杜克大学校长:STEM1.0 如何发展到 STEM4.0?

作者: 网站首页  发布:2020-03-30

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10月18日至21日,以“融合的力量——STEM与学科教学”为主题的第三届中国STEM教育发展大会在陕西省西安高新国际学校举行。来自国内外的知名专家学者、教育厅长、知名校长、优秀教师、业界精英等围绕“如何因地制宜开展STEM教育、如何突破STEM课程与教师匮乏两大瓶颈、STEM教育如何实现与学科教学的融合、如何协同社会资源开展STEM教育、如何打造有机的STEM教育生态”等热点话题,通过主旨论坛、院士讲堂、场景化工作坊、方案展示活动等多种形式,传播STEM教育最新理念,分享STEM教育成果,探讨STEM教育发展之路。

Denis Simon

昆山杜克大学常务副校长

杜克大学当代中国创新和高等教育发展领域意见领袖

▲本文整理 Dr.Simon 在第三届中国STEM教育发展大会上的主题讲座,内容有所删减:

21世纪的高等教育提出了新的要求,你在大学四年学到的知识可以在未来的30年里支撑你的事业,这种想法已经过时了。现在的关键是培养一种“敏捷思维”的能力,成为一个终身学习者,能够转变和适应21世纪不断变化的社会和经济需求。

现在的年轻人大多是“斜杠青年”,不再只会拥有1-2种事业,他们也许会拥有5-6种事业。当今的社会正在经历更加复杂和深刻的变化,我们已经处在第四次工业革命洪流之中,社会的复杂程度正在与日俱增。

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从蒸汽到大规模生产,从信息技术到人工智能、生物技术和机器人;创新周期加快,变化迅速;全球新兴的卓越中心,却没有一个占主导地位的单一冠军;人才发展能力将决定国家命运;就业结构正在被撕裂……

我们看到了创新、循环正在加速,变革正在快速的发生,科技的创新导致了人类社会剧变。人才的培养已经成了当今社会竞争的主要力量,传统的社会雇佣模式也开始逐渐瓦解,因为工作被重新定义,工作的轮廓也被重新构建,我们不再拥有很长的工作时间。

大学的变革

传统的大学学科专业已经逐渐地被淘汰,我们应该更多地思考大学的专业应该如何更合理的设置。1869年在哈佛大学,查尔斯·艾略特(Charles Eliot)提出了大学专业的概念:引导学生进入专业领域,从事稳定、终生的工作。

150年后,大学依然如旧,但其他一切都变了,但为什么大学的专业还是那么多?在我们的科技如此剧烈的变革之后,再回头看我们的教育专业、我们大学学科的设置,是否做出了相应的变化?我们的学科设置是不是需要重新规划以应对不同的需求?

21世纪大学应该有更多的思考,在于如何变更教育方式和教学方法。我是昆山杜克大学的副校长,在这个新兴的大学,成立初始面临着很多挑战。

昆山杜克大学已经成立5年,在这5年中我们致力于实现更好的教材、教法对学生的教育引导。同时,我们也对跨学科之间的教育做出了很大的努力,不再将教育简简单单的局限于单学科的教育,不再把它归结于传统的教育模式中。有三个词汇能够更好的形容杜克大学的这一变革:广泛性、灵活性、适应性。

昆山杜克大学

不管是任何学科,它们所追求的目标其实只有一个,即如何追求实现以解决实际问题为导向的教学,如何能够不断地获得新的思考能力,这是与之前完全不同的理念。我们现在在思考如何将大学打造成一所对学术未来有着深远影响的平台,所以一场深刻的变革正在发生,而这一变革发生在与STEM相关的学科领域中。

教育的重心正在变成以学生为导向,以学生为中心的教育环境。正如刚才杨教授所提及的STEM是一个相关的集合,可以打造以学生为中心的学习环境,在这样的学习环境中学生会通过调研,寻求解决问题的方法,以及对真实世界现状的认知,构建以证据为基础的解释,教育的发生从教室到家庭、社区,以及其它更多的环境。

STEAM比STEM多了一个A,这个A代表艺术,这样能给学生提供更加融合的创新型思考的机会,学生会有更加全面的观点。麦肯锡公司在给客户提供方案时发现,有些客户会觉得他们提供的咨询方案比较过时,无法解决客户的需求。这促使了麦肯锡扩大了招收范围,像历史类、文学类、人文科学等。包括美国通用公司,也非常强调想象力这个理念,着力打造除了科学、生物、物理等一些相关技术学科之外,有一些人文学科,对公司的未来也产生了至关重要的作用。

下图反映出在STEM教育影响下,我们可以看到有些数据在发生变化,这个表格显示了不同学科对未来经济走向产生重大作用的相关学科,在底下这些相关的标注中,我们可以看到最后一栏是生物医学的工程师,这个需求数量是非常高的。

STEM教育对未来经济的影响

越来越多的社会问题向科技学科寻求答案,我们应该如何面对21世纪的生活呢?下图中有很多关键词,其实也是构建这个社会不可缺少的关键词。

21世纪关键技能

通过这些核心价值观让我们对学校的课程进行了重新审视,于是我们成立了创新中心、创新实验室、创新基地等,把很多实践所得到的结果都融入到真正的实际中,这也是创新的魅力所在。

从STEM1.0 到 STEM4.0

STEM阶段已经分成1.0阶段、2.0阶段、3.0阶段和4.0阶段,而我们正在实现从1.0时代到2.0时代的跨越。STEM1.0阶段的学科有四种:科学、技术、工程、数学,下图体现了STEM的定义正在从简单变得更加融合。

我们可以看到STEM从1.0、2.0到3.0、4.0的过度,从跨学科、交叉学科中产生的很多新的学科。其中2.0阶段还有很多学科,但是经过3.0的重组、整合,到了STEM4.0阶段的时候,相关的专业就被融合成科学、技术、工程、数学,完全融合成一体的综合性学科。

STEM 3.0阶段是非常重要的一个环节,因为它打破了传统思维,无论是在教学中,还是在平时的学习中,都创造了一个新的局面。在STEM4.0的阶段时,当我们做案例分析时,我们可以看到科学对生物、化学、物理、数学等,很多学科交织在一起,所以学生就可以在解决问题时很好的将上述学科进行整合,或者更多的学科进行整合来应用。在应用这四个学科甚至更多学科知识的同时,问题也就可以变成了可以实现的过程。

过去科学可以被演化成四个序列,那就是物理、数学、化学和生物,也有很多相关的其它交叉学科。解决一些边缘化交界的问题变得非常困难,因为在从前仍不具有综合性的专业知识结构。

21世纪的状况与和21世纪之前的两个时代截然不同,我们有更为复杂的真实世界的问题有待解决。

无论是在基础教育还是高等教育界,优秀的老师都致力于在融合的过程进行建模,可能形象的表达为图片里的三种模式。那么问题的来源不仅仅是学生,也可能是老师,我们从哪里能够找到能够应对21世纪深刻变革的老师来教授这些学生呢?

学生比较年轻,思维更加活跃,接受新鲜事物能力比较强,可能对于这些STEM教育相关的潜在特质会比较容易接受。作为新的理念引导者,这对老师提出了新的挑战。于是我们要给老师提供更广阔新颖的平台,让他们具有这样的能力来教授21世纪的学生。

我们可以从这一表格中看到在2013-2014年的时候,STEM学科还限于学习分析能力、移动学习、网上学习,可视化及远程实验室等。到2015-2016年的时候,我们把更多的注意力放在3D打印、游戏及游戏化学习,还有可穿戴技术,以及智能化和平板电脑的学习。

目前我们正处于2017-2019年的阶段,这一阶段我们会更加了解灵活的选择方式,物联网、虚拟老师,但是放眼未来,我们应该如何面对呢?

归根结底在于我们如何培养下一代适应将来更加变幻莫测的社会变革。依我看来,需要跨学科、跨文化地对学生进行培养,以便于他们在全球范围内解决更加复杂的问题。

不断变化的学习空间和方式

我们会面临更加复杂的背景、更加复杂的文化,但这些都会变成我们对学生进行教育的重点。可能更加深刻的变革在于重新定义教育的方式,教育不再是仅仅发生于教室,要重新定义学习空间和学习方式。

当学生在面对电脑的时候,他们可能不再只是浏览电脑上所显示的讯息,他们更多地是要做一份协同完成的工作。这样一来老师就成了整个活动的倡导者,更多精通技术的学生希望在一个真正的技术驱动的学习空间中学习。

教学空间也会发生变化,不仅仅局限于上课的教室,越来越多的学习将与在线学习和面对面学习相结合,减少久坐不动的教育,空间会被更加多元化地利用。

在中国传统的教育模式中,老师是一个非常受尊敬的角色,老师在教室里传授很多知识的同时,可能更多的是教给学生如何学习的方法。但是在未来的学习中,老师更多地作为一个引导者,更关注学生自身的思考。

STEM课程设置模式

在传统的课程设置模式中,学生被认为是一个空容器,老师不断用新的知识来填满容器,然后不断进行重复。但是在STEM课程设置模式中,这种教育模式会发生变化。以教授为中心的教育模式让位于以学生为中心的主动学习模式。主动学习、动手学习、同伴学习等方式代替课堂教学。通常老师会提出问题,学生选择学生小组,最大限度地学习。

STEM课程新模式

学生不再被认为是“空容器”,通过结束内容繁复的课程来减轻学生的认知负担。老师的主要工作也不在是训练学生跟他们拥有同样的想法,而是鼓励学生有各自的、独立的观点。

STEM教育何去何从?

世界面临的一系列问题,如清洁能源、气候变化、全球流行病等将继续变得更加复杂,需要超越传统学科思维方式的解决方案。基于此,STME工作有望呈指数增长,STEM相关专业的毕业生在未来几年获得更高的收入。

在学习环境中,随着更多的人参与学习,我们将看到更多的多功能创客空间被创造出来,课程也会以更加融合的方式对学生呈现。而在未来的几年,STEM教育的发展更大程度地致力于整体扫盲。

不管学生们有多么热情、多么积极、多么主动,我们成功推行21世纪STEM教育的核心主体,还在于我们的老师能够多么的热情、多么的主动,来倡导这一切变革的发生。

来源|中国未来学校实验室公众号

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