STEAM教育对中学教育的启示以及科学与人文的关系

来源 | 《教育研究与评论》（中学版）

作者 | 赵慧，江苏省苏州高新区第一中学

一、STEM教育概念的提出

1986年，美国国家科学委员会发表《本科的科学、数学和工程教育》陈述，首次提出STEM教育的概念。所谓STEM，是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写。其中，科学是指认识世界、解释自然界的客观规律；技术和工程是指在尊重自然规律的基础上改造世界，解决社会发展过程中遇到的难题；数学则作为技术与工程学科的基础工具。STEM教育关注四门学科的深度融合，强调以学生为中心，倡导学生在合作中解决问题，在开放的环境中培养实践能力。

二、STEM教育发展的现状

世界上很多国家高度重视STEM教育。

作为STEM教育的发起国，美国一直在STEM教育的宏观决策、法律制定、资金投入、师资培训、课程建设等方面走在最前列。2007年8月，美国参众两院通过了《美国竞争法》，认为美国在世界经济发展中的地位下降应该归咎于对科学、技术、工程和数学的重视不够，于是提出加大对STEM教育的投入，将STEM教育纳入法律体系。2007年10月，美国国家科学委员会公布《国家行动计划：应对美国科学、技术、工程和数学教育系统的紧急需要》，将STEM教育从本科阶段向中小学阶段延伸。近年来，美国教育部和州政府一直在努力寻求培训STEM教师，激发学生对STEM的兴趣，利用资源鼓励师生互动学习等的方法。美国政府除了通过国家数学小组、小学数学行动、中学数学行动大量培训数学和科学教师之外，还积极鼓励从事数学和科学工作的人员投身教育工作。2010年，美国教育部提出要在未来10年招收和培养10万名STEM教师，创建1000所专注于STEM的新学校。2015年，美国公布《STEM教育法》，将计算机教育纳入STEM体系。2016年9月14日，美国研究所与美国教育部联合发布了《STEM教育中的创新愿景》（简称《STEM2026》），力求在实践社区、活动设计、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，从而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，进而连结美国的竞争力。

除了美国，推进STEM教育也成了英国、德国、瑞典、加拿大、澳大利亚、日本、以色列、新加坡等发达国家的主流教育思潮。英国政府将STEM职业规划编入了中小学的课程结构中，于2006年出台了STEM陈述，提升在STEM教育方面的资金分配和利用率。德国政府把STEM教育（其国内称为MINT教育）和职业教育挂钩，吸引优秀学生学习科学、工程、计算机等专业并在该领域从事工作。加拿大安大略省将“让学生参与和学习科学、工程和技术，考虑提供计算机编程机会”作为教育战略目标之一，并写入省长委任状。澳大利亚联邦政府于2015年12月发布了新的《国家创新与科学进程》，其中“提高所有人的科学素养与STEM一揽子计划”设计经费总额达到1.2亿美元。澳大利亚昆士兰州教育部还在其网站明确提出STEM教育在择业方面的众多好处：就业空间大，工作环境广，有助于解决全球性的疾病、粮食短缺等问题，获得全球雇主高度认可的技能，75%的新兴职业都需要具有STEM技能的人员，比其他本科毕业生拥有更高的起薪，等等。此外，澳大利亚弗林德斯大学开设了英才教育学校，面向10～12岁的天才儿童，开展为期两年的数学和理科教育，然后由大学教授进行导师式培训。日本索尼公司成立了“索尼国际教育”子公司，明确把创新教育和STEM教育作为主攻方向，并发起和举办了多场趣味数学挑战赛和机器人创新大赛。

在美国等西方发达国家的影响下，STEM教育在世界范围内迅猛发展，许多国际性和地区性组织应运而生。2014年9月22日，全球STEM联盟在纽约联合国总部举行启动仪式。联盟成立以来，已经举办了数场国际STEM教育论坛。2016年6月2日，中国STEM教育协作联盟在重庆成立。

我国的STEM教育开展时间较晚，发展时间也较短。总的来说，我国的优势是，基础教育中理科（数学、物理、化学、生物、地理等）教学比较扎实，本科教育中理科学位授予率比较高。因此，我国的STEM教育特别需要在学科渗透、工程、技术和实验操作等方面下功夫。

三、STEAM教育概念的提出

STEM概念产生以来，经历过多次演变，也派生出了多个概念。有人提出了iSTEM的概念（“i”是“integrated”的缩写，意为“综合的”），强调科学、技术、工程和数学是密不可分的，是相互综合的。笔者认为，这个概念中的“i”其实是多此一举，因为将S、T、E、M连在一起，自己就是一个综合体。2010年12月，韩国提出了STEAM教育的概念（“A”是“Arts”的缩写，狭义上指艺术，广义上指人文，涵盖了社会研究、语言、形体、音乐、美学和表演等各个领域），将比较广泛的人文艺术科目融入STEM教育体系，实现了STEM教育的又一个跨越。这一延伸概念得到了世界各国的广泛认可。

STEAM发展了STEM的教育理念，形成了以数学为基础，通过工程和艺术，理解科学和技术的跨学科、综合性的教育理念。如果说STEM还是一个理工科的小综合，那么STEAM就是一个文理科的大综合。

四、STEAM教育中科学与人文的关系

谈到STEAM概念中的文理融合，就很有必要谈一谈科学和人文的关系。当下，随着人类社会的发展，学科分类越来越细致化。而从素质上来讲，科学和人文其实是一个融合体。

首先，人文的发展，特别是艺术的发展，在很大程度上取决、依赖于科学的进步，因为科学可以让人类更好地认识世界和自身。在人类从茹毛饮血的远古到高度文明的今天，尤其是近代三百年以来的社会巨变中，科学发挥了巨大的作用。好比，科学让我们深切地知道“人有多大胆，地有多大产”是不可能的，谷物的亩产量是有限度的。另一方面，科学的发展也拓宽了人类的视野，让人类把目光投向了更宏观和更微观的世界。好比，科学的发展让人类开始寻找另一个适合生存的星球，尝试实现到另一个星球居住的梦想。

其次，科学的发展也离不开人文、艺术的推动，因为人文、艺术可以使人类连结探索和创造的热情和活力。科学偏重理性，其素质是“经验（实验）加数据（测量）”“证据加推理”，但是不能没有感性、活泼的成分，在一定程度上依旧是人文、艺术的。著名科学家爱因斯坦是一名出色的小提琴手，也能娴熟地弹奏钢琴。他曾经说过，如果他不是一个成功的科学家，也会是一个成功的音乐家。小时候，我们都听过“后羿射日”和“嫦娥奔月”的故事，总想着哪一天能到太阳和月亮上看个究竟。可以想象，如果我们听着“太阳每天燃烧大量的核能”“月亮上没有空气和水”等科学理论长大，一定会毫无半点好奇心。有趣的是，美国宇航局网站上公布的“阿波罗11号”通讯档案中记载着这样的内容：

1969年7月20日，在休斯敦地面指挥中心的罗纳德·埃文斯对太空中准备登月的宇航员说道：“有人要你们（在月球）注意一个带着大兔子的可爱姑娘。在一个古老的传说中，一个叫嫦娥的中国美女已经在那里住了4000年……你们也可以找找她的伙伴——一只中国大兔子。这只兔子很容易找，因为它总是站在月桂树下。”宇航员迈克尔·科林斯立刻回答：“好的，我们会密切关注这位兔女郎。”

这段材料虽然只有文本信息，但是字字句句透露着感性、活泼的人文、艺术气质。

更进一步说，科学素质上是“人类理智的自由发明”。只有加以人文的引导，科学才能够为人类增加福祉；否则，科学就可能给人类带来灾难。爱因斯坦说过：“关心人的自己应当始终成为一切技术上奋斗的主要目标；关心怎样组织人的劳动分工和产品分配这样一些尚未解决的重大问题，用以包管我们科学思想的成果会造福于人类，而不致成为祸害。”如果没有人文的引导，用于发电的核能便会成为大规模杀伤性武器；如果没有人文的引导，用作麻药的鸦片便会祸害人类；如果没有人文的引导，人工智能便会成为杀人的爪牙；如果没有人文的引导，克隆技术便会颠覆人伦……

第三，科学和人文都是人类最富有创造性的活动。从人类文明的发展进程来看，科学的发展需要人文，人文的发展也需要科学。科学创造不仅仅是运用理性、逻辑和数学的过程，它还需要灵感、直觉和想象等人文因素的积极参与。反之，人文创造也不仅仅是灵感、直觉和想象的过程，它也还需要理性、逻辑和数学等科学因素的积极参与。科学与人文的融合有助于二者共同发展与繁荣。

五、STEAM教育对中学教育的启示

（一）在教育目标上，要培养具有科学素养和人文素养的复合型人才

2016年9月13日，受教育部委托的课题组发布“中国学生发展核心素养”的研究成果，指出中国学生的核心素养表现为人文底蕴、科学精神等六个方面。其中，人文底蕴主要是指学生在学习、理解、运用人文领域知识和技能等方面所形成的基本能力、情感态度和价值取向，具体包含人文积淀、人文情怀、审美情趣等基本要点；科学精神主要是指学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现，具体包含理性思维、批判质疑、勇于探究等基本要点。由此可见，科学素养和人文素养在我国的教育目标体系中具有重要地位。

长期以来，我国的教育（评价）目标偏重于单学科素养，而跨学科素养往往被边缘化。STEAM教育是发展跨学科教学的重要渠道。由此，我国的中学教育要打破学科壁垒，加强学科融合，激发学生的跨学科探究意识，培养学生的跨学科素养，同步提升学生的科学素养和人文素养，培养文理兼通的通识人才。

（二）在学习形式上，要注重综合实践活动的开展

其实，无论是STEM，还是STEAM，都不是什么新鲜的舶来品。2000年1月，教育部公布《全日制普通高中课程计划（试验修订稿）》，把研究性学习、社会实践、社区服务和劳动技术教育一起纳入综合实践课程板块。综合实践活动正是有效开展STEAM教育的阵地：学生可以在教师的指导下充分运用各个学科知识和技能合作解决某一方面的问题。作为一种独立的课程形态，综合实践活动课程强调超越教材、课堂和学校的局限，在活动时空上向自然环境、学生的生活领域和社会活动领域延伸，密切关注学生与自然、与社会、与生活的联系。可以这样说，综合实践活动是STEAM教育的一种表现形式，是一种综合性、延伸性、开放性、实践性的STEAM课程。

（三）在学习内容上，要注意学科渗透和学科融合

STEAM教育不是几个学科教育的简单叠加，它强调的是打破学科界限，提高学生探究的意识和解决实际问题的能力。我们不必丢开现有的学科教材，另编一套整合性教材，而是需要在教学材料设计上，有学科渗透和学科融合的意识。这里的“融合”包含三个层面：（1）数学、物理、化学、生物、地理等偏理学科之间的融合。好比，地沟油用于航空油的技术，既涉及生物知识，又涉及物理力学、化学、航空等领域。又如，沙尘暴的防治，既涉及地理知识，又涉及生物、化学等领域。（2）语文、外语、历史、心理、艺术、音乐等偏文学科与偏理学科的融合。好比关于太空城的科学幻想画。（3）所有学科与计算机的融合。好比，用计算机进行一个校园设计，就涉及建筑、美术、物理等学科与计算机的融合。

美国政府在《STEM2026》中提出发展STEM教育的六大愿景，其中包含用跨学科方法解决“大挑战”(Grand Challenges)的教育经验。所谓“大挑战”，指的是当地社区、国家层面或者全球范围内还未解决的问题，好比节水或改善水质，更好地了解人类的大脑，发现预防、治疗脑疾病或损伤的新方法等问题。跨学科学习有助于引发学生的学习兴趣和参与意识，培养其高层次认知能力、合作能力和解决问题能力。加强学科的融合有利于学生理解和应用跨学科知识，在高级思维水平上去探究和解决问题，从而培养创新思维能力。

（四）在教学准备上，要加强跨学科集体备课

早在2000年到2002年，江苏省就率先开展了“3+小综合”和“3+大综合”教学（评价）改革。其中，“小综合”指的是物理、化学、生物三门学科的综合或者政治、历史、地理三门学科的综合，“大综合”指的是物理、化学、生物、政治、历史、地理六门学科的综合。当时，很多学校成立了理化生备课组和政史地备课组，协同开发教材资源，进行集体备课。而且，很多评价试卷也很好地体现了跨学科教学的理念。好比，2002年江苏高考“3+大综合”试卷中的一道关于铜的题目就考到了物理和化学（铜钱的冶炼）、地理（铜矿的分布）、生物（铜元素和作物生长的关系）、经济（铜钱的贬值）、历史（铜钱铸造和使用史）等等。虽然“3+小综合”和“3+大综合”教学（评价）改革因为种种原因没有全面推进，但是学科综合和跨学科集体备课的理念在今天看来依旧是先进的。

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