在制造业高度发达的德国，STEM教育为德国的科技创新提供了有力支撑。但是，随着德国工业4.0战略的展开，德国科技发展也面临着巨大的挑战，德国学生在数学和科学能力方面的表现不佳，劳动力短缺问题也日益严峻。为此，德国联邦和各州提出了一系列政策和倡议，从学校教育、教师培养、课外活动、科学竞赛、科普宣传等方面入手，综合提高STEM教育的质量，以确保德国继续成为全球科技创新领域的领先者。德国推动STEM教育的各项举措为我国相关研究和实践提供了新视角与新思路。
一、德国推动STEM教育的背景
（一）提高学生STEM领域的学业水平
国际学生评估项目（PISA）是一项由经济合作与发展组织（OECD）发起的大规模国际教育评价项目，测评领域主要为阅读、数学和科学。从2000年该项目首次测试开始，德国学生的数学和科学能力就一直低于OECD的平均水平。2012年，德国学生PISA测试的数学和科学能力首次超过OECD的平均水平。但在2015年和2018年的测试中，德国学生的数学和科学能力均呈现出连续下降趋势。这反映出德国基础教育阶段的数学和科学教育尚未达到预定目标。
（二）确保STEM领域人才的供应数量
德国每五名高中毕业生中就有四名学习STEM课程。即便如此，确保STEM领域高质量劳动力的充足供应，依然是德国联邦政府的行动重心。德国经济研究所编写的STEM报告显示，2019年秋季，德国STEM劳动力缺口达26.3万名，其中STEM技术工人缺口最大，高达12.29万名，其次是STEM专家或专业技术人员，缺口9.15万名，此外，还空缺4.86万名大师级手工艺人。尽管受疫情影响，2020年10月的STEM空缺岗位比长期平均水平减少了54％，但仍然空缺10.87万名，在电气、能源、建筑和IT行业的劳动力短缺尤为突出。
（三）数字化进程对STEM能力的需求
当前，数字化浪潮席卷全球，德国的数字化发展水平却处于全球落后位置。为此，德国联邦政府推出了一系列重要战略，以加快经济和社会数字化转型的步伐。2014年8月，德国联邦政府出台《数字议程2014—2017年》，把增长与就业、接入与参与、信任与安全作为核心战略目标，集中力量从数字基础设施、数字经济与工作、数字生活等七个关键行动领域采取措施。2016年3月，德国联邦经济与能源部发布《数字战略2025》，确定了建设千兆光纤网络、推进智能网络、加强数据安全等十大步骤。这就需要加强学校教育中算法与编程、网络技术、信息安全与数据保护等方面的内容，保证每一位毕业生能够理解并适应数字技术，从而在工作和交流过程中能够明智地使用这些技术，以满足公民日益增长的数字化能力的需求。
二、德国实施STEM教育的举措
（一）加强学校STEM教育
为吸引更多学生在未来从事STEM领域职业，德国联邦政府从幼儿园开始关注儿童对STEM领域的兴趣。在德国联邦教研部的资助下，“小研究者之家”基金会以继续教育、项目建议、专家咨询和资格认证等形式为学校和教师提供支持，帮助学校成为真正有利于儿童科学探索的乐园。小学阶段的STEM教育主要包括数学、常识和手工艺品设计三门课程以及跨学科的教育领域，帮助儿童建立对数学、自然科学和技术的基本兴趣。中学5至10年级则通过开设数学、物理、化学等课程，以及自然科学或技术综合课程，进一步发展学生的科学概念。文理中学高级阶段旨在使学生获得广泛、深入的普及教育，学生可根据自己的天赋和兴趣，从学校提供的课程中选择重点学习的科目，但必须包含一门自然科学课程或计算机科学课程。
（二）优化STEM教师培养机制
优秀教师是开展STEM教育的先决条件，德国联邦政府正在与各州一道，为进一步改善教师教育而努力。一是加大对教师培训项目的财政资助力度。例如，在德国联邦教研部的资助下，一个由全国300所学校的校长和教师组成的跨学科研究网络已经成立并运行，负责共同制订促进STEM教育的战略，设计教学方案及教学资料，以加强STEM教师的教学和诊断能力。二是以持续的专业发展取代传统的培训，德国国家STEM论坛教师教育工作组提出，持续的专业发展应成为STEM教师职业生活的组成部分。三是加强理论与实践的联系，有效利用教师现有的知识和经验设计课程，以便教师将学习成果转化为实践能力。近几年，德国联邦政府开始在波鸿鲁尔大学、柏林洪堡大学等综合性大学设立教育学院，实施学科专业知识、学科教学法和教育科学知识等教师教育课程，以充分发挥大学在教师专业发展中的作用。
（三）发展STEM领域课外课程
为弥补学校课程的不足，德国非常重视STEM领域课外课程的建设，学生通过参与大学实验项目、进入企业体验学习等方式，在解决具体问题的过程中，发展对STEM领域职业的兴趣。
亥姆霍兹国家研究中心联合会是德国最大的科研团体，建立了32个为中小学生服务的校园实验室。对于一些简单的动手实验，学生可以把材料带回家做。当需要深入地研究某个主题时，学生则会到其中的一个实验室，像科学家进行研究一样，在专家的指导下使用先进设备开展实验，从而在学校学习的基础上获得深入的知识理解。学生参与校园实验室的形式多样，既有短时间的理论课程和动手实验，也可以在较长时间段（从1周到2年）内独自或组织自己的研究团队进行持续的研究。
企业也是推动STEM教育的重要组成部分。由西门子基金会发起的“STEM科目中的服务学习”项目，让儿童和青少年在将学校学习中获得的知识与技能运用于社区服务的过程中，体验科学技术在社会中的意义和价值。西门子基金会参与创建的教育数字化论坛，自2009年以来，为STEM课程提供了4300多种开放性教育资源，学生可以采用实验、解题、游戏和观看视频等方式学习。
除了专门的实验室，科技馆、博物馆等公共设施，甚至大自然都是儿童和青少年进行STEM教育的校外课堂。
（四）支持青少年科学竞赛
德国联邦教研部一直支持并举办各种青少年科学竞赛活动，社会各界和舆论也普遍对青少年科学竞赛活动持肯定和支持态度。青少年科研竞赛是德国最著名的青少年竞赛，现在每年有超过12000人参加竞赛。比赛分成两个年龄组：14岁以下的“学生实验”；15至21岁的“青年研究”。参赛选手需要在环境、化学、数学、计算机科学、物理、技术等七个专业领域中寻找自己感兴趣的问题进行研究。从近几年的获奖名单不难发现，德国各类STEM教育成果层出不穷。青少年在参与科研活动的过程中，初步获得了认识世界和改造世界的世界观和方法论，为德国科技界和经济界发掘并培养了一批创新型人才。
全国计算机科学竞赛的目标是激发青少年对计算机科学的兴趣。这项活动共分成海狸计算机竞赛、青少年计算机科学竞赛、联邦计算机科学竞赛以及国际信息学奥林匹克竞赛的选拔赛四个项目。其中，海狸计算机竞赛是德国计算机科学领域最大的学生竞赛，3至13年级的中小学生都可以参加。该比赛采用在线答题的形式进行，通过栩栩如生的现实问题考查学生解决问题的能力，如秘密订单、藏宝图等。即使是没有计算机科学知识储备的年幼学童，也可以一种有趣而自然的方式处理适合年龄的计算问题。
（五）营造良好社会氛围
德国各级政府针对目标群体，加大科技宣传力度，扩大社会公众对科学和技术的理解，提高他们创新的热情，为开展STEM教育营造了良好的社会氛围。例如，由德国联邦教研部发起的“触摸生物技术”巡回展览，两层的展览车同时是实验室、多媒体展览室和对话论坛，为各地民众带来了德国现代生物技术的最新研究成果。自2000年以来，联邦教研部与“对话科学”组织一起举办科学年活动，以提高人们对科学的兴趣。科学年早期的主题基本是单学科的，如物理年、生命科学年等。2010年以来，科学年开始探讨跨学科的未来主题，如2019年科学年的主题是“人工智能”，全年共举行了450多项比赛、展览、对话等多种形式的活动，帮助人们从各个层面体验人工智能。
三、德国STEM教育的特色
（一）构建完整的STEM教育链
德国联邦政府通过职业导向计划，帮助学生识别自己的个人兴趣和职业倾向，获得各种专业领域的实践经验，从而有针对性地将自己的潜力和优势扩展为能力，为将来的职业选择做好准备。自2010年以来，德国实施“毕业与衔接：直到毕业的教育链”倡议，为学生提供从毕业到就业的过渡支持，并实施职业教育4.0框架计划，通过职业教育和培训的数字化，促进职业教育的现代化。在数字技术的支持下，人们也能够以低成本和灵活的方式进行继续教育。可以说，德国已构建起从学前教育到中等教育、高等教育和职业教育，直至继续教育和终身学习的教育链，从而广泛激发全社会各年龄人群对STEM的兴趣，全面提高STEM教育的质量。
（二）全社会共同参与STEM教育
德国社会并不认为STEM教育仅仅是政府和学校的职责。多年来，一些民间公益机构、企业以及公民也积极参与进来，致力于为学习者提供更加广阔的STEM 学习平台。例如，成立于2012年的国家STEM论坛是一个跨区域的合作平台，西门子基金会、亥姆霍兹国家研究中心联合会、德国工程师协会等积极参与其中，它们基于专业知识，提出广泛而持续的建议，积极配合国家教育机构以整体和可持续的方式促进STEM教育。
（三）STEM只是一个称谓的视角
德国的STEM教育只是一个称谓的视角，泛指医疗、能源、信息技术、生物技术等理工类专业，中小学的STEM课程仍以分科课程为主（特别是在高中阶段），没有开设专门的跨学科工程课程。近年来，更是通过颁布各个学科的教育标准，为学科教学提出明确和可评估的质量目标。
（四）重视女性STEM教育
传统意义上，许多STEM职业被视为由男性占领和主导的领域。为了让女性在选择职业时不再受这种思想的束缚，德国社会各界采取多种措施，以激发女性对STEM相关专业的兴趣，支持和鼓励她们从事STEM相关专业。例如，德国联邦教研部和联邦家庭、老年人、妇女和青年事务部共同支持一年一度的女孩日活动。在这一天，政府部门、企业、大学和科研院所向5年级以上的女生敞开大门，让她们体验与自然科学和工程技术有关的各类工作。
四、借鉴与启示
近年来，我国STEM教育发展迅猛，但由于缺少国家战略高度的顶层设计，更多的是一种自发行为，理论研究少，教育实践更是零散，没有形成一个互补、连续的教育体系。德国促进中小学STEM教育的各项举措，可为我们提供许多有益的启示。
（一）重视STEM人才培养
20世纪80年代，邓小平提出“科学技术是第一生产力”的重要论断，激发了青少年学习物理、化学等学科的热情，为国家输出了一大批优秀的科技人才。然而，近年来，许多学生背离自己的兴趣和特长，功利性地选择选考学科，学习物理、化学等学科的人数比例大幅下滑。以江苏省为例，2008年选择物化组合的考生比例为33.42%，到2017年只有24.12%。2021年是江苏实施新高考方案的第一年，选择物化生的考生比例下降更为明显，只有10.23%。当前，全球新一轮科技革命和产业变革风起云涌，新一代信息技术、生物技术、新能源技术、新材料技术、智能制造技术等领域的发展日新月异，我国要想抢占世界前沿科技创新领域的制高点，比以往任何时候都更需要高水平的STEM专家和熟练的技术工人。
（二）创新STEM教师教育模式
STEM教师需要具有先进的教育理念、科学的教学方法、宽厚的专业知识底蕴以及丰富的工程实践经验。这就需要采取有效措施，切实提升STEM教师的专业素养，为课程实施提供基本的保障。
首先，提升STEM教师职前培养质量。我国目前施行教师资格认定制度，意在吸引综合性大学和非师范类高等院校中的优秀人才从教，提高教师队伍的质量。然而，从实践层面来看，申请者多数来自地方高校以及社会人员，鲜见高水平综合性大学毕业生申考教师资格。教师资格考试包括笔试和面试两部分。死记硬背式的笔试和没有学生参与的面试，难以全面、深入地考核申请者的教育理论素养和教学实践能力。对申请者只有学历要求，而没有专业要求，以致经常见到文科专业的学生申考物理、数学等学科教师资格。这些人员的学科专业知识并不扎实，加之没有任何教育教学实践经历，即使通过教师资格考试走上教学岗位，也很难胜任教学工作。因而，为了提升STEM教师职前培养的质量，一方面需要提高认定的标准，应要求所学专业与申请科目一致或相近，以确保申请者具有宽厚的专业知识和较高的学术水平；另一方面，申请者在通过笔试后，还须到专门的教育学院进行一年的教师教育课程学习，并到中小学承担一定量的教学实践，全面培养教学实践能力，之后经面试合格才能取得正式教师资格。
其次，改进STEM教师职后培训内容和方式。目前在职的STEM相关学科教师，大学阶段学习的主要是分科的科学课程，工程和技术素养明显不足。我们可以通过基于项目实践、工作嵌入等形式的培训活动，帮助他们掌握工程教育的核心思想、工程设计的一般步骤等专业知识，掌握项目学习的基本理论，学会设计和开发适合学生学习的STEM项目，获得跨学科教学的能力。STEM领域的知识更新非常快，科学研究的前沿内容很快就会进入中小学课程，还应鼓励科技企业和高等院校为STEM教师的在职进修提供便利，方便他们通过持续不断的学习更新自己的专业知识。
（三）加强学科内的项目学习
STEM教育注重学科之间的融会贯通，在本土化实施的过程中，有的教师过于强调STEM教育的跨学科特征，似乎少了一个学科就不是STEM。比如，某校的“神奇的鸡蛋壳”STEM活动案例，将语文、科学、美术等多个学科的内容简单地混合在一起，并没有形成内在的、有深度的学习。我们认为，单学科方式开展STEM教育比较容易实施，但不能实现全面的STEM素养；跨学科方式打破了学科的界限，强调利用各个学科相互关联的知识解决实际问题，但如果失去学科的依托，则会导致没有力量的学习。它们好比是一个光谱的两端，STEM教育的方式可以在这个光谱上游动，而不是随意地彼此取代。即使德国，也只是把STEM教育作为一个视角，并没有开设独立的工程学科。因而，我国现阶段的STEM教育也不能过于理想化，可以采用介乎单学科和跨学科的中间方式，在不改变当前分科课程结构的情况下，每个学科都必须留出一定的时间，寻找不同学科知识之间的内在联系，开展基于项目的跨学科学习，发展学生解决真实问题的能力和批判性思维。
（四）发挥学科竞赛的积极作用
目前，我国社会对学科竞赛总体上持否定态度，主要原因是其中渗入了比较多的功利因素。一些组织者把竞赛作为赚钱的工具，通过竞赛和培训收费；许多学生对STEM学科并没有兴趣和天分，为了升学放弃大量的休息、文体活动时间，反复机械刷题，给这些学生造成了过重的负担，一些学生获得奖牌之后并没有从事STEM职业；等等。这使得从国家到地方对STEM相关学科竞赛采取了绝对禁止的态度，严禁在义务教育阶段举办任何形式的学科竞赛，五大学科奥林匹克竞赛也只面向高中学段举办。
然而，德国青少年科学竞赛活动涵盖了数学、科学和技术的各个领域，且具有广泛的参与性，所有感兴趣的各个年龄段的青少年都可以参加。许多获奖者忠于自己的兴趣，并从事科学领域的职业，认为比赛是他们职业成功的基石。事实上，学科竞赛并没有原罪，对STEM学科竞赛采取“一刀切”是一种因噎废食的做法。我们需要做的是规范管理面向中小学生的竞赛活动，将学科竞赛与升学功利彻底脱钩，回归竞赛的本真，把那些真正在STEM领域有天赋的学生留下来，通过竞赛激发他们对科学和研究的兴趣，培养他们解决问题的执着精神、组织协调能力以及耐挫力，为我国科技发展培养高水平科技创新人才。
（五）动员社会力量参与
STEM教育是一个庞大的系统工程，仅靠政府和学校是远远不够的，需要多方合力，共同推动。一是充分利用科技馆、博物馆的各类教育资源，拓展STEM教育的空间和时间，通过互动操作、动手实践等形式进行多样化的学习，激发学生对科学的兴趣和求知欲。二是鼓励高等院校、科研院所与中小学建立合作伙伴关系，利用它们的实验室资源，在科学家的指导下接触高端科研设备，开展科学实验，锻炼科研能力，通过科学家的榜样作用，激励学生选择从事科学技术工作的意愿。三是鼓励企业尤其是大型企业在STEM教育上承担更大的责任，通过创办教育项目以及开发STEM课程等形式参与STEM教育，传播相关领域的专业知识和最新进展，帮助学生熟悉该领域的相关职业。
注：由于语言表述的不同，STEM教育在德国被称为MINT 教育。MINT一词由单词Mathematik （数学）、Informatik（计算机科学）、Naturwissenschaft（自然科学）和Technik（技术）的首字母组合而成。为符合用语习惯，本文仍以STEM教育代为表述。
（作者系江苏省盐城市教育科学研究院教研员）
文章来源 | 《中小学数字化教学》2022年第3期返回搜狐，查看更多
