面向整合式STEM的教师跨学科素养：结构模型与发展路径.docx

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1、面向整合式STEM的教师跨学科素养：结构模型与发展路径摘要：整合式STEM能够有效解决STEM教育中的“形式化”和“异化”等问题，更好地培养学生的跨学科思维与行动力，其有效实施依赖于STEM教师的跨学科素养。因此培养教师的跨学科素养既是STEM教育转向整合式STEM教育发展的时代诉求，也是教师专业发展的现实需要。STEM教师的跨学科素养主要包括跨学科意向、跨学科认知、跨学科应用与技术应用能力4个核心组成维度，并可将其进一步划分为10个素养指标，为STEM教师跨学科素养发展提供方向指引。当前STEM教师跨学科素养的发展受学校等外部环境、教师知识基础与跨学科体验等个体特征变量以及有效的专业发展培训

2、的综合影响。未来我国STEM教师跨学科素养的培养应当注重：变革学校制度和支持系统，鼓励教师成为课程开发主体；组建跨学科学习共同体，创新教师“学习”方式;善用技术创新培训，通过智能研修支持教师持续自主发展。关键词：STEM教师；跨学科素养；整合式STEM；教师专业发展、整合式STEM教育的核心议题：发展教师跨学科素STEM教育源于美国国家科学委员会提出的集成科学(Science)、技术(TechnoIogy)、工程(Engineering)和数学(Mathemat i cs)教育的纲领性建议(Nat i ona I Sc i enceBoard, 1987),旨在培养学习者的跨学科思维。21世纪

3、以来，整合式STEM日益成为全球化背景下跨学科课程与教学的基本取向。由于STEM教育关乎国家未来竞争力，各国纷纷将其提升至国家战略高度，并在K-12阶段的教育政策中，充分体现对STEM学科的整合，以实现将学生培养成跨学科思考者和行动者的愿景。STEM教育历经三十多年的发展，越来越多的教师认同其潜在价值(中国教科院STEM教育研究中心，2019) o然而，在从教育思潮到课程实体的转变过程中，仍存在以下突出问题：一是从整合的水平来看，STEM依然只是作为四门学科首字母的缩略词，并未弱化学科边界(Wangetal., 2011);二是从整合的内容来看，STEM仅仅致力于提升科学与数学的整合(Czer

4、niak et al. , 2014),工程和技术占比偏低(HoachIander et al., 2011 );三是从整合的取向来看，任务设计欠缺与学生现实生活的关联性(Charette, 2014),许多学校和教师仅将STEM教育定位于培养学生的动手操作能力或编程能力(袁磊等，2020) o国内外学者就上述“形式化”和“异化”问题展开充分探讨，相关研究催生了 “整合式 STEM” (Integrative STEM,以下简称 LSTEM) o 2014年美国国家工程院和国家科学委员会联合发布K-12教育中的STEM整合：现状、前景和研究议程，该文件确定了 I-STEM的核心要义是跨学科(H

5、oney et a I.，2014)。学界也就HSTEM的课程性质达成共识(Kei ley et al., 2016): 一方面，整合超越了四个分支学科的关联程度，转向学科之间的相互融合；另一方面，整合触及儿童经验和社会关切，在关联学校学习、未来工作和社会生活的跨域情境中帮助学生理解所居世界的复杂性并作出有效决策。I-STEM的整合新理念唯有通过教师有效的课程设计与教学实施，才能转化为学生综合能力的提升。但大量中小学课堂证据显示，STEM教师往往欠缺对整合的正确理解(EL-Degha i dy et a I., 2017; Kurup et a I., 2019),以及与之相适的课程设计与教学

6、实施能力(Graves et a I.,2016)。因此，STEM教师跨学科素养的培养亟需被提上日程，使他们能充分认识多学科知识间的联结，合理实现学科间的关联与整合。同时，在“中国STEM教育2029行动计划”实施背景下，直面现实问题，发展STEM教师跨学科素养，是落实“将I-STEM作为培养跨学科创新型人才的重要战略”与打造具有中国特色的I-STEM教育的重要路径。二、STEM教师跨学科素养内涵与结构模型教师的跨学科素养水平是决定STEM教育成效的关键，是构建I-STEM教育新生态的源动力。界定STEM教师的跨学科素养在本质上就是要回答“培养什么样的STEM教师”。1 .内涵解读对特定的职业

7、而言，素养是个体为了能够胜任某项工作,而需具备的相关知识、技能及其特质（杨向东，2020）,其突出特征在于个体能否选择和应用已有的认知和非认知资源，来应对现实工作中的各种复杂需求和挑战。跨学科素养正是STEM教育转向I-STEM教育背景下对教师专业发展新诉求的回应。I-STEM不单关注跨学科教学的结果和产物，更强调整合多个学科概念、观点和思维方式来解决问题的过程和方法。从这个意义上讲，教师在 HSTEM教学中的主要责任并不是指导学生完成某个产品或作品，而是能够合理预设、解读和判断跨学科教学中的各种场景，并采取相应的行动。因此，教师在具备深厚的学科素养基础上，需要跳出单一学科经验的“舒适圈”，形

8、成跨学科的意愿，确保在教与学的过程中合理融入跨学科要素，有效把握STEM学科之间的整合，建立STEM内容知识与实践活动之间的紧密联系，并借助在线协作工具、增强与虚拟现实以及智能导师系统等技术，创建灵活且包容的HSTEM学习空间，培养学生突破学科界限、以整合的方式进行思考、解决复杂情境中劣构问题的能力。综上所述，STEM教师的跨学科素养是在与I-STEM教学互动过程中所蕴含的动机意识、价值观念、相关知识和各种技能等综合性品质。STEM教师跨学科素养的内涵特征可从“情境性本质、“多维性”构成与“动态性”发展三个方面进行解读。首先，跨学科素养是教师解决I-STEM教学问题的有效行动，这种外显化的行为

9、表现产生于教师与教学情境的互动，因此可以被有效观察与测评。其次，STEM教师需要在跨学科意愿的驱动下，选择和组织跨学科知识与技能，来解决 HSTEM教学中的问题，因此跨学科素养是知识、技能与态度的复杂组合,具有多维结构的特征且彼此关联。最后，教师跨学科素养需要在有效的学习和实践中逐步形成，呈螺旋式的发展态势,可通过职前教育和在职培训等途径来培养。2 .结构模型构建根据STEM教师跨学科素养的内涵特征，本研究构建了包括4个核心组成维度和10个素养指标的结构模型：首先，通过对相关政策文件与文献进行演绎式分析，提出了 4个核心组成维度，分别为跨学科意向、跨学科认知、跨学科应用以及技术应用能力；然后，

10、为有效指导STEM教师跨学科素养的培养，将每个组成维度进一步分解为若干素养指标，进而形成教师胜任I-STEM教学的基本要求与实施评价的具体标准。(1)核心组成维度第一，跨学科意向是指教师对跨学科方法的态度、价值观、信念和判断等，表现为教师是否愿意开展 HSTEM教学。第二，跨学科认知是指教师对跨学科教育价值、教育情境和教学法的理解，这些理解是教师在 HSTEM课程设计与教学中融入跨学科要素的知识基础(Kurup et al. , 2019) o第三，跨学科应用强调教师真正参与到I-STEM课程开发与实施的整体过程之中，需要教师在跨学科认知的基础上，灵活有效地设计、开展和研究I -STEM教学(

11、Slavit et al.,2016) o第四，技术应用能力是教师借助技术工具，创建具有参与性、创造性的I-STEM智慧学习环境，并且要求教师能够创造性地应用技术工具，具备较好的设计思维，促进I-STEM 教学创新(Kennedy et al. , 2014) o这4个维度共同作用于教师在I-STEM教学场景下的教学行动与决策，其相互影响关系则是通过教师的实践与反思来进行调节的。面向STEM教师的跨学科素养结构模型如图1所示，可以看出，STEM教师跨学科素养每个维度的提升会经由双向箭头表示的实践和反思过程引起其他维度的变化。其中：“表示教师对跨学科方法的正向态度和主动开展跨学科教学的心理倾向驱

12、动自身准确理解、设计I-STEM课程以及借助智慧学习环境开展教学实践，同时教师对实践过程的反思又会反作用于其跨学科意向。表示跨学科认知和技术应用能力是跨学科应用的基础，教师对I-STEM课程与教学的整体理解力关乎其在课程设计的各个环节进行跨学科整合的深度，教师具备的技术知识和设计思维关乎如何运用技术手段为I-STEM教学提供支持，最后通过反思教学成效，教师将会形成关于跨学科的新认识和以技术为赋能工具的新思考。“”表示跨学科认知是技术应用能力的保障，教师对I-STEM价值取向、组织原则和实践逻辑的理解影响其在技术选取与应用方面的设计，而对实践效果的反思将促使教师重新考量技术如何与课程内容、教学环

13、节进行耦合，从而扩展其跨学科认知。图1 STEM教师跨学科素养的结构模型(2)素养指标根据个体态度行为关系理论、教师实践性知识构成、跨学科教学基本环节以及数字化时代对教师角色的新要求，将4个核心组成维度细化为如表1所示的10个素养指标。这些指标既立足国际视野，又同时观照了我国中小学STEM教育的现实情况与未来愿景。表1 STEM教师跨学科素养指标跨学科意向跨学科意向作为开展跨学科教育的心理倾向，是跨学科行为表现的内驱力。根据社会心理学中的计划行为理论，跨学科意向包括行为态度、主观规范和知觉行为控制三个主要变量（Kurup et al. , 2019） o其中，行为态度是指教师对跨学科方法的工具

14、性（有价值/无价值）和情感性（喜欢/不喜欢）的正向或负向认同。比如教师认为HSTEM对学生核心素养的发展是重要的且乐于开展 HSTEM教学。主观规范是指教师对于是否采取跨学科教学受到来自外部环境（如学校和社会等）期望的影响，从而形成是否顺从该期望的意向。比如教师认同教育政策文件大力提倡的跨学科教育、社会组织机构与学校积极推进I-STEM课程与教学实践，以及对与同行、专家和研究者合作实施I -STEM教学表现出主动性和积极性。知觉行为控制是指教师能感知到开展跨学科课程与教学的难易程度。比如教师基于自身可调用的资源，认为有信心进行I-STEM教学或认为其具有一定挑战性。跨学科认知跨学科认知能展示S

15、TEM教师专业性的实践性知识，并体现其在跨学科教学活动中的行动逻辑。依据教师实践性知识的相关研究，跨学科认知包括I-STEM教育目标与价值知识、教育情境知识与教学知识，分别观照“为什么跨学科”“什么是跨学科”和“怎样跨学科”三大问题。首先，教师应当站在“立德树人”的角度将I-STEM融于我国教育大背景（陈志，2020） o深刻认识世界主要国家已普遍将I-STEM作为培养跨学科创新型人才和推进基础教育改革的重要战略。其中，美国率先提出HSTEM的教育理念，回应了 STEM实践领域“形式化”与“异化”等关键问题，本着促进学生发展的教育目的，从根本上扭转了 STEM功利主义倾向。I-STEM承载着提升学生STEM素养和21世纪技能的双重希冀（Kei ley et al. , 2016） o我国为培养德才兼备、身心完整和适应新时代要求的人才也提出进行跨学科整合教育的变革尝试（李雁冰，2014） o其次，教师不仅需要理解跨学科的基本特征，还要正确认识“学科”与“跨学科”在