全球八个主要国家K-12阶段STEM课程政策的比较与探讨

/全球八个主要国家K-12阶段STEM课程政策的比较与探讨【摘要】STEM教育改革是世界各国提升综合国力的战略之一。本研究聚焦全球八个主要国家K-12阶段的STEM课程政策，采用主题分析与比较分析发现：国际社会普遍认可STEM整合教育的重要价值，然而传统的STEM(科学、技术、工程与数学)分科课程设置仍是各国课程方案的主流。多数国家选择在学科课程及跨学科课程中主动融入STEM理念与内容，或将STEM作为跨学科教学方式融入课程方案与教学实践，仅个别国家单独设立整合式STEM课程。各国STEM课程实践呈现校内外协同推进态势。相关研究结果可为我国持续推进科技教育及开展K-12阶段STEM教育政策与实践的国际对话提供借鉴。【关键词】STEM教育；课程政策；国际比较

进入21世纪，随着新一轮科技革命加速推进，全球主要国家相继将STEM教育①纳入国家战略布局，并通过课程改革积极应对全球化竞争与技术变革的挑战。为更好地把握全球STEM教育改革方向，本研究选取八个具有代表性的国家，系统考察其K-12阶段的STEM课程政策，揭示STEM教育改革的共性、差异与发展趋势，为我国STEM教育的本土化发展提供理论参考与实践启示。 一、全球主要国家的STEM课程：目标、价值与实践路径 (一)国家战略主导的STEM育人目标 对各国教育与课程政策的分析可见，八个国家的政策制定者一致认可STEM教育的重要性，并将其列为国家教育发展的优先事项(见表1)。其中，美国、芬兰、爱尔兰和澳大利亚明确将STEM教育纳入国家核心战略。由美国白宫发布的《成功之路：美国的STEM教育战略》(ChartingACourseforSuccess：America'sStrategyforSTEMEducation)指出，夯实STEM素养根基是确保所有美国人能够充分参与国家与社区建设、履行公民权利、发挥个人潜能的基础。[1]该战略明确了提升国家STEM教育能力的方针，并为STEM教育的发展提供资金和资源支持。澳大利亚则于2015年出台《国家STEM学校教育战略(2016-2026)》(NationalSTEMSchoolEducationStrategy2016-2026)，将STEM确立为国家核心战略，由联邦与各州政府协同推进。该战略强调以批判性思维、问题解决和创新能力为导向，在全国范围推动课程改革和校企合作。[2] 部分国家(地区)在其教育政策和课程方案文件中明确提出了STEM课程的育人目标。例如，美国田纳西州明确指出STEM课程的目标在于“为儿童的STEM素养培育打下坚实基础”，其核心内容包括培养学生：(1)运用批判性思维解决问题的能力；(2)理解科学与工程的核心概念及实践方法；(3)提出有意义的问题；(4)开展科学探究；(5)设计并制定问题解决方案；(6)开展实验活动；(7)进行基础数学建模与数据分析；(8)沟通和阐述问题解决方案；(9)认识STEM相关职业领域及发展机会。[3]爱尔兰于2024年发布了《贯通小学阶段及特殊教育的STEM课程标准(征求意见稿)》(DraftScience，TechnologyandEngineeringEducationCurriculumSpecification)，强调STEM在培养青少年创造性问题解决及挑战应对等方面的重要意义。该文件系统阐述了STEM课程的育人目标，包括培养学生：(1)好奇心；(2)对科学、技术和工程概念与实践的理解；(3)STEM关键能力；(4)创造性问题解决能力；(5)批判性思维能力；(6)运用科学、技术与工程语言进行沟通、评估与反思的能力等。[4] (二)多层次探索STEM课程改革实践路径 各个国家(地区)的课程方案不仅反映其对本地学习者在完成相应年级学习后应达到水平的预期目标[5-6]，也是各地学校课程与教学改革的行动基础[7]。 1.S-T-E-M的分科设置 对全球八个主要国家课程方案的分析表明，数学(Mathematics)、科学(Science)和技术(Technology)等学科仍以分科设置为主。其中，数学和科学在所有国家课程方案中均被列为核心课程，且各国(地区)普遍开设技术课程。如在美国科罗拉多州和马萨诸塞州，技术课程以“计算机科学”(ComputerScience)的形式呈现。多数国家对技术课程的范围有明确界定，例如爱尔兰将其细分为“数字技术”和“传统技术”；澳大利亚将其区分为“数字技术/计算机科学”与“设计与应用技术”。部分国家(如德国、芬兰、新加坡)则在课程设置中明确区分“技术”与“计算机科学”。 尽管工程(Engineering)长期以来被视为提升国家全球竞争力、培养高素质STEM人才及支撑现代文明发展的关键因素，在这些国家(地区)的课程体系中，仅有爱尔兰和美国马萨诸塞州明确将工程作为独立课程纳入学校课程体系。这也呼应了学界关于是否应在K-12教育阶段开展工程教育的争论——各国在这一问题上存在明显分歧。[8-9]部分学者主张为不同学段学生开设独立的工程课程。[10]另有研究认为虽然从理论上制定独立的工程课程标准是可行的，但在实践中受限于学校教师工程知识不足及课程负担过重[11]，额外增设一门课程并非明智做法[12-13]。为此，美国等许多国家在课程方案中采取“互补策略”[14-16]，即通过将工程教育整合进科学、数学等课程标准中，使学生获得相关学习经验。 2.独立设置STEM课程 在所分析的八个国家(地区)中，仅美国田纳西州明确在K-5阶段设置独立的STEM课程标准及评价框架。具体而言，该“标准”指出K-5阶段的STEM课程涉及数学、科学、工程与计算机科学等内容要素，包含“团队合作和问题解决能力”“掌握STEM学科相关概念及技能”“分析STEM相关议题的技能与策略”“STEM职业领域认识与兴趣”四个能力要素。[17]此外，爱尔兰于2024年出台的《贯通小学阶段及特殊教育的STEM课程标准(征求意见稿)》积极推动将STEM作为独立的整合式学科课程纳入国家现行课程体系中。[18]尽管已有少部分国家就独立设置STEM课程做出探索，强调STEM在培养青少年问题解决、决策制定及应对不确定性挑战等方面的重要意义，但整体而言，全球主要国家课程政策中独立设置STEM课程的做法依旧较为鲜见。 3.学科课程内融合STEM 对各国(地区)数学、科学、技术及工程等课程方案的分析显示，约36.6％(15/41)的学科课程标准(如数学、科学和技术等)明确提出应在适当环节嵌入整合式STEM教育的理念与内容。例如，日本的数学课程标准中提到“为使学生能够在未来社会中生存并取得成功，应大力推进STEM教育，而数学被视为STEM教育的基础。数学不仅帮助学习者理解各种现象背后的数学原理，同时作为一种重要‘语言’，促进其他学科的学习”[19]。加拿大安大略省的课程方案也强调在独立设置的学科课程中，应使跨学科联系成为学生学习的一部分，并在学科课程实践中整合两个或多个STEM学科，开展指向问题解决的学习。这不仅有助于增强学生对各学科本身的理解及对学科间相互关系的认知，还能为学生提供在真实情境中创造性运用知识和技能的机会。[20]美国马萨诸塞州的科学与工程课程标准，新加坡的数学、科学和计算机课程标准也明确提出在学科课程中整合STEM教育。[21-22]可见，学科课程内融合STEM教育的理念和内容是各国探索STEM课程改革的重要路径之一。 4.跨学科课程内嵌入STEM教育 除在学科课程标准中融合STEM的理念与内容外，设置跨学科课程并嵌入STEM内容要素已成为部分国家课程改革的重要趋势。在加拿大，安大略省开设了环境教育、社会情感教育与金融知识三门跨学科课程，其中“环境教育”明确提出了STEM学习的目标与要求[23]；不列颠哥伦比亚省开设的“应用设计、技能与技术”课程虽未明确附有STEM标识，但其课程内容体现了整合式STEM教育的理念[24]。在美国，马萨诸塞州开设名为“科学与技术/工程”的跨学科课程，并明确其内含的STEM属性，强调以真实问题为起点，引导学生开展综合性探究。[25] 5.将STEM视为一种创新教学方法 多个国家(地区)的课程方案(含学习指导)强调STEM在促进跨学科教学和创新人才培养方面的价值。芬兰在课程学习指导中明确提出采用现象学教学法，突出跨学科教学在各学科课程与教学中的有机融合。[26]美国科罗拉多州则将STEM界定为一种跨学科教学方式，即通过将严谨的学术概念与现实世界情境相结合，使学生能够在学校、社区、职场及全球企业环境中运用科学、技术、工程和数学知识，培养他们的STEM素养并提升其在新经济环境中的竞争力。[27]加拿大安大略省课程方案亦强调将STEM理念拓展为一种整合式教学方式的价值，鼓励学生通过基于问题解决的项目化学习和探究性学习，提升创新能力。[28] (三)校内外联动的STEM学习拓展 除学校课程体系，各国也高度重视非正式学习环境中STEM教育的拓展。多国课程政策强调整合校内外教育资源，构建多元化学习生态系统，以推进K-12阶段的STEM教育。美国白宫发布的《成功之路：美国的STEM教育战略》明确指出，STEM教育与培训应贯穿全生命周期与多元场域，“既发生在校内，也发生在校外”[29]，联邦政府应与州政府共同打造促进STEM素养、创新与就业的教育生态系统。类似地，爱尔兰教育与技能部在《STEM教育政策2017-2026》(STEMEducationPolicyStatement2017-2026)中指出，应确保“所有学习者都能获得校外的STEM学习机会”，并通过“课外活动增加20％”“设立STEM奖励计划”等措施，增强非正式学习与校外参与在国家STEM战略中的地位。[30]事实上，校外STEM教育不只是各国校内课程的补充或“装点”，更是各国政策愿景中推进STEM教育战略的重要环节。各国纷纷结合本土实践，探索构建校外STEM课程拓展体系(Outreach)，支持并丰富青少年STEM学习。 1.传统型STEM学习拓展 传统型STEM校外活动是在学校教育体系之外，由政府、企业或其他社会组织开展的、以科学探究和技术实践为核心的探究学习活动，包括具有选拔与竞争机制的竞赛类活动和面向广泛学生群体的非竞争性实践活动(如科学馆、博物馆等场馆体验及教育机构开设的系统课程等)。 竞争类活动(竞赛类)通常以项目式学习为核心，通过竞赛机制激励学生将所学的STEM知识应用于真实问题解决。多个国家已形成制度化的科创竞赛体系，例如德国的“青年探究”作为青少年科学竞赛长期面向中学生开放，竞赛内容涵盖环境科学、生物学、化学、地理与空间科学、数学与信息技术、物理学及工程技术等多个领域。[31]美国的国际科学与工程大奖赛每年吸引来自70余个国家和地区的优秀学生参与，为跨国科研交流与合作提供了重要平台。[32] 非竞争类活动(实践类)强调学生在轻松氛围中接触和体验STEM知识。这类活动通常依托科学馆、博物馆或科技中心等实体场所开展，或由教育企业和社会机构提供系统化课程支持。如芬兰LUMA中心将全国的大学与科学中心联合起来，向不同学段提供持续的科学体验[33]；加拿大的安大略科学中心则以丰富的展厅和定期开展的实验工作坊，激发学生的科学兴趣[34]；美国NASA发布的STEM门户计划则以博物馆与科学中心为“门户”，搭建合作网络，把航天探索的教育资源带入全球数百家场馆[35]。除依托场馆外，新加坡的STEM教育机构面向青少年提供每周常态化的机器人与编程课程，同时开设假期项目和专题研讨会等，帮助学生在课余时间持续拓展STEM学习视野。[36] 2.新兴数字化STEM学习拓展 随着信息技术飞速发展，校外STEM教育已不再局限于线下教育形式，数字化学习在STEM教育中日益占据重要地位。如新加坡的“社区编程”项目，针对8岁-16岁学生提供免费的编程教育，同时特别关注社会经济条件较差的群体，致力于推动STEM教育的普及和民主化。[37]加拿大STEM在线教育平台“共话科学”也提供了大量免费的STEM教学资源、互动课程和虚拟实验，项目内容涵盖从机器学习循环系统训练到月球车设计等多个前沿领域，为资源弱势学生的科技学习和探索提供支持。[38] 二、全球主要国家STEM课程政策的特征分析 (一)各国S-T-E-M分科设置显示出M＞S＞T＞E的特征 分学科单独设置STEM类课程仍是所有八个国家课程方案的主流叙事。其中，数学和科学在各国课程体系中均处于核心位置。尽管表现方式有所差异，八个国家均设置了技术类课程。部分国家还单独设立“计算机科学”课程，以回应新一轮科技革命对数字素养的需求。相比之下，各国对于K-12教育阶段如何开展工程教育仍存在争议。仅两个国家(地区)独立设置工程课程。由此整体来看，各国STEM类课程的分科设置显示出M＞S＞T＞E的特征。 (二)各国课程方案多呈现“重理念、轻落实”的STEM叙事特征 在各个国家(地区)中，仅美国田纳西州明确在K-5阶段设置独立的STEM课程标准及评价框架。爱尔兰出台《贯通小学阶段及特殊教育的STEM课程标准(征求意见稿)》，积极推动STEM作为独立的学科课程纳入国家现行课程体系中。欧盟2025年发布的最新版《STEM教育战略计划》指出，欧盟成员国应为推动面向未来的STEM课程落地学校作出努力，包括至2026年推出面向所有学习者的STEM素养框架及STEM技能分类框架等。[39]以上情况恰好反映出理论和实践层面对STEM能否作为一个独立学科或者一门具有独立能力框架的课程尚未达成广泛共识。当前，STEM多作为一种教育理念或精神嵌入各国课程改革中，而非直接呈现于课程标准的学生认知表现及学习结果上。 (三)STEM多途径融于学科课程与跨学科课程，撬动教学实践创新 多国主张在现有学科课程中主动纳入STEM理念与内容，鼓励跨学科整合，推动学生建立学科间联系并开展问题导向学习。有国家将整合式STEM嵌入跨学科课程方案中，推进课程改革。还有国家强调整合式STEM作为跨学科教学方法对促进教学创新及创新人才培养的价值。这一考虑不只为了优化STEM教学模式，更在于激发学生的探究兴趣与创造力。[40]STEM教育在各国课程方案的在地探索中呈现多样化特征，恰好与当前学界、政策制定者与教学实践者等对STEM概念的多元理解相呼应。[41] (四)突破学校时空边界，创设STEM跨界学习经验 多国明确提出要联合社区、企业、高校及科研机构，共建多主体协同的教育生态，拓展学生的STEM学习经验。传统型STEM拓展活动与数字化STEM学习场景相互补充：前者依托竞赛、实践项目、科学馆和博物馆等平台及场所，为青少年提供丰富的互动与实践机会；后者则借助数字化手段拓展STEM学习空间，弥补地区和场所资源不足对培养学生创新能力等方面的限制。校内外协同合作为学生营造跨界STEM学习体验已成为各国探索可持续STEM教育的重要路径。 三、各国政策对我国推进STEM教育的启示 (一)从国家战略高度思考新时期STEM教育的价值定位 全球八个主要国家普遍将STEM教育视为国家教育发展的优先事项。各国在基础教育阶段对STEM教育的定位已不仅限于专业人才的培养，而是更加强调为培养具备STEM素养和21世纪核心素养的未来公民奠定基础。这一趋势为我国在新时期思考K-12阶段STEM教育的价值定位提供启示。 在我国加快建设教育强国战略的背景下，推进STEM教育既是实现教育、科技、人才一体化发展的必然选择，也是培养能够理解世界运作机制，并将其应用于促进社会与环境正义、应对人类深层次挑战的新型公民的重要途径。[42]如何构建多层次STEM课程体系，使之突破学科隔阂，鼓励学生发展问题解决能力，同时提升其公民意识与社会责任感，成为亟待解决的重要课题。 (二)在地化实施STEM课程考验基层学校课程领导的专业性 从前述分析可见，各国STEM课程的在地化推进存在差异。[43]多数国家通过学科内融合或跨学科课程嵌入等方式，拓展学校教育中STEM课程实施的空间。这些丰富的经验为我国的STEM本土化提供了有益参考。 我国STEM教育在本土教育政策与实践情境中逐渐演化为一个具有多元内涵的概念，尤以科技和工程实践导向的跨学科课程为其核心特征。[44]当前依托国家课程开展STEM教育是推进其本土化创新的务实路径。如何在国家课程框架内，立足数学与科技类学科标准，挖掘科学、技术、工程、数学及信息科技等学科的内在联系，设计兼具综合性与实践性的跨学科学习任务，是学校STEM课程实施面临的问题和挑战。这意味着STEM课程的在地化实施对基层学校课程领导力提出了新考验——不仅需要基层学校立足于校本实践整体设计并开展STEM课程体系建设，更要求校长发挥课程领导的专业性，引领学校STEM课程的创造性实施与持续优化。[45] (三)STEM教学创新需教师专业素养的持续提升 各国课程政策普遍关注到STEM作为跨学科教学方式所蕴含的创新价值。K-12阶段STEM教育不仅是学生接触前沿科技的重要途径，也是推动教学改革与创新人才培养的关键。这为我国思考如何贯通职前职后S