跨学科STEM课程的趋势、问题和可能性

编译：麦娟漫 东南大学脑与学习科学系

研究生导师：李骏扬

作者：Victoria Millar

        【摘要】：在过去十年中，STEM一词在国际上越来越多地被使用，并开始代表一系列问题的解决方案。在教育领域，STEM被转化为一个课程组织者，用来吸引和留住学生，并以跨学科和技能为重点。本文以STEM课程为重点，调查导致当前对STEM解释的影响，以及该课程提出的认识论问题、紧张关系和其他问题。本文通过对以往和当前课程活动和辩论的考虑，提出了关于STEM课程在考虑未来可能方向之前，所采取的基本假设、形式和重点的问题。

        【关键词】：课程、跨学科、认识论、STEM

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导言

        STEM一词是科学、技术、工程和数学四个领域的统称，在过去10至20年中，在国际上的地位日益突出，现多用于讨论经济繁荣、劳动力市场、研究和创新以及教育，代表了广泛的目的和问题。

        本文将主要关注澳大利亚的情况，首先试图调查导致当前对学校STEM课程的解释、其多重目的和结构要求的影响，以了解其试图实现的目标。其次，本文借鉴了教育社会学、课程理论和以往实施类似课程的尝试，探讨了实施此类课程所产生的认识论问题和可能的问题。特别是，本文利用Bernstein的工作，考虑知识、课程的结构以及社会文化对课程的影响。然后，Bernstein和其他人的工作被用于考虑之前实施课程的尝试，这些课程侧重于通用技能（如昆士兰新基础）以及跨学科（如科学技术社会运动）。课程作为本文的重点，因为课程是教育的核心“信息系统”，反映了特定时间有效知识的“重要内容”。

        课程不是静态的，而是反映了在特定时间作为有效知识的“重要内容”，并不断受到争议和演变。根据之前的课程运动和理论，本文将采用本文第一部分中提出的STEM理念，考虑重新构建课堂STEM课程的一些含义和问题。正如文章所讨论这样，STEM课程其中一种解释是试图超越科学、技术、工程和数学的传统孤立学科教学，就STEM而言，需要考虑如何从跨学科中选择专家知识并将其转化为STEM课程。

        作为一种考虑各个试图控制STEM课程开发的社会团体的方式，以下章节将探讨导致STEM课程兴起的主要论点。

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STEM在政府和行业政策和讨论文

件中的兴起

        STEM在学校教育中的兴起可归因于一系列影响，本节将探讨STEM课程如何在政府和行业团体中定位，以提供一系列相关问题的解决方案。

        在澳大利亚和国际上，随着“知识经济”在政府话语和政策文件中的崛起，政府对教育的兴趣和投资越来越大，他们希望确保他们有受过教育的公民承担生产性经济所需的知识工作。如下摘录于澳大利亚政府和行业文件：科学和创新在国际上被认为是提高生产力、创造更多更好的就业机会、增强竞争力和发展经济的关键。澳大利亚的生产力和竞争力面临巨大压力，应对21世纪经济发展新挑战的一个关键方法是发展国家技能基础——特别是学校毕业生的科学、技术、工程和数学（STEM）技能。

        在澳大利亚，学校教育的管理与众不同。联邦政府对学校教育的权力有限，因为学校教育的管理权属于州政府，也就是说，州政府的征税权力有限，因此联邦政府利用这一财政机制来推动学校的某些特定目的。近年来，澳大利亚学校教育最重要的发展之一是制定了国家课程，而国家权力也意味着各州对国家课程的解释和制定有所不同。由于这些原因，STEM和单独的STEM受试者的纳入在各州有所不同，国家和州课程中的科学和数学分别被列为两个不同的学习领域，技术和工程都属于学习领域设计和技术。

        国家和州课程机构鼓励将不同的STEM学习领域从学校教育开始到第十学年结束进行整合；然而，如何开展这项工作在很大程度上取决于个别学校。最后两年的学校教育，即11年和12年，学生通常为16-18岁，包括高中证书，每个州都有不同的名字。高中证书要求学生选择一些科目，在这个水平上，由于高风险的期末考试是以科目为基础的，所以跨科目的整合很少发生。在这最后两年中，科学、工程和技术在澳大利亚的任何州都不是强制性的。在一些州，数学在12年级结束之前是必修课，这意味着许多学生在16岁之后不学习任何STEM课程，或者可能只学习数学。

        在澳大利亚，一个引起关注的趋势是：在过去20年中，参加高中STEM课程（高等数学、物理和化学）的学生数量下降或停滞。这与毕业后STEM科目的低接受率相关，其中包括这些科目的感知难度，以及学生如何平衡难度与高中阶段提供的更广泛科目的实用价值。这种感知的差距和对培养足够的STEM毕业生以供应未来STEM劳动力市场的担忧。政府和行业团体呼吁确保未来有适当数量的STEM毕业生进入劳动力市场，这与教育技能的相关关注并行。

        下一节将探讨这一重点是如何产生的，以及它与学校STEM课程的具体关系。

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呼吁在STEM课程中注重技能培养

和跨学科性

        与大多数国家一样，澳大利亚经历了多次课程迭代，其各州都有自己的课程和独特的课程历史，反映了不同的州和联邦政策和趋势。有人认为传统的基于学科的课程不能再为学生提供他们所需要的，思考如何为学生提供最佳教育以应对不断变化的全球和技术环境的常见方法是考虑传统科目的替代基础。在这类辩论中出现了一系列替代方案，通常侧重于学习通用技能（也称为通用模式、能力、二十一世纪技能、可转移技能），同时或优先于基于学科的知识。

        从小学到高等教育，使用课程和评估标准，促进长期技能的发展，包括定量技能、批判性思维、创造力、行为和社会技能，与学科知识并行。批判性思维和问题解决、分析能力、好奇心和想象力都被确定为未来工作场所的关键“生存技能”。在讨论需要更广泛地关注教育和课程更新中的技能时，通常会提出跨学科，作为传统学科课程的替代方案，以及更容易发展被视为可取的技能的结构。下一节将更全面地探讨跨学科的驱动因素。

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跨学科的原因

        跨学科的呼吁在教育领域并不新鲜，然而，跨学科研究的重点和原因随着时间的推移发生了变化。鉴于围绕技能、解决当前重大问题和为未来工作做好准备的讨论，以及当前跨学科STEM的发展趋势，可以说，STEM的工具推动是存在的，如前一节所示，主要由政府和行业推动。尽管改革STEM课程的工具性理由显而易见，但政府和行业并不是对STEM课程有影响的唯一团体，重振STEM课程也来自STEM教育社区本身。这对于学校数学和科学尤其如此，因为它们作为课程中的科目有着悠久的历史。

        数学和科学教育领域的许多人长期以来一直主张在学校中摆脱传统的以教师为中心的STEM课程教学法。传统的科学教学被描述为“结论的修辞”，不允许学生理解如何以及为什么我们应该相信“科学世界观”，并远离传统的科学和数学教学。之后通过尝试各种课程设置，如更加注重建构主义、探究或基于问题的方法、基于情境的学习和整合，以提高学生参与、学习和保持能力。

        Bernstein将生产、再文本化和复制领域描述为“斗争的舞台”，其中不同的群体都试图控制设备。在这一点上，本文表明，在澳大利亚当前STEM课程中投资的影响和群体的范围导致了一种课程，该课程试图为来自一系列群体的多个共存议程提供解决方案。因此，STEM在学校环境中已成为一个课程组织者，服务于一系列目的，并由通用技能、跨学科和就业能力的讨论主导。以下各节将探讨对学校的解释和实施STEM课程的影响。

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课程的目的和学校的学习

        虽然跨学科STEM课程是一个相对较新的现象，并有其自身的特点，但在科学和数学教育中追求跨学科课程并非新鲜事。例如，John Dewey谈到了孤立地学习一门学科的问题，从那时起，学校中学课程中出现了许多走向和远离跨学科的举措。这种反复出现的课程强调以及实施此类课程的多次尝试，证明了找到正确的课程的道路是多么困难。

        今后将考虑转向更注重技能的跨学科STEM课程的问题，以及实施此类课程的一些困难。本文的其余部分将试图解决这里出现的一些问题。首先，什么是跨学科课程，一般技能适合哪里；其次是实施跨学科课程的问题；最后，STEM课程的这一版本能否满足其试图解决的多个问题？

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学科性和跨学科性 

        学科内部工作的多样性和学科本身性质的变化，学科并不总是完全符合类型学，但广义而言，数学和科学被视为纯学科，而工程和技术被视为应用学科。这种类型学虽然并不完美，但却是一种有用的方法，可以用来考虑学科追求知识和对知识做出价值判断的方式的一些关键差异。

        跨学科的许多讨论都基于统一和综合、可转移或通用技能以及超越学科边界的需要。跨学科性是一个容易使人混乱的术语，为了理解跨学科性，出现了大量术语，如综合、整合、跨学科和多学科，用以试图区分和描述可称为跨学科的广泛研究。澳大利亚和国际上的中学教师大多来自强大的学科背景，往往倾向于强烈认同其学科和学科领域。跨学科STEM课程的讨论并不总是承认跨学科工作的认识论障碍，以及跨学科课程开发和教学合作者如何克服这些障碍。跨越学科边界的对话需要愿意学习彼此的学科知识、数据收集、分析和语言技术。跨学科合作取决于相互理解学科的承诺。这为跨学科项目中的所有参与者提供了一个重要的认识论边界，并解释了整合程度随时间变化的原因。

        学科和学科领域的整合不是直接的，而是一个复杂和动态的认知过程，随着时间的推移而发生，并具有强大的社会影响力。学科和学科如何相互作用没有单一的模式，跨学科工作的整合水平随着教师对课程更加熟悉而不断变化，这使得定义跨学科性变得困难。下一节探讨了跨学科STEM课程的内容，调查了课程中知识和技能的讨论，以及如何为跨学科构建课程。

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跨学科STEM课程应包括哪些内容？

        在支持和反对课程改革的争论中，重点主要集中在学习者以及课程和社会变革的关系或与知识的社会关系。这导致缺乏对知识本身的重视，以及为什么课程中包含特定类型的知识。例如，澳大利亚的课程就是如此。虽然也有人对这种“知识转向”提出了担忧，但可以说，关于跨学科STEM课程的讨论和研究并不倾向于解决此类课程中应包含哪些知识的问题，特别是在特定工作单元之外。在跨学科STEM课程中教授的知识类型，除了特定单元的例子和主题标题之外，并不总是得到解决，相反，有一种倾向是侧重于教学技术，例如，工程设计过程或被认为是跨学科学习产生的有益技能。

        最后两部分表明，在走向跨学科和更注重技能的STEM课程的过程中，存在一些严重的认识论和社会影响。然而，这些并非不可能克服，如果这种课程要真正成功地让所有学生参与STEM，就需要考虑这些问题。

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结论

        关于课程的讨论提出了关于教育是为了什么的问题，这涉及身份、知识建设和认识论的问题，以及关于什么应该被纳入课程以及什么被排除在外的争论。澳大利亚和国际上跨学科STEM课程的当前趋势揭示了一系列的目的，这些目的有时相互补充，有时相互冲突。这些目的提供了可能性和紧张关系，同时也表明，对于STEM课程的益处，存在着许多不容置疑的假设。

        本文的目的是调查当前导致对学校STEM课程解释的各种影响，以及实施此类课程可能产生的问题。本文件提出的问题可能比回答的问题更多。这样的目的不是要放弃不同类型的STEM课程，而是提出这样一种可能性，即课程变化可能会带来一些非常实际的困难。这些困难需要进一步研究和考虑。论文提出了知识和技能、学科和跨学科之间的相互作用和紧张关系的问题，以及这些问题如何需要获得认识论，以及如何朝着一个或另一个方向发展，是否让特定社会群体参与STEM。

        特别提出了两种途径，可从进一步探索中受益：第一个途径是表达特定跨学科学习对世界的独特理解的能力。第二条途径涉及如何最好地开展跨学科学习，注意本文提出的一些认识论问题。这里需要考虑不同STEM学科的独特认识论以及知识深度和广度之间的时间性和相互作用。在最基本的层面上，与工程和技术的应用学科相比，科学和数学的纯学科如何整合？对于教师和学生来说，时间在理解和整合来自一系列学科的知识、数据收集、分析和语言技术方面的作用是什么？我们如何平衡发展跨学科理解所需的知识深度和广度，同时又不失去学科的价值？通过这两种途径，必须考虑课程结构的变化是否会对特定学生群体不利。

        课程改革的历史表明，改变是困难的。如果STEM要取得成功，就需要对这些复杂问题有更深入的理解，同时政府和教育部门也要有更长期的意愿，为教师和课程开发人员投入所需的时间，以应对由此产生的诸多紧张和复杂问题。

        本文是Victoria Millar学者于2020年发表于Springer Nature（斯普林格自然）的论文。

        DOI：https://doi.org/10.1007/s11191-020-00144-4