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他山之石亦需眼见为实——浅析美国印第安纳州STEM教育的特点 2019-1-2 浏览量:1375

宁波市广济中心小学 狄勇

宁波市效实中学 钱昭媛

 

2018年12月,我们有幸参加了省教育厅组织的STEM教育培训团,前往美国印第安纳州学习。来到STEM教育的发源地,在用三周时间亲手掂量了这块“他山之石”后,我们总结了几条印州STEM教育的特点,罗列出来分享给大家。


   前瞻性   

印州对STEM人才的迫切需求与STEM人才培养的精耕细作形成了鲜明对比,这种矛盾却恰好体现了其前瞻性。作为《印第安纳州六年STEM行动计划》的主要制定者、劳斯莱斯的工程师以及学区董事会主席Reginald McGregor先生在介绍印州STEM教育时,直白地表达了企业对STEM人才的渴望。

 

 

他表示,在现代社会,工业能改变人类生活,提升生活质量,这要求工厂拥有大批高精尖工程师和技术人才。然而美国学生PISA测试成绩差,科学、技术、工程、数学能力偏弱,缺乏相应人才。为了解决这种悬殊的供需矛盾,企业必须回到教育,增强校企合作,让老师们明白企业需要怎样的人才。只有老师去培养学生的STEM技能,企业才能在将来获得具备批判性思维、能够解决问题、注重团队合作、动手能力强的复合型技术人才和高级工程师。这也是他关注和积极推动STEM教育的主要原因。

Edgewood 初中的做法则从另一个角度体现了满足人才缺口的前瞻性做法,他们着眼于未来女性工程师的培养。

 

 

借助社区里位列全球500强的人造骨骼企业的力量,在STEM教育中以女性工程师作为导师,为初中女生提供项目实践指导。在榜样和具体实践活动的引导下,为女生建立了对于理工方向的职业自信。

 

 

 

STEM相关技能被视作是印第安纳州当前和未来经济的基石。从小学乃至学前教育系统地渗透STEM课程,为女生定制STEM课程,这些基于社会未来需求导向的做法,显得务实且目光长远。


   融合性   

STEM的跨学科特征注定其具备鲜明的融合性特点。除了学科间的融合,我们在印州更多看到的是STEM课程与社区资源的融合、与教师兴趣特长的融合、以及与高校师范教育的融合。

1. 与社区资源的融合

在参访过程中,几乎所有的学校都有提及一家公司的名字——“礼来”。

 

 

这家总部位于印第安纳的美国制药公司,不但出资参与建造了Grace Collage这样的服务于社区教育的大型STEM项目,甚至也愿意躬身为Sand Creek小学的学生提供建造水族箱的资金和技术支持。 

 

 

 

“小画家”随手涂鸦

 

  

经过扫描,一条标着CHINA的彩色鱼儿就活灵活现游出来啦!

 

这些鱼会提供给学区里的学校教学使用

 

 

 

MM手中的小乌龟到访过多所学校,被好多小学生摸过,成了小朋友了解湖泊生态的大使。

Claypool小学身处农业区,因地制宜开展了播种机械设计的项目,并已购地着手开展农场实践基地建设计划。

 

在课堂上,我们看到了学校聘请当地水利方面专家开设农场污水治理方面的课程。

 

 

 

 

再如Washington小学,我们看到了其与社区里人造骨骼公司合作开发的3D打印课程,至于普渡理工高中的12个课程项目,更是全部来自社区里不同企业的真实问题。 

 

 

我们一直强调,STEM教育要基于真实问题,重视实践的过程。基于对印州学校的观察,我们认为与社区融合,会得到最贴近学生且最有实际意义的真实问题;或者说,与社区资源融合,是一种低成本且高效的实践融合途径。

 

2.与教师兴趣特长的融合

在SandCreek小学,这种融合方式得以淋漓尽致的体现。在面向全体学生的STEM课程基础上,这所小学基于教师个人兴趣爱好,还分别开设了基于木工、机器人、太阳能主题的STEM课程。

当我们走进阅读与写作教室,前一刻还在引导学生阅读的老师,转身兴致勃勃地向我们介绍起教室后面满墙的木工工具,以及各种他得意的木工作品,其中包括教室中间学生正趴着看书的大桌子和老师的椅子。

 

 

如果说这些木作稍显普通,那么老师带学生用木工手艺设计制作的抛石机、弓弩等作品,则把木工、数学、物理、工程、技术完美整合到了项目中。


 

 

这些仿造中世纪攻城武器的作品开放式地陈列在走廊的墙角里,对应的背景却是单调的绿色布景;原来老师的意图是可以让学生拍摄视频并进行后期制作,将投石机置于中世纪的真实“战斗”中。

 

 

这一来,历史、文学等学科的渗透也就水到渠成。

在另一工作室,老师向我们展示了他用mega作为主控复刻的星球大战的等比例R2D机器人。

 

 

许多学生基于对星球大战的迷恋间接地被吸引到了这位老师的课堂,老师的爱好成功激发了学生学习的内驱力。

来到紧邻操场的教室,我们看到老师带领学生实现了教室照明的太阳能供电,并已成功申请到了东芝公司的赞助,计划为全校输送太阳能电力。这个项目是老师个人主导发起的,因为得到了企业的赞助,学校甚至不需要什么投入。

 

 

东芝公司的项目认可证书被直接贴在了教室门口,成了这个班级以及这位老师引以为傲的标志。

 

 

可见学生的经历所蕴含的价值不仅仅是学科层面的,甚至包如何说服别人以获得项目投资。

SandCreek小学把STEM课程做得风生水起的同时,也让教师从中获得了莫大的乐趣与成就感。这种将教师个人的兴趣爱好作为学校STEM课程的资源予以挖掘的做法,打造了一种高效的STEM课程开发路径。

3.与高校师范教育的融合

虽然起步较早,但目前印州仍将本州的STEM教育定义为起步阶段。课程、师资依然是印州STEM教育亟需的资源。

 

普渡大学是全美排名靠前的理工科大学,作为印州本土开办的大学,其教育学院亦认识到了当地学校开展STEM教育面临的各种问题,并给予了印州当地学校不遗余力的引领与支持。普渡大学教育学院的研究项目不仅限于学术研究,也包括到附近学校做具体研究项目。每个项目都由学生、教授与当地学校的师生一起进行项目合作。Lynn Bryan教授坦言,如果没有周边合作学校,项目无法进行下去。

 

普渡大学教育学院STEM项目学区合作点图示

 

到当地学校进行课堂实践是普渡大学教育学院培训STEM师资中关键的一步,并直接与奖学金关联。显而易见,作为“教学实践基地”,当地学校将理所当然地获得了由普渡大学开发的STEM课程。普渡大学教育学院的本科生、研究生教学流程直接带动着前沿STEM理念与课程的快速转化。


   全员性   

在国内,STEM教育基本徘徊在面向部分学生的选修课、社团课,甚至是展示汇报课层面,属于“小灶”范畴。印州的STEM课程,在公立学校体系中是真正做到了面向全体学生,做成了“家常菜”,具有鲜明的全员性特点。

1.STEM是日常教学的一部分

Warsaw学区的Washington小学是印州STEM教育认证学校。我们在这所学校见到了STEM课程开设理想化的状态,STEM课程融入了我们推门而入的每一间教室。

 

我们看到学生们嚼着饼干掌握了月相的知识

 

玩着机器人演练了加减法

 

用纸板DIY电路暗箱,每进一间教室都是令人惊叹的脑洞大开。

虽然并不是所有的学校都能做到Washington小学的深度,但从广度而言,因为有州标准以及《印第安纳州六年STEM行动计划》这些刚性要求,努力让每个孩子在日常教学中经历STEM课程,是印州公立学校的普遍做法。

2.STEM的氛围渗透到学校环境的细节之中。

印州的校园文化布置令人印象深刻。内容丰富、个性鲜明,但又不杂乱。其一大特点是内容大多源自学生,提供给所有孩子展示的机会;另一特点是STEM是学校布置的重要元素。 

 

Sand Creek小学门厅里有养着活体珊瑚、海葵以及热带鱼的大型水族箱(小朋友身后发出悠悠蓝光的就是)。戳下面的视频随意感受下~~~


礼来公司负责出资建造,但维护由学生负责。这点在项目申请之初就已确立。

 

学生做的投石机等STEM作品开放展示在走廊以便学生观察体验。

视频中的小女孩在投射成功后极其兴奋,因为这个装置发射成功率很低,虽然他们已经做了各种改进。

 

 

Amy Beverland小学教室里同时饲养着大蜘蛛、蜥蜴、乌龟,课间观察这些小动物就相当于放松眼睛做眼保健操了。

 

Washington小学STEM实验室虽然有门,但两扇门是透明的车库门,在迁移车库文化的同时,也可以让孩子们看到里面的作品、设备以及进行中的课堂教学。

 

如果不是出于实验室设备操作安全的考虑,他们可能会把这两扇透明的车库门也给拆了,因为对门的乐高实验室就是完全敞开的状态。

本次培训参访过的所有学校,都以近乎“铺天盖地”的形式展示着学生的创意设计、好玩的作品、过程的记录。

 

 

 

在我们看来,这些“生长型”的校园布置,不但给学校带来了勃勃生机,也给孩子们提供了记录STEM学习过程、获取STEM学习的乐趣、互相碰撞思想,迸发灵感火花的机会。

3.数字化资源恰到好处而又高效地全员运用

在美国,“减免午餐比”是侧面反映学校所处学区收入水平的典型指标。我们访问过的学校里,有付费午餐人数占比仅42%的学校(普渡大学理工高中),也有付费午餐比高达77%的学校(sandcreek小学)。但这不影响学生人手一台笔记本电脑的标配。

 

 

对于笔记本电脑,学生拥有整个学段的免费使用权,并且可以带回家。在有的学校,我们还见到了笔记本和ipad的双重配置,并且学生能够同时熟练地使用这两个设备。

 

我们在观察中发现,从一年级开始,老师就开始引导学生通过数字化资源学习,这些数字化工具、平台,如同纸笔一样成为了学生信手拈来的学习工具。

 

Washington小学四年级的学生一边操作着ipad上的仿真电路APP,一边据此制作演讲用的PPT;

 

 

Sandcreek小学的小朋友用ipad给机器人编程,尝试着挑战避障、抛石等任务;AmyBeverland小学“旁听”我们与美国老师交流的一个男生,甚至直接在现场用翻译软件与我们开始了交流,并跟着从网上现找来的培训课程学起了中文,这学习能力和社交能力实数一流。

 

就是左边扭头看向我们的小哥

 

他的电脑屏幕正在播放汉语教程

 

可见,数字化资源恰到好处而又高效地全员运用,已经称为了印州STEM课程开展的前提和基础。


   发展性   

《印第安纳州六年STEM行动计划》的孕育经历了3年起草,3年专家认证的漫长过程。前后长达6年的制定周期,产出的计划有效期也仅有6年。从阶段性目标而言,印州的6年计划是激进的。但从6年的计划有效期看,印州的计划又是谨慎的,这其实是基于印州STEM教育发展性特点的考虑。

普渡大学Lynn Bryan教授在介绍教育标准时,提及对于STEM,现在仍旧并没有一个确定的定义,目前呈现的是一个发展中的定义,会不断修正和完善。

具体到一些学校,立足于学校自身条件,STEM课程也是处于探索与发展的阶段。以课程整合方式为例,有的学校将STEM作为一门专门的课程进行开设,甚至有专门挂牌的STEM教室。

 

Amy Beverland小学就是这种情形,该校虽然有STEM教育的骨干教师引领,但显然还没有能力将STEM自然地渗透到原有的单科中,依然处于积累与起步的阶段。有的学校,例如Sand Creek小学和Washington小学,则初步尝试了将STEM课程自然地融入到各学科当中,从一年级开始培养学生基于PBL的学习习惯,强化数字化资源恰到好处的应用。

 

1:1的笔记本电脑配置

 

 

为了确保高负荷使用时电池的续航,还备有额外的后备电源。

但需要提及的是,他们目前一些成熟的课程,已经经历了至少4年,甚至长达10年的持续研究和改进。发展性既是印州STEM教育的典型特点,也是STEM教育的必然规律。给予STEM教育发展必要的时空条件也应是我们开展STEM教育必须要有的意识。


    小结    

既然STEM教育讲求实证,那么我们在探寻道路上也应有这样的态度,他山之石亦需眼见为实。

印州STEM教育让我们看到,理想的STEM教育应该是一种教学方法,而非一门独立的课程;目标是如同Washington小学那样打破学科边界,将STEM的理念渗透于学校的日常教学中。然而能达到Washington小学这样水准的STEM认证学校,在已尝试STEM教育多年的印州,依然为数不多。印州教育部门制订的《印第安纳州六年STEM行动计划》预期到2025年,为印州所有K-12年级的学生普及STEM教育。6年的时间不短,这是耐心也是决心。 

 

我们应该正视STEM与国内教育环境之间的鸿沟,但同时也应该坚信“唯有行动可以解除所有不安!”。作为一线教师,若认定其是真正有利于学生的,是光明的,那就值得我们多实践,多积累案例,为STEM教育适应水土生根发芽(不敢说开花结果),做些务实的工作。

 

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