批判与辩护：STEM教育三十年主要争论与发展路向

/批判与辩护：STEM教育三十年主要争论与发展路向【摘要】为应对21世纪学生素养发展要求，全球范围掀起了以STEM教育为代表的跨学科课程改革。但自STEM教育兴起之初，对STEM教育的人才目标定位、各个学科之间关系、课程实施与效果评价等核心问题，在理论和实践层面都存在着广泛而又持久的争论。这些争论有助于以多元视角审视当下STEM教育的价值意义和内涵特征，树立指向深度理解学科知识的STEM教育思想，构建科学与人文素养共同发展的STEM教育策略。【关键词】STEM教育；学科整合；跨学科课程；理论争鸣

STEM(Science，Technology，Engineering，Mathematics)概念出现于20世纪90年代。1992年，西班牙科学与工程教育促进中心(TheCenterfortheAdvancementofHispanicsinScienceandEngineeringEducation，简称CAHSEE)在美国建立Science-Technology-EngineeringandMathematics(STEM)研究所，第一次使用STEM缩写。1997年，美国国家科学基金会(NationalScienceFoundation，简称NSF)资助的科学、技术、工程和数学教师教育合作项目(Science，Technology，Engineering，andMathematicsTeacherEducationCollaborative，简称STEMTEC)，提出“初步整合科学、数学、工程和技术教育”的"SETM"概念。2001年SETM改为STEM，经NSF正式推出使用后被广泛接受。[1]其后20多年，STEM教育衍生出众多形式，如IntegratedSTEM(整合STEM教育，I-STEM)、STEAM教育等，其本质在于打破学科界限、沟通不同领域、以真实情境驱动教学，促成学生科学素养、技术素养、工程素养、数学素养协同发展。 STEM教育理念、教学内容和实践模式的流行引发了学者们对学校教育的重新思考，威廉·麦科马斯(WilliamMcComas)将STEM教育形容为“正在进行的革命”或“一场教育危机”，新旧范式之间的差异导致不可调和矛盾，这种对立又促使它们分别完善自身学说、达成共同进步。[2]概言之，关于STEM教育的价值定位、学科关系、知识性质、教学活动和实施评价等方面，政策制定者与教育研究者、跨学科主义和学科主义以及不同学科教育研究者之间，都存在着在理论建构和实践意义判断上的对立观点。回顾STEM教育相关争论，有利于STEM教育更好前行。 一、社会发展与教育本质：STEM教育目标定位 (一)经济利益和学校教育 这一争论主要缘起于全球化引发的当代科学教育价值热议。林恩·卡特(LynCarter)指出，全球化促使市场资本、科技创新和文化思想在世界范围内交流碰撞，全球资本主义加强了社会经济与个人、民族、国家之间的纽带关系，催生了新自由主义思潮——它将所有人类行为概括为企业竞争模式，影响了既有科学观念：传统科学追求的“普遍性、公有性、无私利性和有条件怀疑主义”“好奇心驱动的真理探索”“发现和开拓前沿知识”理想正在消失；反之，科学家们越来越注重科学研究的“市场竞争与知识产权”“企业合作与责任划分”“筹措资金、创造财富”等现实价值。[3] 上述社会背景下，STEM教育在美国的兴起更多服务于经济发展，希望构建一套行之有效的STEM从业人员培养体系，解决国家STEM毕业生短缺问题，维持本国经济在全球的领先地位。2006年的《21世纪国防教育法》(21stCenturyNationalDefenseEducationAct)提出，“通过促进科学、技术、工程和数学教育，建立一个全面增强美国经济竞争力的教育计划”；[4]2009年奥巴马政府发布创新教育报告，强调亟须“培养未来的科学家、技术专家、工程师和数学家，以确保在全球经济中保持生存能力和竞争能力”；[5]2013年美国《新一代科学教育标准》(NextGenerationScienceStandards)直言，“科学也是美国继续创新、领导和创造未来工作的能力核心，所有学生都必须拥有扎实的K-12科学教育”。[6]一系列的危机传播吸引了大量商业机构和非营利组织投资STEM教育，最著名的有“STEM联络者”(STEMConnector)、“挖掘美国潜力”(TappingAmerica'sPotential，简称TAP)和“十年十万人联盟”(100kin10)等，每年提供5200万美元资助，用于培养10万名STEM教师和40万名年度STEM毕业生。[7]可以说，美国STEM教育的缘起发展，明显表现出新自由主义特征：工商界领袖掌握教育政策话语权，强调学校教育为经济服务、维持本国经济全球竞争力，注重满足市场需要的个人能力发展。这一目标也成为多数国家STEM教育政策制定者的共识。[8] 然而，经济需要导向的学校变革受到教育人士强烈反对，因为商业组织掌控学校课程会造成学校公益教育的私有化。[9]以广为认同的“STEM人才危机论”为例，其更多是出于降低劳动力成本的目的。比如，早在20世纪80年代，美国国家科学基金会进行的市场预测指出，未来科技发展会需要大量从业者，这将导致高学历科技人才工资从1982年的5.2万美元上升到2000年的10万美元；[10]2018年关于美国制造业的德勤(Deloitte)报告预计，到2025年美国STEM工人短缺将高达350万；[11]2019年美国劳工统计局(U.S.BureauofLaborStatistics)调查表明，STEM工作岗位数量增长远高于非STEM工作岗位。[12]STEM劳动力短缺论点被用于制定新的STEM教育政策，如1990年和2013年的美国移民改革法案都大大降低了外国学生入学门槛，吸引他们攻读STEM相关专业并获取H-1B签证留美工作，造成STEM教育资源过剩、就业市场饱和——每年STEM专业毕业生只有三分之一从事对口工作，STEM专业博士工资十年间仅增长0.5％。[13] 总体来说，指向经济利益的育人追求危害了学校科学教育。第一，特定的职业强化并不能激发学生STEM学习的强烈动机，多数学生未来不会甚至也不应该选择STEM职业。即使可能选择STEM职业，专注于工作准备的K-12教育系统也无法跟上不断变化的就业市场，唯有扎实的通识教育才是学生从事任何职业的有效准备，这正是学校教育和职业培训的本质区别。第二，导致科学价值的错误判断。科技发明和经济发展之间的密切关系直观可见，在科学课程中增加工程学内容会强化“以是否支持技术创新判断科学研究价值”的做法，加剧已经存在的“公众对基础科学研究意义缺乏理解和支持”问题。第三，教育应该超越狭隘的个人兴趣。良好的教育提供给学生的经历往往与学生切身利益无关，而是能够拓宽他们的思维、开阔他们的视野，过分强调个体经验会缩小课程和儿童体验的范围。[14]更为重要的是，单纯追求经济利益的STEM教育灌输给学生“社会发展必然正确”的观点，使得他们无法对“以经济增长为目标”的教育本身抱有批评态度，反思“为什么发展”和“应该怎样发展”等根本性问题，导致失去教育应有的人文思想和批判精神。[25] (二)职业取向和人的发展 STEM教育的第二个目标是增进学生未来从事STEM职业的倾向。因为“传统K-12科学、技术、工程和数学教育问题百出，很少有学生愿意学习科学知识或参与工程技术工作，因此需要新的科学标准来激发和建立人们对STEM的兴趣”。[16]STEM课程能够展现科学家和工程师探索、设计和建造的工作实景，这样的学习经验有助于促进学生掌握科学知识、理解科学实践。[17]为此，《新一代科学教育标准》起草委员会专门纳入了工程和自然科学领域研究人员，以确保学科实践和能力在标准中系统呈现。[18] 但是，就业准备的功利主义教育备受责问。竹内·米洼(TakeuchiMiwa)认为，上述教育目标体现的是传统“人力资本”价值取向，它关注学习者未来从事生产的技能、知识，强调个体的社会经济功能。这样的科学教育政策带给学生过多学习压力，以此为目标设计的学校课程注重社会生产中的科学技术应用结果，而不是让学生理解科学的形成过程、如何使用科学知识以及对科学的深刻反思，更无法保证学生学会融入社会生活的各个方面并在未来改善人类福利。[19] 阿马蒂亚·森(AmartyaSen)指出，人力资本优先考虑的是经济增长，却忽视了“为什么要寻求经济增长”这一根本性问题，他主张STEM教育的目标在于实现从“人力资本”(HumanCapital)到“人的能力”(HumanCapability)的转化。“人力资本”强调个体的社会经济功能，而“人的能力”指的是“人的生活能力，个体在社会生活中具有理性审视并加强自身所拥有的实质性选择的能力”。森并不否认经济增长可以保证人们自由选择自己想要的生活方式，但人不仅仅是经济生产的手段，他还是可以带来超越经济增长的社会变革力量。[20] STEM教育研究元分析同样印证了职业取向造成学校教育应有之义的缺失。首先，职业取向偏离教育研究方向。竹内等人对154篇国际STEM教育研究文献的聚类分析表明，40％的研究集中在学生对STEM职业的兴趣，而不是研究“STEM教育对学习者的成长意义、学习方式变革和课堂教学过程”等学校教育基本问题。[21]其次，职业取向弱化学科教学根本任务。STEM中的工程活动被认为最能体现科学的实践特征，“按照工业标准设计产品——针对产品缺陷进行修改”的迭代设计又是工程技术的核心，秉持这一生产规范的学校STEM课程就被简化为“手工制作”或“尝试错误—优化改进”，既不需要深刻理解科学知识，也忽视了科学实践培养学生创新思维的作用。[22]近年来，中小学的工程课程、制造空间和数字化实验室激增，其活动多为“设计图纸—加工材料”，其实质就是职业教育或商店课程的现代版本。[23]由于缺乏与科学和数学内容的明确联系，参与这些工程课程的学生，在科学和数学知识领域所进行的学习较为有限。[24]最后，职业取向忽视科学教育中的道德伦理议题。针对《新一代科学教育标准》及其相关政策文件研究发现，技术专家观点、功利主义和新自由主义显著影响现今科学教育。工程师制定问题解决方案时优先考虑的是技术标准和实施条件，这些内容往往集中在时间、资源、利润等短期效益，忽略了当代人类面临重大问题时固有的社会、政治和伦理要素。[26] 二、学科本质与跨越边界：STEM的课程价值 (一)跨学科思想：教学哲学多重视角 早期跨学科教育源于工具主义思想，注重学习者的就业技能和知识的实际用途。时过境迁，今天的跨学科教育观念受多种哲学思想影响，体现出后现代主义特点。 科学社会学认为，跨学科更能应对当代世界发展需求。[26]今日社会面临大量现代性问题，这些问题具有复杂性、风险性、因果关系不确定性等特点。例如，医学上仅仅依靠疫苗研制，无法彻底消除艾滋病和埃博拉等疾病，因为贫困人口恶劣的生活环境才是这些疾病产生之根本原因，社会政治因素更是阻碍消除它们的关键，必须建立统一综合的理论解决上述问题。[27]杰罗姆·拉维茨(JeromeRavetz)更呼吁“告别旧的学科分类，如物理、化学、生物学，转而使用新的学科分类，例如GRAIN——基因组学、机器人、人工智能和纳米技术(Genomics，Robotics，ArtificialIntelligenceandNanotechnology)——等，因为这些新科学更能突破学科边界、参与重大问题的解决”。[28] STEM教育也受到课程与教学理论的支持。在知识论视角，学校教育中，学科的产生“仅仅是根据一段时期学术的需要对知识进行限制和区分”，这种学科划分造成学校知识内容之间的沟通障碍，跨学科课程则有可能消除这些障碍。[29]同时，学术性的学校课程将教育退化成与社会生活脱节的刻板知识系统，而无论是现实世界还是学生认知世界，本质上都是整体性的理解应用，STEM教育为学习者提供了真实的知识背景。[30]在认识论视角，科学、技术、工程和数学之所以能够进行整合，一个重要原因在于这些学科之间具有相同的大观念、概念结构和实践方式，如STEM各学科共用大量专业词汇、表征系统、设计工具和思维方式(包括模型变量、计算思维、推理论证)等，这些大观念能够促进学生多元理解概念、灵活应用知识解决复杂问题。[31]进一步说，即便不属于STEM教育的学科，也有一些大观念可以和STEM有效整合，持续提供使用知识技能、参与实践的新方式。[32] STEM课程整合还受到心理学和科学实践的支持。一是学生很难通过单独学科的学习发现所学知识之间的联系，高水平的跨学科研究有助于沟通不同学术领域，当学生将已有知识和新的经验联系起来时，就会形成深刻的理解。二是跨学科学习能够有效促进学生认知能力和情感的发展，复杂问题更能激发学生的参与意识，以新的方式看待世界并多角度深入理解问题。从这一角度而言，STEM教育蕴含的跨学科思维被越来越多的研究者认为是发展“批判性能力”的必备条件。[33] (二)学科主义：学习内容的结构与深度 尽管跨学科课程成为当下教育热点，学科主义者仍然坚决维护学校教育中学科知识的重要地位，指出学科基本概念、系统知识或专业思维的作用往往被低估[34]，他们呼吁重视学科结构、高阶知识的学习，表现出对跨学科教育缺乏学科核心知识讲授的担忧。 首先，学科是由专门知识、特定方法和思维方式构成的稳定结构，是学生学习不可缺失的核心内容。[35]知识结构能帮助人们获得有价值的、更抽象的理论解释，学科基本概念与STEM活动带来的直接经验之间相互促进，是教学过程中互为补充的学习资源。杰罗姆·布鲁纳(JeromeBrune)尤其强调学科基本观念的迁移性，“学科知识是由本领域最有远见卓识的专家和学者构造的连贯模式，只有这种模式才能使儿童获得有意义的规律和结构，学生获得的学科观念越是基本，用来解决新问题的观念适用范围就越广泛”；[36]霍华德·加德纳(HowardGardner)认为，学科“构成了迄今为止思考和研究问题的最复杂方式，这些问题长期以来让有思想的人为之着迷、感到困惑。而且，当使用学科知识来考虑相关问题时，能够培养我们对世界最敏锐的视角”。[37]所以，STEM教育应始终将学科知识内容的获取与关键技能、价值观的形成均衡结合，否则难以有效促进学生技能发展。[38] 其次，学科知识具有多重价值，学科性质相似并不代表它们可以高度整合。卡特从科学发展历史的视角探讨了学科知识的基础性作用，化学、物理等学科不断衍生出多个分支学科的事实表明，当代科学研究正是通过学科的日益细化不断扩大人类的知识边界。[39]大卫·克拉克(DavidClarke)认为，在知识建构、真理论证、工具使用等方面，STEM四个学科的认知和实践方式非常不同，STEM教育倡导的跨界学习可能混淆科学、技术、工程和数学四者固有的认识论基础和知识体系，不利于学生完整把握每一个学科的本质，产生“严重的类别错误”。[40]丹·永(DanYoung)等人明确反对学科整合思想，因为只有学科才是知识载体，任何学科都具有理论和应用双重价值，所以“我们不需要融合多个学科创造新的整体，每个学科本身就是一个整体，我们就在整体之中”。[41] 理论学科和应用学科的差异性研究表明，数学与科学等理论学科具有内向性和自省性，工程与技术等应用学科更关注知识的实践性，[42]但这种分类只是阐明各学科知识发展和对知识进行分析时的一种方法，并不意味科学、数学等理论学科知识不关注或不具备应用价值，更不应该成为学科发展的限制条件。[43]正因为数学、科学和工程学各自包含不同的知识结构、专业实践、特殊技能和思维习惯，所以在选取STEM教学内容时，必须关注各学科自身认识论和教学论方面的独特价值，尤其注意相同的知识、技能或术语在不同学科中有着独特的解释和功能。否则，学生可能无法理解每个学科领域的知识内容和认知方式的独特之处，混淆不同学科知识的发展方式和适用范围。[44] 最后，STEM教育的跨学科性可能阻碍学生参与深层次学科实践，或难以形成重要的学科思想。STEM教育的实践性特征决定了它更青睐“能说明应用于现实的工程或技术知识”，而具有抽象性和内隐性的基础知识或学科观念则极易被忽视。虽然不能否认STEM方法在解决实际问题中的优势，但当涉及教授STEM领域的基础原理、关键内容或认知过程时，跨学科方法并不比单学科方法更有优势。[45] 三、首要主导与无缝网络：STEM各学科的地位关系 (一)首要主导：一门学科作为核心地位 “首要主导”观点认为，STEM教育存在一门作为核心或基础的学科，教学过程中应重视或提高这一学科的内容和地位。科学、技术、工程以及数学这四个学科的教育者往往站在本学科立场夸大自身地位优势，这就造成STEM课程中各学科地位不平等，或过分依赖某些学科的现象。[46] 数学教育者提倡将数学作为STEM教育核心学科，因为数学的整合程度处于四门学科最高水平，在STEM能力培养方面具有根本性作用。首先，数学教育促进“21世纪技能”发展。OECD提出的“21世纪技能”主要包括：(1)批判性思维、问题解决能力、学习和创新的能力；(2)信息、媒体和技术素养、媒体素养；(3)生活和职业技能。[47]数学教育对上述技能培养都具有基础性作用。此外，数学建模包括一系列步骤：(1)了解真实世界(环境模型)；(2)假设并简化环境模型(真实模型)；(3)真实模型的数字化(数学模型)；(4)使用数学模型设计方案；(5)验证问题解决方案。这些过程充分说明数学建模与推理在沟通多个学科联系中的重要作用，可用于指导以“循环迭代”方式解决真实问题。[48]其次，数学是关于模型和关系的科学，它为技术、科学和工程提供精确的语言工具。科伊努·格雷夫梅耶尔(KoenoGravemeijer)等人从数字化生活视角倡导数学学科核心作用——当今社会交流日益体现数学形式或数字化特征，每个人必须理解计算机处理事务的数学基础、形成必要的数学核心思想。[49]再次，数学素养注重“通过使用和参与数学，做出明智判断，满足生活需求”，促进跨学科素养形成。例如，一方面，STEM教育强调处理不确定性数据能力和做出涉及社会经济、人口环境、道德伦理等的循证决策，这有助于解决大规模传染疾病、气候变化、能源安全等现代性问题；另一方面，随着数字信息指数级增长，处理各种自相矛盾和不可靠网络信息的能力至关重要。因此，数学在培养学生数据分析和推理、参与地方或全球问题辩论、做出明智决策等方面具有重要意义。[50] 呼吁将工程或技术置于中小学STEM教育核心地位的研究者认为，过于重视科学和数学学科是STEM教育的实施障碍，应该实现技术教育在跨学科教育中的巨大潜能，更有学者将STEM性质等同于工程性质。[51]第一，在促进学习方面，工程设计挑战反映了世界技术发展的活动场景和实验程序，并让学生拥有从失败中学习的机会，这种体验式学习能够避免仅仅依靠视觉和听觉的接受式学习，达到主动学习的目的。[52]第二，在学科整合方面，工程设计蕴含大量科学和数学概念的应用，以工程为中心的STEM课程拥有的驱动性问题，能为科学、数学、工程、技术思维培养提供框架、创造环境，可以说工程课程是“STEM内容的理想整合者”。[53]第三，在知识价值方面，我们不应该将技术看作科学或数学知识的应用工具，或“通过发明创新满足人类需求的学科”，[54]它拥有以实践为特质的知识结构，主要包括：(1)描述性知识，用于陈述客观事实、检查现有材料；(2)规范性知识，用于设计迭代方案、改进程序步骤；(3)隐性知识，构成个体的能力技巧和创新基础。可以说，“许多关键的、渐进的工艺技术改进都发生在车间”“很少有其他学科能够像技术一样，在知识获取与使用、序列化活动的基础上，将不同学科领域整合为完全相互关联的知识领域”。[55] (二)无缝网络：模糊学科边界的课程整合 “无缝网络”观点认为，STEM教育各学科之间有着紧密的联系，彼此渗透、互相干预，形成一张“无缝网络”，各学科是网络内的互动实体，确保STEM教育的价值大于其各部分的总和。 早期研究多从科学、技术、工程和数学学科的相异性论述它们之间的关系，一般共识有：科学通过研究自然现象发展知识，工程和技术为实际问题提供人为解决方案，数学经由纯粹推理形成抽象思想概念；科学利用技术生成知识，技术利用科学知识生成解决方案，尽管属于不同概念和过程驱动的两个领域，但这二者是相互统一的。[56]1996年《美国国家科学教育标准》(NationalScienceEducationStandards)的表达更为明确，“科学的目标是了解自然世界，技术的目标是对世界进行修改以满足人类的需要。技术和科学密切相关，一个问题往往既有科学方面，也有技术方面。回答自然界问题的需要推动了技术产品的发展，技术产品提供了促进理解自然现象的工具”。[57] 近年来，以严格区分学科为前提的STEM教育研究范式受到广泛批评，因为它“本质上强调学科界限，不足以形成有效整合”，科学、技术、工程和数学学科的共同特征才是实现STEM教育的重要前提。[58]元勇·帕克(WonyongPark)用“家族相似性”(FamilyResemblance)描述STEM学科之间的复杂联系，其核心思想是：STEM可以理解为由4个成员组成的家庭，每个成员在某些方面与其他成员相似，但没有两个成员是完全相同的。这意味着STEM各学科不能独立存在，而是相互关联、相互定义的事物。[59]乔·安妮·瓦斯奎兹(JoAnneVasquez)用从学科(disciplinary)到多学科(multi-disciplinary)再到跨学科(interdisciplinary)以至超学科(trans-disciplinary)的“坡面模型”说明STEM教育整合程度递增，其中超学科整合完全面向现实世界问题，学生可以不受传统学科界限约束，主动创造新的技能类型和认知结构，真正实现学科整合。[60] 海罗·奥尔蒂斯-雷维拉(JairoOrtiz-Revilla)将STEM置于科学与社会发展的历史大背景下考虑学科一致性。传统的科学、数学和技术学科界限因为“大科学”时代到来而变得模糊：二战后，科学研究的重点不再是探索自然，而是设计需要的工程产品，如原子反应堆和计算机等；20世纪，工程师、技术专家和科学家共同参与知识发现和产品开发，如大型跨国合作设计粒子加速器和空间探测器；数学的纯粹理性知识也开始融入经验因素，如数学家使用计算机构建疾病暴发模型并用算法公式评估后果。[61]所以，执意于将“科学和数学”与“工程和技术”看作两种截然不同的人类活动，已经无法真正理解科学和技术发展的丰富性和多样性。 具体到科学、技术、工程和数学的“家族相似性”，奥尔蒂斯呼吁超越STEM各学科性质的简单相加，在更高层次上发现STEM的综合特征。他从社会问题解决角度考察科学、技术、工程、数学的学科本质，提出STEM各学科共性要素：建构模型、设计方案、知识论证、科技伦理、负责任地研究和创新。并建议以此框架进一步将社会文化、经济发展等学科纳入跨学科教育范围，构建更为宏大的教育视角。[62] 四、谨慎前行：STEM教育的评价困境 (一)持续探索：跨学科教育多元评价框架 STEM教育的政策导向正从注重社会经济作用转向促进个体发展作用，典型表述如《绘制成功之路：美国STEM教育战略》(ChartingaCourseforSuccess：America'sStrategyforSTEMEducation)，“最好的STEM教育提供了一种跨学科学习方式，通过激发学生主动性和创造力的复杂问题和现实挑战，将严谨的学术概念与现实世界的应用相结合，学生在学校、社区、工作和更广阔世界之间建立真实的联系”。[63]美国国家研究理事会(NationalResearchCouncil)和国家工程院(NationalAcademyofEngineering)归纳了将工程纳入K-12教育的五点优势：提高数学学科成绩、形成科学知识能力、增加工程意识、优化技术素养、理解并进行工程设计。[64]美国国家研究理事会还提出了“认知、观察、解释”的三角评估策略：“认知角”代表跨学科学习应该掌握的基本知识和技能；“观察角”代表一系列真实学习任务，根据学生完成任务表现评估对应的知识技能掌握水平；“解释角”指的是对学生学习表现的数据进行分析的工具和方法。[65] 21世纪以来，针对STEM教育效果的实证研究不断细化深入、成果显著。首先，在学科评估方面，既有针对STEM某一学科学习效果的评估，也有跨学科学习整体效果的评估。其次，STEM教育评估的内容主要集中在四个方面：(1)掌握学科知识；(2)发展跨学科能力；(3)参与科学实践；(4)培养学科情感。再次，评估形式千差万别，既有标准化测试等传统形式，也有以研究为导向的观察方法，包括访谈、视频分析、学习产品分析等。[66]概而言之，多数研究结论对STEM教育的作用持积极态度，比如，经历跨学科学习的学生在标准化测试中的表现优于同龄人、能够形成更深层次的概念理解、更倾向于从事STEM专业学习等。[67] (二)理性批判：STEM教育评价的有效性 1.评价内容是否合理？ STEM教育是否促进学生学业成绩？尽管大量研究证明STEM教育提高了高中学生的平均绩点、大学入学分数或PISA、TIMSS等大型国际考试中的学科成绩，但这种用传统的单学科考试成绩判断跨学科学习效果的方法是否合适呢？究竟应该以科学、数学、工程、技术的某一门或几门学科概念学习、核心素养发展评价STEM教育效果，还是应该研究超越各学科素养之上的“STEM素养”及其评价策略？为此，近年来关于“STEM素养”内涵以及教学要素的研究成为前沿热点，提出的评价要素包括多方案解决问题能力、工程设计能力、证据推理能力、STEM实践能力、21世纪技能、STEM职业意识等。[68]但总体来说，尚无成熟理论。 课程理论研究更指出STEM教育评价的先天不足。巴索·伯恩斯坦(BasilBernstein)使用“分类”概念描述学科内容之间的差异，像数学、科学与其他学科知识之间边界明显，属于“强分类”学科；反之，通识性质的学科分类较弱，常常被看作地位较低的“软知识”。STEM课程内容的制定旨在融合多学科主题，选取的知识必然倾向于适合不同主题的共同需要，而不是针对一个学科问题解决的专业知识。所以，适合于跨学科学习的知识往往具有共通性、主观性和不易测试等特征。随之产生的结果就是，STEM教育有可能“侵蚀科学教育的知识地位”。[69]约翰·罗斯(JohnRoss)的学习焦点理论(FocusTheory)认为，只有当学生的注意力集中在少数目标而不是许多目标时，有效学习才更有可能发生。以“桥梁建造”项目学习为例，如果教学重点是物理学“力的理解”，那么“桥梁设计和搭建”等工程问题就会被看成简单的工具，而没有认知价值。因此，STEM课程不太可能实现所有学科的不同目标。[70] 2.评价方法是否恰当？ 首先，STEM教育是否具备统一评价标准？STEM教育理念指导的课程开发和项目学习，本身蕴含着不断拓展知识边界的跨学科探究思想，单一的评价标准无法体现STEM教育提倡的不确定性、开放性、动态性特征，反过来却从根本上限制了STEM教育应该具有的学科多样发展可能。[71] 其次，目前STEM教育项目的效果评估通常采取三种方法：(1)以判断题和选择题为手段测试学科知识内容的掌握程度；(2)通过大规模学业水平考试中的学生成绩判断STEM教育所起作用；(3)以学生的学习表现和设计的产品为载体进行评价。一方面，这些评价策略一般适用于学科知识领域的评价，很难评估STEM学习对学生探究能力、高阶思维或创造力发展的作用；另一方面，在工程设计类学习项目中，强调在“迭代设计、优化方案”过程中对学生“批判反思、资源管理”等技能的发展性评价，仅仅依据学习最终产品的总结性评价无法获得客观结果。[72] 再次，针对STEM教学效果研究的元分析发现，支持跨学科学习效果优于学科学习的证据并不充分。比如，研究对象集中于高等教育和中学阶段而忽视了小学和学前阶段；研究空间关注正式学校课堂学习而忽视校外非正式学习；多数集中于短时间内STEM教育成绩而缺少长期学习的效果跟踪研究。这明显没有体现STEM教育的终身学习、社会学习和可持续发展理念。[73] 3.数据解释是否科学？ 首先是学习结果的评价目标与评价标准是否一致的问题。多数STEM教育项目过于关注学生职业准备、身份认同或社会技能等方面，经常以一种非常笼统的方式设计目标，如“保持、提高学生对科学技术的兴趣”“了解STEM知识内容和相关职业”等，却没有明确的学科概念、具体的学习主题。[74]哈格里夫斯(Hargreaves)等人研究发现，因为过于强调通用性技能培养，学习了跨学科课程的学生“虽然擅长论文写作，但是缺乏学科基础知识”；在进行项目研究时，他们“能够很快提出探究性问题，并直接找到正确的答案信息”。与之相比，单学科的学习却更有可能深入地掌握知识方法。[75] 其次是评价结果归因的适切性问题。跨学科课程往往被看作更具有前瞻性的课程，能够吸引更多先进的教学方法，因此需要科学地分析学生从STEM课程中受益的影响因素。[76]格雷迪·文维尔(GradyVenville)等人对取得成功的STEM学习项目分析发现，无论是根据学科主题、社会议题、技术改进，还是其他方式安排学习内容，这些项目都体现了问题解决教学、师生合作交流、挑战认知能力等学习特征，所以STEM教育取得效果的原因与其说是因为学科融合本身，不如说是因为采取了良好的教学策略。[77]同样，尽管高中生和大学生在STEM学习中表现出对科学的浓厚兴趣，但更可能是他们选修这些课程之前就比其他学生更有动力，而不是STEM教育的结果。[78] 再次，一些研究结论完全对立。多数研究表明，STEM教育可以改善女孩、社会背景和经济地位较低家庭儿童的学习成绩，并提升他们未来从事STEM职业的意愿，促进社会公平。[79]但是也有大量研究发现，就读于普通学校的社会边缘儿童，实际上更难接触优质昂贵的STEM教育设备资源；跨学科教育削弱了知识的学术性，阻碍他们深刻掌握学科概念，未来从事的职业也主要是低水平技术操作，而非管理或创造性质；[80]STEM教育体现西方传统的科学认知方式，忽视了少数民族学生生活经验，[81]所以STEM教育某种程度上制造了新的社会不公。 五、对立协商：STEM教育发展趋势 (一)创新战略：STEM教育目标指向 从战略高度认识我国现阶段STEM教育的政策环境与目标指向。在各国教育政策相互借鉴时代，国际公认科学和创新是提高生产力、创造更多更好就业机会、增强竞争力和发展经济的关键。我国STEM教育发轫于教育领域对美国科技创新人才培养模式的关注，又延续自身教育与学生生活关联的课程传统。2018年《中国STEM教育2029行动计划》《拔尖学生培养计划2.0意见》和2023年《加强新时代中小学科学教育工作意见》都指出跨学科教育是培养创新人才重要路径，对国家未来发展具有不可忽视的重要作用。现时期，我们需要立足学校教育实质，形成STEM教育人才培养与社会发展有效互动。首先，科技创新人才培养是一项系统性、长期性的工程，需要构建以培养学生“科学知识、创新精神”为主旨的STEM教育体系，激发学生好奇心、想象力和探求欲，培养学生科学兴趣，推进基于实践的科学教育。其次，学校教育除了完成既定教学大纲规定任务，也应注重校企联合、因地制宜地开发教育资源。STEM教育源于培养高素质劳动力、服务经济发展现实需求，企业是