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你不知道的是,数学和STEAM教育属于社会公平问题

第四次工业革命要求今天的年轻人具备创造性思维,并可以使用工具和技术解决棘手难题。为了响应这一号召,全球领先的教育系统正在努力将STEM,STEAM和创客学习体验融入学生的日常生活。在全球范围内,我们正在从一种过时的工业方法转向一种更适合当今数字时代的方法。

最近新起的一种观念已经超越了传统的STEM定义范畴,即科学、技术、工程和数学的集合,而是把STEM和STEAM定义为一种高整合性的学习经验:这种经验将传统的学科如数学、科学、甚至艺术和人类学综合起来用以解决复杂的人类问题,同时发展新科技和锻炼创新性思维能力。将创造力、协作、沟通和情商等“软技能”应用到STEM知识中,可以激发有目的、有影响力的创新潜能。

毫无疑问,科技正在迅速改变人们的生活、工作、娱乐、交流甚至是我们的思维方式。鉴于技术进步的速度之快前所未有,世界各地的专家一致认为,数字技能是当今和未来年轻人必须具备的一种必备素养。根据世界经济论坛的说法,那些把数字素养放在首位的国家将会很好地让学生为未来的就业市场做好准备。

然而,尽管学生们必须具备科学技能以在当今高度网络化的全球环境中有效参与、协作和沟通,还有另外一项STEM元素我们不可以忽视,也就是代表数学的M.

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数学素养和STEAM教育

数学是人类的一项努力成果,创造数学是为了让我们更好地理解和参与我们的世界。由于许多重要的经济、社会和人文原因,人类文明必须精通数学。

数学知识的重要性与重大事件和史诗般的事件有关。几十年前,当人造地球卫星(Sputnik)进入轨道时,它标志着全球创新的一个激动人心的时刻,引发了太空竞赛的开启。对许多人来说,这是数学和科学的黄金时代。在世界各地,新的推动力迫使学生们学习“正确的”数学和科学知识。

进入“数学战争”。随着全球越来越多的学生必须具备数学素养,关于“什么是数学”和“如何最好地教授数学”的不同观点竞相涌现,好比钟摆已经来回摆动了几十年,但收效甚微。为了为这个几十年前的问题找到一个有效和可持续的解决方案,有些科学家建议着眼于神经科学和基于大脑的学习方面的研究。随着新技术的出现,如表观遗传学和神经成像技术的出现,科学正在不断揭示大脑是如何思考、学习和理解周围的世界的。

通过了解人类大脑是如何运作的,以及人类为了学习和理解新信息和新想法需要什么东西,我们得知,以有意义的方式将知识以个人的方式联系起来,对学习数学至关重要。以前的方法未能让所有学生都参与数学学习的一个主要原因是,它们承载了太多的语言符号,而这些符号对大多数学生来说都是障碍。人类作为类比生物,通过故事、隐喻和视觉模型学得最好,而这恰恰是数学课上经常忽略的。专注于符号教学的后果是,太多有才华的学生被不断地排除在数学之外。

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数学是一个社会公平问题

数学素养的差异跨越种族、性别和社会经济界线。过于死板和符号化的表述使得很多聪明学生在学习数学上屡屡受挫,而这些学生往往又被边缘化,因为他们觉得自己不行,不擅长数学,进而进一步变得压抑和无助。在我们改变这个可悲的现象之前,数学一直是,而且将继续是,社会和经济分层、人群分裂、以及文化不平等的根源。

传统意义上来说,数学与职业和教育机会有关,更重要的是,与一个人一生的收入潜力有关。它甚至与社会和情感健康,甚至工作幸福感有关。因此,那些有幸精通数学的人可以享受这种特权地位所带来的好处,包括获得更好、更满意和更高报酬的工作的能力。总之,否定学生的数学能力会严重影响他们的人生轨迹。

如今,人们普遍接受这样一个观点,即一个国家的健康、财富和活力与其培养具有科学、技术和工程知识能力的公民有着内在的联系。因此,STEM是一个日趋重要的研究议题。鉴于数学知识仍然是进入高要求STEM领域的基本素养,我们的年轻人需要拥有所需的数学技能,以便能够参与当今快速变化、技术驱动的全球经济。过滤掉孩子的数学能力意味着过滤掉他们的STEM机遇。

为了促进数学和STEM领域的发展,我们不可以闭目塞听。文化、种族和性别多样性与更高的创新成果有关,这是STEM的一个关键驱动力。根据麦肯锡2007年的一份报告,种族多样化的劳动力在经济上创造的收益比非多样化的劳动力高出35%,性别多样化的劳动力在经济产出上增加15%。该报告进一步指出,如果女性在劳动力中扮演与男性相同的角色,全球GDP将增加惊人的28万亿美元。数学和STEM的多样性越来越重要,因为在这些传统的霸权领域中,需要从不同的角度和方式来了解数学和STEM,而多样性是民主和公正社会的一个基本要素。

把所有这些要素加起来,你会得出一个结论:数学是一个社会公正问题。

了解和理解数学对于STEM和创新的发展无疑是重要的,对人类社区来说也是至关重要的。数学知识与培养健康的、具有公民心的和敢于变革的公民有着强有力的内在联系。例如,最近的报告认为数学与工作满意度有关,更重要的是,与积极的社区志愿服务有关。因为数学素养,尤其是早期数学素养,是全球公民过上充实和富裕生活的关键因素。数学学习的不平等意味着社会和经济参与的不平等。

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STEM,STEAM和创客

学生数学成绩持续不佳的原因有很多,但最新的神经科学研究表明,其实所有孩子都能学好数学。对于学习困难的学生来说,一个常见的问题是,数学的符号与其含义之间的差异,即数学算法、过程或概念到底意味着什么。为了将意义与符号和符号联系起来,我们需要了解谁在学习,他们是如何学习的,以及我们可以将哪些先前的知识与新的数学思想联系起来。通过让孩子们参与到动手学习的过程中来,让他们创造、玩耍、测试、失败并应用数学概念,我们可以为许多学习困难的学生建立强大的神经联系。通过为故事、图像、动作、或视觉模型添加真实世界的上下文语义,我们可以利用学生天生的视觉空间和时间能力,为那些在传统课堂上挣扎的学生们建立深刻的、有意义的数学认知。

STEM、STEAM和创客学习体验是我们实现这些结果的方式,使学生们充分了解数学思想和关键概念。此外,通过让学生们解决问题来探索数学思想,他们可以自由地获取和利用自己独特的认知方式,包括文化、种族和个人方面的学习倾向。

今天的老师对学生多样化的需求很敏感。他们孜孜不倦地努力跟上科技的步伐,为自己配备最新的实践和教学方法,为培养优秀学生作着最好的准备。沿着这些思路,困扰老师们最常见的问题是围绕着如何识别STEM、STEAM和MAKER中的数学。其实它已经存在了——数学就在我们身边,存在于每一件产品、创新、服装、艺术和新技术中,但绝大多数人仍然看不到它。所以,我们必须训练我们的思维去发现它。

然而,更大的问题可能是,“教师如何才能让STEM、STEAM和创客活动有意义地吸引所有学生,培养他们对数学的热爱,同时让他们具备关键的能力?”其实最重要的是把技术元素作为一种工具来展示学习过程,而不是学习目的。与其为了学习编写代码而编写代码,建议改成“为某一目标而编写代码”。一个综合的STEAM项目包括理解整数运算,创建一个反映学习的故事,为编码叙事创造舞台,并最终以学生对传统数学整数问题的每个编码解决方案而告终。之后进行标准化测试时,学生的分数会上升,这表明他们能够成功地将自己的知识从实际操作的STEAM项目转移到传统的评估模式中。

通过设计这个项目,学生除了获得基本的数学技能外,还获得了技术技能、创新能力和解决关键问题的能力。老师们还发现,不同学生对数学都很感兴趣,而不仅仅是那些自认为传统上擅长数学的学生。学校试着开发诸如此类融入学生软性技能和科技技能的学习机会,会使得学生更喜欢数学,并调动全体学生学习数学的积极性,也更促使学生们在工作场所和社会中发挥力量。这正是通过STEM,STEAM和创客项目在真实世界中学习数学的意义所在。

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教育工作者,改变从我们开始

我们带领学生们融入STEM项目中的教学方法和策略是整个教学过程中非常重要的一个部分。然而,所有教学方法都源于我们认识到数学是一个社会公正问题:每个孩子都应该了解数学。学好数学也许能让我们在一生的机遇面前有所作为,学不好也可能让我们生活在一个对各种可能性都非常有限和封闭的世界里。其实每一位教育工作者都能发挥自己的作用,当我们充分诠释作为改变者的这一角色时,我们就能为我们的学生,以及从中受益的下一代改变现状。数学是一个社会公正问题,值得我们所有人为之奋斗!

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