（比较教育学专业论文）stem教育研究美国k12阶段课程改革新关注.pdf

2 0 1 1 届研究生硕士学位论文学校代码：1 0 2 6 9 学号：5 1 0 8 0 1 0 5 0 2 0 葶泵师绍天擎 s t e m 教育研究 美国k - 12 阶段课程改革新关注 院 专 系：迭程皇熬堂丕 业：出筮数直堂 2 0 1 1 年4 月完 m a s t e rd i s s e r t a t i o n ，2 0 11 丫llitlltlljtt9lllll。liiillt2lltlil6itfll6llfltl9illll u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 s t u d e n tl d ：51 0 8 0 1 0 5 0 2 0 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y s t e me d u c a t i o ns t u d y n e wf o c u so nk 1 2c u r r i c u l u m r e f o r mi na m e r i c a d e p e r t m e n t ：c u r r i c u 1 u m a n d ，i n ，s t r u c t i o nd e p a r t m e n t s p e c i a l t y ：q 堡乜垒垒! i ! 皇星亟坠垒垡q 望 r e s e a r c ha r e a ：c o m p a r a t i v es t u d i e so ne d u c a t i o ns y s t e m i nt h eh 勿r l d s u p e r v i s o r ： ! 里圣h 垒q 圣h q 坠g ii 垒望 m a s t e rc a n d i d a t e ：f a ny a n r u i a p r i l ，2 0 l s h a n g h a i 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文( ( s t e m 教育研究美国k - 1 2 阶段课程改 革新关注，是在华东师范大学攻读琶矽博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指 导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 彦羲够 日期：加if 年f 月f 9 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 s t e m 教育研究美国k - 1 2 阶段课程改革新关注系本人在华东师范 大学攻读学位期间在导师指导下完成的砸左博士( 请勾选) 学位论文，本论文 的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使 用此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交 学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被 查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库 进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合 理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密 学位论文毒， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( u2 不保密，适用上述授权。 导师签各壑生盔 本人签名 范稳晦 加f 年当月修日宰 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经 上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均 适用上述授权) 。 ! i ：、， ， t 0 堇夔遄硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 吴刚教授华东师范大学主席 赵健副教授华东师范大学 郑太年副教授华东师范大学 论文摘要 美国一直以来是中国教育界关注的对象，在中国进行课程改革的同时，美国 也在进行，s t e m 教育便是其中基础教育改革的重点。s t e m 教育是指科学、技 术、工程和数学教育，数学和科学教育的历史由来已久，而技术教育也有了国家 和州的标准，但是基础教育阶段工程教育的关注却是在最近几年兴起的。工程教 育在s t e m 的整合当中起着穿针引线的作用，因此本文重点部分在工程教育和 s t e m 教育的整合。 本文共分四部分： 第一部分介绍了论文的研究缘起，并对国内外的相关研究进行了梳理和综 述，理清研究思路。 第二部分介绍美国k - 1 2 阶段s t e m 教育的发展脉络。虽说s t e m 教育是新 的关注，但是在美国受到了政府及各教育组织的关注，许多有影响力的组织发表 的有价值的报告对于推动s t e m 的迅速发展有重要的作用。 第三部分介绍了美国k - 1 2 阶段s t e m 教育现状。由于美国学生在数学和科 学上成绩的不够理想，以及美国担心丧失世界经济领导者地方，使得美国加强 s t e m 相关课程的设置，并开发s t e m 整合课程，提高学生的解决问题、创造力 和创新推理的能力。 第四部分介绍美国培养s t e m 教师的现状。包括s t e m 教师现有的素质， 以及对s t e m 教师的培养。由于s t e m 是一个新的整合领域，教师的缺失非常 严重，美国各大学正在积极创新，探索一条适合的s t e m 教师培养之路。 关键字：美国k 0 1 2 教育；s t e m 教育；s t e m 整合；工程教育 a b s t r a c t t h eu n i t e ds t a t e sh a sb e e nt h ef o c u so fc h i n a se d u c a t i o n t h eu n i t e ds t a t e si s h a v i n gc u r r i c u l u mr e f o r ma sw e l la so u rc o u n t r y f o ru s a ，s t e m e d u c a t i o ni so n eo f t h em o s ti m p o r t a n tp o i n t s t e mm e a n ss c i e n c e ，t e c h n o l o g y , e n g i n e e r i n ga n d m a t h m a t i c se d u c a t i o n m a t h m a t i c sa n ds c i e n c eh a v eg o tal o to fa t t e n t i o n ，a n dt h e t e c h o n o l o g ye d u c a t i o nh a st h en a t i o n a la n ds t a t e ss t a n d a r d h o w e r e r , t h ee n g i n e e r i n g e d u c a t i o ni nk 一1 2d o e s n tg e te n o u g hd e v e l o p m e n tu n t i lt h e s ey e a r s s ot h i sp a p e r p u t sm o t e m p h i s eo ne n g i n e e r i n ge d u c a t i o na n di n t e r g r a t i o no fs t e m t h i sp a p e ri sd i v i d e di n t of o u rp a r t s ： t h ef i r s tp a r ti n t r o d u c e st h er e s e a r c ho r i g i n ，a n dr e v i e wt h er e l a t e dr e s e a r c h e si no u r c o u n t r ya n du s a w h i c hc a nc l e a rt h ep a p e r sr e s e a r c ht h o u g h t ； t h es e c o n dp a r ti n t r o d u c e s t h ed e v e l o p m e n tp a t h so fs t e me d u c a t i o ni nk - 1 2 a l t h o u g hi ti st h en e wt h i n g , i th a sm u c ha t t e n t i o nf o r mt h eg o v e r n m e n ta n d e d u c a t i o n o r g a n i z a t i o n s s o m eo ft h e mp u b u l i s h e daf e wv a l u e a b l er e p o r t sa b o u tt h es t e m ， w h i c np r o m o t e dt h er a p a i dd e v e l o p m e n to fs t e m t h et h i r dp a r ti sa b o u tt h es t a t u so fs t e me d u c a t i o ni nu s ai nk - 1 2 f o rt h ep o o r s c h o o la c h i e v e m e n ti ns c i e n c ea n dm a t h m a t i c sa n dt h ef e a rt h a tu s am a yl o s et h e s t a t u so fe c o n o m i c el e a d e ri nt h ew o r l d ，t h eg o v e r n m e n ti se a g e rt os t r e n g t h e nt h e s t e mc o u r s e sa n dt od e v e l pi n t e r g a t i o nc o u r s e so fs t e m ，w h i c hc a ni m p r o v et h e p r o b l e m - s o l v i n g ，c r e a t i v i t y , a n di n n o v a t i o nr e a s o n i n ga b i l i t i e so fa l lt h es t u d e n t s t h ef o u r t hs e c t i o nd e s c r i b e st h ep r e s e n ts i t u m i o no fa m e r i c a ns t e mt e a c h e r s t r a i n i n g i n c l u d i n gs t e mt e a c h e r s e x i s t i n gq u a l i t y , a sw e l la ss t e m t h et e a c h e r s c u l t i v a t i o n s i n c es t e mi san e wi n t e g r a t i o nf e i l d ，t h el a c ko ft e a c h e r si sv e r ys e r i o u s ， a m e r i c a nu n i v e r s i t i e sa r ea c t i v e l yi n n o v a t i v ea n de x p l o r e i n gas u i t a b l es t e m t e a c h e r st r a i n i n gp a t h k e yw o r d s ：1 ( - 1 2e d u c a t i o ni na m e r i c a ；s t e me d u c a t i o n ；s t e mi n t e g r a t i o n ；e n g i n e e r i n g e d u c a t i o n i l 论文目录 第一章：绪论1 第一节：研究背景。1 第二节：研究目的和意义3 第三节：研究内容及方法4 第四节t 国内外研究现状5 第二章美国s t e m 教育发展脉络8 第一节s t e m 教育内涵及概念界定。8 第二节：美国s t e m 教育形成与发展过程1 0 第三节：美国s t e m 教育组织和实施1 2 第四节：美国联邦s t e m 项目2 2 第三章美国k - 1 2 阶段s t e m 教育现状2 8 第一节：美国k - 1 2 阶段s t e m 学业结果2 8 第二节：美国k 1 2 阶段s t e m 课程目标及课程设置3 2 第三节t 美国k - 1 2 阶段工程教育3 6 第四节t 美国k - 1 2 阶段s t e m 课程整合案例4 4 第四章美国k - 1 2 阶段s t e m 师资水平及培养。4 9 第一节：s t e m 在职师资水平现状4 9 第二节：k - 1 2 阶段s t e m 教师培养。5 3 第五章建议及策略6 0 i i i 美国在科学、技术、工程和数学领域没有足够数量的学生、教师和参与者， 大部分的中学学生在科学和数学成绩都在“熟练 这一水平以下，他们的教师很 多都缺乏足够的学科知识。这一现象引起了美国政府的高度紧张和关注，于是加 大研究的力度，集合学术和商业团体的力量，共同促进s t e m 发展。政府研究项 目报告、学术团体的调查报告以及商业团体的建议等都成为s t e m 发展的重要推 动力。它们的很多建议都被写进了法律，在2 0 0 6 财政年度，美国总统发布了美 国竞争力计划。在1 0 9 届国会中，有三项s t e m 教育项目被通过并被写进了法 律。在2 0 0 7 年春天和夏天，一些主要的s t e m 教育立法建议被纳入2 0 0 7 年美 国竞争力法，在1 1 0 届国会会议中通过，总统于2 0 0 7 年8 月9 日签署生效。这 两届国会都是在布什执政期间进行的。 奥巴马总统上台之后，也进行了一系列的教育改革创新运动。2 0 1 0 年1 月 份美国公布新的科学和技能教育战略和计划，加大教育、培训力度，促进经济复 苏，提升本国在世界经济中的竞争力。其措施包括斥资培训理工科教师等。3 月 1 5 日，奥巴马政府宣布其教育改革方案，对布什颁布的不让一个孩子掉队 法案进行大动手术。美国每年有1 0 0 万高中生辍学，美国学生在数学等科目远远 落后于其他发达国家。“如果这就是美国教育的未来，我不会接受。 奥巴马说。 美国教育界大刀阔斧的改革，s t e m 教育首当其冲，因此研究美国s t e m 教育， 可以更好把握美国课程改革的新动向。 第一节：研究背景 第一章：绪论 美国教育课程改革在轰轰烈烈展开，其中对s t e m 教育的关注是重点所在， 我国中小学也在课程改革，对美国课改的研究对于我国课程改革有所帮助。美国 教育注重实用，尤其是在竞争日益激烈的2 l 世纪，美国人有一种世界领导者地 位不保的危机感，因此更加促使实用主义的流行。2 1 世纪是信息时代、电子时 代、高科技时代以及快节奏的时代。而这样一个时代，其基础理论学科是数学、 科学、工程和技术。这四门学科教育的成功与否，关系到该国在未来社会的竞争 力。 1 、经济全球化背景下美国竞争力的相对下降，促使美国实行s t e m 战略 自2 0 世纪9 0 年代起，世界自由市场经济浪潮的冲击下，世界经济开始紧密 的联系在一起，出现了前所未有的运行和增长。许多发展中国家的政府已经开始 将科学和技术作为经济增长和发展的推动力，并且开始着手建设更多的知识密集 型的经济，在这种经济结构中，研发、商业开发和知识产品将会发挥更多的作用， 而数学、科学、工程、技术是知识密集型经济所需的基本技能。 为此，这些发展中国家开始采取行动打开贸易市场，吸引外来投资，发展或 整改他们的科学和技术的基础设施建设，加强工业研发，拓展高等教育系统，建 设本土的研发能力。这种潮流迅速地转移到亚洲，亚洲各国经济大部分都有高增 长率。政府颁布了许多政策来增加科技能力，提高自己的经济竞争力。 在广泛的科技活动方面，美国继续保持领导者的地位，但在一些具体的方面 已经开始慢慢失去这个地位。创新和高科技是亚洲( 除了日本) 经济快速增长的 主要原因。亚洲国家的用于研发的经费迅速的增加，由原来的低于欧洲和美国， 到2 0 0 7 年亚洲已经高出欧洲，逼近美国。从研发对经济增长的贡献率来说，日 本、韩国高于美国和欧洲，中国虽然低于美国和欧洲，但是趋势是在不断增加的， 而美国和欧洲趋于平稳的状态。从研发对经济增长贡献率的增长来说，中国最快， 其次是马来西亚、新加坡、泰国、韩国、日本等亚洲国家，最后是欧洲和美国。 美国这种停滞的状态，促进美国反省自己的教育，尤其是与研发密切相关的数学、 科学、工程和技术教育( s t e m 教育) 。 2 、美国高等教育s t e m 人才比例较低，k - 1 2 教育衔接不当 没有一份全面的调查报告来描述和衡量全球s & e 人才市场的状况，但是有些 零散的数据反映出追求高学历的人数在不断增加，尤其是在发展中国家。在最近 几十年中，发展中国家不断增加的获得s & e 学位的人数，包括自然科学和工程学 位，大大削弱了成熟国家以前在高等教育中所占领的优势。 世界高等教育人数在不断增加，高等教育的发展速度惊人，尤其是在亚洲国 家。全世界范围内，具有高等教育的人数在不断增加。据估计，从1 9 8 0 年到2 0 0 0 年，大约增加了1 2 亿具有高等教育学历的人，从7 3 0 0 万到1 9 4 亿。高等教育 的普及率在亚洲国家发展的最快，包括中国、印度、韩国、菲律宾和泰国，这几 个国家高等教育人数总和占世界高等教育人口总数的比例从1 4 上升到2 5 。 而西方国家学生对自然科学( 自然科学包括物理、生物、土壤、大气、海洋、 农业、计算机科学和数学) 或工程领域没有太浓厚的兴趣，而这些专业是知识密 集型经济所需要的基本的技能。中国高等教育学生选择自然科学和工程的学生一 直呈上升趋势，尤其是在2 0 0 2 年以后，到2 0 0 6 年人数为8 0 万，而美国一直以 2 来持续为2 0 万左右。 美国s t e m 人才的优势在不断减小，再加上许多美国s t e m 人才都是外国学生， 这使得美国有种严重的危机感，大力发展k - 1 2 以及后中学教育阶段的s t e m 教育。 因此美国加强s t e m 教育刻不容缓，美国为加强s t e m 教育，上至国会、联邦政府， 下至中小学、各学术团体，都在制定对策，加强美国的s t e m 的整体竞争力。具 体目的包括l 、吸引更多的学生到s t e m 领域学习；2 、吸引更多学生从事s t e m 领域的职业。 3 、工程和技术人才缺口大，k - 1 2 工程和技术教育发展不足，尤其是工程 劳动统计局数据表明：在科学和工程的工作岗位将比总体工作岗位的增长率 大7 0 。s t e m 毕业生比非s t e m 毕业生享有更好的工作前景和更高的工资。人才 的短缺势必形成该领域人才的增值，而k - 1 2 在工程和技术教育方面显然是不足 的。k 一1 2 教育s t e m 人才的培养有两个原因：一是为了给高等教育输送更多的s t e m 人才，使得毕业后走上工程、技术等工作岗位，创造更多的价值；二是对于进入 大学后不选择s t e m 专业的学生来说，主要是提高学生整体的素质，使其能够在 知识密集型和信息技术型社会发展中具备更强大的竞争力。因此k - 1 2 阶段s t e m 教育值得更多的关注。 第二节：研究目的和意义 随着信息时代的到来，知识经济的膨胀，科学、技术、工程、数学( s t e m ) 等理工学科被称为技术创新的理论基础和实践手段，同时s t e m 人才关系到该国 在世界经济市场中竞争力，世界许多发达国家意识到了s t e m 教育的重要性，大 力提高基础教育阶段s t e m 教育的质量，为未来在世界竞争中储备足够的专业人 才。 中国现在也处于课程改革的浪潮中，对于科学、数学的重视力度也在加大， 基础教育阶段的技术教育主要是信息技术，工程教育几乎空白。美国一直以来是 中国教育改革的学习的对象之一，今天的美国教育改革的内容和方向很有可能便 是中国未来教育改革的重点，因此对美国课程改革新关注的焦点s t e m 教育 做一个全面的论述，相信对个人学术水平有很大的提高，而且还会对我国基础教 育阶段s t e m 教育的发展具有一定的参考价值。研究意义如下： 1 、我国现在正在实施全面课程改革，中小学加强数学和科学教育，我国中 小学生数学成绩在世界上也排列在前位，科学、工程和技术教育也取得迅猛的发 3 展。但是中国的教育底子薄，即使现在迅猛发展，在世界排名中也是相对靠后的。 因此在美国轰轰烈烈进行s t e m 教育改革时，其组织结构、财政投入、课程整合 等都可以成为我们学习的榜样，从而提高中国经济和教育的竞争力，也为中国下 一步的发展提供后备力量。 2 、s t e m 教育既是美国现在改革的重点，同时也是国际教育改革的方向。中 国虽然没有大范围的使用s t e m 这个名词，但是对理工科的发展却是毋庸置疑的。 但是s t e m ，尤其是技术和工程教育在基础教育阶段的发展还远远不足。因此对 美国s t e m 教育做一个梳理是必要的，它对于了解美国教育发展动向以及中国课 程改革具有一定的参考价值。 3 、我国对于美国s t e m 教育的研究寥寥无几，系统的梳理其发展脉络和现状 的研究更是没有，甚至很少有学者知道s t e m 这个名词。所以将其进行梳理并介 绍到中国具有一定的理论价值。 第三节：研究内容及方法 一、研究内容 美国课程改革进行的轰轰烈烈，s t e m 教育是其中的重点，要研究k - 1 2 阶段 s t e m 教育，首先需要理清s t e m 教育发展脉络以及组织实施的过程，包括组织结 构、法律条文和报告等；其次是全面掌握美国k 一1 2 阶段s t e m 学业成就及发展趋 势，主要参考数据包括n a e p 、t i m s s 、p i s a ；第三，收集有关k _ 1 2 阶段s t e m 教 师水平以及培养资料；最后重点介绍美国工程教育以及s t e m 教育的融合，因为 科学和数学教育由来已久，技术教育也已经有了标准可循，因此工程教育是本研 究关注的一个重点。 二、拟解决的关键问题及研究方法 本研究拟解决的关键问题是美国美国k 1 2 阶段s t e m 教育的现状，尤其是重 点关注工程教育。具体问题包括： 美国s t e m 发展脉络及组织实施 美国k - 1 2 阶段学生s t e m 学业成就 美国k - 1 2 阶段s t e m 师资水平及培养 4 美国k _ 1 2 阶段工程教育的进展 本文采用的研究方法主要包括：文献法，即广泛参阅国内外关于k - 1 2 阶段 美国科学、数学、工程和技术教育的专业标准的资料，对已有文献进行全面的理 解和梳理；比较法：对美国k - 1 2 阶段在过去几年中学生学业成绩的变化作一个 对比和定量分析，发现其发展趋势。本文使用定量和定性相结合的方式，对美国 该领域的教育做一个全面的、准确的、有充分材料支撑的研究。 本论文的特色与创新之处 创新之一：s t e m 教育在中国的研究刚刚开始，研究数量很少，仅有几篇左 右是对其发展做简单的梳理，没有任何的学位论文将其作为研究对象。因此这个 领域，尤其是将s t e m 作为一个整体来进行研究，相对来说在国内是比较新的。 创新之二：本文引用大量重要的文献和报告，包括来自国会、美国国家科学 基金会以及众多联邦或学术组织的报告。而这些文献除了部分早期文献有中文简 单的介绍外，大部分都没有在中国得到传播。本文尝试将其中有价值的部分进行 整理，方便国内学者的查阅和参考。 创新之三：国内对理工科的研究主要是集中在高等教育，而忽视了k 1 2 教 育与高等教育人才的衔接问题，这点在美国也是比较突出，因此本文将焦点对准 k - 1 2 阶段s t e m 教育，研究其发展现状，以期抛砖引玉，吸引更多专家学者对其 进行关注。 第四节：国内外研究现状 一、国内研究 s t e m 这个词引入到中国是最近几年的事情，但是中国也有数学、科学、工 程和技术教育，习惯上称为“理工科教育 。对理工科教育的研究集中于高等教 育阶段，而小学集中于数学和科学，中学则包含数学、物理、化学和生物等理科， 职业高中包含技术等学科。对单门学科的研究，数学和科学相对来说较多，硕博 论文也有，但是对于技术和工程教育的论文则较少，尤其是工程教育。 而对于s t e m 这一名词范畴内的研究是近几年来的事情，到现在为止，只有 些少量的关于美国、英国等发达国家实施s t e m 的简短的新闻。s t e m 论文寥寥无 5 几，没有任何博士和硕士论文。目前看到的论文有只有极少几篇，其中一篇发表 于教育技术资讯杂志2 0 0 7 年第1 0 期，全球化时代美国教育的s t e m 战略， 该文对美国实施s t e m 教育的时代背景和现实需要、s t e m 内涵以及实施策略进行 了简单的描述；第二篇论文是发表2 0 0 8 年高等教育工程研究第二期的科 技人力资源开发探究美国s t e m 学科集成战略解读，该文介绍了美国实施 s t e m 教育战略的原因、发展脉络和组织实施过程。总体来看，这些新闻报道和 论文大部分是2 0 0 7 以后的。因此s t e m 教育对于中国来讲，是相对来说新鲜的词 汇。但是s t e m 也在大学学术领域比较尖端的杂志中出现，也可见其得到了中国 高端学者的认同，相信在不久的将来会得到学术界一致的关注。 对于美国师资培养和认证，在中国的研究是相对比较多的。研究内容包括美 国对中小学教师的培养模式、教师资格的考试、证书类型、教师培养和认证的发 展历程和改革的趋势等等。但是对于对于各学科具体的教师资格的要求没有多少 研究，尤其是对s t e m 学科整合师资培养模式研究几乎没有，这也是本论文要研 究的重点所在。 二、美国s t e m 教育研究 在过去的1 5 年里，许多团体和组织不断呼吁要求提高美国k - 1 2 教育，尤其 是科学( s c i e n c e ) 、技术( t e c i 州o l o g y ) 、工程( e n g i n e e r i n g ) 和数学 ( m a t h e m a t i c s ) ，因此将这四门学科合并起来叫做s t e m 学科。这些呼吁提高s t e m 教育的组织包括：国家科学委员会、美国教育部、美国科学促进会( a m e r i c a n a s s o c i a t i o nf o rt h ea d v a n c e m e n to fs c i e n c e ，) 、国家科学院( n a t i o n a l a c a d e m i e s ，) 以及许多其他组织( ( n s b ，2 0 0 7 ；d o e d ，2 0 0 8 ；a a a s ，1 9 9 3 ；n a s ， n a e ，a n di o m ，2 0 0 7 ) 。作为对此呼吁的回应，美国将提高s t e m 教育的法案写 进了法律，比如2 0 0 7 美国竞争法案( 2 0 0 7a m e r i c ac o m p e t e sa c t ( p l 1 1 0 - 6 9 ) 。 对s t e m 教育的关注是由于美国面临着越来越激烈的国际竞争，美国对其世 界领导者的地位开始有种危机感。而美国人认为：提高k - 1 2 s t e m 教育能帮助美 国在两方面提高竞争力：第一，提高s t e m 教育，可以使更多学生为将来从事不 同的科学和技术领域工作而做好准备；第二，提高s t e m 教育，可以提高整个国 家人口的科学和技术水平。最终这些改变将会提高美国在全球化市场中的竞争 力，应对不同的经济的和非经济的威胁，提高整体的生活质量。 基于以上信念，开始有大量人关注如何提高小学和中学科学和数学的教学水 6 平，包括联邦机构、总统使命、专业组织的计划和活动等。然而在这些关注中， 技术和工程教育的关注明显较少，相比较而言，对技术和工程教育关注集中在高 等教育，几乎没有对k _ 1 2 工程教育的关注，至少在国家层面鲜有对k 1 2 工程教 育的关注。对于k - 1 2 工程教育的热情逐渐高涨起来，但还处于探索阶段。 1 科学和数学 科学和数学是s t e m 的组成部分，它们是s t e m 在k - 1 2 教育中历史最长的两 门课。两门课都有标准、课程、评估、大量的教科书和其他的教学材料。已经建 立了教师教育和专业发展的课程。每个学生都需要在高中毕业的时候能够在科学 和数学中至少达到熟练的程度。科学和数学的成功与否关系到国家的成功。因此 美国学生在国家评估和国际竞赛研究比如t i m s s 中的稍微逊色的表现，使得人们 不断呼吁加强数学和科学教学。 例如，在2 0 0 7 年，国家科学研究院、国家工程研究院、医学科学院( 这三 个组织合起来叫做国家科学总院) 出版了迎击风暴为了更辉煌的经济未来 而激活并调动美国( r i s i n ga b o v et h eg a t h e r i n gs t o r m ： e n e r g i z i n ga n d e m p l o y i n ga m e r i c af o rab r i g h t e re c o n o m i cf u t u r e ) 。该报告目的是讨论美 国如何能保持其在全球经济市场中的竞争力，第一个建议是通过大幅度提高k 一1 2 数学和科学教育来扩充美国人才库。许多州级和联邦法案也对此进行了规定。除 了美国竞争法案，不让一个孩子掉队法案 1 也尤其强调学生数学和科学成就， 例如法案规定，中小学生数学和科学成就达标，则给当地学区和大学提供资金， 以此来推动中小学成绩提高。 2 技术教育 虽然技术教育扎根于手工业艺术，在过去2 0 年里，它已经延伸开来，在最 一般意义上强调对技术的理解。在今天技术教育是对人造世界的研究，包括工艺 品、流程以及其基本原理和概念，其总体目标是使学生能够有效参与现在技术型 社会( n a ea n dn r c ，2 0 0 2 ) 。 技术教育的具体目标在技术素养的标准：技术学习之内容( s t a n d a r d sf o r t e c h n o l o g i c a ll i t e r a c y ) 2 中有所描述。该报告是由国际技术教育协会 ( i n t e r n a t i o n a lt e c h n o l o g ye d u c a t i o na s s o c i a t i o n ，i t e a ) 在2 0 0 0 年发布 的。k - 1 2 学生必须发展5 个方面的能力：技术的性质、技术和社会、设计、技 术世界的能力和设计世界。“技术世界的能力 要求学生能够运用日常技术，能 1t h en oc h i l dl e f tb e h i n da c to f2 0 0 1 ，僻g1 0 7 11 0 ) 2i n t e r n a t i o n a lt e c h n o l o g ye d u c a t i o na s s o c i a t i o n s t a n d a r d sf o rt e c h n o l o g i c a ll i t e r a c y 2 0 0 0 7 评价不同技术对社会和环境的影响。“设计的世界要求学生理解具体领域的技 术，如医药、农业和信息和通讯领域。 虽然在i t e a 以及其他组织的努力下，技术教育有了些许的气色，但是技术 教育还是发展很慢，人们对其较难接受。许多人包括教育家认为技术教育就是训 练学生使用电脑。今天，在美国有很少的学区设置了技术教育的课程，只有1 2 个州要求学生到高中毕业时完成技术教育课程( d u g g e r ，2 0 0 7 ) 。因此，相比数学 和科学学科的教师以及学生，技术教育的教师相对较少，学习技术课程的学生也 较少。最终，技术教育也得不到政策制定者的关注，它只是整个s t e m 教育屏幕 中不起眼的一小点。 3 工程教育 如果技术教育是s t e m 屏幕中不一起的一小点，那么工程教育几乎是看不见 的。很少有人考虑k - 1 2 的工程教育，也很少有k 1 2 工程教育的教师，更有很少 的学校开设工程课程和活动。工程教育在内容、关注点和实施要求上非常宽泛。 其目的从鼓励学生追求工程领域的职业到增加技术素养和提高学生科学和数学 成绩。这些课程的概念框架也是非常的大。工程教育没有任何的标准，也没有州 级和国家水平的考试和评估，政策制定者几乎对工程教育没有任何的关注。事实 上，工程( e ) 可能应该叫做s t e m 中缺失的字母。 4 s t e m 学科的整合 在大多数美国k - 1 2 学校中，s t e m 学科的教学是分开进行的，有时候叫做 “s i l o s ”，中文翻译可叫做“仓 有数学仓、科学仓，可能还有技术教育仓， 很少情况下还有工程仓，这些学科在课程、教师或课堂活动中是很少有联系的。 因此通过学科之间的联系所带来的好处就大大缺失了，如用科学探索的方式来支 持数学概念的学习。学生学习了许多分散的，这好比研究和技术发展的现实世界， 科学家、工程师、数学家和技术家以及社会学家、商业管理者和其他人一起工作 来解决问题。每一个s t e m 学科带来的是单一的能力和观点，但是如果整个团队 能一起有效工作，每一个参与者便能从所有的学科中学到知识。 第二章美国s t e m 教育发展脉络 第一节s t e m 教育内涵及概念界定 “k 一1 2 是美国学者描述大学前教育或基础教育阶段时常用的一个术语。其 8 中，“k 代表幼儿园( k i n d e r g a r t e n ) ，“1 2 ”表示l 到1 2 年级。中国的大学前教 育通常分为学前教育、小学、初级中学( 初中) 、高级中学( 高中) 或中等专业学校 ( 中专) 等阶段。把中美两国大学前学校教育相对照，大致是小学为1 至6 年级， 初中为7 至9 年级，高中则为l o 至1 2 年级。 s t e m 是科学( s c i e n c e ) 、技术( t e c h n o l o g y ) 、工程( e n g i n e e r i n g ) 和数 学( m a t h e m a t i c s ) 四门学科的简写。s t e m 这个缩写是一个相对比较新的产物 ( c a v a n a g ha n dt r o t t e r ，2 0 0 8 ) 。2 0 0 1 年之前，常用的缩写还是s m e t ，科学、 数学、工程和技术。国家科学基金会( n s f ) 是第一个开始将四门学科统称为s t e m 的，这反映了一种教育哲学的变化。截止到那个时候，n s f 的k 1 2 项目主要是 针对最有可能将来从事科学、数学和工程行业的高成就的学生。但是在过去的 1 0 年中，该机构集中更多的资源来吸引更多的学生群体参与到更广泛的项目中 来。 科学、技术、工程和数学教育经常被称为m e t a - d i s c i p l i n e ，翻译叫做“后 设学科”，即该学科的建立是基于与其他学科的融合然后形成一个新的整体。这 门跨领域的学科将原本分散的学科形成一个整体，叫做s t e m ( o r r i s o n ，2 0 0 6 ) 。 这四门学科分别代表四种素养 3 ，分别是： 1 科学素养( s c i e n t i f i cl i t e r a c y ) 是一种运用科学知识和过程( 如物理、 化学、生物科学和地球空间科学) 理解自然界并参与影响自然界的有关决策，主 要包括三大领域：生命与卫生科学、地球与环境科学、技术科学( o e c ds c i e n t i f i c l i t e r a c y ：t h ep i s a2 0 0 3a s s e s s m e n tf 鼬蛳e w o r k ) 。 2 技术素养( t e c h n o l o g i c a ll i t e r a c y ) 是指使用、管理、理解与评价技 术的能力。学生应当知道如何使用技术，了解技术的发展过程，具备分析新技术 如何影响自己、国家乃至整个世界的能力。技术是对自然环境的革新与改造以满 足人们的现实需要( a c t ， i n c ，2 0 0 6 ) 。 3 工程素养( e n g i n e e r i n gl i t e r a c y ) 是指对技术的工程设计与开发过程 的理解。工程课程是基于项目，整合了多门学科的知识，使得难以理解的概念与 学生生活密切相关，激发学生解决问题的兴趣。工程设计是把科学与数学原理系 统地、创造性地用于实践的结果。 4 数学素养( m a t h e m a t i c a ll i t e r a c y ) 指学生在发现、表达、解释和解决 多种情境下的数学问题时进行分析、推断和有效交流思想的能力。 3 秦炜炜全球化时代美国教育的s t e m 战略教育技术咨询1 j 2 0 0 7 ( 1 0 ) 9 科学、技术、工程与数学素养是一个多学科交叉的研究领域，它囊括了科学、 技术、工程和数学四大领域，但s t e m 素养并不是科学素养、技术素养、工程素 养和数学素养的简单组合，而是把学生学习到的零碎知识与机械过程转变成一个 探究世界相互联系的不同侧面的过程 4 。一个s t e m 课堂的特点就是在“杂乱无 章( i n t e l l e c t u a l l ym e s s y ) 的学习情境中强调学生的设计能力与问题解决能 力。这一复杂的学习情境包含了多种学科，其问题可能涉及纳米技术、生物医学 和天体生物学等知识。一个s t e m 课堂上教师可能提出一个问题，然后要求学生 组成一个班级范围内的探究小组开展原创性研究。在研究过程中，学生被要求使 用技术搜集、分析数据，并设计、测试和改进一个解决方案，然后与其他国家的 同伴交流研究成果。s t e m 课程学习中，学生需要花费更多的课外时间，比如在 工程师的指导下，组装一个可以爬楼梯的机器人。 第二节：美国s t e m 教育形成与发展过程 美国拥有的科技人力资源在全球份额的逐步减少，已经对其发展产生了消极 影响。为应对这种情况，在联邦政府、国会、大学、公司、非盈利性组织和咨询 机构等多方参与下，许多重要法案、议案、研究报告纷纷出台，各种形式的组织 也积极行动起来，为开发美国科技人力资源发挥着各自的作用。 1 9 8 6 年，美国国家科学委员会( n s b ) 发表报告：本科的科学、数学和工程 教育( 又称尼尔报告) 5 。该报告被认为是美国s t e m 学科集成战略的里程 碑，它指导了美国国家科学基金会( n s f ) 此后数十年对美国大学教育改革的政策 和财力的支持。该报告首次明确提出“科学、数学、工程和技术教育集成 的纲 领性建议，因此s m e & t 集成被视为s t e m 集成的开端 6 。 1 9 9 6 年，国家科学基金会( n s f ) 对美国大学科学、数学、工程和技术教育 的十年进展进行回顾和总结，并提出今后的“行动指南 ，发表了报告塑造未 来：透视科学、数学、工程和技术的本科教育 7 。报告着重“考虑美国各种 两年制和四年制院校大学生的需求 ，针对新的形势和问题，对学校、地方政府、 工商业界和基金会提出了明确的政策建议，包括大力“培养k - 1 2 教育系统中 s m e l t 的师资问题”，以及“提高所有人的科学素养问题 等。 4 秦炜炜全球化时代美国教育的s t e m 战略教育技术咨询川2 0 0 7 ( 1 0 ) 5n a t i o n a ls c i e n c eb o a r d u n d e r g r a d u a t es c i e n c e ，m a t h e m a t i c sa n d e n g i n e e r i n ge d u c a t i o n ，1 9 8 6 6 朱学彦，孔寒冰科技人力资源开发探究美国s t e m 学科集成战略解读高等教育工程研究川2 0 0 8 ( 2 ) 7n a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o n s h a p i n gt h ef u t u r e ：s t r a t e g i e sf o rr e v i t a l i z i n gu n d e r g r a d u a t ee d u c a t i o n p r o c e e d i n g sf r o mt h en a t i o n a lw o