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从ISEF全球青少年科学竞赛大奖赛看中美教育观

2018-05-26 06:11     游戏     来自:新北方教育

今年年初开始关注STEM教育领域,一个偶然的机会,看到ISEF比赛招募志愿者,于是报名参加了口译和教育志愿者的工作,并从教育的角度出发,进行了一些有意思的观察,分享给教育从业者和家长朋友们。以下的观察基于的样本数量有限,如有偏差,欢迎指正。在正文之前,先简单介绍一下ISEF比赛和STEM教育。



1.1 关于ISEF比赛


英特尔国际科学与工程大奖赛素有全球青少年科学竞赛的“世界杯”之美誉,是全球最大规模、最高等级、面向9 ~ 12年级(即初三至高三)中学生的科学竞赛。本届大赛汇聚来自全球80多个国家和地区,1750余名青少年分享创新观点,展示前沿科技研究。

(摘自“中学生英才计划”微信公众号)


1.2 关于国内STEM教育现状


STEM(Science, Technology, Engineering                                     and Mathematics)教育

指整合科学、技术、工程、数学等学科的课程学习,用以应对学科割裂所造成的无法创造性解决真实、复杂的科学技术问题、在新硬件时代难以设计出高品质产品的现状,培养学习者设计未来的能力, 升国家经济保持繁荣与竞争力的技术和能力。


中美STEM教育发展之路很不一样。2017年《中国STEAM教育发展报告》指出,每年中国有将近 50% 的学士学位被授予 STEM 四大领域的学生,而美国则只有17%。这给美国带来了严重的竞争危机。此外,随着科学与工程技术领域在国家经济增长中所占比例不断攀升,社会对 STEM 人才的需求不断增大。这就导致美国不得不大力发展 STEM 教育,随之又发展 STEAM 教育。


STEM(或STEAM)教育在中国高等教育阶段一直被赋予重要地位,这个概念进入中国10年以来,也在不断做着本土化实践。尤其是“中国制造向中国创造“的经济转型后对于创新人才的需求增加,重新把K-12阶段的STEM和创客教育带入公众视野。目前我国STEM教育在学校层面,是和通用技术课程、信息技术课程和劳动技术课程结合。在教学方面,以基于问题的学习(Problem-based Learning)、基于项目的学习(Project-basedLearning)和基于设计的学习(Design-based Learning)为主






 观察这些优秀的学生是一个难得的机会,于是在中午工作餐的时候,列了一个简单的学生采访提纲:


  • 你的项目是如何准备的?

  • 你是如何发现自己对这个课题的兴趣?

  • 教师和周围人对你的目提供了哪些帮助?

  • 你是如何一直激励自己完项成项目?

  • 如何做到课业平衡?

  • 学校有开设相关的课程吗?


下面是基于采访的一些有趣的发现:


2.1 家庭在STEM教育中的作用


在有限的样本群体中,家庭资源表现出强大的助力。一方面,受访者父母的教育程度普遍较高,如在生物化学参赛学生中,学生父母中至少一人是博士或以上学历,不少学生的父母中至少一人是大学教授,或者在研究机构担任重要职务;笔者猜想,重视STEM的早期家庭教育可以帮助学生建立对相关学科的兴趣,和科学的思维方法;基于以上优势,另一方面,项目也得到父母的实际帮助和支持。比如,父母在大学任教,可以给小孩提供实验室的资源;父母的工作便利可以为学生提供宝贵的研究材料。大陆参赛选手的项目,和父母职业相关性较高;美国受访的参赛学生,也体现出一定程度的相关性。一位来自Florida的高中女生表示,自己的项目中统计学的部分来自于父亲的指导,而父亲是大学经济学教授。而有趣的是,在笔者采访的台湾参赛学生中,学生研究项目与父母职业相去甚远。一组做数学项目的学生表示,父母双方均从事文商,研究完全出于自己的兴趣。


2.2 学校在STEM教育中的作用


学校是另一个发挥强大作用的资源。就中国国内而言,好的教育资源集中于省会重点中学(数据来自于大会手册参赛学生学校),竞赛培养体制完善,教师从STEM课程中选拔优秀的参赛学生,完成1-2年的项目指导。最优秀的一批学生也会被选拔进中国科协和教育部主办的“英才计划”进行培养。好的研究从初中阶段就开始了。高中阶段的研究,都是学有余力的学生课业之外的工作,是有兴趣和有能力的学生的“课余活动”。美国而言,一位Illinois的学生表示,从初中开始,每个人都要求进行STEM课题研究,大部分的研究在初中成型。而十分有兴趣的学生,会把研究项目带到高中,进而得到更严格的学术指导。当然这个中间也存在项目延续性的问题。有的同学表示,自己的高中和初中不在一个地方,高中老师对自己的项目不太感兴趣,自己只好做独立研究。也有同学表示,因为小学初中高中是在一所学校,所以自己的生物项目得到了从小学到高中的生物老师的指导。好的学校集中着更优秀的STEM老师,对于参赛而言,学生能得到更全面的指导,这个资源的不平衡在中美教育中都体现出来。而不同的是,每一个学生,无论参赛与否,是否在基础阶段都得到了足够的STEM教育?笔者认为这是更加考验教育者的问题。在本文后半部分会有讨论。


2.3 学生自我兴趣的培养


在“你是如何发现自己对这个课题的兴趣?”“你是如何一直激励自己完成项目?”“如何做到课业平衡?”三个问题中,笔者几乎得到了一致的回答。大部分的学生兴趣来源于生活观察,或者课内一个很小的知识点。比如太湖蓝藻的爆发现象,想到藻类悬浮的机制,然后进行深入的生物化学研究。在不断探究过程中,又发现了新的问题,使自己不断学习新的知识,提出新的问题。这个就是典型的项目制学习(project-based learning),从一个具体的问题出发,不断深入探究,构建一个知识体系。STEM学科就是天然的PBL学习的应用场景。由于学生的研究多是课外进行,平衡课业压力和合理安排时间变得非常重要。几乎每个受访学生都表示,自己会在每个周拿出一个固定的时间,或半天或三个小时,进行小组会议/实验室工作,有固定的时间和老师沟通。有组织地进行科研,合理安排时间,也是笔者从从事STEM研究的同学身上看到的重要特质。从这些优秀的高中生身上得以窥见一个科研工作者的成长轨迹。


2.4 关于比赛和教育资源


笔者了解到,美国的学生通过层层选拔参加比赛(校级—地区级 国内赛 国际赛事ISEF)。这个过程从二月份开始,一直持续到5月中下旬。和美国不同的是,国内更像是“推荐制”的参赛,每个学校的名额也是有限的,对于优秀的项目,老师发报名表格给学生填,直接推荐学生报名ISEF国际比赛,全国优秀的项目会集中在夏令营进行进一步选拔。由于各个国家都会保证一定的参赛名额,笔者也注重到地区之间的差异。一组来自非洲的学生的数学项目是用木质的装置解释三角函数在圆中对应的角度和数值。而同类的台湾同学的项目,已经用到计算机模拟图形计算。


如果说ISEF比赛是STEMk-12教育里的最高成就。那么在Education Outreach Program观察到的便是美国STEM教育成功的基础。


3.1 美国校内的STEM教育和师资


在采访中了解到,美国部分州在小学二年级就会开设STEM课程;到了初中,每个学生都需要做自己的STEM项目,作为毕业要求之一。这些项目具备跨学科性质,学生可以得到校内相关背景老师的指导;学校往往配有实验室,学生需要完成一定小时的实验室独立学习。一位Florida的学生表示,在本地也有一百多个独立于学校实验室,可以支持学生完成项目学习。到了项目完成后,各个地方也有完善比赛机制,从校级比赛,到地区级比赛,激励学生。学生可以得到学校或者政府资助,到其他地方参加比赛。但不是所有州政府都慷慨解囊,笔者也有了解到学生和老师自费参赛的情况。


但从整体而言,从奥巴马政府起,国家对于STEM教育的投入还是巨大的。尤其是师资建设方面,如UTeach项目,旨在培养中学阶段的科学、数学和计算机教师。到目前为止,已经在全美 39 所大学成功推广。2011 年,美国通过了《总统 2012预算要求和中小学教育改革蓝图法案》,该法案决定斥资 2 亿 600 万来推进 STEM的有效教学,计划在未来两年内招聘 1 万名 STEM 教师,并在未来 10 年内培养 10万名STEM教师。同时,美国国家科学基金会(NSF)也支持了不少高校和在校教师合作的教师培训项目。笔者就读的宾大教育学院教育科技专业,不少教授就从事着如何更好支持STEM教师的研究。Susan Yoon教授研究的方向为生物教师的学习型社区建设。University of Wisconsin-MadisonPeter Wardrip教授和匹兹堡ChildrenMuseumCarnegie Science Center合作研究创客教育的教师支持。


3.2 美国校外的STEM教育资源


然而让笔者最为羡慕的是美国学生丰富的校外STEM教育资源。图书馆,博物馆,科技馆作为非营利机构,为学生开发了许多有趣的课外教育项目。与国内商业先行不同的是,美国的非营利性教育机构成为学生课外兴趣班的主要去处。颇有百花齐放之势,学生选择非常多。


在当天的活动中,笔者参与了Challenger Learning Center的一节demo课,学生和实验室的科学家连线,上了一堂关于火山喷发原理的课程。据了解,不少课程的研发,都得到了实验室的支持和科学家的参与,使得课程保持了高质量。


高质量的校外课程,笔者也有亲历。在第一年宾大Informal learning课程的实习中,每个学生都会被分配到费城的一家非营利教育组织,参与一年的教学和课程/项目设计。从博物馆,到实验室,到艺术创客空间。课程多为项目制设计,许多学生从一年的项目中,收获很多。如笔者参与的“少年艺术创业家项目”,面对16-18岁青少年,学生在一年结束后,已经把自己的艺术作品转化为产品,并且得到了投资人的注资支持。还有很多优秀的教育资源/项目,可以日后专门开一个话题详细讨论。


3.3 培养学生的创新意识


这次参与Education outreach program让笔者感触最深的,是美国如何通过知识产权教育来鼓励发明和创新。美国政府旗下的的知识产权保护部门United States Patent and Trademark Office有专门的教育分支。据负责人介绍,他们主要和学校合作,课程满足从幼儿园到大学生的需求,通过动手的方式,让学生了解知识产权这个抽象的概念,并教会学生如何利用法律手段保护自己的创新发明。以此来鼓励学生敢于创造和创新。感兴趣的话可以登陆官网查看。USPTO Kids。知识的创造需要一个安全的环境,笔者认为,知识产权教育是创新教育很好的切入点,但显然在我们的创新教育语境中,任重而道远。


4.1 教育札记结语


借用大赛的slogan ——“Think beyond”,教育也是如此。优质的教育资源可以培养出精英的学生,但是作为教育者的我们,更应该关注,“沉默的大多数”是否得到了足够的教育。我们需要为人类认知做突破的人,我们也需要在本职工作中发挥作用的人。就像Mitchel Resnick教授在《Lifelong Kindergarten》中说,我们需要大创新(大C),小的创新(小c)也同样重要。笔者当然希望能看到更多ISEF比赛优秀的学子,但也希望更多孩子能接触到优质的STEM教育资源。毕竟有创新精神的下一代才是一个民族的未来。


在写这篇文章的时候,得知中国学生摘取桂冠的好消息。这些高中生们作为贡本文的受访对象,感谢他们贡献的宝贵的观察资料。恭喜这些优秀的科研储备力量,祝他们越走越好!



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