理论前沿|以STEM教育为特色的学校深层次创新

校园内观察记录 

在草地与热带雨林间观察的学生

环境教育中心的课程视角与普通科学课程的设置有所不同。比如，它为四五年级学生设计的课程——冷血动物蜥蜴如何维持体温。该课程要求小学生提出一个假设探究关键问题，然后进行模拟实验，就室外温度对蜥蜴的影响进行调查。这里的关键是使用温度计模拟蜥蜴：把温度计放到森林的各个地方，包括有阳光照射的地方和树荫下，让学生收集温度数据，看蜥蜴在不同的光照环境里体温是怎样变化的。学生通过绘图、分析数据得出结论，看他们提出的假设是否被验证，如何改进。

这个课程利用蜥蜴体温随外界温度变化而变化的特征与温度计随外界温度变化相同的道理，将其简化为模型的研究方式非常适合低年级学生。

再比如，校园调查项目教会学生如何调查。什么工具可以帮助收集数据？感官可靠吗？科学家如何记录数据？数据能告诉你什么？学生一点点思考和回答这些问题，并通过这样的调查程序，把学生变成校园科学家。环境教育中心把所有的设备和材料提供给每个学生用于科学调查，在探究的过程中学习数学技能，如测量、绘制数据图表等，并通过在真实世界的经验，发展学生的语言表达能力。

里士满高地生物科技高中  把优势做到极致

2014年，佛罗里达里士满高地生物科技高中仅是一所建校两年的科学高中。该校应美国STEM教育改革浪潮而建立，是一所很有吸引力的“磁石学校”。其使命是成为卓越的、高质量的教育提供者，帮助所有学生成为高效的终身学习者和负责任的全球公民。其特色是带领学生探索、研究和保护生物多样性的世界。所以，该高中提供了丰富的跨学科的、与生物多样性相关的STEM课程。

科学高中是美国培养天才学生的摇篮，知名的美国布朗克斯科学高中就出了多位获诺贝尔奖的科学家。科学高中的教师需要有相当的科学和专业研究背景，而不是普通的教师，他们要有能力带领学生进行专业研究。

 “磁石学校”主要是为了弥合不同种族之间的矛盾而创建的，它靠特色优质的课程和优秀的师资吸引不同种族、经济地位和宗教信仰的家庭送孩子接受教育。里士满高地生物科技高中强调培育安全的环境，立志消除学生间的成绩差距，尊重和包容学校中的所有人，让每个人成为社会正义的倡导者。

作为新建高中，这所生物科技高中比其他科学高中更加专业化，人才培养目标主要集中在生物科技方面，为学生提供的课程主要围绕生命科学及生物多样性保护而建立。课程采用项目学习的方式，具有强大的挑战性。这样的定位与当地的自然和社会条件相关，当地有开展这些方面研究的专业机构，包括迈阿密动物园、大沼泽地国家公园、仙童热带植物园、迈阿密戴德学院、佛罗里达国际大学和东南动物繁殖与保护联盟，当地的这些研究机构为学生开展真实的研究项目提供了机会。

培养液配置

传感器测量光照

稀有植物的幼芽

用免费的谷歌文件处理数据

       里士满高地生物科技高中还在迈阿密动物园建立了研究站，并设有以下实验室：

    DNA /遗传学实验室：具有各种用于研究的热循环仪、DNA测序仪、蛋白质和DNA电泳设备、透射照明台、离心机，等等。

     数字显微镜实验室：配备有立体显微镜，手持式数码相机安装座，iMac电脑，LED电视和显微载玻片样品库。

     组织培养实验室：学生可以利用现代和传统实验室技术，繁殖原生兰花。

     化学实验室：提供各种无线传感器和探针，包括pH、电导率、离子选择电极、紫外可见分光光度计、气相色谱仪和原子发射光谱仪。

       在学校的网站上，学校公布了第二期实验室的建设规划，其中包括建设新的化学和动物学实验室。这些设备先进的实验室，足够学生开展中国大学里才能开展的研究。即便是学校内的实验室也相当专业。我们走进一间实验室，学生正拿着具有无线传输功能的数字传感器和平板电脑进行数据采集，他们正在培育一种佛罗里达稀有植物的种苗，有的学生在配制培养液，有的学生在用传感器记录光照情况，有的学生在用Google 文件（一种网络版Office办公软件）中的电子表格输入数据以便处理。校长介绍说，学校使用基于项目的学习方法（PBL），为学生提供丰富的、引人入胜的内容。学生可以通过探究、调查和应对复杂问题的挑战增强知识和技能。

       该校的课程包括跳级/双录取课程；在遗传学、生态学、植物学、动物学、化学和生物学等方面的高级科学课程；基于项目的学习；对全球信息系统的数据挖掘；与研究生、科学家、植物学家、遗传学家、营养学家一起开展研究或实习。

       这样的课程设置，有助于学生在真实的项目研究中成为STEM领域的专业研究者。美国高中是四年制，一些学生在前两年就修完了高中学分，后两年已经开始学习跳级/双录取课程，这些课程在大学可以免修不少专业学分，这无形中缩短了高中与大学教育的年限，有利于拔尖的学生向着专业的方向成长。

       更引起我们关注的是，该校为了端正学生的科学研究行为，在网站上对学术不端行为作出了详细的定义，说明哪些行为是不对的，多次违反可以责令其转学。严厉的处罚体现了对科学不端行为的不容忍，保证了育人质量。

两所学校的共性——使命、专业、专注

       这两所以STEM教育为特色的学校之所以成为窗口学校，与他们对学校教育的深层次创新紧密相关，其共性表现为使命、专业、专注。

      •办有使命的学校

       两所学校都有自己的使命，从前面的介绍中我们可以看到，这些使命不仅洋溢着教育的理想主义，而且也能脚踏实地践行。绿色特色或生物多样性的课程，紧密结合基于项目的学习方法（PBL），充分利用自然与社会条件的优势为学生提供真实的探究场所，在真实情境中学习并学以致用，学生各方面的能力得到了真正的锻炼。

       在这两所学校的网站上，从2014年到现在，未见到对学生竞赛获奖的宣传，更多的是学生活动的信息、研究项目的信息、学生被某专业机构的研究项目录用的信息等。专注使命指向。

    •聚专业之师

         STEM教育需要大量高素质的师资，无论是美国前任总统奥巴马，还是现任总统特朗普，都划拨了数十亿的经费用于培养高素质的教师。STEM教育强调在真实场景中做探究，由于教师长期不在科学与工程的“现场”，要设计出真实场景中的课程往往缺乏经验。对此，乔格·松林小学采取的策略是让教师与环境教育中心的专业人员通力合作，向专业人员学习，以增强科学课程的质量。

       里士满高地生物科技高中走的是更加专业化的师资道路，这里的教师大多具有硕士学位，有些教师还有在专业机构做科研的经历。正因为有如此高素质的教师，才能保证高中生开展高质量的研究项目。除此之外，对于涉及大学深度的STEM研究项目，学校还善借外力，与当地科研机构合作，让学生有机会参与真实的科研项目，跟随专职科研人员一起搞研究。

    •专注发展优势方向

两所学校地处佛罗里达州大沼泽附近，有着良好的自然条件，再加上当地专业研究机构众多，因循STEM教育面向实践的特质，小学选择环境教育做“绿色”的创新，高中选择生物多样性的方向作教育创新，对优势方向的专注、对课程挖掘的深度不同凡响。

        里士满高地生物科技高中在《学生手册》中引用的美国科学家卡尔·萨根的一句名言：科学是一种比知识更重要的思维方式。从科学作为一种思维方式的角度，科学的各个门类是相通的，学好其中的任何一个门类，都可以习得科学思维而向其他门类迁移。这种做法反映了一种教育原则：少就是多，学得越深越容易迁移。的确，学生在校的总时间是有限的，是让学生均分时间和精力学什么都浅尝辄止，还是分配大量时间和精力让学生通过在真实场景中的实践把某个方面学深学透而后迁移，这的确值得我们认真反思。

链接

        磁石学校是美国学校改革中一种成功的尝试，是补充公立学校种族隔离的一种手段。20世纪40年代的美国，大量白人中产阶级向郊区移居，而大量经济状况不佳的其他肤色人种留在城市，造成了城市的衰落。由于公立学校的建设是依靠学区财政的，白人为主的中产阶级和富裕阶层学区的学校发展良好，而其他肤色人种的社区公立学校发展落后，并由此在学校教育上造成了种族隔离。为确保和受教育机会的平等，克服自由市场经济带来的不公，打破种族隔离，磁石学校于20世纪70年代开始创建。

        磁石学校的特点是在教育计划中增加有吸引力的真实元素——让每一所磁石学校独一无二，提供普通学校不具备的特色课程和教学方法。为吸引不同种族的学生就读，磁石学校向最弱势的群体宣传并预留学位；提供免费交通；尊重每个群体的文化；在报名人数超过招生人数时，设置一定的临界质量标准招生。对于磁石学校来说，没有单一的模式。每一所磁石学校选择一个通常与该地区流行或有吸引力的项目联系在一起，如表演艺术、研究项目或通往成功的医院或大学的链接，保证一定的差异化和特色。

文章来源|《中国教师报》2018年5月30日 环球 专刊

责任编辑|吴建伟