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克里斯蒂娜·坎宁安:美国如何重视工程教育?要从娃娃抓起


【文/ 克里斯蒂娜·坎宁安】

我们的社会越来越依赖工程和技术,所有美国公民都需要对这些领域有基本的了解,这样他们才能在权衡新技术的好处、后果和成本时,做出明智的决定。

为了了解所处的世界,孩子们应该意识到,工程师创造了他们周围几乎所有的东西,他们应该了解这些技术是如何产生的。

孩子们会理所当然地认为,未受污染的食物会出现在超市货架的盒子里,打开开关灯就会亮,冲马桶时排泄物就会消失。孩子们需要了解,工程使得这些技术和现象得以实现。

工程教育有多重要,为何要在小学开展?

学习工程正可以帮助学生准确理解工程师和技术人员的工作类型,及其在塑造我们周围世界中所起的作用。

参与工程项目可以建立起学生对其工程能力的信心,发展他们作为工程师的自主性和身份认同,并让他们接触可能成为职业选择的工程学科。通过将学生所做的工作称为“工程”,将学生称为“工程师”, 教师可以向他们介绍这些职业选项,并支持学生称自己是“工程师”。

研究表明,许多科学家和工程师在小学时就开始对这些职业产生兴趣。在学校教育的早期就向所有学生介绍工程,可以使他们在对STEM(科学、技术、工程、数学)或谁“擅长”这些科目产生成见之前,就将其视为一种可能的职业选择。

当他们积极地参与工程项目并感到自己与工程紧密相连时,他们就可以将工程视为一种可能的未来。让所有学生都接触工程,可以使他们意识到未来的可能性,并激励他们将其作为职业。

也要注意到,科学、数学和工程这些学科有不同的学术目标,而且在学校里往往是单独教授的,但在真实世界中,这些学科紧密相连。

许多科学家和工程师工作时游走于这些领域。通常情况下,科学家使用仪器来测量或研究物理现象,有时他们可能需要设计和制作适合其研究的新仪器。例如,地球物理学家研究海底的地震活动以便更好地预测地震和海啸,他们可能需要设计探测器,新技术可能会得到更准确的数据,并推动相关科学理论的发展。

而且,未来会有新的通信方式、交通方式以及疾病诊断和治疗技术,可用的内容和信息量正在以爆炸式的速度增长,使得掌握所有相关事实成为不可能。因此,为了让学生为未来做好准备,我们应当确保他们掌握解决问题的流程,发展相关技能,如创造力、合作和沟通能力。

小学工程教育在美国

1994年,时任塔夫茨大学工程学院院长的米亚奥利斯(Ioannis Miaoulis)和罗杰斯(Chris Rogers)教授成立了工程教育和推广中心(CEEO)。2001 年,马萨诸塞州成为第一个对工程进行测试的州,作为5年级、8年级和10年级州科学测试的一部分。

米亚奥利斯后来还建立了美国国家技术素养中心(NCTL),任务是通过宣传、课程开发和教师专业培训,将工程教育引入K-12学校和非正式教育中。

NCTL的活动展示,图片来源:NCTL

由于NCTL的持续倡导,国家和许多州的标准、立法和评价中,现在都包含了工程,如《K-12 科学教育框架:实践、跨学科概念和核心概念》、《新一代科学教育标准》和《国家教育进展评估》。

我们团队的目标则是开发可以在全国范围内使用的课程。在美国,我们没有国家统一的课程设置。但STEM教育这个词现在正掀起一股流行浪潮。

新的STEM学校如雨后春笋般出现,而现有的学校也在重新命名,将STEM纳入校名。学校网站宣传着STEM项目,以STEM为主题的课后俱乐部和夏令营也很受欢迎。

行业和企业领袖们都在强调对具有STEM素养的员工的需求,政治家们则呼吁需要改变教育体系。

全国各地的教师在不同的年级教授数学和科学,课程配置也是多样的。我们的工程课程高度依赖科学,这意味着我们希望教师根据他们所教的科学主题来选择相应的工程单元。

当然,工程和技术教育对小学来说依然是相当新鲜的,即使在今天,大多数学校仍然忽视这些学科。但积极开展工程教育的学校,已经产生了明显的变化。

北卡罗来纳州的布伦特伍德小学,60%是西语裔,40%英语不是母语。2008年,只有20%-30%的学生在州测试中达到“熟练”,成为所在县最差的学校之一。

变成专注工程教育的小学后,学生的科学成绩提高了200%——“熟练”率从19%提高到了60%,成为当地最好的10所学校之一,2015年被评为STEM示范学校。

布伦特伍德小学的工程教育

三、四年级的工程教育案例

多年来,造太阳能烤箱一直是科学课的一项热门活动。我们决定将工程和传统活动混合,让学生使用铝箔和黑色表面来建造一个烤箱。