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美国为何全方位促进STEM教育

发布时间:    来源:《光明日报》 

  作者:赵章靖(中国教育科学研究院副研究员)

  引言

  特朗普政府时期,美国一些人不断叫嚣对STEM(指科学、技术、工程和数学领域)专业中国留学群体采取限制措施。去年5月,美国白宫曾以“国家安全”为借口,宣布要限制这些领域的研究生等中国公民入境。以缩短签证期限和限制STEM专业的留学签证等对中美正常的人文交流设置障碍,这种违背两国民意,并与国际人才交流的时代潮流背道而驰的做法,在受到国际社会谴责的同时,也让人们对引发“美国国际教育焦虑”的STEM专业高度关注。

  近年来,各国纷纷将加强STEM教育作为人才战略的必选,如美国、加拿大、澳大利亚等国相继出台STEM教育战略,与之类似的,德国为促进数学、信息、自然科学和技术(简称MINT)领域人才培养,推出了MINT项目,芬兰则实施了LUMA(芬兰语自然学科和数学的缩写)项目等。

  当前,正在发生的第四次工业革命进一步颠覆了人类的生产生活,并在世界范围内引发了新一轮国际人才竞争。如何通过教育来保持国家的竞争力则成为各国的重要课题。在这样的大背景下,加强信息技术、人工智能、生物工程、新材料、新能源等领域创新型人才培养进一步成为各国抓住机遇、迎接挑战的迫切需求,而这正是STEM教育大热的原因。

  1.STEM与国家竞争力

  STEM教育最早源于美国。美苏冷战期间,STEM领域的教育得以迅速发展。进入21世纪以来,经由数次智库建议,若干政策实施,最终明确了STEM教育的概念。相应地,美国的STEM教育战略也较为完善。进入新世纪后,尤其是自奥巴马政府以来,美国历届联邦政府均高度重视STEM教育,将其视为培养创新型人才、确保在国际竞争中获胜的基本教育国策。通过梳理当前美国STEM教育最新战略及实施,有助于了解西方世界STEM教育最新动态,并为开展科技创新教育和国际教育交流提供相关借鉴。

  当前,美国STEM教育最为瞩目的变化是2018年底颁布实施的《为成功规划路线:美国STEM教育行动方略》,该方略提出了未来五年战略目标:即“美国要在STEM领域的国民素养、发明创造和劳动力就业方面成为全球领导者”。呼吁全美学校、家庭、社区、公司和行业协会尽快联合起来,共同将美国打造成全球STEM领域的“北极星”,因此又称“北极星计划”。

  为实现上述愿景,“北极星计划”确立了四条行动路径:(1)鼓励政府、学校和社会各界发展和巩固战略性STEM教育伙伴关系;(2)鼓励学生积极开展STEM领域的跨学科学习;(3)推动计算思维成为美国未来劳动力的关键技能;(4)实施问责制,确保透明度。

  该计划首次将“数字素养”和培养学生的“计算思维”作为STEM素养的核心内容,一方面号召政府、学校和社会各界积极行动起来,创设STEM教育生态;另一方面,强调企业部门加强与学校之间的联系,探索有效途径,开展“基于工作的学习”。

  为配合“北极星计划”,美国联邦各机构纷纷出台了促进STEM教育的任务或行动路线。美国国防部的STEM教育战略任务包括三点:一是促进“基于工作的学习”,二是支持STEM教育并拓展效益,三是利用AI技术创新生态系统,鼓励跨学科学习。美国教育部则旨在确保向所有学生提供高质量STEM教育,让学生尽早接受STEM教育,其战略任务包括:一是大力促进“计算思维”的教育培训,二是拓展职业技术教育,推广STEM项目学徒制,三是推广优秀的STEM教育案例。美国国家航空航天局的战略任务是:增加多元、包容与均等的STEM教育机会,将STEM教育纳入管理机构。美国国家科学基金会作为STEM教育这一概念的发祥地,定位STEM教育的战略任务为:在全国范围内促进STEM教育的多元、包容和公平,投资未来的STEM劳动力以及促进数字素养教育。

  2.增加拨款以示重视

  近年来,美联邦政府专项拨款不断增加,为STEM教育提供有力保障。根据美国财务预算官网数据显示,联邦政府各机构如教育部、卫生部、能源部、国防部、宇航局、国家科学基金会等,设置了门类繁多的STEM教育项目与拨款,涵盖STEM教育领域的研究、师资培训、课程设置、奖学金、少数族裔和贫困子弟教育优惠、社会实习等诸多方面。

  2020年,联邦政府机构共设立STEM教育项目174个,预算共计36.8亿美元(2019年,这两个指标分别为125和32.03)。其中,卫生与公共服务部设有43个项目,预算7.86亿美元;国家自然科学基金会设有25个项目,预算13.39亿美元;然后是联邦教育部,设有项目10个,预算4.28亿美元。

  就联邦教育部拨款而言,近年加大了中小学STEM师资培训、弱势群体STEM教育优惠以及STEM领域技术培训等方面拨款力度。例如,联邦教育部设有“STEM教育创新和研究”专项,目前该计划的资助额为6500万美元,但参议院提出要在2021年度上升为7500万美元,众议院则提出要上升至8500万美元。对此,众议院指出:这项资金须要向少数族裔、女生和贫困家庭学生等弱势群体提供额外的“除高等教育外所有教育阶段的STEM教育资助”,特别是要加强计算机教育,以缩小成就差距;此外还要加强教师培训,尤其是教师计算机课程方面的培训。再比如在鼓励职业与技术教育方面,自2018年特朗普政府签署《加强21世纪职业与技术教育法》以后,联邦教育部每年都向参、众两院提出动议,加强职业技术教育方面培训支持力度,提出对“职业与技术国家教育项目”的拨款从700万美元上升至2000万美元,且主要用于STEM领域的技术培训。虽然尚未获得通过,但至少确保每年不低于700万美元拨款。

  在美国,教育是属于各州的权力,美国教育经费的结构中,联邦政府拨款所占份额尚不足10%,其余为地方政府和州政府拨款。但联邦政府对于STEM教育拨款的逐年攀升足以说明,STEM教育在全美获得了前所未有的重视。

  3.动态跟踪相关项目进展

  自“北极星计划”实施以来,白宫科技政策办公室每年都发布《联邦STEM教育战略实施进展报告》。该报告对“北极星计划”实施以来美国STEM教育进展做总结,并进一步明确实施路径:在白宫科技政策办公室STEM委员会下设协调机构“联邦STEM教育协调会”(FC-STEM),并主张通过跨部门合作团队(IWG)工作,促进STEM战略目标的实现。针对“北极星计划”提出的愿景和目标,该报告确定了学科融合、计算素养、透明度与问责制等方向,并列出了一系列的细化方案,以促进联邦各机构STEM教育项目的执行。

  与此同时,联邦教育部官方网站专设STEM教育专题,汇总联邦各机构和社会各界的教育资源和项目,发布STEM教育最新情报。近年来,该专题网站信息不断丰富,渐成体系,成为了解美国STEM教育动态的重要窗口。配合“北极星计划”,自2019年7月以来,围绕热点专题,联邦教育部汇聚全美STEM教育领域的大学教授、中小学一线教师、政府官员以及企业代表等,定期开展研讨。疫情期间,研讨由线下搬到线上,一系列与STEM教育相关的远程教育、工程教育、发明创造教育、教学方法、STEM教师培训、课后STEM教育等议题被深入讨论,官网发布了研讨成果和突出案例,力图反映STEM教育领域的最新理念和经验,向政府、学校和社会提供有价值的咨询。

  4.STEM与人工智能教育的未来

  除加大或确保STEM教育的项目和投资外,联邦各机构还积极推出本领域的STEM教育行动计划。以美国国防部为例,于近期出台了《国防部人工智能教育战略》(DoD AI Education Strategy)(简称“AI教育战略”)。该项战略计划通过领导人工智能、驱动人工智能发展、开发人工智能工具、促进人工智能应用、厚植人工智能和提升雇员人工智能素养等“六项基本原型”,长远促进人工智能的开发与应用,从而培养出军事领域中世界级的人工智能实践者,并达到三项核心目标:保障国家安全,促进经济繁荣以及确保美国人工智能技术在国际上的领先地位。

  该战略对国防领域的人工智能能力内容做了如下界定:深度理解基础人工智能概念,熟练应用人工智能工具,数据管理与可视化,负责任的人工智能应用,内部结构、编程与软件开发,数学、统计与数据科学,人工智能综合能力等七项。并针对各项能力做了课程规划,确定了基本的教育教学手段,包括在线异步教学、混合教学、同步教学以及项目式教育教学等。

  如果说STEM教育是各国促进本国竞争力的重要依托,那么人工智能教育无疑是STEM教育领域中最为突出的部分。美国国防部出台人工智能教育战略表明,作为STEM领域的重要内容,人工智能教育正在引领STEM教育向纵深发展。

  随着“北极星计划”的实施,美国STEM教育开始进入全方位深入发展的阶段,在疫情的冲击和教育信息技术的加持下,美国STEM教育也在升级换代,在此过程中,美国社会各界之于STEM教育的认知也在不断拓展和加深。放眼当下及未来,美国STEM教育也早已不再单单是教育系统内部的事情,而是与科技创新、经济繁荣、劳动力培训等广泛联系起来,成为美国加强国家竞争力的重点领域。

  《光明日报》( 2021年04月29日 14版)


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