果表明，学生在综合STEM学习与科学、工程学习之间互为补益。但目前关于综合STEM学习和数学学习之间互利关系的研究证据较少。因此，我们需要更深入地研究拓展对综合STEM学习与科学、技术、工程和数学学科学习之间关系的理解。在设计和实施STEM教育方面教师的有效专业发展 STEM教育要求教师具备跨学科科学和教育学专业知识。然而，当前的科学教师教育大多仍然主要以学科为基础，如生物教育、化学教育等，尤其是在中学教育阶段。用于培养STEM职前教师的课程相对较少。为了在K—12学段的学校实施STEM教育，除了开发STEM职前教师教育课程外，学科科学教师的专业发展也极为重要。当前，已有大量研究关注教师专业发展的有效性。考虑到实施综合STEM教育的独特需求，有必要研究有效的STEM教育教师专业发展项目的独特特征。例如让教师参与科学、工程和医学领域的跨学科研究是否能有效提升科学和数学教师对STEM跨学科性的理解？这种增进的理解如何转化为学生STEM教学内容知识，进而提高学生在综合STEM学习方面的结果？
参考文献
[14] Liu X, Wang L. Introduction[A]. In: Liu X, Wang L, eds. Volume 11 - The rise of STEM education. In: Tierney R, Rizvi F, Ercikan K, Smith G, eds. International Encyclopedia of Education (4th edition)[C]. Oxford, UK: Elsevier, 2023.■
内容编辑 | 孟想
来源 | 《中国科技教育》2024-2
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