STEM教师教育的现实挑战与应对策略

姜浩哲 黄子义

编者按：《中国STEM教育白皮书》指出，STEM教育在中国进入蓬勃发展阶段，但也存在严峻的挑战，其中，STEM师资队伍整体水平不高是当前迫切需要解决的根本问题之一。事实上，全球大多数国家STEM师资队伍和教师教育都面临着诸多现实挑战并直接影响了STEM教育质量。为此，廓清当前STEM教师教育存在的主要问题并寻找可能的应对策略，是推动STEM教育高质量发展的关键。

Lyn English教授是STEM教育、数学教育和工程教育领域的国际知名学者，目前执教于澳大利亚昆士兰科技大学教师教育与领导学院，同时担任美国普渡大学工程教育研究所顾问委员会委员，美国马萨诸塞大学达特茅斯分校卡普特STEM教育研究与创新中心高级兼职研究员，美国教育考试服务中心专家顾问组成员，2003年被选为澳大利亚社会科学院院士，2004年入选“澳大利亚名人榜（Who's Who in Australia）”，2012年荣获澳大利亚数学教育职业研究奖章。English教授是国际数学教育顶尖期刊《数学思维与学习》（Mathematical Thinking and Learning）的创始主编，国际STEM教育重要期刊《STEM教育研究学报》Uournal for STEMEducation Research）的编委，全球首本《STEM教育研究手册》主编之一。她的研究兴趣十分广泛，包括STEM课程开发、STEM教师教育、儿童早期计算思维、工程思维、问题解决与问题提出、数学推理等，曾受邀在各类国际学术会议上发表主旨演讲20余场，发表学术论文200余篇，主持“数据建模：在小学课程中推进STEM”等10余项澳大利亚研究理事会大型科研基金项目。

在本次访谈中，Lyn English教授指出，当前中小学教师在开展STEM教学时面临着“知”到“用”时方恨少、“课”到用“时”常恨少、手头无资源、心中无信念四大挑战。就STEM教师教育而言，培养和发展教师对STEM教育的积极信念至为关键，为此，English教授总结并提出了STEM教师信念发展的七阶段模式。同时，English教授深度结合了时代背景和中国国情指出STEM教师教育同样存在着许多现实问题，主要有：教师知识发展目标不清晰、教师思维培养目标不明确、学前教师教育关注度很低、区域教师教育发展不平衡。为此，她分别提出了可能的应对策略，包括：重视“STEM教学内容知识”研究，强化教师前瞻思维培养，多措并举提高学前教师教育针对性，对贫困地区STEM教师教育予以更多政策倾斜、资金支持并通过远程教育平台构建STEM教师协同式专业发展格局等。此外，Engish教授高度评价了中国和中国教育的发展，并认为STEM教育在中国加快建设创新型国家的战略背景下具有非常广阔的发展空间和无限美好的发展前景。

关键词：STEM教师;教师教育;现实挑战;应对策略

中图分类号：G434

文献标识码：A

访谈者：您好，English教授。非常感谢您能接受我们的访谈。您长期从事STEM课程开发、STEM教师教育等领域的研究，发表了很多与此相关的学术论文，设计和实施了很多STEM教师培训工作坊或教师专业发展项目，目前担任相关国际期刊的编委，对STEM教师教育的国际现状和未来趋势有很多独到的见解。STEM教师在培养具有STEM素养人才中的作用一直以来都被认为是至关重要的[1]。但是，当前中国和世界上许多其他国家的STEM师资队伍整体水平并不高。事实上，中小学教师几乎都是单科培养产生，他们在实际开展STEM教学时面临着诸多挑战[2]，您认为，这些挑战主要包括哪些方面？应对这些挑战的关键是什么？

E nglish教授：我很高兴接受你们的采访。我一直以来都非常关注中国STEM教育，经常同华人学者开展学术交流，也指导了一些来自中国的留学生。我想，从包括中国在内的世界范圍来看，中小学教师在开展STEM教学时都面临着很多共同的挑战，主要可以概括为四个方面。

第一， “知”到“用”时方恨少。实际上，世界上很多国家，包括一些发达国家，都没有专门的STEM教师，中小学STEM教师一般由数学或科学教师兼任。这就意味着，当真正要开发或实施STEM课程的时候，教师往往会发现其知识储备严重不足。考虑到小学生的认知基础，小学STEM课程中有关学科知识一般并不难，小学教师也许并不会感到费劲。但是，当一位中学数学或科学教师同时面对科学、技术、工程、数学四门学科知识时，其往往会感到“焦头烂额”。同时，高等院校几乎很少设有工程教育专业，这使得中小学教师对工程学科内容知之甚少，而我一直认为工程是科学、技术和数学相互联系的桥梁。近年来，STEM课程研究者已经深刻地认识到了工程知识和工程思维对于STEM教育的重要性，可是，教师工程知识的缺乏势必会影响到STEM课程质量。总的说来，教师如果没有比较全面的科学、技术、工程、数学四门学科知识作为基础，在开展SIEM教学时就会感到相当困难。

第二， “课”到用“时”常恨少。我知道中国学生承受的考试压力似乎是比较大的，其实，包括澳大利亚在内的世界上很多国家的学生都是如此。于是，学生似乎很不情愿在STEM课程上“浪费”时间，学校和教师自然也就不愿意在原本已经很“拥挤”的课程表中为STEM课程安排课时。我曾经在澳大利亚一所很好的学校指导实施STEM课程，有不少教师就对STEM课程和考试内容的关联程度提出了质疑，他们不愿意在满满当当的教学计划中加入与学生考试内容看起来丝毫没有关系的STEM课程。当然，我们也看到了令人欣慰的改变，近年来有越来越多的学校为STEM课程安排了专门的课时。但是，中小学教师在实践中往往容易将科学、技术、工程、数学四门学科知识内容直接“相加”、简单“叠加”，而不是力图使其得到充分“整合”、高度“融合”，这会使得他们错误地认为要在一门学科的教学课时量中教授完成四门学科的教学内容量。面对无法完成的教学任务，他们会抱怨课时太过紧张。

第三，手头无资源。教师在开发STEM课程时往往需要既能涵盖四门学科知识内容，又能展示或再现真实世界丰富景象的材料。教师如果不注重日常积累，那么在开发或实施STEM课程时就很难拥有合适的、实用的、新颖的教学素材。

第四，心中无信念。我接触过很多对STEM教育缺乏认同感的数学或科学教师，他们固化地认为自身仅仅是数学或科学教师，不愿意主动改变并尝试SIEM教学。同时，知识、课时和资源的缺少使得他们面对STEM时毫无信心，STEM教学效能感极度缺乏。

我认为，培养和发展教师的积极信念十分关键。刚刚已经提到，知识、课时和资源的缺少容易使教师对STEM教育产生消极的信念，这因此会导致一个恶性循环，即教师更加不愿意学习STEM知识，更加不愿意为STEM课程安排时间，更加不愿意开发和积累STEM教学资源。反之，如果教师对STEM教育持有积极的信念，他们会主动学习STEM知识，尽可能地在日常课程中“挤出”时间开展STEM教学，并努力通过各种渠道挖掘STEM教学素材，上述困难就会迎刃而解。我想，当教师热情地投入到STEM教育中时，STEM教育就会变得让每一位公民都心有向往、热情澎湃。

访谈者：您认为STEM教师教育者可以通过什么途径有效培养和发展教师的积极信念？

English教授：事实上，当前许多国家的教师对STEM教育的信念都不那么尽如人意，澳大利亚也是如此。鉴于教师信念的重要性，探寻有效的发展模式迫在眉睫。在整合现有实践经验的基础上，我们总结并提出了“STEM教师信念发展的七阶段模式”（如下页图1所示）。

第一阶段，教师初步认识STEM教育的价值。大多数教师可能并没有真正體会到STEM教育的重要性，而是仅仅将其视为一种“时尚”，开展STEM教学似乎只是为了“跟风”。在教师教育课程中，教师教育者应首先使教师认识并相信STEM教育的价值。教师只有真正相信STEM教育对于塑造21世纪人才具有无可替代的价值，才可能真诚地投入到STEM教学的尝试中。我想可以从两个方面促进教师对STEM教育价值的认识：一方面，教师教育者可以从时代变革的角度在理论上向教师阐明STEM教育与21世纪技能之间的紧密联系;另一方面，有时仅仅向一线教师传递一种教育理念似乎是不够的，教师教育者还应通过展现以往实践中鲜活的教学案例使教师感受到STEM的教育价值。

第二阶段，教师主动实施STEM课程。当教师对STEM教育价值有了初步认识之后，其往往会对STEM课程抱有兴趣并持有一种好奇和欣赏的态度。教师教育者需要指导教师在兴趣的驱使下走进属于自己的实践“天地”，当教师亲身经历并成功实施STEM课程之后，他们关于STEM教育的积极信念一定会得到增强。真实的课堂实践环境是培养STEM教师积极信念最好的“土壤”。

第三阶段，通过多元评价评估学生在SIEMi程中的发展。我想STEM课程带给学生的成长是传统考试远远无法评估的，为此，需要通过多元评价的方式来评估学生在STEM课程中的发展。在已开发的—些SIEM课程中，我们会从学生在自主提问、完成特定任务、使用信息技术工具、参与师生讨论等维度中的表现分别对学生个体和班级整体开展多元评价。

第四阶段，学生通过多元评价认识STEM教育价值。学生会通过对自己的多元评价看到能力的发展、天赋的施展，为此，他们也会喜欢上STEMi程。事实上，我看到很多在传统数学或科学领域成绩并不理想的学生却能在SIEM课程中拥有十分出彩的表现;相比传统学科课程，在SIEM课程中教师要求学生解决的问题是更加开放的，每个学生都能在其中找到问题的解决方案和属于自己的成长路径，既而也会逐渐认识到SIEM教育的独特价值。因此，学生会对SIEM教育产生积极的情感和信念。

第五阶段，学生主动要求教师开展STEM教学。当学生对STEM教育持有了较为积极的信念后，他们会主动要求教师提供更多、更优质的课程。教师也因此会在不断实施、不断评价STEM课程的过程中，增加STEM知识和提升STEM教学能力，从而使得STEM课程得到优化。

第六阶段，教师在课程实施、评价、改进中发展对STEM的积极信念。教师在课程实施、评价和改进的过程中将看到学生的发展和成长，也会加倍努力以实现他们在课程目标中预期的STEM教育价值。他们会发现先前教师教育者向他们阐明的STEM教育价值是可以“落地生根”的，因此也会对STEM教育产生更加积极的信念。

第七阶段，教师在持有积极信念后能更加全面地认识SrIEM教育价值。他们会不断挖掘STEM教育的潜力，探索和实现更多STEM教育可能蕴藏的价值。由此，就构成了一个培养和发展信念的良性循环。

当然，这一模式的效果可能还需要未来进一步在实践中检验。我们都知道，成功实施STEM教师专业发展项目绝非易事。STEM教师教育涉及到很多复杂的方面，当前，课程内容体系设计的不完备、教师自身专业素养的缺乏等因素都有可能制约相关理论的实践效果，使得“理论模式”与“实践样态”间存在很大的落差。此外，值得一提的是，澳大利亚政府、高校或科研机构往往会主导一些大型教师教育研究和实践项目。例如，在悉尼大学，我们有一个比较著名的“STEM中心”，是许多大型教师专业发展项目的“枢纽”。这样的大型项目往往会有专家、经费、设备、实践基地等多方面的保障，使得相关理论模式更容易在实践中被实施和推行。事实上，我认为以大型项目为依托推进STEM教育是缩小理论与实践鸿沟的一种很好的做法。

访谈者：非常感谢您，我想中国STEM教师教育者能从这一模式中得到很多启发。事实上，STEM教师教育者肩负着培养未来STEM教师、提高STEM师资队伍水平的使命。但是，正如您刚刚所提到的，当前STEM教师教育者同样面临着若干挑战，STEM教师教育也存在着一些困境，您认为其主要包括哪些方面？分别有哪些应对策略呢？

English教授：确实，当前STEM教师短缺、培养难度大、整体水平不高等问题，很大程度上是由于STEM教师教育体系相对还不成熟、不完善导致的，这是不可否认的事实。因而，廓清当前STEM教师教育的主要挑战并探索可能的应对策略就显得非常有必要，这或许可以从根本上帮助STEM教师化解一些现实难题，进而解决STEM教育中的许多问题。世界上一些国家制定和颁布了STEM教师教育的相关政策，也有很多教师教育者开发和实施了各种各样的STEM教师专业发展项目，他们为STEM教师培养做出了有益尝试，提供了有效路径，但是我觉得已有的这些工作似乎还并不够。我个人认为，当前STEM教师教育还存在着四大问题，迫切需要教师教育者共同行动起来以努力解决这些问题。

第一，关于STEM教师到底需要具备哪些专业知识，教师教育研究者似乎还没有给出一个清晰明确的界定，使教师具备和掌握一定的专业知识是任何教师专业发展项目最基本的目标。而STEM教师知识发展目标的不清晰，使得STEM教师教育者在制定教师专业发展基础性目标时往往没有适合的“参照系”，同时，也很难通过一个科学合理的框架论证教师专业发展项目的有效性。

我觉得似乎有必要建构“STEM教学内容知识（STEM Pedagogcal Content Knowledge）”这一概念，并探讨和厘清这一概念的内涵和外延。它至少应该包括“STEM内容知识”和“STEM教学知识”两个范畴。关于“STEM内容知识”，需要着重考虑整合科学、技术、工程、数学四门学科内容的知识，这些知识往往生成于复杂情境中跨学科问题的提出和解决过程，而不是简单地对四门学科内容知识做“加法”。关于“STEM教学知识”，科学、技术、工程、数学四门学科教学中有较多共通共享的教学方法，我们应加以梳理、融通和整合，形成系统的教学方法体系和教学方法论。当下，越来越多的学者认为STEM课程需要发展学生21世纪技能。我认为，教师的“STEM教学内容知识”必须能有效支撑其实现发展学生21世纪技能的课程或教学目标。如果教师不能在STEM领域中为学生寻找开放的问题情境、创设探究的教学环境、引导学生进行知识的应用与迁移，那么教师的“STEM教学内容知识”就没有达到标准。可以说， “STEM教学内容知识”是STEM教师特有的专业知识，也是必须具备的专业知识。目前，据我了解，“STEM教学内容知识”的“包装”和“部件”在学术界还没有非常明确的标准，为此，教师教育研究者需要对此开展持续和深入的研究。

第二，关于STEM教师教育需要重点培养教师哪些思维，是一个非常有意义且特别应当加强研究的问题。思维是教育中的一个共同焦点，刚刚也已经提到，STEM教育的目标与21世纪技能是紧紧联系在一起的，而21世纪技能包括了批判性思维、创造性思维等内容，通过STEM教育发展思维是STEM教育独特价值的一种体现。可是，当前STEM教师专业发展项目对教师思维的关注度还远远不够。在信息化时代，知识更新与迭代是如此迅速，教师仅有“STEM教学内容知识”还不足以支撑STEM教育可持续发展。我想，STEM教师只有具备了必要的思维品质并能够灵活运用这些思维不断汲取新的知识、践行新的理念、发现新的世界，才有可能使STEM教育拥有可持续发展的动力。

2019年，《STEM教育研究学报》编委们专门就“思维与STEM教育”这一话题进行了论述和探讨[3]。除了文章中提到的“STEM思维”的问题外，我觉得STEM教师还非常需要一种特别的思维，那就是前瞻思维（Forward Thinking）。在知识经济时代，科学技术在飞速发展，今天领先的科学技术说不定在明天就已经不再有优勢了，今天教育所强调和重视的有些素养有可能在明天就已经变得无需具备和不再重要了。为此，教师要想使得学生走在世界前列、走在时代前列，仅仅关注当下显然是不够的，他们必须要时时刻刻都能积极地向前看、向未来看，他们必须足够得灵活变通和充满睿智以清醒地认识到时代的发展。教师要主动思考现在正在发生和预测未来可能发生的事情，并不断地进行自我追问和回答还应该帮助学生发展什么以促使学生准备、适应、紧跟和引领时代的发展。当STEM教师们拥有了前瞻思维，他们每天都会在做不同的有意义的事情，他们的课程和教学目标每天都在变化，他们的教学理念每天也都会有一种向前和向未来的跨越，他们今天希望教给学生的知识、培养学生的素养一定是明天特别需要的，他们是在和学生一起学习新事物、探索新发展、走进新未来，他们的学生同样也会拥有前瞻思维。STEM教育的核心理念是要培养更具全球竞争力的人才，而能够引领未来的人才方为具备全球竞争力的人才，前瞻思维就决定了STEM教师能不能培养引领未来的人才。为此，STEM教师专业发展项目不能仅仅停留在知识和技能层面，还要对教师的前瞻思维予以更多关注。

第三，教育界一直以来都很关注儿童早期的发展和教育，但STEM教育对儿童早期发展的关注度似乎还远远不够，STEM教师教育一直以来都严重忽视了学前教师的培养。事实上，我看到世界上很多国家的STEM教师专业发展项目的培训对象往往都是中小学教师，几乎很少有学前教师。因为学前教育阶段是激发儿童对STEM学科兴趣的关键时期，是儿童创造力、想象力、批判性思维的启蒙时期，所以儿童早期STEM教育其实非常重要。如果学前教师没有开展STEM教育的理念或方法，那么儿童就会错过一个接受STEM教育的好时机。

“政策”和“经费”是推动STEM教师教育发展的两个关键保障。过去，澳大利亚政府曾颁布了很多支持STEM教育发展的政策性文件，但是.由于政府换届的原因，大部分政策都没有得到延续。我想，学前STEM教师教育同样需要“政策”和“经费”的保障。近期，我就在撰写一份拨款申请报告以希望本届澳大利亚政府能投入更多经费改善儿童早期SIEM教育和相关教师教育。我认为，STEM教师教育者需要加大对学前教师的研究，STEM教师专业发展项目应覆盖更多学前教师，高等院校的学前教育专业也可以开设专门的STEM课程，更为重要的是，STEM教师教育者还应当依据儿童本身的特点、学前教育本身发展的规律来提高相关教师教育课程的针对性。具体而言，我认为可以从三个方面切入来使其更具针对性。首先，SIEM教师教育者应当使学前教师学会在充分理解和遵从“儿童自然天性”的前提下开展STEM教育。例如，我们每一个人在童年时候都会有玩积木或玩沙子的经历，教师可以遵循儿童的喜好，试着引导儿童在用积木或沙子搭房子的同时完成一些测量的任务，并探究如何让他们建造的房子更加稳定，在这些简单的活动中儿童就可以进行早期的SIEM学习。因而，SIEM教师教育者应让学前教师特别关注儿童早期SIEM学习的“自然性”，即完全可以让儿童在自然而然的玩耍中学习SIEM，而不需要生硬地强加不自然的学习情境。其次，STEM教师教育者应当使学前教师站在“儿童立场”把握“儿童特点”，并学会在开展SIEM教育时发现、鼓励、欣赏和赞美儿童的长处。我发现有些学前教师常常抱怨儿童没有足够的学习STEM学科的基础知识，这是他们开展STEM教学的一大困扰。可是，儿童往往是性格开放的，他们好奇新事物且易于接受新事物，他们想要学习，他们天生都有着探索自然世界奥秘的强烈欲望。2018年，我们编著了《儿童早期工程学习》一书[4]，书中呈现了很多表现儿童创造力的细节，从中甚至可以发现，儿童是那么的神奇，他们似乎天生就擅长STEM学科。因而，SIEM教师教育者应让学前教师特别关注儿童能做什么、做好了什么，并通过帮助发扬儿童的长处使他们对SIEM教育获得更多信心和兴趣，而不是只看到儿童不能做什么。最后，SIEM教师教育者应当使学前教师习惯在日常教育教学中融合更多的学科。学前教育的许多课程本身就有学科融合的倾向，当前，一些国家在学前教育阶段都不再设置单科课程了。学前教师完全应该更好地从“儿童视角”出发，把历史、文化、文学、艺术等学科内容与科学、技术、工程、数学四门学科中的部分内容很自然地整合在一起，实现“STEM+”的教育。当然，这些都并不容易，教师教育者需要对学前教师给予更多指导。