來源| 上海教育
作者 | 範燕瑞，上海市嘉定區綠地小學教師，比較教育學碩士
編輯 | 申晴
一、K-12階段STEM課程目標
美國政府或教育部並沒有正式發布過STE教育的國家目標，但是由美國教育部領導的美國學術競爭力委員會在對聯邦 ST E M教育項目進行整理時，制定了ST EM教育的國家目標。學術競爭力委員會制定的 K-1 2階段國家目標分為學生學習、 教師質量和學生參與三個方面。
國家目標 1 ：學生學習—— 使學生具備在21世紀技術經濟時代成功所必需的科學、 技術、 工程和數學技能；使有能力和有志向的學生成為 S TE M領域的專家、教育家和領導者。
其具體指標涉及 8個方面：NAEP長期趨勢，即四年級、八年級和十二年級學生的數學成績；N A E P國家數學和科學數據，即四年級、八年級和十二年級學生在「熟練及以上」水平的比例；國家數學和科學評估中達到「熟練」或「高級」水平學生的比例；SAT數學和 A C T數學、科學成績；選擇AP課程的學生數量以及特定科目AP學分在 3 、 4或 5分的學生數；TIMSS成績和排名；PISA成績及美國的排名；大一和大二學生在大學參加數學補習和發展課程的比例 。
國家目標 2：教師質量——招聘並留住主修或輔修 STEM專業的教師，增加當前 K-12教師的學科內容。
其具體指標涉及 4個方面：中學數學和科學教師具有所教學科專業背景或輔修所教學科 的比例；高素 質的數學和科學教師的數量；數學和科學教師的平均教學年齡；具有所教學科碩士及以上學位的數學和科學教師的數量；達到 「有效教師」標準的數學和科學教師的比例。
國家目標 3：學生參與——增加學生在STE M教育中的參與性，提升STEM對其生活的價值。
其具體指標涉及 5個方面：學生在數學和科學課程中獲得學分的平均數量；學生在大學選擇 STEM專業的數量；8年級學生選擇代數的比例；學生表現出對數 學和科學有興趣的比例 ；學生參與課堂以外的數學和科學活動的比例。
二、美國中小學STEM 課程如何設置？
美國中小學的課程設置分為核心課程和選修課程。
在核心課程中， 與STEM相關的主要是數學、科學和信息技術。在職業技術類課程中，有健康科學教育、 信息技術教育、 技術和工程教育。而這些職業技術類課程主要也是在高中開設的。因此美國小學和初中的STEM課程主要通過數學課、 科學課以及信息技術課來實現。至於選修課，各校不同，在此不作討論。
在高中，STEM四門課程的設置比較明顯，下面介紹美國高中ST EM課程的設置 。
美國高中的 STEM課程分為高等數學、 提高型科學和工程，以及與 ST EM相關的技術課程三大類。這裡的提高型課程是指內容 比較高深的課程或者是被指定為提高型或者榮譽課程的課程。
高等數學包括代數2和其他高等數學課程，初級微積分／解析， 微積分。其他高等數學內容包括三角學、高級統計，也包括代數3、解析幾何、I B數學和離散數學。
提高型科學和工程課程包括提高型生物、化學、環境 ／地球科 學、 物理和 工程 。高等生物由兩年期和三年期 的生物課組成 ，比如 AP課程和IB生物課 程 。提高型環境／地球科學包括 AP和 I B環境科學、大學預科和 AP地球科 學。工程包括運用科學和數學的概念和技能來解決工程 問題的學術課程 。一些專業的科目， 如航空航天材料、冶金 、測量繪製科學、繪圖等，也包括在內。
與 STEM相關的技術課程包括計算機信息科學、工程／科學技術和健康技術。計算機信息課程包括計算機編程、邏輯、算法和系統管理，而不是文字處理或其他指導學生使用軟體的教學。工程／科學技術課程則主要是關於儀表、設備維修和其他與工程和科學職業有關的技術任務。健康科學課程為學生準備去 專業醫療領域作好準備， 包括牙科醫生、獸醫、社區醫療、 流行病學、 護理、驗光、聽力學、心理健康、急診／疾病科學等。
K-12階段的工程教育標準STEM教育中， 對科學和數學教育的研究最多，技術教育的研究也在近些年得到了較多的關注 ，而對工程教育的關注則比較少。目前來說，在美國的許多學校，科學、數學、 技術課程是分開來上的， 但幾乎沒有在核心課程中開設工程課程的。工程教育的開展往往採用課程整合的形式，即在工程課程中會有數學、 科學和技術知識的應用。這類課程的開發者一般是大學、 研究機構、公司等。
2009年， 美國K-12工程教育委員會、國家工程院和國家研究理事會聯合發布了 《K -12工程教育，理解其現狀、提高其前景》報告，其中開發了相關標準， 來引導學生對工程課程的選擇。
報告認為，設計是工程的顯著特徵。工程教育課程必須滿足以下要求：課程必須使學生致力於工程設計過程， 或要求學生分析工程設計問題的解決方法；
課程必須包含某些特定的、反映工程核心思想的概念( 例如，系統、限制、分析、建模、優化)；課程必須包含 數學、 科學和技術的實例教學；課程必須包含與個人或社會有關的工程問題；課程必須具備足夠的規模、成熟度、 嚴格的時間把關以及可 以組織學生進行分析的資源 。
K-12工程教育課程的研究範圍非常廣泛。每一門課程都有自己的特點。為了處理這種複雜性， 該報告提供了一套「珠一線」模型：珠子代表一個集合或包裝，課程內容通過珠子傳送給學生， 大部分課程材料用有趣的技術將課程內容包裝成可管理的板塊；從珠子中間穿過的繩子則代表課程中的核心概念和基本技能， 與包裝或珠子是相互獨立的。繩子由四條線組成，分別代表數學、 科學、 技術這三個在工程設計中要使用到的學科領域 以及工程設計過程。
數學線。數學是貫穿於大部分工程課程的一條線。數學線定義為數量和形狀的形式及其關係， 具體分支包括算術、 幾何、 代數、 三角學和微積分。數學課程主要涉 及收集、 整理、 分析、 解釋並提交數據。例如，一門課程中，學生要設計 、製作和測試一輛小型車，這種測試包括測量速度、距離、方向和影響車輛性能的變量與系統操作的持續時間等，形成的數據以表格或圖表的形式呈現，以對這些變量進行分析。
科學線。工程課程中的科學線包括兩個方面：一是與工程主題和問題相關的科學概念，大部分會以百科全書似的形式呈現；二是建立知識和促進設計決策的科學探尋知識的模型，也就是科學探索，在一些課程中是主要的主題 ，尤其是在探索科學和技術間的聯繫時。
技術線。在大部分情況下，工程課程中技術的研究是被用來建立專業知識和開發描述、討論和解釋給定技 術的專業詞彙的。在一些課程中， 技術作為科學原則的具體案例來呈現，比如在使用工程理念或內容來豐富科學和數學學習的課程材料中。還有一些課程是用來提高技術素養的。
設計線。在中學，設計的課程模式一般為：分析、限定、建模、優化、折中、系統。分析是系統、詳細的審視過程，以定義或確定問題、 報告設計決策、 預測或評估表 現、決定經濟上的可行性、 評估預備方案、調查失敗原因。限定是對一個技術問題解決方案的設計環節進行物理、 經濟、 法律、 政治、 社會、 倫理、 審美和時間的限制。
在課程活動中，限定經常是對「事物」的限定，如時間、金錢和材料 建模是有助於工程設計的任何能代表系 統或過程的圖形的、物理的或者數學的符號。大部分課程讓學生運用日常生活中的材料來製作東西， 幫助學生 將設計可視化。優化的 目標是要改善設計。在大部分課程中， 「優化」經常等同於「再想一想」以及 「做得更好」。折中即決定放棄或減少設計中的某一屬性，以便使得另一屬性最大化。 系統則是將分散的元素( 如部件、流程或人員)以一定方式組合起來， 從而實現一個或多個功能 。
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