美国STEM教育报告(中)
问题:公众的态度
美国社会似乎可以接受STEM学科的欠佳表现。在我们的文化里,数学和科学不好没什么大不了的。一个人可以在演说中对公众宣称:“我的数学不好”,而不会有说“我阅读不好”时的羞耻感。
在美国,没有太多中小学生对STEM感兴趣,而在高中生中,追求高质量的课程,为将来成为科学家、工程师、数学家做准备的,也只有相当小的比例。
——在美国,只有15%的本科生选择自然科学或工程学位,在中国,数字是50%。
——在美国,大约有34%的自然科学博士学位和56%在工程博士学位被授予外籍学生。
此外,大部分家长相信,美国目前的数学和科学教育很好。他们并不期盼教育改革。这些漠不关心为教育体系改革增添了阻碍。“人们必须明白,数学可以变得非常强大,是可以令人兴奋的”,数学教育特聘教授M.凯思琳.海德说,“如今,数学教育关系到教学思想和理念,这些为规则的建立和问题的解决打下了基础”。
宾州州立大学的应对措施:培养年轻的一代
为了改变这些公众的态度,教育学院的教师将工作延伸到了学生的家长和教师,通过他们在大学里接受的数学和科学教育来开展工作。教学研究整合中心(The Center for the Integration of Research, Teaching and Learning)是一家帮助STEM领域的研究生和全体教师提高他们的授课技能的机构,并促进他们相互学习。带来的结果将是,全国所有的科学、工程、数学教师能够让所有的大学生成为有科学素养的人。
“我们想研究所有的学生”,卡罗.科尔贝克,教学研究整合中心(CIRTL)研究员、宾州州立大学副教授、高等教育研究中心主管说,“我们的目标是提高授课水平,保证STEM学科知识充分地传授,不只是为了少数优秀的考取学位的学生,更多的,是为了那些需要提高STEM学科成绩的学生”。
科尔贝克与STEM学科核心教师团队一起工作,这些承诺与本科生一起学习的教师是公认的优秀学科教研员。他们一起改善教学方法,把博士生教育成未来的优秀教师和研究者。
科尔贝克将CIRTL的工作集中于培养博士生的研究技能,这些技能可以应用于4-H项目的教学。
100多年前,农村青年计划帮助大学获得了政府拨地,让那些抵抗政府干预的农民的孩子能够接受教育。多亏4-h对青少年的积极影响,让机构可以接触这些农民,并赢得他们的支持。
科尔贝克说,“当现在的教师们看到他们的博士生成功的将研究方法应用到了教学实践,提高了本科生的学习经验和成绩时,他们便更会愿意去尝试新的方法。用‘教’与‘研’相结合来提高学习成绩,这种兴趣是可以传播的”。
(4-H:即 head,heart,hand,health,美国一项青少年发展项目,是美国俄勒冈州立大学“4-H学校增益计划”的一个组成部分,该项目可以帮助学生及教师走出书本,走向以学习者为中心的体验程序。目前该计划已经在美国多个州展开实验,并取得了较好的实验效果。)
CIRTL是一个由五所大学合办的机构,他们是宾夕法尼亚州立大学,威斯康星大学麦迪逊分校,密歇根州立大学,霍华德大学,科罗拉多大学,也是美国国家科学基金会(National Science Foundation)一个为期5年,包含1000万经费的项目的一部分。CIRTL的根基由三根支柱组合而成——教学研究,学习社区,学习的多样化,即机构的博士生可以参与大学的课程,项目和非正式活动。
问题:资深教育者的短缺
美国教育体系存在着一个基础建设型问题,就是在中学和大学都有资深教师的极度短缺。
在全国的高中数学老师和科学老师中,有很大一部分人没有为自己在该领域的教学做好充分的准备。大约30%的美国公立高中数学老师没有主修或辅修过数学;大约45%的生物教师教的是他们所学领域之外的学科。
美国大学里,持有博士学位的教师也存在短缺。因此,成千上万主修数学教育和科学教育的学生,在大学里无法学到足够的、先进的教学方法。“如果我们的研究生院校能够提供足够的博士学位,那么我们的大学就能更好的诠释数学和科学的教学方法,而不是整天钻研那些相似的、无用的资料”,海德说。
能够填补大学教师职位空白的,拥有数学和科学教育博士学位的人远远不够。学校里每年约有300个数学教育职位,却只有70到100名博士生供职。
如今约有80%的数学教师将在10年内退休,所以,这种短缺会变得更加严重,更加糟糕。
这个问题是多方面的。因为许多明智的教师安逸于他们收入稳定的职业,对考取博士学位有着迟疑的态度。对于大多数教师和一些需要经济奖励才能完成博士学位的学生来说,返回学校学习是不划算的。
宾州州立大学的应对措施:授予更多的博士学位
教育学院正努力增加自身博士项目的广度和深度,以及研究项目的数量,以此来适应更多的研究生。这些新增的博士学位候选人将继续开展一些研究,来帮助我们学习更多的STEM学科的‘教’和‘学’的技能。他们也会成为下一代教师培训者,这些教师将成为未来基础教育领域的教师。
担当杂志编辑是学院研究能力增强的一个例子。科学教育教授格里高利.凯利,于2006年5月担任了《科学教育》(Science Education)的编辑,如今在它的第90个年头里,已经成为了一本权威杂志。
教育学特聘教授M.凯瑟利恩.海德,将于2007年初成为《数学教育研究》(Journal for Research in Mathematics Education)的特邀编辑,另外两名大学的高级教员,教育学教授格伦.布鲁姆和教育学助理教授罗斯.比克将成为助理编辑。
除了扩大研究项目外,学院还获得了额外的奖学金,来定向支援渴望从事数学和科学教育的新博士生。
中大西洋数学教学中心(Mid-Atlantic Center for Mathematics Teaching and Learning)吸引了许多无法做到全日制学习的优异学生,由国家科学基金会资助,目前处于第2个五年资助周期。中心已经在更多教授的培养和先进研究的开展上,取得了双重收益。
“我们拥有一个优秀的博士生团队”,中大西洋数学教学中心(MAC-MTL)联合首席研究员海德说,“因为接受来自国家科学基金会的资助,我们已经吸引了一些最优秀的教育工作者”。MAC-MTL希望这些博士学位申请者在成为大学教员时,将他们对学科的熟练掌握传递给学生-未来的教育工作者。
黛比.麦卡洛最近通过了她为中心提交的课程论文,她说,“我非常渴望找到一个能让我做一些专业发展和研究的职位”,能够成为中心的一员让她感到很幸运,“拥有和数学教育研究者一起工作的机会想都不敢想,它为我的研究开启了一个从未有过的崭新世界”。
学院将继续增加学生考取科学教育研究生的机会。比如,杰拉尔丁.布拉什研究生教育助教奖学金,每年支持两个全日制科学教育学研究生的研究和教育。
边栏:中大西洋数学教学中心(Mid-Atlantic Center for Mathematics Teaching and Learning)
在美国大学数学教育领域,每三个空缺职位的候选人中,只有一位持有博士学位,“大学里没有足够的拥有博士学位的人来教数学教育”,数学教育特聘教授M.凯瑟琳.海德说。
海德是MAC-MTL的联合首席研究员,MAC-MTL由宾州州立大学,马里兰大学,特拉华大学和三个学区联合创办,也是国家科学基金会(NSF)几项资助项目中的一个,二者刚刚签署了第二个五年计划,NSF将为MAC-MTL提供325万美元,用来继续数学教育的研究。这是NSF唯一一个同意第二次签署的合约。
中心的初级目标是开展如何让数学教师学习数学,和如何将他们的知识应用到教学中的研究,海德说,“我们的工作重点是教师数学知识的发展,和这些知识在课堂教学的应用与学生成绩的关系。我们期望我们的研究结果能够让未来的数学教师做好充分的准备”。
MAC-MTL还致力于提高数学课的教学水平。这种提高可以产生倍数效应,将会增强全国高中的教育水准。“中心的一个主要行动是找到方法来巩固教师在数学方面的理解力”,海德说,“教师可以用他们在大学里所学的知识来加深他们对数学教学的理解,这样就会促使更多的学生去追求需要数学的职业”。
海德相信,教师的知识水平对学生成绩的提高起着一定的作用。她说,“我们希望高中教师数学知识的掌握足够扎实,以此来把控他们的学生对这个学科各种各样的看法。如果一个老师的理解仅仅依靠于记忆,那么他/她就不会拥有能够帮助学生真正理解数学的,灵活的教学风格,并且,教学的结果也几乎是青少年既不懂数学,也不愿意接触数学”。
问题:职场需求日益提高
随着技术的发展,职场的面貌发生着巨大的改变。未来,制造业将不再雇佣数以百万的低级技术工人。个人将需要一个强大的STEM背景知识来面对高科技职业。
“科学技术的更新步伐是难以置信的”,科尔贝克说,“我们需要这些领域的专家,把我们的科学和数学带向未来”。
对员工拥有最一流的数学和科学技能的需求将会是全球性的。如今,一些最好的工作机会已经伸向了海外——不单单是因为廉价的劳动力。事实上,像中国,印度,新加坡这样的国家的员工,有着更好的数学和科学教育。“我们在印度就有外包工作”,科尔贝克说,“与此同时,来到美国的本科生和研究生的数量相比过去的几十年有所减少了”。
宾州州立大学的应对措施:完善认证标准
关于当前的STEM教育有一些好消息:更高、更有效的教育认证标准或许能让学生从事工业有更充分的准备。最近,教育学院高等教育研究中心(Center for the Study of Higher Education)透露,2004年获得工程本科学位的学生在职业准备上,要比二十年前的工程系学生做的好。
研究工作将检测新认证标准对工程专业的影响。工程与科技认证委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology)是大学课程在应用科学、计算机、工程学、科技方面的评审机构,委员会认为应该对其自身的标准进行评估,来确定目标是否能够实现。所检测的技能包括基础数学和科学,设计和问题解决,实验技能,工程科学实用软件,技术和人际交往。
据悉,2004届学生毕业成绩在基础数学和科学上表现突出,这对美国工程类大学尤其是个好消息。CSHE助理研究员,副教授丽萨.R.拉图卡说,“一些大学教员曾担心课程和教学的改革必须要以认证指南为标准,那样的话,就会以注重学生在基础科学和数学技能的表现为代价,但事实证明这些并没有发生”。
拉图卡正着手于一个相关的研究。她和特聘教授,CSHE高级科学家帕特里克.T.特伦兹尼一起,在2006夏天开始了一个为期三年的研究,来评估当前的工程系本科生的能力,为他们成为未来的工程师做好充分的准备,随时满足全球职场不断变化的要求。一项国家调查将展现工程教育本科生的前景,展现哪些教学项目在培养工程师具有强有力的分析技能、专业技能、实践智慧、创造力、领导力、道德标准和职业标准方面达到了何种程度。
研究还会扫描整个流水线的候补区域,勘测在2年制专科院校中,为向本科学位转换的学生准备的课程。这些专科学院招收了许多低收入,非传统和少数民族学生,这些群体近来被工程专业所忽视。同时研究2年制和4年制学生,将会保证研究者注重不同层面的学生,并探索出工程教育基于他们不同的性别、种族、年龄、社会经济地位,会产生哪些影响。
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