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科创教育的发展战略与实施路径

来源:《中国教育装备行业蓝皮书(2021版)》发布日期:2022-01-20浏览人数:212

  曹培杰

  当今世界正处于新一轮科技与产业革命的孕育期,科技创新对国家发展的引领作用愈加凸显,社会转型对新型人才的需求与日俱增,培养一大批拔尖创新人才和高水平技能人才,已经成为未来教育改革创新的重要议题。我国要实现高水平科技自立自强,归根结底要靠高水平创新人才。培养创新型人才是国家、民族长远发展的大计。

  习近平总书记指出:“要更加重视人才自主培养,更加重视科学精神、创新能力、批判性思维的培养培育。要更加重视青年人才培养,努力造就一批具有世界影响力的顶尖科技人才,稳定支持一批创新团队,培养更多高素质技术技能人才、能工巧匠、大国工匠。”2021年6月,国务院印发《全民科学素质行动规划纲要(2021—2035年)》,将青少年科学素质提升行动作为重点进行谋划部署,将弘扬科学精神贯穿于育人全链条,提升基础教育阶段科学教育水平,推进高等教育阶段科学教育和科普工作,建立校内外科学教育资源有效衔接机制,实施教师科学素质提升工程,为建设科技强国夯实人才基础。在这种大背景下,科创教育受到广大学校的普遍关注,被视为建设高质量教育体系的重要组成部分,对我国抢占新科技革命机遇、赢得国际竞争主动权具有战略意义。

  一、时代背景

  国际经验表明,国家越是发达,人力资源水平也就越高,尤其是创新人才和高水平技能人才已经成为跻身世界强国之列的决定因素。2020年11月,瑞士洛桑国际管理发展学院发布了新一版的全球人才报告,中国排名为第20名,在发展中国家中处于领先地位,但与主要发达国家还有一定差距(瑞士第1名,德国第11名,美国第15名),高水平人才供给不充足的问题仍然存在。与第一人口大国和第二经济大国的地位相比,我国还存在重大原创成果较少、缺乏引领科技创新的高端人才等问题,教育在科技创新人才培养方面发挥的主导作用亟待加强。近年来,美国、德国、日本等国家都将科创人才培养上升到国家战略层面。2018年12月,美国发布《制定成功路线:美国STEM教育战略》,启动了“北极星计划”,致力于让全体美国人都享有高质量的STEM教育,确保全球领先地位。STEM教育是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四个学科领域的缩略语,强调多学科的交叉融合。日本公布了“理工人才培养战略”,通过培养能够将理论知识转化为实际应用的高产出型理工人才,以打破当前日本劳动力人口不断减少、经济社会发展出现低迷滞后的困境。澳大利亚推出《STEM学校教育国家战略2016—2026》,改进澳大利亚学校的科学、数学和信息技术的教学与学习,培养未来的科学家与数学家[1]

  所以,我国应将科创教育作为一项全局性和战略性工作来抓,围绕创新驱动发展战略,结合人力资源需求变化的新趋势和新特征,全面加强高水平科技创新人才培养,改革教育教学模式,构建学校与政府部门、科研机构、高新企业、社区相融合的育人格局,为经济社会转型提供坚实的人力资源支撑。

  二、科创教育的内涵诠释

  科创教育是科技创新与教育教学的紧密结合,其核心是通过对科学、技术、工程、数学、艺术等跨学科内容的课程设计,引导学生在创造、分享和行动中进行深度学习,培养创新精神与实践能力。与之相关的常见概念还有STEM教育、创客教育等。它们之间既有联系,又有区别。

  2012年,美国弗吉尼亚科技大学Georgette Yakman等学者首次提出STEAM概念,在STEM的基础上增加人文艺术(Arts),不仅包括专门的艺术知识,还涉及语言、人文、美学等相关内容[2]。此外,还有很多人提出STREAM教育的概念,在STEAM的基础上增加阅读(Reading)和写作(Writing),读写素养也是深入开展STEM教育的必要组成部分,有助于培养学生的综合素质和创新能力。

  创客教育是一种融合信息技术,秉承“开放创新、探究体验”的教育理念,以“创造中学”为主要学习方式和以培养各类创新型人才为目的的新型教育模式。“做中学”、快乐教育、大成智慧、构造论是创客教育的核心理念,将对个体发展、课程改革、教育系统变革以及国家人才战略产生重大影响[3]。广义上的创客教育是一种以培育大众创客精神为导向的教育形态;狭义上的创客教育则是一种以培养学习者,特别是青少年学习者的创客素养为导向的教育模式[4]

  总体来看,STEM教育往往存在偏“软”的问题,其核心是推进跨学科学习,在课程观上遵循杜威的综合课程观和布鲁纳的结构主义课程观,在教学法上倡导以活动为主的“做中学”和以探究为主的“发现学习”,在教学实践中有可能会脱离现代科技创新来开展。创客教育往往存在偏“硬”的问题,作为创客运动在教育领域的映射,主要在信息技术、通用技术等相关课程中实施,注重使用技术工具和教学装备是其显著特色。在教学实践中,创客教育侧重于创造性实践,可能会忽视不同学科领域的知识融合。科创教育倡导将STEM教育和创客教育的优势结合在一起,利用现代信息技术开展高水平的跨学科学习,引导学生在完成创意成果的过程中获得积极体验,进一步加强对科学原理的理解和迁移,为社会数字化转型培养更多创新人才。

  三、科创教育的实践误区

  近年来,北京、深圳、青岛、苏州、郑州等地的近百所学校都在积极开展科创教育,极大地改变了传统课堂的面貌,推动了教师观念与教学行为的转变,提升了学生的核心素养,取得了良好效果。与此同时,许多学校在科创教育实践中遭遇挑战,包括科创教育理念缺失、科创教育与日常教学脱节、课程体系不完善、师资力量欠缺、社会参与范围较窄等问题,特别是存在一些容易忽视的误区,严重影响着科创教育的长期健康发展,教育部门和学校应给予高度重视。

  (一)科创教育被异化为特长生的科技竞赛

  在科创教育广受关注的背景下,真正实现常态化的学校并不多,甚至在一些所谓的科创教育示范学校,也只是新建了几间新型教室,费尽心思打磨几节观摩课,等活动结束后就把科创教育抛于脑后。更加令人担忧的是,很多学校误以为科创教育就是科技竞赛,以获奖多少作为衡量科创教育质量的重要标准。于是,很多学校投入大量人力物力财力,培养极少数特长学生参加各种科技比赛,通过推出特长生为学校争取荣誉,而大多数学生则沦为“沉默的观众”和“缺席的主角”。这些做法都是打着科创教育的旗子,却干着违反科创教育本质的事情。如果科创教育一直远离常态,无法惠及大部分学生,就会变成一项内涵缺失的“形象工程”,必然不会产生大的价值。

  (二)科创教育被曲解为一门新的学科

  很多一线实践者都有感触:科创教育既没有课时,也不是独立的学科,很容易流于形式。于是,如何把科创教育变成一门独立学科,成为很多人的努力方向。但科创教育不是一门具体学科,它涉及科学、技术、数学、工程、人文艺术等多个领域,带有明显的跨学科特征,尽管与很多学科都有千丝万缕的联系,但它并不属于任何一门学科。把科创教育变成一门新的学科,短期内可能会有所成效,但长期看却会摧毁科创教育的未来,使它陷入分科教学的牢笼,丧失对学校整体改革的影响力[5]。这无异于一种盲目的冒险。

  (三)科创教育被简化为按部就班的动手操作

  科创教育注重学生的直接经验,鼓励学生在真实的问题情境中开展科学探究,采用实验设计、创意发明、手工制作等方式进行学习。这种“做中学”显著增加了学生动手操作的机会,但不能弱化知识的地位和作用,不能把科创教育等同于简单模仿或技能操练。我们要清醒地认识到,科创教育的直接目标不是培养“能工巧匠”,而是培养“全面发展的人”。不管是搭建桥梁模型,还是组装智能机器人或操控无人机飞行,都要有知识原理的渗透,都要有跨学科课程设计,不能只是纯粹的技能训练。在科创教育中,“动手”是由“动脑”驱动、为“动脑”服务的[6]。教师要引导学生依据已有理论设计实验或观测活动,结合收集到的证据重新审视理论,或证伪,或延展,或修改,以建构一致性更高、解释力更强的新理论。在这个过程中辅以概念建模或数学建模,简化理论表达,梳理数据以凸显规律。

  (四)科创教育被弱化为结果导向的作品制作

  当前,科创教育在实践中存在重结果轻过程的现实困境,往往表现出“追求成功、避免失败”的倾向,这种对制作成功的追求,使得教师倾向于直接教授解决问题的具体方法,而不是支持学生的问题解决过程,导致学生成了“常规专家”——他们熟练掌握了特定领域的技术操作,能够有效应对常规问题,但却不具备“适应性专家”创造性解决问题的“适应性专长”[7]。科创教育作为提升国民科学素养、培养创新人才的基础,一定要扭转重结果轻过程的不良倾向,让学生从小就形成正确的科学观,不过分关注最后的结果产物,把眼光放长远,更加重视科学探究的过程与方法,包括问题是否成立、方案是否合理、逻辑是否严密、结论是否可靠等,帮助学生建构和不断改进自己的科学认识,形成更加完善的思维方法。相对于学生的作品好不好,学生到底经历了什么、学习是否真的发生、科学素养有没有提高这些问题更加值得关注。与其把精力放在对作品的精雕细琢上,不如让学生充分展开想象,对问题进行极致地追问,这些看似无用的做法将会给学生未来的成长带来难以想象的巨大作用。

  四、科创教育的价值回归

  (一)突破过于注重知识与技能的育人目标,聚焦21世纪核心素养

  随着新一轮科技和产业革命的到来,国内外教育界都在思考:新一代学习者应该具备哪些关键素养,才能解决真实世界的各种挑战,成功应对未来更加严峻的全球性竞争。2016年世界教育创新峰会与北京师范大学共同发布《面向未来:21世纪核心素养教育的全球经验》研究报告,对24个经济体和五个国际组织的21世纪核心素养框架进行分析,结果显示:沟通与合作、信息素养、创造性与问题解决、自我认识与自我调控、批判性思维、学会学习与终身学习、公民责任与社会参与等七大素养受到国际社会的共同重视[8]

  我国基础教育的育人目标经历了三次重大的历史转折:从“双基”的确立,到提出“三维目标”,再到“核心素养”出台,每一次转折都对教育发展产生深刻影响。2016年9月,《中国学生发展核心素养》总体框架正式发布,明确了我国学生应具备的必备品格和关键能力,包括人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养。核心素养的提出,突破了过于强调知识与技能的局限,将视野进一步扩大到人的整体实现,凸显了一个完整的人在新时代背景下所应具备的丰富个性。其中,创造能力、问题解决能力等被正式提出,并上升至前所未有的高度。

  科创教育要以核心素养为指向,为学生提供环境、资源与动手机会,着重培养学生的科创素养,以此应对未来社会的复杂挑战。科创教育让学生沉浸在知识发生的情景之中,在创造实践中获取积极体验,增进对知识的理解,加强对核心素养的内化与培养,有助于学生全面发展。

  (二)突破过于强调学科本位的课程结构,倡导跨学科课程统整

  知识是动态的、开放的、不确定的,带有鲜明的时代性和复杂的情境性。学校教育为便于知识传授,将知识分为不同学科,根据学生的年龄特征进行分科教学。分科教学具有系统性、逻辑性、独立性、简约性等特点,有利于系统知识的习得,但不利于学生整体知识结构的形成和综合思维能力的培养[9]。更为严重的是,现在的课堂教学把知识变成了“知识点”,甚至是“重点和难点”,深挖知识的具体细节,割裂学科之间的联系,让学生在知识细节中来回奔波,却“只见树木,不见森林”,最终造成学生思维僵化和视野狭窄。近几十年,知识的综合已经成为世界科技发展的主导趋势,通过不同学科的融合来解决复杂问题,成为创新的主要途径。人们逐渐意识到,面对知识的爆炸式增长,把无限的知识纳入极其有限的学科中,是一项不可能完成的任务。

  科创教育倡导根据生活中的真实问题设置主题,把相关知识从各个学科中抽离出来,用一种全面的视角来重新审视学科课程。通过跨学科的课程统整,可以将不同学科围绕一个主题联系起来,构建更贴近真实生活的课程体系。于是,原有的学科林立变成主题式的课程整合,原有的固定课时变成了大小课、长短课,甚至是没有明显时间划分的现场考察、互动游戏、创意制作、艺术设计等。科创教育彻底打破了学科本位的课程结构,使学生有机会运用多个学科的知识来解决问题,帮助学生在不同学科领域之间建立有意义的联系,逐渐形成自己的知识网络,实现知识的活化,以及向现实生活的有效迁移。

  (三)突破过于强调教师主导的教学结构,注重学习方式变革

  在传统教学中,典型的教学过程包括五个环节:复习旧知——导入新课——讲解分析——样例练习——小结作业。五者之间环环相扣,每个环节都有具体的要求和标准,包括教师应该完成什么样的知识传授、达到什么样的教学目的,学生应该得到哪些训练(做哪些题目)、实现哪些目标、达到怎样的程度(如练习正确率)等[10]。这种教学在教师的主导下,通过标准化流程和精准的教学控制,追求在最短的时间内学到最多的知识,有助于学生掌握扎实的基础知识和基本技能,但由于过度强调效率,课堂变成工业化的流水线,学生的创新意识和实践能力受到了不应有的忽视。

  随着互联网时代的到来,人们可以通过网络随时随地获取知识,以知识获取为主要目标的学习方式必然走向式微,注重问题解决和强调知识迁移的深度学习正在崛起。科创教育倡导把学生的生活经历与课堂教学联系起来,把知识置于大的社会背景中进行实践验证,在科技创新过程中培养学生的创造力和问题解决能力。这种教学将会打破教师的一言堂现象,以学生为中心来重组教学流程,鼓励学生“做中学、玩中学”,形成以主动、探索、体验、创作为特征的新型学习方式。教师作为学习的促进者和支持者,帮助学生在一个多方互动、不断将理解推向深处、不断产生新思路的过程中达成学习目标。

  五、科创教育的实践路径

  (一)重构学习方式:让学习在真实情境中自然发生

  科创教育追求知识在现实世界中的灵活运用,这就要改变传统学习方式,通过体验、设计、手工、创造等方式开展学习活动,让学习在真实情境中自然发生。这种“做中学”不是为了做的学,而是为了学的做。如果把“做中学”绝对化,必然导致系统知识的弱化,那就得不偿失了。所以,科创教育不是追求创作一个精美的作品,而是让学生在创作过程中获得深刻的学习体验,在真实的任务情境中发现、分析、解决问题,实现更深层次的学习。

  科创教育倡导的学习是“基于创造的学习”或“在创造中学习”,这种学习包括四个阶段[11]:一是准备阶段,学生对自己的创造目标与过程有初步设计,以开放的头脑去设想问题解决的多种途径;二是实验阶段,学生通过反复的实验逐步明确自己创造设计的合理性,从最初可能出现的不知所措走向思路的清晰化;三是原型制作阶段,学生在各种变量关系中找到问题解决的可能性,设计出原型产品;四是整合反馈阶段,学生评价、反思、分享自己的作品,提出改进建议。学校在开展科创教育时,要把学习方式变革放在首位,鼓励学生像科学家一样思考问题,像工程师一样解决问题。

  (二)重建课程体系:让知识在课程统整中融会贯通

  现行的课程体系主要体现专家权威者的意志,各门教材的定义、划分、分类、内容等都是把专家研究所得的结论加以浓缩提炼。但是,这种组织不一定完全符合初学者的学习需求,把内行专家研究的终点作为初学者学习的起点,是不合理的。因为专家已经拥有完善的思维逻辑,而初学者仍然处于思维形成的过程中,其知识之间的关系更多是不明确的、非线性的,如果强行套用专家思维,容易造成思维定式。

  同时,现有学科之间缺乏衔接,这导致学生处于两个分离的世界:一个是完整生活的经验世界,另一个是课程教材的知识世界。所以,在专家视角的课程基础上,我们还需要一种来自儿童视角的课程。科创教育要面向真实生活重组课程体系,将知识改造成以真实问题为核心的探索方案,通过序列化的问题把各学科知识串联起来,形成一种更加全面、相互衔接、融会贯通的课程结构,帮助学生建构起属于自己的完整知识结构。

  课程统整是知识的关联,包括学科内的知识,也包括学科间的知识。一是基于学科的整合模式,以学科知识为基点,把创造实践与学科知识联系起来,利用项目式学习改造传统教学,引导学生在任务驱动下开展深度学习,推动科创教育融入学科教学。实际上,每门学科都蕴含着丰富的科创教育资源,不是只有信息技术课或科学课才能开展科创教育。二是跨学科的整合模式,打破固定的课时安排,跨越学科之间的界限,开展面向真实生活的主题教学。根据主题教学的特点,灵活设置课时,积极开展线上线下相结合的混合式教学,引导学生积极主动地参与学习。

  (三)重塑学校功能:让教育在跨界协同中焕发生机

  学校是一个有计划、有组织地进行系统教育的组织机构。今天,学校的组织优势正在退化,而劣势则在新的时代背景下更加凸显,尤其是组织固化、运行机械等缺陷饱受社会质疑。科创教育的兴起,就是要打破学校的围墙,建立学校与外部社会的协同机制,将教育链、知识链和产业链对接起来,形成校内外相互沟通、资源高度共享的新格局。作为一个开放的组织系统,学校可以利用信息技术挖掘外部社会一切有利的教育资源,学生的学习场所不再固定,随着课程的不同,既可以在教室,也可以在社区、科技馆或企业,甚至可以去不同城市游学。而学校本部则更多的是提供学习环境、成长导师以及富有特色的校本化课程。最终,学校将突破校园的界限,任何可以实现高质量学习的地方都是学校[12]。单靠学校的力量是很难办好科创教育的,科创教育一定要走出学校,走进社会,加快推进学校与政府部门、科研机构、社区、家庭等开展跨界合作,整合各方资源,创建完整的教育生态体系。美国启动了Learning Labs项目[13],打造出一个包括学校、图书馆、博物馆、课外活动场所、家庭在内的教育协同体,为青少年提供随时学习、随处学习的学习机会,利用导师、交流平台、技术工具等方式促进青少年开展科技创新活动。

  随着学校从封闭走向开放,正式学习与非正式学习之间的界限越来越模糊,学生可以利用社会资源随时随地开展学习,整个世界都变成了学生的教材,整个社会都成为学校开展科创教育的平台,真正做到“停课不停学、放假不放教”。

  (作者单位:中国教育科学研究院)

  参考文献

  [1] 王素,曹培杰,李正福,等. 中国STEM教育白皮书[R]. 北京:中国教育科学研究院,2017.

  [2] YAKMAN G,LEE H. exploring the exemplary STEAM education in the U.S.as a practical educationalframework for Korea[J]. Journal of the Korean Association for Science Education,2012(6):1072-1086.

  [3] 杨现民,李冀红. 创客教育的价值潜能及其争议[J]. 现代远程教育研究,2015(2):23-34.

  [4] 祝智庭,雒亮. 从创客运动到创客教育:培植众创文化[J]. 电化教育研究,2015(7):7-15.

  [5] 曹培杰. 反思与重建:创客教育的实践路径[J]. 教育研究,2017(10):93-99.

  [6] 唐小为,丁邦平.“科学探究”缘何变身“科学实践”:解读美国科学教育框架理念的首位关键词之变[J]. 教育研究,2012(11):27-34.

  [7] 刘新阳. 利用有效失败的创客学习活动设计:一项探索性研究[J]. 中国电化教育,2018(4):27-34.

  [8] 师曼,刘晟,刘霞,等. 21世纪核心素养的框架及要素研究[J]. 华东师范大学学报(教育科学版),2016(3):29-37.

  [9] 李泽林. 分科教学:历史,问题与趋势[J]. 教育史研究,2014(2):81-88.

  [10] 邵光华,顾泠沅. 中国双基教学的理论研究[J]. 教育理论与实践,2006(3):48-52.

  [11] 郑燕林,李卢一. 技术支持的基于创造的学习:美国中小学创客教育的内涵、特征与实施路径[J]. 开放教育研究,2014(6):42-49.

  [12] 曹培杰. 未来学校的变革路径:“互联网+教育”的定位与持续发展[J]. 教育研究,2016(10):46-51.

  [13] IMLS. Learning Labs in Libraries and Museums:Transformative Spaces for Teens[DB/OL].(2014-10-12).https://www.imls.gov/sites/default/files/publications/documents/learninglabsreport_0.pdf.