王素：中國教育科學研究院、國際與比較教育研究所所長，STEM教育研究中心主任，未來學校實驗室主任

▲本文整理自王素老師在第三屆中國STEM教育發(fā)展大會上的主題講座，以下為口述實錄：

為什么要做STEM教育

近幾年中國的發(fā)展十分迅速，從圖1中可以看到，2018年我國的經(jīng)濟總量超過了90萬億。1963年，J·大衛(wèi)·辛格提出了國家實力綜合指數(shù)（CINC），從圖2可以看出，2000年后我國發(fā)展非?？?，但是2015年后中國的國家實力綜合指數(shù)并沒有更新。

圖1：中國經(jīng)濟總量在世界的排名

圖2:國家實力綜合指數(shù)

（來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Composite_Index_of_National_Capability）

在世界經(jīng)濟論壇每年發(fā)布的全球競爭力指數(shù)報告中（圖3）可以看到，2019年中國排名第28，在2018年全球創(chuàng)新指數(shù)排行榜中，中國排在第17位。中國是逐步向前發(fā)展的，我們?nèi)匀惶幱诎l(fā)展的階段，未來是科技的競爭，而科技是人才的競爭。

圖3:《全球競爭力指數(shù) 2019》

圖4:2018年全球創(chuàng)新指數(shù)排行榜，由世界知識產(chǎn)權(quán)組織（以下簡稱“WIPO”）和美國康奈爾大學等機構(gòu)在紐約發(fā)布

中美科技的比較是什么狀態(tài)？圖5是2016年的一個數(shù)據(jù)，我們可以看到四個象限，科學研究、工程技術(shù)研究、效率驅(qū)動，還有客戶中心型，黑點是中國，三角是美國。中國在很多方面已經(jīng)非常領先，特別在太陽能、電池板和石油行業(yè)、天然氣服務和設備這些方面，可以說中國是遙遙領先。但是我們的弱點在科學研究，紅色的那個象限，科學研究我們是遠遠落后的。

圖5:中美科技的比較 2016

（來源：http://www.sohu.com/a/68220584_383312）

圖6是2019年剛剛公布的諾貝爾獲獎的情況，中國本土只有兩位獲得諾獎，美國有375位，遠遠超過了我們，所以說我們在未來還是需要有更多創(chuàng)新性人才的涌現(xiàn)。

圖6:各國諾獎獲獎人數(shù)（來源：https://simple.wikipedia.org/wiki/List_of_Nobel_Prize_winners_by_country）

我們的未來呢？我們的學生有競爭力嗎？他們熱愛科學嗎？他們愿意從事跟科學相關(guān)的職業(yè)嗎？

在全世界可以比較的數(shù)據(jù)，就是PISA測試，中國也參與其中。有兩年中國排名第一，但在15年的測試中，當我國有更多省份參與之后，我們排名第十。在全球PISA測試中，表現(xiàn)最好的學生，美國占比很多，中國占比13.1%。

圖7:全球PISA數(shù)據(jù)

中國學生的科學表現(xiàn)，在OECD的平均水平上，橫坐標是學生對科學探究方法的精神，中國學生恰恰是缺乏的，所以我們是在OETD平均水平之下。雖然我們成績很好，但是我們的科學探究精神卻沒有那么好。

圖8：科學成績與探究方法之間的關(guān)聯(lián)

我們的學生對科學感興趣嗎？80%左右的學生都表示對科學感興趣，但是只有9%的中國學生期望在他們長大到30歲的時候，從事與科技有關(guān)的職業(yè)，而在OECD國家此項的平均值是25%，美國、加拿大等國家此項的平均值超過35%。

圖9:80%的學生表示對科學感興趣

美國為什么做STEM教育，因為未來需要STEM人才，但是他們感覺自己的學生不熱愛科技，不愿意從事這樣的職業(yè)，而實際上我們危機感應該更強。我們應該更加重視科技教育，更加重視STEM，讓我們學生，真正在心里有對科學的熱愛，同時有將來從事科學職業(yè)的意愿，這個才是最重要的。

科技人才和勞動力滿足未來發(fā)展的需求嗎？

未來的競爭應該是科技人才的競爭，中國現(xiàn)在科技人才和勞動力滿足未來發(fā)展的需要嗎？麥肯錫公布了一個報告——《失業(yè)、獲得工作：自動化時代的勞動力的轉(zhuǎn)化 2017》，在自動化和人工智能快速發(fā)展的時代，評估到2030年在不同情況下失去的工作和獲得的工作。到2030年，自動化將使4億至8億人有7500萬至3.75億人可能需要轉(zhuǎn)換職業(yè)類別并學習新技能，否則將面臨著失業(yè)。

圖10:到2030年，自動化將使4億至8億人有7500萬至3.75億人可能需要轉(zhuǎn)換職業(yè)類別并學習新技能

2018年麥肯錫發(fā)布了另外一個報告，《技能轉(zhuǎn)變：自動化與員工的未來》，報告提出技能是這個時代的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。2030年，社會對技術(shù)，社交情感以及更高的認知技能的需求將增長。這些對我們的教育帶來很大的影響，所以說我們要培養(yǎng)學生的高級思維。如果你不培養(yǎng)學生的高級思維，你現(xiàn)在培養(yǎng)的學生將來可能會面臨失業(yè)。

圖11:2030年，對技術(shù)，社交和情感以及更高的認知技能的需求將增長

這是我們面臨的嚴峻的挑戰(zhàn)。

從OECD發(fā)布的《未來的教育與技能》以及2030年的學習框架中可以看出，教育不是工具，我們受教育的目的在于讓每一個個體和我們的整個社會最終過上幸福生活。怎么達到這樣一個目標，怎么過上幸福生活？你要有知識、技能，同時要有態(tài)度價值觀，所有綜合起來變成你的能力，這些能力一定要進行轉(zhuǎn)化，最終讓你過上幸福生活。這是我們學校，我們要面臨的變革，我們要面臨的這樣的挑戰(zhàn)。

圖12:OECD學習框架2030

從AI領域的報告可以看到，未來在技術(shù)層面，我們占優(yōu)勢嗎？AI領域——未來發(fā)展最強勁的領域，美國有85萬人才，印度15萬，中國只有5萬。

圖13:全球AI領域人才分布地圖

來源：領英《全球AI領域人才報告》2017

新華社2019.9.18日，當前網(wǎng)絡空間安全人才數(shù)量缺口高達70萬，預計到2020年將超過140萬?！吨袊呻娐樊a(chǎn)業(yè)人才白皮書（2017-2018）》指出，到 2020 年前后，我國集成電路行業(yè)人才需求規(guī)模約 72 萬人左右，而我國現(xiàn)有人才存量 40 萬人，人才缺口將達 32 萬人。我們?nèi)瞬湃笨?0萬，所有這些都是我們需要努力的一部分。

中國為什么需要加強STEM教育？這是國家安全的需要，經(jīng)濟發(fā)展的需要，培養(yǎng)未來人才能力的需要，新時代教育改革的需要。

智能時代對教育帶來的挑戰(zhàn)

人類的社會發(fā)展經(jīng)過了幾個歷史時期，機器化時代、大規(guī)模生產(chǎn)時代，信息化時代，如今社會即將進入人工智能時代。不同時代的生產(chǎn)方式和社會特征不一樣，因此所需要的人才不一樣。未來是一個以數(shù)據(jù)為驅(qū)動力的時代，將來物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)會占據(jù)主導地位。

圖14:工業(yè)革命時間表

這樣的一個根本性的技術(shù)，不僅僅對社會帶來巨大的挑戰(zhàn)和變革，也會引起教育的系統(tǒng)性變革。人工智能技術(shù)在教育領域的應用不僅為教育系統(tǒng)變革、教育技術(shù)發(fā)展、教學方法改進提供了重要機遇，也給學校、教師、學生帶來了挑戰(zhàn)。

對于時代性的重大變化，世界各國都做出了積極的回應，短短兩年內(nèi)，幾乎主要國家全部做出了回應。我國在17年的時候連續(xù)發(fā)布了兩個重要的關(guān)于人工智能的文件，一個是關(guān)于新一代人工智能計劃，然后同時在12月份的時候公布了三年行動計劃。政府和國家都高度重視人工智能時代的概念。

圖15:各國對AI時代的回應

世界各國對人工智能，人才戰(zhàn)略的培養(yǎng)，他們做了哪些回應呢？

1、以培養(yǎng)面向人工時代的勞動力為目標，關(guān)注學習者認知與非認知能力的培養(yǎng)。

2、加大人工智能領域的投入，大力發(fā)展工程、信息科學技術(shù)研究。

3、鼓勵校企合作，促進人工智能技術(shù)轉(zhuǎn)化。

4、擴大人工智能人才培養(yǎng)規(guī)模，完善人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)、層次。

5、設立專項獎學金，吸引和留住國際優(yōu)秀人才。

6、搭建實踐平臺，推動國際人才交流。

智能時代教育同樣面臨了一些挑戰(zhàn)：

1、數(shù)據(jù)道德和隱私的擔憂會導致數(shù)據(jù)采集的難度

2、數(shù)字鴻溝進一步加大，教育公平面臨巨大壓力

3、智能時代人才培養(yǎng)目標受到?jīng)_擊

4、傳統(tǒng)教學方式不利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)

5、傳統(tǒng)教學內(nèi)容不適應新的社會發(fā)展需求

挑戰(zhàn)和機遇并存，如今我們身處于一個最好的時代，因為我們趕上了一個大變革時代，可以創(chuàng)新和實現(xiàn)很多教育理想，因此我們可以樹立新的教育理念，轉(zhuǎn)變教育教學范式，提升創(chuàng)新型人才培養(yǎng)成效，創(chuàng)設智能化學習環(huán)境，使個性化學習成為可能。

智能時代STEM教育發(fā)展戰(zhàn)略

• 戰(zhàn)略01 賦能學科教學

學科教學是STEM教育的主陣地。下圖是我們今年做《中國STEM教育調(diào)研報告》中的一組數(shù)據(jù)，問學校是怎么樣開展STEM教育的？

圖16:本校開展STEM教育的主要形式

來源：《中國STEM教育調(diào)研報告》中國教育科學研究院2019.10

現(xiàn)在學校發(fā)展STEM教育最重要的方式仍然是以學科為主的學科滲透，也有學校專門開設STEM課程。學校會以信息技術(shù)和通用技術(shù)課程為載體來開展。如果STEM教育不是面向全體學生，僅僅是社團活動，它就不能滿足我們把STEM教育作為提升整體學生的素養(yǎng)的需求。

STEM的目標是什么呢？一是培養(yǎng)創(chuàng)新人才，二是提升素養(yǎng)，三是培養(yǎng)未來勞動力，四是激發(fā)興趣。除此之外，對于國家發(fā)展來講，未來的勞動力，特別跟STEM相關(guān)的職業(yè)，人才缺口巨大。我們需要更多的人才來從事這些職業(yè)，當然我們還要大規(guī)模地培養(yǎng)創(chuàng)新人才，這同樣是國家發(fā)展、國家競爭力的需要。

圖17:STEM教育的目標

因此學科教學應該是STEM教育的主陣地，我們要在學科教學當中培養(yǎng)孩子的團隊合作、創(chuàng)造性思維、申辯式思維，有效溝通，包括前文所說的情緒管理，解決復雜問題的能力，以及判斷和決策能力。

圖18:在學科教學中培養(yǎng)孩子的STEM素養(yǎng)

圖18所提及的素養(yǎng)多為高階思維，應該用什么方式來培養(yǎng)學生的高階思維呢？我認為方法有二，一是重構(gòu)課程，二是轉(zhuǎn)變學習方式。學校可以重構(gòu)課程，在這些課程當中，用STEM的思想與方式來改造學科課程，增加培養(yǎng)學生的21世紀技能的內(nèi)容。同時，要轉(zhuǎn)變學習方式，把項目式學習作為將來真正的核心學習方式，同時也要跟社會的真實生活更加結(jié)合。

• 戰(zhàn)略02 通過技術(shù)促進STEM教育公平發(fā)展

STEM教育是面向所有人的，不僅僅對于發(fā)達地區(qū)，對于不發(fā)達地區(qū)我們也能夠讓這些孩子享有更好的STEM教育。對于不發(fā)達地區(qū)STEM教育所面臨的挑戰(zhàn)，一是優(yōu)質(zhì)師資，二是優(yōu)質(zhì)教育資源共享。

圖19:如何通過技術(shù)促進STEM教育公平發(fā)展

對于優(yōu)質(zhì)教育資源的缺乏，可以通過共建共享的方式，通過社群的方式，甚至通過STEM教育新生態(tài)的方式，當然也可以通過社會機構(gòu)的接入來支持他們。對于師資問題我們也有很多解決辦法，比如可以通過在線教育平臺，AI教師助手、雙師課堂，集體調(diào)研、直播課堂等等一系列的方式來促進教育公平化的發(fā)展。

• 戰(zhàn)略03 提升數(shù)字化

教科文對數(shù)字化素養(yǎng)有個定義，素養(yǎng)數(shù)字素養(yǎng)是通過數(shù)字設備和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)安全，適當?shù)卦L問，管理，理解，集成，交流，評估和創(chuàng)建信息的能力，以參與經(jīng)濟和社會生活。它包括各種能力，分別稱為計算機素養(yǎng)，ICT素養(yǎng)，信息素養(yǎng)和媒體素養(yǎng)。

圖20:衡量數(shù)字素養(yǎng)的全球框架

（來源：http://uis.unesco.org/en/blog/global-framework-measure-digital-literacy）

教科文正在研討數(shù)字化素養(yǎng)的全球框架（圖20）。我國也有信息技術(shù)課程，但是我們過去對于其中的一些內(nèi)容不夠重視，比如說信息安全問題。因此，我們希望通過增加信息技術(shù)的重構(gòu)，或者通過專項的STEM課程，可以來創(chuàng)設新的課程，滿足提升學生數(shù)字素養(yǎng)的需求。

• 戰(zhàn)略04 建立數(shù)字化教與學平臺

人工智能時代一個最重要的改變就是我們從標準化走向個性化。個性化是可以通過技術(shù)實現(xiàn)的，比如智慧課堂可以實現(xiàn)師生交互，在備課階段、課堂階段、寫作業(yè)階段全程采集他的數(shù)據(jù)深度進行挖掘、分析、實現(xiàn)自適應學習。我們甚至能自動批改作業(yè)，自動推送錯題本，每一個人都有不一樣的作業(yè)，這是我們現(xiàn)在正在實驗和推行的。

圖21:項目學習平臺

這些內(nèi)容適用于所有的課堂，包括STEM教育的課堂，包括理科課堂。但是有一點是不同的，原來學生是通過答題來寫作業(yè)，STEM教育很多是動手作，我們怎么樣采集動手作的數(shù)據(jù)，這是今天的挑戰(zhàn)，所以需要過程數(shù)據(jù)、過程記錄的平臺，我們需要PBL平臺，需要素質(zhì)評價平臺，以及教師教研平臺，這樣才能產(chǎn)生群體智慧。

很多國家也有數(shù)字化、項目化的學習平臺，它能做項目規(guī)劃，學生能夠在這個過程當中交互、創(chuàng)建自己的項目，并進行可視化，同時能夠跟蹤、評價。

圖22:STEM教師能力測評系統(tǒng)

我們自己也會研發(fā)這些平臺（圖22），去年我們公布了STEM教師能力等級測試，研發(fā)了測試系統(tǒng)，將來希望我們的教研、培訓都有在線的部分。

• 戰(zhàn)略05 構(gòu)建STEM教育新生態(tài)

構(gòu)建STEM教育新生態(tài)，這是去年的話題，今年我們再給一張圖重新來說一下。其實構(gòu)建STEM新生態(tài)非常重要，STEM教育它不僅僅是學校的事情，它應該是國家戰(zhàn)略，全世界共同參與的一項活動。

圖23:STEM教育協(xié)作共同體