以科学思维培养未来科学家和工程师

发布时间:2024-02-29 22:04:40 来源: sp20240229

原标题:以科学思维培养未来科学家和工程师

近日,联合国教科文组织第42届大会通过在中国上海设立教科文组织国际STEM教育研究所的决议。这标志着教科文组织的一类中心首次落户中国。教育部部长怀进鹏表示,新的研究所将汇聚全球智慧与力量,推动STEM教育不断迈上新台阶。

上海市教育委员会主任周亚明表示,国际STEM教育研究所落地后,上海将积极学习借鉴国际先进的教育理念和实践经验,牵头成立市级咨询专家组,从课程建设、教材编写、教学管理、教师培养等方面,为STEM教育提供有力的专业支撑。

STEM教育对学生的成长有哪些促进作用?我国STEM教育还存在哪些问题?为此,记者采访了相关专家。

强调贯通融合的教育方式

STEM教育是集科学、技术、工程、数学等多领域融合的综合教育。其名称由科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)4个词语的英文首字母构成。

STEM教育这一概念发源于美国。20世纪80年代,美国国家科学委员会发表报告《本科的科学、数学和工程教育》,首次使用STEM描述涉及一门至多门STEM学科的事件、政策、项目或实践。

本世纪初,STEM教育在多方的共同推动下受到了世界各国的广泛关注。

2010年,STEM教育在中国逐渐升温。近几年,由STEM教育衍生出的“创客教育”流行于一些学校和校外培训机构中。

长期关注中国STEM教育发展的北京师范大学未来教育高精尖创新中心执行主任、教授余胜泉表示,早在2007年,中国的教育学学者就开始参与STEM教育相关的国际会议。学者们认识到,在科学技术高度发达的今天,物理、化学等学科分科教学存在很多问题。理工科教育出现了取消分科、进行整合教育的趋势。由此,STEM教育应运而生。

STEM教育的宗旨是“以设计和探索为手段,运用科学与数学的思想,以工程为载体,通过应用技术工具,在解决实际问题中学习知识。”余胜泉认为,STEM教育使学生能够参与一些以活动和项目为基础、以解决问题为目标的学习。

“值得注意的是,STEM教育并不是科学、技术、工程、数学这几个学科的机械叠加,而是强调将原本分散的4门学科内容自然组合形成一个整体。”余胜泉表示,部分人把STEM教育当成了“学科拼盘”,甚至在此基础上发展出了“STEAM”——加入艺术(Art)等更多学科的名词。这反映出他们并未充分理解STEM教育跨学科整合的内涵。

STEM教育的核心不是学科,而是一种广域课程模式。它不再强调物理、化学甚至科学等单一学科课程,而是将科学、技术、工程和数学等内容通过真实的问题情境有机结合起来,形成结构化的课程。在这一过程中,教育者通过活动把涉及科学、技术、工程和数学等各个学科的内容进行整合,实现STEM教育的跨学科性。

“STEM教育是一套贯通科学—技术—工程—数学的整合式的新教育理念、方法与模式。”世界工程组织联合会前主席龚克表示,STEM教育为学生提供了认识世界的桥梁,使他们能够将所学的知识和方法相互联系、相互交融,形成一个统一的整体,这正是新科技革命和可持续发展转型对人才提出的新要求。

STEM教育仍存在短板

“目前,我国的STEM教育依然存在很多短板,我们急需厘清STEM教育的真正内涵,并明确接下来的发展方向。”余胜泉说。

龚克表示,STEM教育发展不充分、不平衡的主要原因在于,我们对于STEM教育如何适应和促进新科技革命与社会经济转型的规律认识不深,对于STEM教育如何适应和促进学生发展的机理把握不力,对于STEM教育的成功实践总结不足,对于STEM教育如何与不同地区发展条件、不同学段学习特点有效结合的探索不够。

近年来,机器人、少儿编程、智能硬件等面向中小学生的STEM教育项目的流行,让一些家长产生了“机器人、编程教育就是中小学教育一部分”的印象。余胜泉说:“事实上,真正的STEM教育既包括面向中小学生的跨学科教育,也是大学高等教育的一部分,后者或许可以说比前者更重要。”

同时,一些带有商业化色彩的STEM教育项目一味追捧前沿技术,却不注重科学思维的培养;只训练学生操作工具、机器,却不教授测量、计算、论证与建模。这导致此类教学活动完全流于表面,无法实现STEM教育“以问题为导向”的目标。

“学生不理解科学原理,也不能解决实际问题,只是学会了一些基础操作。这种教学方式更接近培训流水线工人的早期职业教育,不是真正的STEM教育。”余胜泉说。

此外,部分STEM教育项目不尊重教学规律,一味追求“高大上”的现象也比较普遍。余胜泉表示,部分STEM教育项目过分关注技术本身,“一窝蜂”地让学生学习开源电路板、3D打印、机器人等内容。这种不遵循教育规律、缺乏科学教育设计、缺乏基础性学科知识融入的教育方式,使得STEM教育变成学校秀场,出现了泡沫化苗头。

“比如,我在一所小学调研中发现,这里开展的STEM教育项目主题过于复杂,与当前小学生的知识水平并不匹配。小学生的抽象思维还未得到充分发展,尚未构建完整的科学知识体系,学生很难从复杂的知识中有所收获。适合小学生的STEM教育项目应该是基础、简便的。例如学校可以组织孩子们到河水中采集样本,测量河水中的微生物数目,了解河水的化学成分、物理性质,再把地理知识、环保知识融汇到教学中。这或许是一个成功的STEM教学项目。”余胜泉说。

培养学生解决问题的能力是关键

正确理解STEM教育的内涵是推广STEM教育的前提。“STEM教育更强调的是对学生思维方式的培养。学生在做项目过程中,要学会逻辑推理和证据演绎,科学地解决问题。”余胜泉说,STEM教育不是强调学科知识本身,也不是追逐技术,而是培养一种科学的思维方式。

STEM教育不一定需要昂贵的材料、设备、实验室,更不是“精英教育”。余胜泉表示,STEM教育应该是基础、普惠的教育,例如上述对河水中微生物数目的测量就可以在许多农村学校中开展。走出认知误区,是推广STEM教育的首要前提。

谈及STEM教育未来的发展,余胜泉表示,应当培养的是学生解决问题的能力与方法。STEM教育应当遵循不同年龄段学生的认知发展规律,开发成本合理、因地制宜的教育方式,让STEM教育的方法和成果惠及更多学生。

“STEM教育对学科教育来说是升华而非替代。它起到的是一种促进作用,是素质教育的有机组成部分。我们不能把它变成一种大学先修课或者职业教育。培养更多具备科学素养、国际视野和自主学习能力的未来科学家和工程师,STEM教育应该发挥更大作用。”余胜泉说。

(记者 孙明源)

(责编:郝孟佳、李依环)