促进STEM教与学的九种方式，创新就在学科融合之中
当今世界，全球化趋势深入发展，第四次工业革命如火如荼，科技的飞速发展正在重塑人类社会。知识和技能越来越成为各国参与国际竞争、促进经济发展的核心因素，各国均把技能人才培养提升到国家战略的高度，其中又以科学、技术、工程、数学（STEM）人才的培养最为关键。
随着STEM教育的兴起，一些国家把STEM教育提升到了国家战略层面，相继出台了促进STEM人才培养的政策措施，加大STEM教育的公共和私人投资，整合政府、大中小学、企业、科研机构、社区和家庭多方力量，共同促进STEM教育发展，其中，尤其是美国。
美国，作为STEM教育的起源国、倡导国和发展国，一直以来都将STEM教育放在突出位置，先后发布了各类STEM教育相关政策，旨在让所有学生获得优质的STEM教育。
2016年9月，美国研究所与美国教育部联合发布了《STEM 2026：STEM教育创新愿景》。该报告提出了六个愿景，力求在实践社区、学习活动、教育经验、学习空间、学习测量、社会文化环境等方面促进STEM教育的发展，以确保各年龄阶段以及各类型的学习者都能享有优质的STEM学习体验，解决STEM教育公平问题，进而保持美国的竞争力。
随着历届美国政府对于STEM教育的高度重视和大力扶持，STEM教育在美国发展迅速。值得一提的是，美国STEM教育的推广，不是在政府指导下单纯依靠学校推动，而是动员了全社会，特别是企业界的力量。
在美国，盖茨基金会和纽约卡内基公司支持100多位企业CEO创建“变革方程”公益机构，致力于推广中小学STEM教育。他们通过利用资金、资源和影响力：①促进STEM公益教育事业；②激励青少年学习STEM；③推动基于 STEM的教育改革。
STEM教育在美国就像个全民运动。与此同时，随着美国STEM教育的发展，关于STEM教育的研究报告也开始发布。
近日，一份关于促进STEM教学的相关报告——《用技术强有力的支持STEM学习的九个方式》（《Nine Dimensions for Supporting Powerful STEM Learning with Technology》）发布，该由美国联邦教育部与“数字前景”公司合作发布。
（报告获取方式见文末）
该报告通过系统研究相关文献，结合中小学教学案例，梳理出了有效促进STEM（科学、技术、工程、数学）学习的九种方式。这些借助新技术的教学方法主要聚焦在培养学生STEM素养、提高计算思维与技能等方面。
1、动态表征
（Dynamic Representations）
师生通过与数字模型、仿真模拟系统深入互动，动态表征数学、科学及工程原理，可以深度理解并掌握科学原理和概念。为了更好地支持学习者，教师通常在STEM学科涉及的系统性和过程性知识与技能中，利用动态表征法，并设置相应的教学支架，为学生对知识的理解提供一种框架，帮助学生学习。
2、协作推理
（Collaborative Reasoning）
师生借助技术工具围绕STEM概念进行协作推理，可以增强彼此的交流与协作，同时鼓励学生平等参与以改进或完善对概念的认识。该方法促使学生深度参与研讨，建构并达成对问题的理解共识，亦有助于实现均衡参与，抑制那些研讨中个别喧宾夺主或轻易听信于人的现象。
3、即时与个性化反馈
（Immediate, Individualized Feedback）
数字工具能帮助学生学习STEM技能与概念，并提供即时、个性化的反馈。科学有效的反馈可以帮助学生缩小现有水平和预期水平之间的差距。一项涉及来自129个课堂的4000名二年级学生的准实验研究发现，当学生使用计算机练习算术技能并收到即时反馈时，他们的学习收益更大。
4、科学论证
（Science Argumentation Skills）
学生使用支持科学论证技能的技术，包括提出和评估科学或数学主张的证据。学生运用科学论证有助于建构知识，辨析不同观念并开展独立思考。现代技术可以通过多种方式促进科学论证。研究发现，成绩较低的学生可借助计算机技术显著提升科学论证能力。
5、工程设计流程
（Engineering Design Processes）
学生可以借助工程设计流程和相应的技术修订、实施和测试问题并找到解决方案。借助技术工具，学生可将科学和数学思路应用于设计。相关研究发现，那些通过科学与技术相结合的工程模块单元学习的学生，显著拓展了STEM领域知识，并提升了高阶思维技能，包括解决问题的能力和程序知识。
6、计算思维
（Computational Thinking）
学生使用信息技术来解决问题，通过算法、数据计算和模拟来分析问题，从而获得对相关现象的新认识。一项针对高中生的准实验研究发现，将计算思维与计算机编程结合起来进行教学，可大大提高学生的推理能力，包括进行推测和从数据中得出结论。
7、基于项目的跨学科学习
（Project-based Interdisciplinary Learning）
学生借助数字技术工具开展富有挑战性的跨学科项目学习活动，这些学习活动整合了多个学科领域（如科学和数学）。在跨学科项目学习活动中，学生可以像专业科学家那样，运用数字技术搜集、组织和交流信息，辅助任务管理，探索问题解决之道，以及设计产品等。
8、嵌入式评估
（Embedded Assessments）
在STEM教学中嵌入了数字评估，可以实时、准确反映出学习活动的性质、质量等信息，并促使学生发现问题，提出解决方案。同时，也可以帮助教师调整教学方式，更好地满足学生的需求。该方法与即时个性化反馈有交集之处，即学生能及时得到反馈信息并作出改进。
9、基于证据的模型
（Evidence-based Models）
为了深入理解STEM的专业应用，学生需要建立自己的基于数据和证据的模型，以及解释这些模型的证据基础和局限性的能力。通过开发模型以融合STEM理论与实践的教学可帮助学生增进理解，发展技能。例如，六年级学生在学习气体和液体运动时，利用计算机绘制气味向鼻子传播的模型，随着探究的深入和知识的积累，学生不断修改模型，最终他们的模型逐渐与完整的科学模型趋于一致。
在报告末尾这样总结道：
技术在STEM专业和我们的日常生活中起着核心作用。尽管由技术强有力的支持STEM教育对有意从事STEM职业的年轻人来说是有价值的，但至关重要的是，每个人都有机会获得通过技术增强STEM的学习机会，为他们在当今复杂世界的生活和工作做好准备。
在教育系统的所有层面上，在正式和非正式的教育中都存在大量利用技术进行STEM学习的机会。然而，在所有的研究领域，技术本身并不足以使STEM有所不同。想要获得非常理想的学习效果，教师必须能够对于有证据可以改善结果的方法做出教学上决策。
编辑 | 阿黎
图片 | 网络
部分内容来源于该报告
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