逯行 赵松松

摘要：近年来，STEM教育在国内的理论研究与实践探索逐步由浅入深，对专业STEM教师的需求从“量”和“质”上都达到了前所未有的高度。文章以区域STEM教育发展对相关教师专业发展与教师培养的要求作为切入点，通过对所选地区已开展STEM教育的学校教师、管理者进行观察、访谈，收集真实的一手资料，梳理出STEM教育教师在专业发展中面临的困难与挑战。同时针对性地提出了促进STEM教师专业发展的意见与建议，为在职教师继续教育部门、培养STEM教师的教师教育体系设计者、STEM教育资源供给者以及STEM教育评价标准的制定者提供改革的参考依据与指引方向。

关键词：STEM教育;教师专业发展;教师教育;问题与建议

中图分类号：G451.2       文献标志码：A          文章编号：1673-8454（2020）06-0030-06

一、研究背景与问题提出

开展STEM教育的教师面临的困难与挑战主要体现在以下方面：①知识结构。传统分科教学的教师只需要具备所教授学科相关的知识结构，较为单一，学生面对的问题多与该学科知识密切相关，问题解决过程相对简单;而STEM教师需具备多学科的综合性知识，学生面对的多是来源于工程或科学中的问题，种类繁多复杂，解决过程也需要多种知识综合运用，知识结构的欠缺导致很多教师对STEM教育望而却步[1]。②教学方式。STEM课程多是以小组合作学习的方式完成，这就需要教师全方位了解学生，包括学生的知识基础、能力水平、气质品性等特征，以便合理分组;STEM课程需要贴近学生生活经验的项目或问题作为驱动，如何在错综复杂的科学问题中挖掘对学生有意义的研究专题，需要花费教师大量的时间与精力[2]。③评价方式。应试教育下的评价方式比较单一，考试成绩是评价学习结果的重要标准，而STEM教育更注重学习过程和体验，注重知识的生成性和创造性，如何有效地评价学习成果也是目前STEM教师面临的棘手难题[3]。

国外对STEM教育教师培养已经进行了大量探索。美国自1986年发表《本科的科学、数学和工程教育》报告以来，一直非常重视STEM人才的培养，积极实施STEM教育改革[4]，但也存在着STEM教师短缺的困境，为此美国政府通过多项有效措施推进STEM教师培养，取得了一些有益经验，如颁布相关政策、持续支持STEM教师培养、设立包含政府财政与社会资本在内的资金引导与支持机制等。STEM教育近几年才在我国被深入探讨、广泛研究，教师培养与继续教育支持体系存在许多问题。首先，缺乏多方合力的教师培养体系。单一的教师培养模式不能满足大量STEM教师培养的需求，必须争取政府、学校、社会等多方面合力支持[5]。其次，STEM教师的生成机制较弱，教师继续教育的后发力量不足以支撑STEM教育的深入开展。国内重点师范院校并无开设STEM教育教师培养相关专业，边缘学科或相关学科培养出的“类STEM教师”不具备跨学科的素养能力，以分科教学为主流教学形式的背景下很难有优秀的STEM教师脱颖而出，高校有必要设立STEM教育教师培养专业，将其提升到学科研究和发展的层次，培养专业的STEM人才，才能为STEM教育规范发展提供师资保障[6]。

发现问题是解决问题的第一步。许多研究者、STEM教育一线教师、相关教育机构和组织已经投身到了促进STEM教育教师专业发展的研究与实践中，如通过组建STEM教育团队，集思广益，协同施教，充分发挥相关学科教师的专业优势[7];设立STEM教育研究机构，建立“高校—基础教育学校合作”的协作模式，发挥高校和研究机构的理论指导作用[8];研发教师培训课程，指导学校教学实践;遴选并培育一批STEM教育特色校[9]，通过对种子学校的重点支持与发展，实现“以点带线、以线带面”的作用，同时在发展中逐步积累典型的STEM教育案例，辐射到更多区域。基于此，本研究主要研究当前公立学校中实施STEM教育的相关教师专业发展中面临的障碍与挑战。同时，了解他们的教育理念、教学技能、教学管理能力、学科内容知识、学科教学法知识、职业发展路径与期望等，尝试对如何支持其专业发展提出意见和建议，同时对STEM教师教育培养体系提出改革意见。研究从如下几个问题出发：教师对STEM教育的理解是怎样的，教师在接受STEM教育相关课程、教学理念、教学方法等过程中受到哪些方面的影响，STEM教育课程改革对教师专业发展提出了哪些要求，教师在推进STEM教育中面临哪些挑战以及需要哪些方面的支持与帮助，可以为STEM教育职前教师培养体系与在职教师专业发展支持体系的设计提出哪些合理化建议，等等。

二、研究过程与方法

1.研究设计

本研究主要经历了文献研究阶段、个案研究阶段以及数据统计与分析阶段。通过文献调研了解已有研究所得结论、研究进展等，确定研究问题及研究的重点、难点，寻找支持研究的理论基础，结合实地调研，了解教师目前开展STEM教学的实际情况，进一步确定研究对象，进入个案研究阶段;在个案研究阶段，主要完成数据收集、数据整理与统计，确定数据分析的编码类目，完成数据分析并建立初步结论和理论雏形;在研究关系方面，研究人员在本研究中有观察者和帮助者两种身份，其中研究者提供的帮助会被准确记录和客观描述，为后期设计教师专业发展支持系统提供参考。

统计表明，在教师专业发展研究中，STEM教育具有整合学科属性，研究者往往采用叙事研究法等质性研究方法。[10]本研究选择访谈法作为主要研究方法，采用无结构型访谈和半结构型访谈对研究对象进行访谈。其中，进入现场初步与教师接触时，采用无结构访谈，了解教师关心的问题、思考问题的方式、处理事情的态度等;随着研究的深入，采用半结构型访谈。在确定编码类目阶段，主要應用共识性质性研究方法（Consensual Qualitative Research，简称为CQR）。

2.调研对象

在职位属性方面，选择一线教师和教学管理者。在选择一线教师时，由于当前公立学校内除一些学校的校本课程之外，国内暂时未将STEM作为一门独立的课程进行教学，因此，本研究选择的研究对象是在实际教学中探索实施STEM教育的相关学科教师，如STEM校本课程教师、信息技术教师、通用技术教师、数学教师、物理教师、小学科学教师等。在发展阶段方面，考虑“新手期”教师和“发展期”教师。这个阶段的教师处于教师成长的“蓬勃发展”期，已经能够或者正在努力适应教学工作，处于“关注教学”的阶段，开始谋求教学能力的提高，专业发展方面极具张力和可塑性。

研究采用目的性随机抽样的方法，在北京市昌平区基础教育校中选择研究对象，选定6名小学科学教师、10名初中教师、6名高中教师，共计22人，他们来自10所不同的学校，其中6名教育管理人员，16名一线教师。研究对象的基本情况如表1所示。在挑选研究对象时，通过研究者自己观察、学校领导推荐、教师参与区级课题研究的积极性等多个方面综合考察后，本着自愿与合作的原则确定研究对象。

三、数据统计与分析

1.数据收集

首先，进入研究对象所在学校，观察其STEM教学实施情况、学校管理者对STEM教育的支持环境创设等，其中，观察维度是访谈内容维度的子集，操作中尽量涉及更多的观察点。其次，访谈研究对象，每次访谈时间长度由45分钟到180分钟不等，由研究者组织和实施，每名受访对象接受至少一次的访谈。在访谈一线教师和教育管理者的时候采取稍微不同的策略。在访谈的开始阶段，询问参与者认为自己在教学领域和学科教学中面临哪些挑战和需求，认为提供哪些支持能够帮助他们较好地面对挑战。这一过程建立了教师需求的基线，帮助教师意识到在实施STEM教学时已经具备的教学技能和专业素养、当前面临的挑战，反思需要哪些支持和帮助。接下来，研究者询问实施STEM教育时，教师能够在多大程度上开展跨学科教学和整合学科教学，涉及到的具体访谈问题如表2所示。

2.编码类目及统计

采用CQR研究方法提取訪谈材料中的真实主题及关键词，利用质性研究工具Nvivo11对访谈结果进行分析梳理。CQR研究方法的特点是通过对少量研究对象、言语数据本身以及整个案例的背景信息数据进行分析，以了解现象并进行推论，分析过程及结果由多名研究者共同协商、达成一致[11]。本研究由3名研究员对访谈记录进行逐一编码与核查。首先，研究员从收集到的访谈文本中析出不同的主题（Domain），进而提炼出每个主题中的核心观点（Core Idea），最后对同一主题下的不同核心观点进行交叉分析，形成不同的编码类目（Category）[12]。分析过程中每一阶段的操作先由各个研究员独立完成，经协商一致后进入下一阶段以保证编码和归类的一致性，同时统计每个编码类目被讨论的频次，形成最终的编码框架及频次统计结果，如表3所示。

四、结果分析与讨论

当前教师除了缺乏学科内容知识和学科教学法知识之外，还面临许多新的挑战，这些挑战对推进实施STEM教育具有重要影响，其中包括时间不足（如教师缺少同侪协作时间、课程设计时间和教学活动实施时间）、学校组织结构不良、以考试为导向的评价方式、STEM教学效果评价不合理、缺少高质量的教学资源和学习资源、在职教师专业发展体系和职前教师培养体系不健全等。

1.时间不足的问题最为凸显

缺少时间是在访谈中教师提及频次最高的问题。由于STEM教育的跨学科属性，不同学科教师之间的同侪协作是必不可少的，主要涉及共同完成课程设计、协作备课、教学活动相互支持等。教师的时间压力非常大，将近1/3的教师在访谈中提到同侪协作是实施有效的STEM教学最重要的环节之一，但将STEM教学相关学科的教师聚在一起完成讨论涉及到的时间协调问题往往非常困难。时间不足这一问题在初中和高中教师中表现的最为明显。此外，高中学习任务繁重，教学时间紧张，导致STEM教学实施起来捉襟见肘且深度不够。

2.教师间缺少同侪协作

对于高中和初中教师来说，由于教学任务繁重，时间安排紧，很少有同侪协作的时间，这对于实施STEM教学非常不利。通过调研可以发现，教师普遍表达了与其他教师合作的意愿和需要。在专业的STEM教师执教或STEM相关学科的教师能够掌握其他几门学科的内容知识和学科教学法知识与技能之前，相关学科教师之间的同侪协作是解决STEM教师专业性的唯一方式。教师们已经认识到，当前如果没有学科教师之间的相互协作，STEM教育根本无法有效地落地实施，与不同学科教师协作互助能够提高他们对其他学科领域的理解以及多学科整合教学的方法和技能。

3.学校教学时间安排程式化

当前学校按照传统教学的需要安排课堂教学时间和作息时间，这种程式化的时间安排非常不利于STEM教学活动的实施。由于STEM教学主要采取以学生为中心的教学方式，例如基于项目的学习、基于问题的学习、案例式教学等，每一个教学活动需要的时间较长，且涉及教学地点往往不止一个。为了完成一个任务，学生通常需要多次变换学习空间，室内室外、实验室、图书馆、科技馆、博物馆等各种场所均有可能涉及，因此每一个学习任务的完成需要花费教师和学生大量的时间，传统课堂的时间阈值远远不能够满足STEM教学的需要。高中教师建议专门开设STEM课，针对课程的特殊属性设置专门的课堂时间，这样教学效果能够有基本的保证。

4.学校组织结构不良

教师们普遍认为，学校的组织结构过于分散。不同部门之间相互不了解，合作机会少，如学校图书馆与教研室协作机会少，彼此不了解，常发生学生完成项目需要寻求帮助时找不到资源，而图书馆放着资源没有人利用的情况。即使同一个部门的不同小组，也沟通较少，合作困难，如每个学科都有自己的教研组，教研组之间协作少、时间协调起来非常困难，无论是沟通还是协调都需要逐级申请再逐级下达指令，效率非常低。学校的时间表严重降低了同侪之间协作以及协作实施STEM教学的可能性。如果学校期望促进STEM教学的实施，就必须重新调整学校组织结构，加强部门之间的交流沟通，弱化等级申报制度，制定促进交流协作的奖惩机制，最重要的是学校工作时间表需要重新安排。

5.教与学的评价体系不完善

初、高中教师普遍反映当前以考试成绩为导向的评价体系是阻碍STEM教育实施的最大障碍，不亚于缺少时间带来的挑战。当前传统教育模式下，无论是地区的教育领导，还是学校的校长和教师们，都以某些标准化考试的成绩作为评价教学成果和学生学习成果的唯一指标，例如高中面临的高考升学率、初中面临的中考成绩、学校的期中期末成绩在区域中的排名等，这些带有严重指向性且评价指标较为单一的评价标准硬生生地将教师和学生束缚在了题海中刷成绩，对能够提升学生综合素质但效果显现时间周期长的任何教育形式都视而不见或置若罔闻。这种情况将有意愿探索STEM教育的教育管理者和教师放置在了较为被动的地位，时间不够、不能提升考试成绩等说辞给他们带来了很大的压力。

6.缺少高质量教学资源与学习资源

缺少高质量的教学资源与学习资源已经不是一个新问题，在以往的教学改革和实践中屡次出现。事实上，资源的短缺是教师提及频次最高的问题，但是在STEM教学中资源短缺表现的尤为明显，除了课件、书本、指导方案、资料库、项目材料等，STEM教育往往还需要许多工具和材料，例如，涉及到工程学科的相关内容需要合适的软件、用于建造或制造的材料和工具（如木材、塑料和机械等）。涉及到的整合层次越高、动手活动越多，往往需要的资源种类和数量越丰富。

7.在职教师教育落后于教师专业发展要求

教师普遍认为当前的在职教师教育体系已经完全不能满足STEM教育发展需求，需要重新思考和设计。在教育理念方面，教师需要认识到，一种真正适用于STEM教育的教学方法，应当同时强调跨学科属性和科学探究方式，通过提升对问题和相关概念、知识的理解以及应用技术和工具，提高对现实世界真实问题的解决效率。在教师教学实践方面，教师缺乏尝试、认可和掌握基于项目的学习、基于问题的学习等新型教学方法的机会，难以感受学生在学习过程经历的学习步骤、问题解决过程、需要克服哪些困难等。

8.职前教师培养体系不能满足当前对STEM教师的要求

为职前教师提供參与教学实践、跨学科团队工作的机会对于未来教师的成长至关重要。即使是同一学科的不同分支之间往往也会存在很大不同，更何况涉及多个学科领域的STEM教育，包含学科知识范围非常之广。当前的师范教育主要以培养某一独立学科教师为主，虽然已经有院校开设STEM教师培养专业，但是由于处于初步探索阶段，无论是课程设置还是培养方式都缺乏整合，以囊括相关学科的独立知识体系和单独学科教学法为特征，很难培养出STEM教育发展所要求的人才。

9.缺少优秀STEM教学观摩案例

一线教师普遍认为需要观摩优秀的STEM教学案例，从中总结经验，提升自己的认识水平和实践能力。通过观看优秀教学案例，教师可以了解到课程设置、教学活动设计、教学方法及教学策略的选择等，从意识层面构建对STEM教学的整体认识，从而有意识地在实践教学中进行尝试，提升自己的实践能力。但实际上优秀的STEM教学案例非常少，即使有些在STEM教学比赛中获奖的课例，也仅仅是在传统教学的基础上增加了一些跨学科教学尝试，不能算是严格意义上的STEM教学。缺少可供学习的经典案例，一线教师就少了一条吸收间接经验的途径，只能在跌跌撞撞中自我摸索，效率较低。

五、启示与建议

当前国内的公立校很少将STEM作为一门独立的课程开展教学，一些国际学校除外。主要是一些STEM相关学科的教师在自己的学科教学中或者校本课程中尝试着开展STEM教学，并努力将STEM教学常态化。开展STEM教学的教师一方面为了提高教学效率，提升学生自主学习能力、自主探究能力、认知能力以及知识掌握程度，另一方面秉持着对推动教育发展的热情，努力探索新的教育理念和教学形式。由于暂时没有得到政策的统一支持以及身份认可，因此这些教师付出了比其他学科教师更为艰辛的努力，推动着中国STEM教育的发展。为推动区域STEM教育发展、提供STEM教师专业成长的环境和条件，本研究提出以下建议：

1.教师继续教育部门重新设计在职教师培养机制

在设计在职STEM教师培养体系时，需要考虑跨学科教学内容和跨学科教学法的培训和实践，多采取工作坊、案例式培训、基于真实问题的探究等多种教学方式和培训方式，少采取一言堂式的讲座式培训，增加教师的实践训练机会，内容知识和教学实践技能并重。在STEM教育发展的初级阶段，实施STEM教学的教师可能来自不同学科背景，他们在开展教学活动之前应当尽可能地与相关学科教师合作备课、完成教学设计，逐渐形成一个跨学科的课程团队。

2.高校逐步完善职前教师培养体系

教师教育的愿景是，随着培养体系的逐渐完善，今后执教的STEM教师掌握相关学科的所有概念、内容知识、学科教学法、教学标准以及评价标准，能够独立完成STEM教学活动的设计、实施和评价。在培养STEM教师时需要注意以下两点：首先，重视职前教师对相关学科领域内容知识的掌握，加强职前教师对非传统形式课堂的管理能力;其次，培养职前教师熟练运用新型跨学科教学法的能力，学习如何鼓励学生参与合作学习、正确面对失败的心态、提升耐力和意志力等。

3.STEM教育资源供给者加强供给侧改革

建议政策制定者颁布和实施新政策，对支持STEM教育有所倾斜，例如提供足够多的资金支持等;地区和学校的管理者需要收集来自一线教师的反馈意见，合理利用学校资金，提供足够且恰当的资源;一线教师应当合理选择教学方法和教学策略，合理设计教学活动和教学过程，充分利用已有资源，积极建设新资源。

4.制定多元化STEM教育评价标准

弱化标准化考试中过于强调学生对知识掌握而轻过程性评价的导向，强调学生在参与活动过程中能力的获得，厘清传统教学评价与STEM教育评价的不同侧重点，制定适合STEM教育的评价标准，如重视过程性评价、对教师的绩效评定不只看成绩，不能简单地在传统教育学校增加STEM课程，而是综合改善学校环境以适应STEM教育的探索，调整对教学结果的期望，提高对学习过程的认识，改进过程性和总结性评价手段等，除了知识和理解维度之外关注学生的应用与创造，同时关注学生非认知技能如毅力、耐力、团队协作能力、抗挫折能力等的获得。

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