下载文档原格式
广东教育·综合2019年第4期美国K-12阶段STEM 整合教育的观察与思考文/惠州学院地理旅游学院朱寰深圳市光明区马山头学校朱建山交流C STEM 即科学、技术、工程、数学的英文首字母组合的简称，于20世纪80年代兴起于美国，是美国为了应对未来挑战而提出的国家发展战略。
对于STEM 教育的内涵，有人认为STEM 教育是课程，有人认为STEM 教育是一种理念，尽管人们至今尚未达成共识，但STEM 教育倡导问题解决驱动的跨学科整合学习已经成为共识，也逐渐成为研究热点，而如何实现STEM 教育的跨学科整合也成为当前一个普遍难点。
21世纪以来，随着艺术（Art ）在发展学生创造性和批判性思维等方面的作用日益显现，逐步出现了STEM+Art 理念，初步形成了“以数学为基础，通过工程和艺术理解科学和技术”的STEAM 教育，STEM 教育的内涵不断发展完善。
2015年的《STEM 教育法（2015）》，将计算机科学也纳入STEM 教育，从STEM 教育到STEAM 教育再到STREAM 教育，STEAM 教育的内涵不断丰富，“STEM+”的观念逐步形成。
2018年11月，我们参加了广东省教育厅主办的“高中课程改革与课堂教学创新———广东省中小学新一轮‘百千万人才培养工程’高中名教师培养对象赴美研修”活动。
21天研修中，我们参访了14所中小学（2个学区），聆听了来自明尼苏达等大学专家教授的8场讲座，对美国中小学的STEM 教育有了较深入的了解。
一、美国K-12阶段STEM 整合教育的模式通过少数跨学科大概念整合学科知识，促进学生实践，实现对重要原理的深入探索及概念理解的逐级发展，这是美国STEM 整合的一大特色。
1.横向整合模式所谓横向整合模式是指跨学科、跨领域的课程整合模式。
在美国政府颁发的《下一代科学教育标准》（NGSS ）中，以表现期望为核心，使用“表现期望+基础盒子+连接盒子”的呈现方式实现整合。
STEM教育研究——美国K-12阶段课程改革新关注STEM教育研究——美国K-12阶段课程改革新关注STEM，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的英文缩写，作为一种综合性的教育模式，近年来在全球范围内引起了广泛的关注。
特别是在美国的K-12阶段，STEM教育改革成为教学领域的热点话题。
本文将探讨美国K-12阶段STEM教育研究的最新进展以及相关课程改革所面临的挑战和问题。
近年来，全球范围内STEM教育的兴起主要受到数字技术和信息时代的影响。
数字技术的迅猛发展对社会产业结构和就业市场带来了巨大的变革，这也使得科学、技术、工程和数学等专业变得越来越重要。
为了培养具备创新思维、解决问题、团队协作和信息素养等综合能力的人才，STEM教育开始逐渐被各国教育部门重视和推广。
美国作为科学技术领域的领先国家，早在20世纪80年代就开始探索STEM教育的相关研究和实践。
美国的K-12阶段教育是指从幼儿园（Kindergarten）到高中（12th Grade）的教育体系，其中包括了小学（Elementary School）、中学（Middle School）和初中（High School）。
在美国，STEM教育研究的主要目标是培养学生对科学、技术、工程和数学的兴趣，并提升他们在这些领域的能力。
研究表明，涉及STEM领域的课程能够促进学生的创造力、理论思考和实际动手能力的发展，对于学生未来的学业和职业发展也具有重要的影响。
针对K-12阶段的STEM教育，美国的课程改革主要包括以下几个方面的关注点：首先，强调跨学科的整合。
传统的教学方法强调学科之间的分割，而STEM教育则强调科学、技术、工程和数学几个学科之间的整合。
通过跨学科的整合，学生能够更好地理解科学原理、技术应用、工程设计和数学推理之间的关系。
其次，注重实践性学习。
STEM教育鼓励学生通过实践活动来学习，例如实验、观察、建模和设计等。
矫娜／内蒙古师范大学教育科学学院在读硕士（内蒙古呼和浩特010020）。
Ａｕｇ．２０１４Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．１５长春教育学院学报Journal of Changchun Education Institute 2014年8月第30卷第15期“实践、跨学科概念与核心概念”是美国2011年7月颁布的《K-12年级科学教育框架》中的最主要内容，该文件是根据当前的教育形式为其后要颁布的“新的科学教育标准”提供制定维度上的限定，打破以往美国传统上的教育分权状况———由各州根据自身情况制定教育标准，鲜明地体现了该文件的权威性和指导性。
美国著名科学教育专家约瑟夫·科瑞柴夫对为什么要制定《科学教育框架》曾说过，作为一种文化财富，科学技术应该为所有人所共享。
在现代社会，科学技术已经渗透到社会生活的方方面面。
如果缺乏对科学的很好理解，一个人就不能参与公共政策并做出正确的决定。
正是基于这种对科学的重视，使美国的科学技术领域发展动力孜孜不倦，科学技术人才培养蒸蒸日上，保持了教育的前瞻性，紧跟科学发展的脚步，充分发挥了教育先行的功用。
一、关于《框架》三个维度的探讨1.实践。
事实上，“实践”这部分在框架中的具体解释是“科学与工程实践”。
这一理念是强调了核心概念与实践的密切性，认为实践是进行核心概念的最有效的学习途径，教师可以通过一定的引导让学生在科学与工程的实践活动中去体会并把握核心概念，逐步掌握核心概念的学习方法。
有助于学生从基础教育阶段习惯于这种学习过程，在今后的教育阶段形成对科学知识学习的有效理解和应用。
另外，实践这一手段对于学生掌握整个科学课程的知识体系也是有益的，因为科学是一门应用性极强的门类，如果把它的知识系统仅仅体现在书本或者课堂之中，那么它将是苍白无力的，例如：在课堂上，我们从语文知识的学习中可以体会到文学的优美和用词的精妙；从美术和音乐的学习中可以在视听感官上理解艺术的博大精深。
但是，“科学”无法让我们只拘泥在书本和纸笔中就能体会到它的精髓，从最基本的观察再到现在所提倡的实践，都需要我们走出“传统”。
20工程教育是促进教育、科技和人才高质量发展的重要途径。
2023年5月，教育部等十八部门联合印发了《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》，提出中小学应统筹规划科学教育与工程教育，在活动设计中体现实践性和综合性。
《义务教育科学课程标准（2022年版）》也列出了技术与工程领域的学科核心概念。
美国在K-12阶段的工程教育实践中积累了丰富的经验，在课程建设、教学与评价、支持保障等方面形成了较为成熟的模式，或可为我国基础教育阶段开展工程教育提供有益参考。
美国K-12工程教育的理论与实践经验工程教育的课程设计工程教育本身具有较强的实践性和综合性，因此目前美国K-12工程类课程在课程目标、课程内容和教学策略等方面表现出了较大的差异。
以“设计未来的新泽西”（Engineering Our Future New Jersey）项目为例，它是由斯蒂文斯理工学院的科学与工程教育创新中心联合波士顿科学博物馆共同发起的，旨在开发一系列适合新泽西州K-12不同学段学生的工程教育课程：小学阶段以水和风为主题，课程内容涵盖环境工程和机械工程等；初中阶段以玩具设计挑战活动为载体，课程内容涵盖力学和运动学等领域的知识；高中阶段以流体、热力系统、电气系统等为主题单元，学生在轮船和变速风扇的设计活动中学习相关领域的专业知识。
实践结果表明，专门的工程教育课程能够促进学生对相关概念和知识的理解，提高学生学习的自我效能。
来自美国威斯康星大学的韦尔蒂教授在收集整理了大量工程课程案例的基础上，深度分析总结了其中蕴含的关键特征，最终提出了针对K-12阶段工程教育课程的“珠线模型”（如上图所示）。
其中，“珠”代表工程类课程所涵盖的内容主题，比如磁悬浮列车、数码设备以及各类手工制作活动等。
穿过珠子的“线”代表工程类课程所蕴含的学科核心概念和过程性技能。
其中，“科学”“数学”和“技术”三条线代表了工程教育涉及的学科领域，它们之间有着紧密联系。
首先，学生需要在工程设计过程中收集、分析、解释和呈现数据。
2012《k-12科学教育框架》的核心素养随着科技的不断发展和社会的不断进步，科学教育在各个国家的教育体系中占据着重要的地位。
而作为美国教育体系中的重要组成部分，2012《k-12科学教育框架》更是成为了美国科学教育的重要指导性文件。
该框架从学生的角度出发，对K-12科学教育中的核心素养进行了全面而深刻的探讨和界定，为科学教育的发展提供了重要的参考依据。
一、科学实践能力《k-12科学教育框架》明确指出，科学实践能力是科学教育中的核心素养之一。
这包括了科学实验、观察、提问、解释现象等一系列实际操作。
在科学实践中，学生需要掌握观察和记录现象的能力，进行实验和数据分析的能力，以及根据所获得的实验结果进行推断和解释的能力。
通过这些科学实践的能力培养，学生能够更好地理解科学的本质和科学研究的方法，为其未来的科学学习打下重要的基础。
二、科学知识除了科学实践能力外，科学知识也是《k-12科学教育框架》中的另一个核心素养。
科学知识包括科学领域的基本概念、科学发现和科学理论等。
在科学课程中，学生需要系统地学习和掌握这些知识，并能够将其应用到实际问题中。
学生还需要了解科学知识的发展历程、科学家们的探索精神，以及科学技术对社会发展的重要作用。
通过这样的科学知识的学习，学生能够在日常生活和未来职业中更好地运用科学知识，增强自己的科学素养。
三、科学交流能力除了科学实践能力和科学知识外，《k-12科学教育框架》还强调了科学交流能力的重要性。
科学交流包括学生能够理解和表达科学概念、进行科学讨论、撰写科学报告等一系列交流活动。
通过这一核心素养的培养，学生不仅能够更好地理解和掌握科学知识，还能够将自己的科学想法和发现与他人进行共享和交流。
这为学生的合作学习、批判性思维和学术交流能力的提高提供了重要的支持。
四、跨学科的科学思维《k-12科学教育框架》还强调了跨学科的科学思维的重要性。
这种科学思维包括了整体性思维、系统性思维、模型思维等。
•8•生物学教学2019年（第44卷）第5期美国NGSS经典生物学单元案例的分析及启示汪亦楠朱育芳胡桂平*（江西师范大学生命^学学院南昌330022）摘要本文选取美国《下一代科学教育标准》的一个高中生物学经典单元案例进行研究和分析，发现其课程内容的设计与教学实施均重视核心概念和跨学科概念的渗透，并具有真实问题情境探究的进阶学习特点,对我国中学生物学教师落实学科核心素养的教学很有启发。
关键词NGSS生物学教学生物进化案例研究核心素养基于“K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念”，美国出台了《下一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards,简称NGSS）o该标准明确了科学课程实施对学生的预期表现要求，具体包括三个维度（即：科学或工程实践，学科核心概念和跨学科概念）⑴。
其中“生命科学”内容围绕着四个学科核心概念（即：从分子到生物体、生态系统、遗传、生物进化）构建了与K-12相应的内容架构。
为了让中学教师更好地落实NGSS,切实提升科学课程教学的质量，NGSS相关网站还提供了标准解读、经典单元案例等丰的常规教学，它的受众不仅仅只是学生，还包括广大听课的教师,它应该让听课教师有所借鉴，起到示范、引导的作用m,但如果把很多应属于其他范畴较为精彩的内容都拉进一节课里，就显得不妥了。
例如,色素提取的实验目的不是让学生来制作分光光度计;可以用模型来说明眼球成像的原理及近视、远视的成因，但不该将课的重点变成凸透镜的成像规律，因为那是物理学的内容;可以用模型来讲解气孔作用的原理，但重点不是该模型的制作原理。
还有些自主研发软件的，可以与其他科目结合或者在校本课堂上进行，在生物学有限的课时里,如果花费很多时间来完成以上内容，其他教学目标的达成肯定会受到影响。
3.4关于实验课的价值大多数教师在说课中都提到了实验课的价值，如加深学生对核心概念的理解，提升学生的实验技能、思维技能等。
美国PreK-12年级技术与工程素养标准解读与启示苏洵丁邦平摘要2020年7月，美国技术与工程教育协会发布《技术与工程素养标准：STEM教育中技术与工程的作用》（STEL），该标准是2000年《技术素养标准：技术学习的内容》（STL）的修订版本。
STEL提出了由技术与工程核心标准和基准、技术与工程实践、技术与工程情境建构的技术与工程素养新框架。
核心学科标准和基准规定了学生在技术与工程教育中应知应会的内容。
技术和工程实践包括系统思维、创造力、制作、批判性思维、乐观、合作、沟通与关注伦理，体现出所有学生需要展现的技术与工程关键能力和个性特性。
技术与工程情境描述了最适合核心标准和实践应用的技术与工程内容领域。
同2000年STL相比，STEL在制定中秉持开放式的“大概念”理念，减少了标准数量，关注核心标准，体现出技术教育和工程教育整合的趋势，并强调通过工程设计与工程思维实现二者整合，在标准框架中纳入技术与工程实践，明确了技术与工程教育的跨学科性及其在STEM教育中的学科整合作用。
批判性地借鉴STEL经验，应反思我国在K（幼儿园）-12年级技术与工程教育整合中存在的不足，建立K-12年级连贯的技术与工程教育体系，重视培养学生的乐观精神，提倡技术与工程素养标准的制定及使用与其他学科标准相联系，并在标准的制定中发扬民主与协作精神。
关键词技术素养技术与工程素养STEM教育美国标准作者简介苏洵，首都师范大学教育学院/科学与技术教育研究中心博士研究生（北京100048），河北对外经贸职业学院讲师（河北秦皇岛 066311）；丁邦平，首都师范大学教育学院/科学与技术教育研究中心教授，博士生导师（北京 100048）。
中图分类号G4 文献标识码A 文章编号1009-5896(2021)02-0150-171980-1990年代，美国技术教育经历了学科转型，即由原先松散的、非定性的工艺教育（Industrial Arts Education），转变为以培养全体中小学生技术素养为目标的当代技术教150美国PreK-12年级技术与工程素养标准解读与启示育。
