作者简介：赵中建，龙玫，华东师范大学课程与教学研究所，国际与比较教育研究所(上海 200062)

　　内容提要：美国致力于提升STEM教育已近30年，但由于局限于单一的学校教育，多年来成效不甚显著。构建融正规教育、非正规教育与课外教育于一体，跨部门合作的STEM学习生态系统便被提上议事日程。STEM学习生态系统对于发挥不同环境的优点，为学生提供个性化、多样化的STEM学习具有无可比拟的优势；同时，它还与当前美国教育改革的前沿理念相契合。美国各地STEM学习生态系统的构建各有特色，而橘郡STEM计划和底特律地区科学与工程预科项目则是其出色的典范，这给我国基础教育改革提供了可资借鉴的启示。

　　关 键 词：STEM学习生态系统 跨部门合作 STEM教育 美国 基础教育改革

　　2014年2月10-11日，美国国家研究委员会下属的教师咨询委员会(the Teacher Advisory Council of the National Research Council)，联合加利福尼亚州教师咨询委员会(the California Teacher Advisory Council，CalTAC)共同主办了以“STEM学习无处不在：鼓励学校并授权教师整合正规、非正规及校外教育，以提高学前至八年级教学为主题的大会。[1]作为一次专门探讨STEM教育的全国性会议，与会者着重探讨了“STEM学习生态系统”的概念，并号召举各方之力在全美范围内构建STEM生态系统。那么，何为STEM学习生态系统?为何要构建STEM学习生态系统?这需从美国STEM教育的现状及其遭遇的瓶颈谈起。

　　一、美国为何要构建STEM学习生态系统

　　随着科学技术在社会生活中的不断渗透和深化，STEM教育的重要性也日益凸显。然而美国STEM教育的现状却不容乐观，主要表现为：(1)STEM学习成绩不理想。如在2012年PISA测试结果的国际比较中，OECD的数学平均分为494分，美国仅为481分；[2]OECD的科学平均分为501分，美国则为497分。(2)STEM学位获得者偏少。如美国的科学与工程学位数在大学第一学位数中的比例仅为1/3，而这一比例在日本和中国却占了一半甚或更多。此外，亚洲和欧洲大学培养的科学家和工程师数量也远远超过美国。(3)普通学生的STEM知识与能力储备欠缺。许多高中毕业生并未具备足够的知识与能力去从事STEM职业，抑或作为普通员工或市民去理解与STEM相关的问题。(4)STEM从业者的群体来源较为单一。STEM学位获得者及从业者中白人男性占据了绝对优势，接受STEM教育与从事STEM职业的女性和少数族裔群体比例显著偏低。[3]

　　既然近30年来美国提升STEM教育的呼声从未中断，造成上述现象的原因何在?正规与非正规学习中心(Learning in Informal and Formal Environments，the LIFE Center)的一项调查表明，一方面美国学生每年的在校时间十分有限，仅占他们清醒的时间的18.5％；[4]另一方面，历年来提升STEM教育的相关举措主要局限于正规教育体系之中，即将发挥作用的舞台限制在这18.5％的时间内。因此，通过单一的学校教育来促进学生的STEM学习，即便学校管理者和教师均竭尽全力，其成效也不甚明显；再加上缺乏相关的STEM教学支持系统，更令教师感到力不从心，出现上述局面也就在所难免。相反，若能适当地利用剩余81.5％的时间，带给学生与课堂教学相配套的活动和体验，则将为学前和基础教育阶段的学生进入当今科技世界做好更充分的准备。于是，许多教育者意识到，利用非正规教育环境来促进STEM学习大有潜力。

　　如何利用非正规教育环境开展STEM教育?这有待于构建一个融正规教育、非正规教育与课外教育于一体的跨部门合作的STEM学习系统。在这个“三位一体”STEM学习系统中，每个机构都会对STEM学习做出各自的贡献，然而如何才能使得它们协同发挥作用，而非简单地将各个部门拼凑在一起?换言之，这里需要创建的是一个校内外STEM学习交融的学习系统，而不是一系列互不协调的活动的叠加。因此，STEM学习系统应当是一个类似于生态系统的复杂有机整体，即STEM学习生态系统(STEM learning ecosystem)。该系统应当具有生态系统的多样性特征，而各地构建的STEM学习生态系统应符合当地特色、突出地方优势，而非简单地将适合某一地域文化、管理与特质的模型复制到其他各地。这样的学习生态系统能充分发挥各个机构的优势，将STEM教育中其他的小问题一并消弭于无形之中。

　　二、STEM学习生态系统的含义及其优势

　　整合的STEM学习系统为何被称为STEM学习生态系统，这需从生态系统的特征说起。一个完整的生态系统具有整体性、开放性、动态平衡性、自组织和可持续进化等特征。同一个生态系统，在不同时期也会呈现出不同的形态。

　　与此相类似，当前美国各地努力构建的STEM学习系统同样具有生态系统的上述特点。首先，它也是各种因子的复合体，与STEM学习相关的学校和社区环境全都囊括其中，如课后项目、暑期项目、科学中心、博物馆、在家及在各种环境中的非正规教育经历等，具有开放性。其次，它能够以共生的方式，利用上述所有环境的独特贡献来为所有学生提供横向与纵向相贯通的完整的STEM学习体验，[5]因而具有整体性。再者，因为它为每个学生提供长时期、个性化的学习机会，这无论对于学生个体还是系统整体而言，都将是一个动态的、可持续的进程。

　　STEM学习生态系统的目标在于，通过正规教育、非正规教育与课外教育的融合，真正达到“STEM学习无处不在”的效果。特拉法根和特拉伊尔(Kathleen Traphagen and Saskia Traill)两位学者调查了15个STEM学习生态系统，发现这些系统虽然所处的发展阶段不同，但都具有三项共同特征：强有力的领导压阵，以合作的胸怀与实践领航；关怀所有合作方的利益；灵活且能随机应变。而且，这些学习系统都有着无限的发展潜力，具体包括如下各项潜在优势：[6]

　　(1)让孩子理解前沿理念，并有意识地让这些理念逐渐在不同环境中得到拓展和深化。

　　(2)通过各种活动和体验，培养孩子的科学实践知识与技能，孩子们在其中拥有犯错和从错误中学习的自由，而这原本就是科学熔炼与科学实验的一部分。

　　(3)不仅将科学课程带入蕴含着丰富的STEM学习环境的生活中，例如博物馆展览、生物实验室、录音室、海军研究船只中，而且让孩子接触STEM专业人员，了解各种各样的STEM职业路径，从而逐渐激发、培养孩子对STEM学习的兴趣与热情。

　　(4)确保孩子习得复杂的技能，包括在不同环境中体验STEM学习时，如何锻炼自己的能力、解决真实的问题、与成人和同伴交往，以及考验自己的领导能力与团队合作能力。

　　(5)有意识地支持STEM领域历来弱势的群体，如女孩、少数族裔、家庭贫困的孩子，以形成多样化而又相互关联的STEM学习经验。

　　(6)通过各种学习环境中持续的信息传达、指导与资源供给，增强家长及看护人员支持孩子学习的能力。

　　(7)实行多样化、创新型评价方法，为年轻人提供各种机构认可并通用的证书、徽章、记录袋或其他能表明他们掌握了相关技能和知识的证据。

　　STEM学习生态系统的构建，对STEM学习的提升具有无可比拟的优势。对学习者而言，可以整合不同机构的独特作用来为所有学生提供STEM学习，从而为学生提供就业和生活所需的技能；对教师而言，校际合作及学校与其他机构组织的合作能够帮助教师利用校外资源，为STEM教学提供有效支持。保障学生拥有大量丰富而便捷的STEM学习机会，尤其是个性化的学习机会，这将在很大程度上确保学生未来的STEM成就。一项关于数学天才学生的近期研究发现，“与同伴相比，拥有大量快捷、强化且个性化的STEM学习机会的学生，后期取得的STEM成就更为显著。”[7]

　　STEM学习生态系统也有助于将财政及其他资源引向最亟需的地方，以缓解经济不平等带来的教育问题。研究发现，美国孩子到12岁时，比起富裕的同龄人来，贫困儿童的学习时间就已经少了6000小时，富裕家庭对孩子学习及相关活动的支出则已经多出9万美元。缺乏丰富的非正规学习环境的孩子，发掘其对STEM领域的兴趣以及发展STEM相关能力的机会也更少。[8]

　　建立STEM学习生态系统，还有助于落实美国制定的共同核心州际标准、新一代科学标准以及学前至12年级科学教育框架。这正如非正规科学教育促进中心(Center or Advancement of Informal Science Education，CAISE)在2010年的一份报告中断言，科学教育框架对科学素养的要求包括各种各样的概念理解、思维方式、出于个人用途和社会用途运用科学知识的能力，以及对科学与日常生活的关系的理解，没有一个部门能够独自达成这些要求。[9]而在STEM学习生态系统中，通过每个阶段的正规教育和非正规教育，年轻人的经验可以横向地连接起来；而通过逐步积累，日益深化和复杂化，经验之间又能形成纵向的连接。

　　以上所述优势，蕴含着美国构建STEM学习生态系统的原因。同时，调查显示，在全美、各州及各地区构建STEM学习生态系统并非幻景，实践并深化STEM学习生态系统理念的机会已经出现。首先，除已经建立的STEM学习生态系统外，各地的非正规教育及课外教育系统均有着扎实的基础设施，这为广泛构建STEM学习生态系统奠定了良好的硬件基础。其次，学生参与校外STEM学习的积极性很高。以每年参观科学博物馆和科学中心的人数为例，参与亲手操作STEM学习体验的人数就超过9000万。良好的基础设施和蓬勃的公众热情，为美国各地构建STEM学习生态系统提供了重要的先决条件。