STEM 教育：教学实践中常遇到主要挑战外文翻译资料

STEM 教育：教学实践中常遇到主要挑战

摘要

该研究的目的是分析俄罗斯政府在促进就业和提高学生竞争力方面实施 STEM 教育的主要挑战。 该研究基于系统分析，旨在评估俄罗斯STEM教育的现状并寻找其关键问题，比较分析的重点是俄罗斯和其他国家的STEM教育实施方法。 事实表明，STEM 教育在美国教育体系中得到了极大力度的推广实施，通过各州推出 STEM 教育计划吸引年轻人从事 STEM 职业。 该研究描述了利益投资者与俄罗斯联邦联邦协调机构之间的合作和伙伴关系计划，为 STEM 教育的发展提供支持，旨在促进国家和公共机构之间的联系。

关键词：工程教育、STEM 方法实施中遇到的主要挑战、整合原则、投资者、STEM 教育

绪论

先进的科学技术快速发展将导致在未来 10-20 年内出现全新的大型市场，这些市场将为消费者提供先进的技术解决方案和创新的产品和服务。因此，第四次工业革命将将要求高素质人才，以及人才再培训体系。因此，今天的重点放在俄罗斯和世界各地的 STEM 教育上。为保持科技领域的竞争，俄罗斯联邦应引入工程教育，同时加强毕业生的专业发展。为了完成这项任务，俄罗斯联邦政府和高等教育部决定对教育过程进行改革。在教育机构中积极引入 STEM 教育可以成为提高工科学生对学习和科学活动的兴趣的方法之一。

STEM 是首字母缩写词，是指数学和工程、科学和技术领域。因此，S 代表科学，T 代表技术，E 代表工程，M 代表数学。

自然科学和数学学科研究的跨学科实践导向方法。尽管在现代科学中有不同的 STEM 教育方法，但研究人员一致认为，这是一种创新的教育现象，代表着获取和吸收与科学、技术、工程和数学领域相关的知识的新的学习过程。其目的是让毕业生为专业工作活动做好准备，特别是通过获得科学思维技能和发展 STEM 能力来执行专业任务和解决问题。

今天，STEM 教育是许多国家的优先事项。在俄罗斯，在经济现代化和创新发展委员会、俄罗斯联邦科学和高等教育部、教育学和心理学研究所的支持下，在国家技术倡议的框架内，这一趋势越来越普遍。教育部，以及俄罗斯领先的高科技公司和外国公司以及俄罗斯大型商业协会的代表，考虑到这一现象的多面性和复杂性，要​​解决在教育机构中引入新课程等的问题，以及为 STEM 项目实施创造条件，都需要一定的时间。 STEM 教育的一个显著优势是跨学科教学方法，这使得从各种科学中获取知识并将其用于人文、科学或技术的其他学科的研究成为可能。

国外和俄罗斯国内研究强调了在世界顶级国家引入 STEM 教育中遇到的关键问题及其在俄罗斯的发展前景等。单独的研究致力于 STEM 教育，其中包含基于问题的学习元素，旨在提高学生的研究技能。俄罗斯科学家和外国研究人员和从业者都认为 STEM 教育在高科技产业发展背景下与就业机会的相关性。从性别平等的角度来看，如何让女性参与到 STEM 职业、她们的适当培训、就业以及在这些过程中出现的问题的研究也具有参考意义。

STEM 教育可以定义为一种教学方法，它允许学生在技术的帮助下通过获得科学和数学的知识和技能转化为工程产品。同时，STEM 教育计划包括旨在平衡理论与实践的实践任务，并强调学科研究中的实践部分。 STEM 教育计划提供了发展使用现代技术的技术技能的机会，包括具有在线课程和课堂功能的在线教育平台。在探讨新的 STEM 方法与旧的传统教学方法的兼容性时，应该注意到问题不仅在于重建教育系统的措施，而且还在于其概念和制度基础的准备情况，即创建出新的教育系统、课程和科目、新的组织结构和标准。使用 STEM 教育方法之一——以问题为导向的实验室工作——可以让学生最有效地提高他们的研究技能。将研究提高教育机构STEM学科教学水平的方法作为发展和提高专业的优先途径。工程学院的领导在其院系的支持下提出了旨在提高工程教育质量的主张。这些主张有助于教师的专业发展，培养教授 STEM 学科的技能。此外，位于美国的工程技术认证委员会 (ABET) 认为，工程课程中描述的七项要求中，如果学生学习成果中满足两项，就可确保毕业生与利益相关方雇主的有效合作。这两种结果直接关系到学生的学习意愿。

合作是有效的团队合作和沟通技巧。雇主希望毕业生做好团队合作的准备，但他们也指出，目前教育机构尚未完全理解培养工程专业学生这些技能的重要性。

工程行业通常被定义为终身学习的途径，而不是仅在大学环境中发生的事件。美国国家工程院和美国工程计划独立认证机构 ABET 共同确定了对新时代的工程师。它们包括持续的自学、跨学科的创造性工作、实际的独创性，以及除了工程领域的技术专长之外，还有与广大客户沟通的能力。这些品质对于各种实际工程活动都很重要（Foster 等人，2018 年）。

与此同时，缺乏对现代 STEM 产业就业问题以及俄罗斯国家和公共机构与提供 STEM 教育的中心的有效互动问题的研究。因此，研究上述问题的研究人员揭示了一些严重的问题和矛盾：

bull; 基于知识模型（注重知识优先）的传统保守教育范式，不能完全满足国家和领先科技公司在 21 世纪教育培训的要求和诉求，即 现代学生科学、技术、工程和数学的教学体系存在一定的问题。

bull; 研究人员注意到学习 STEM 科目和选择此类职业时的积极性下降。 物理和数学的学习成绩水平较低，缺乏有效解决需要STEM学科知识和应用实践技能的实际问题的能力。

基础STEM教育质量差，很多教育机构没有STEM实验室、学生创业等条件来培养工科学生的STEM技能。

STEM教师培训的内容并非旨在研究实施跨学科互动的方法和技术，以实现基于项目和基于现象的学习。

这些缺点可能导致 STEM 行业的技术工人数量减少（短缺）。 科技人员短缺将进一步威胁俄罗斯的国家竞争力。 以上事实决定了研究课题的选择。

该研究的目的是分析在促进就业和提高学生竞争力方面在俄罗斯和最大经济体实施 STEM 教育的主要挑战。 研究目标如下：

bull; 在现代和可预测的全球劳动力市场条件下证实 STEM 教育的优先地位；

bull; 确定 STEM 教育在形成技能和能力的背景下作为高科技产业发展的现代方法的特征；

bull; 定义在世界实践中实施 STEM 教育的关键问题清单；

bull; 基于最佳实践，寻找俄罗斯STEM教育实施关键问题的可行和实用解决方案；

bull; 分析利益相关者与为俄罗斯STEM 教育提供支持的联邦协调机构之间合作和伙伴关系的潜力和细节。

研究方法和研究过程

为实现研究目标，解决研究目标，采用了一套根据研究材料的具体情况确定的研究方法，即：

- 科学文献的理论分析、综合、归纳和演绎、比较、类比和匹配技术，以阐明问题的详细程度，确定研究的理论基础，分析科学的概念（分类）工具 学习;

- 概括和系统化概念方面的发展和证实条件，以确保在俄罗斯教育机构中基于 STEM 方法进行培训；

- 特殊的研究方法，包括系统分析，以评估俄罗斯 STEM 教育的现状并突出其关键问题；

- 比较分析，以比较俄罗斯和世界实践中 STEM 教育实施的方法。

该研究基于揭示俄罗斯和国外STEM教育状况的统计数据。因此，该研究还依赖于俄罗斯联邦国家统计局提供的与 2017-2018 年期间劳动力市场状况相关的数据（Surinov, 2018, 2019），根据这些数据，STEM 行业的就业（专业、科学和技术活动）从 2017 年的 3.8%（所有行业的 71746.2 人中的 2718.9 人）增加到 2018 年的 4.0%（所有行业的 71726.3 人中的 2836.4 人）。值得注意的是，在数据中直到 2017 年俄罗斯联邦国家统计局，此类活动（和相关就业）不被视为单独的活动。

由于 STEM 不仅与教育有关，还包括专业领域，因此有关全球劳动力市场细节的数据，特别是与高科技 STEM 行业相关的职位空缺，在研究方面具有相关性。 Change the Equation Inc. 进行的一项研究表明，在美国，每位潜在员工平均有 1.9 个空缺的 STEM 职位（见表 1）。相比之下，在其他行业，每个职位空缺大约有 3.6 名失业者（Change the Equation，2018）。

表1 美国与其他国家STEM教育特点的比较

预计到 2026 年对 STEM 专业人士的需求将很高。特别是，根据美国劳工统计局的数据，对医疗保健的需求将增长 21.5%，计算机科学 – 11.6%，社会科学 – 11.1%，工程 – 9.3%， 生命与物理科学——8%（Barrick amp; Bock，2018）。

实验结果

STEM教育的实施显着影响学生的专业定位，以及重要能力和技能的形成。 STEM 教育的原则，包括各种学科的统一和基于项目的方法的广泛使用，以及整合自然科学和精确科学（主要是数学）、技术和工程的主导原则，正在改变教育过程。集成技术的使用可以实现自然和数学学科教育材料的方法、内容和数量的现代化，学习过程的技术化，新教育能力的形成以及毕业生的高质量培训成功就业并继续学习。

使用 STEM 技术进行的课程让学生参与演示的演示和讨论，培养学生展示项目和论证其应用意义的技能，教会他们将理论研究与实践联系起来，展示科学独立性、目的性和专注力关于结果。因此，专业能力形成，教育过程尽可能接近未来研究和专业活动的现实。

现代 STEM 教育关注的技术不仅与当下相关，而且对专业也很重要，其重要性仍在形成中。换句话说，STEM 教育既关注现代劳动力市场，也关注预期的劳动力市场。

作为对新时代挑战的回应，职业指导项目涉及吸引年轻人进入知识密集型 STEM 行业：神经电子学、机器人学、生物电子医学、神经生物学、数学编程、网络工程等。一方面，这有助于一方面提高人力资本使用的质量特征和效率，另一方面满足利益相关者在劳动力市场的需求。

在考虑在教育中实施 STEM 方法时，应该注意的是，最活跃的州 STEM 计划正在美国引入。 2013 年，引入了新的由三部分组成的自然科学教育标准：实践（科学和工程技能）、内容（基础学科知识）和横切概念（概括技能）（Lyublinskaya，2014 年）。然后，确定了八项基本的科学和工程技能和能力（Grigoriev amp; Kurnosenko，2018）。工程和科学技能是该计划的概念基础。这些标准侧重于对知识的理解和应用，而不是对事实的记忆。工程技能包含在科学教学中。它们与科学的认知方法同等重要。因此，工程和技术教育的主要思想被赋予与科学学科的主要思想相同的地位（Lyublinskaya，2014）。

在美国，与 STEM 教育相关的问题在各个层面都得到了考虑，包括联邦层面。根据 2009 年的 STEM 教育协调法案，在国家科学技术委员会下成立了一个委员会，负责协调支持 STEM 教育领域的联邦计划和活动，包括能源部的计划、STEM 计划NASA、国家海洋和大气管理局的项目、教育部和其他联邦机构的项目（Rudskoy 等人，2017b）。近年来，STEM 方法也被引入现代俄罗斯教育，作为一种在世界范围内得到认可的创新方法。通过在俄罗斯教育机构和主要利益相关者之间建立有效的伙伴关系，在促进教育领域的 STEM 创新方面发挥了重要作用。利益相关者的概念仅在几年前才出现在俄罗斯的教育学和社会学话语中。

今天在俄罗斯，人们可以区分以下对实施 STEM 教育感兴趣的利益相关者群体：国家机构（如经济现代化和创新发展委员会、国家技术发展中心和机器人技术基本要素）、公共组织、联盟、商业伙伴和赞助商

教育机构、校外机构、教育中心、强大的科技公司。作者认为，为了解决关键问题，有必要加强 STEM 教育各利益相关者与联邦协调机构在支持 STEM 教育领域的关系，可以用图表来描述（图 1）：

图1 利益相关者与联邦协调机构在支持STEM教育领域的合作与伙伴关系

在 STEM 教育实施背景下对俄罗斯联邦立法和监管框架的研究发现了关键问题，即缺乏国家计划。 已建立和运营的 STEM 中心、实施 STEM 教育的工作组以及对早期实施 STEM 教育感兴趣的国家机构和公共组织之间也缺乏协调。

尽管在 2017 年批准的俄罗斯联邦工程教育发展战略第 39 条启动了支持 STEM 教育领域的联邦协调机构，该战略的第 39 条于 2020 年获得批准（Rudskoy 等 al., 2017a)，今天没有支持 STEM 教育的协调机构。 它的部分功能由以下部分执行：

(1) 工程、技术和技术科学教育领域的协调委员会，包括代表俄罗斯联邦教育和

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