如果一直關注美國國家年度教師獎，不難發現，近些年來，這一獎項似乎對STEM教師格外“偏愛”。2008—2013年間，6位獲獎者當中有一半是STEM教師。今年5月的教師紀念週裡，美國教育部部長阿恩·鄧肯接見的5名教師代表中，亦有3位是科學教師。
確實，近年來，STEM教育已是美國教育的重中之重，其受重視的程度有目共睹。美國總統奧巴馬在2013年的國情諮文中提出的兩個教育目標中，其中之一即為“培育新一代的STEM人才”。
美國STEM教育的困局
雖然備受重視，但是STEM教育、STEM人才的現狀卻讓人憂慮。
美國在發佈於2011年的一份《人力資源調查報告》中指出：超過一半的美國僱主發現自己很難找到具備高等數學、高等物理、高等化學知識的員工，而這些知識卻是工作當中必須掌握的。西門子的報告稱：2012年，該公司原計劃在美國招收3000多個員工，但在招聘當中卻發現僅有10%的應徵者能夠順利通過STEM能力測試，這也就意味著90%的應徵者未能從學校教育中獲取勝任這3000個職位的能力。
因此，專家預計，在接下來的十幾年，美國必須多培養一百萬STEM領域的高校畢業生，才能使美國經濟立於不敗之地。
與STEM人才匱乏的現狀相對應的卻是快速增長的需求量。在美國，STEM領域的職數增長速度是其餘工種的三倍。還有一點也許更能打動正在找工作的畢業生：STEM相關行業的薪水通常比其他行業高出26%。
從上述統計數據中得出的結論就是，所有學生都亟須在K-12階段獲得優質的STEM教育，不管他們是想接著上大學，還是步入職場謀生。因此，美國亟須為K-12階段的學生提供既生動有趣又能讓更多人享有的STEM課程，否則美國今天的經濟強國地位將朝不保夕。
縱觀當前美國各地推進STEM的行動，落實在操作層面上，有兩個方面的特點非常明顯，一是擁抱數字技術，二是在真實情境中學習。
STEM學校打造數字校園
近日，美國華盛頓州的華盛頓湖學區STEM學校聯合地方高校，共同推出了幾個以項目為基礎、以STEM課程為重點的合作計劃，旨在為本學區的高中生提供數字化的、相當於大學水平的STEM課程。
在維吉尼亞州亞歷山大市的托馬斯·傑弗遜科技高中，學生們在13個細分科目的、擁有一流數字化實驗器材和設備的實驗室中進行原創性研究，跟蹤STEM領域的前沿動態。
今天，美國越來越多的STEM學校正在積極加強和政府、企業界、高等教育機構的合作，以便為學生創設高科技、合作性的學習環境，而以往，這樣的學習情境只存在於高校或職場之中。
教育專家們期望得到的結果是：當學生們得到機會，提早“享用”數字化工具、專業渠道的學習資源、行業內專家學者的親身指導，他們就近則學會將數字化資源以專業的方式融入到自己的學習活動之中，遠則有望成長為新一代科學、技術、工程、數學方面的專業人才。因此，美國STEM學校對數字技術的投入可謂不惜工本。
華盛頓湖學區STEM學校的高科技實驗室相當於大學實驗室水準，向所有學生開放。他們可以使用的實驗設備和器材包括：生物技術DNA設備，犯罪現場數字攝像系統，地理信息系統實驗室。
在加卅納帕縣擁有400名學生的新技術高中，學生們被“甩進”一個擁有先進數字化設備、實行公司化運作的環境中，通過參與項目，鍛鍊團隊合作能力和專業能力。該校推行“帶上自己的設備”(bring your own device，BYOD)的教育模式，即學生把家裡的數字設備帶到學校來，學校提供無線上網服務。對於沒有購買數字設備的學生，學校也提供上網本以備不時之需。不過今年的春假過後，學校發現己經有60臺上網本處於閒置狀態了，因為絕大部分學生都有了自己的電腦。新技術高中也接受本地區商業夥伴的捐贈，最近它獲捐一臺3D打印機，正計劃明年將其融入到學校的課程中去。
新技術高中的視頻製作實驗室也對全體學生開放。現在，已經有不少學生能夠製作出專業化、高水準的視頻作品了，其中一名佼佼者甚至還獲得了全美學生視頻製作大賽的榮譽獎項。校長司本塞說：“有了這些數字設備，教師們評估學生的學習效果就方便多了，直觀多了。”
此外，新技術高中的高校合作伙伴納帕山谷學院還為該校學生提供sTEM相關的大學課程，但是要獲得相應學分，也並非易事。比如，他們要求學生在自己選擇的科目上，完成一個50個小時的實習項目;實習結束後，學生們還必須把項目的內容製作成數字化資料，遞交給申請的學校或潛在的僱主。
注重在真實情境中學習
如果說，對於美國的STEM學校來說，數字技術是強有力的工具，那麼，實踐、實習、項目教學法則是落到實處的有效教育策略。
2013年4月9日，美國下一代科學課程標準的最終版在歷經2年時間的編撰，通過兩輪的徵求公眾意見稿後，終於如期發佈。該標準的顯著特點就是將科學和工程的實踐部分提到顯要位置，主張減少K -12科學教育理論知識的覆蓋面，增加學生動手操作的機會，以利於科學探究和工程設計的融會貫通。
《自然》雜誌總編、美國國家科學院院長布魯斯·艾伯特也認為，對於K-12階段的學生而言，積極地參與科學實踐比起死記硬背科學定理更加重要，因此，新一代科學課程標準將焦點對準工程和技術等實踐領域，有意識地將學生置於問題解決的真實情境之中，引導他們通過持續的動手操作，增進對科學概念的深層理解，是把準了21世紀科學課堂的脈搏。
其實，美國廣大的STEM學校也一直在踐行突出實踐的真實情境教學。為學生提供基於真實情境的學習體驗就是華盛頓湖學區STEM學校關注的另一個重點。該校和世界頂級名校華盛頓大學以及本地知名企業建立起長期的合作關係，以方便學生進入大學校園實習、參與研究項目、修讀大學課程，也鼓勵他們進入職場實習、體驗真實世界的STEM項目，在專業人員的指導下學以致用。這些學校的學生也不再滿足於在實驗室裡用高科技實驗設各做一些虛擬的實驗，而更願意看到自己所學到的知識對真實世界產生的積極影響。
校長杜娜還表示，該校實行的也是基於項目的教學，每年每個學生都要參與到6—7個項目當中。而且該校的課程設置也堪稱精細、豐富、多元。在這裡，九～十年級的學生課表還相差無幾，但到了十一年級時，學生們就要選擇一門STEM課程作為自己的主修項了。從此時開始，學生們的課表開始變得越來越“個性化”。比如，今年將要升到十一年級的學生就可以在環境工程、可持續設計、法醫心理學、數字媒體和設計中做出選擇。
托馬斯·傑弗遜科技高中的所有選修課都是STEM的某一個科目，學生必須完成一系列標準嚴格的科學和技術課程方能畢業，包括四年的核心科學課程，至少各一年的計算機科學、微積分、設計與技術課程，以及一個高年級的研究項目。該研究項目要求學生就自己感興趣的一個專題開展原創研究。
托馬斯·傑弗遜科技高中也開設專業程度更精更細的課程，比如，微生物學、納米技術、可替代能源系統、神經科學電子學。這些課程決不是靈光一現的產物，而是學校在政府和企業界的合作伙伴把有關STEM領域最前沿的趨勢、最迫切的需求等信息傳達到教師那裡後，學校通過斟酌、協商、審議後才決定開發的。
科學定理、定律、概念是簡潔的，單向度的，而真實情境是複雜的，多維度的，所以，當把單向度的知識應用到多維度的情境中時，學生們的思維路徑就變得多元了，托馬斯·傑弗遜科技高中鼓勵這種多路徑。
“當我們和外界連通時，數字化資源和前沿動態就會順勢湧入;當給學生設置的問題就存在於現實生活中時，抽象的科學知識就具備了豐沛的實際意義。這就是為什麼STEM課程既要上聯數字技術，又要下達真實情境的原因所在。”校長伊萬·格雷澤深有感觸地說。
其實，在美國K-12階段的STEM教育中，數字技術作為手段只是一個外殼，其最終目的還是千方百計，將學生們置於真實或模擬真實的情境當中，以加深他們對STEM知識的理解，並提高他們解決現實問題的能力。
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