STEM是由美国提出的应用于K-12教育系统的综合性跨学科教学模式，其中，S代表科学（Science）、T代表技术（Technology）、E代表工程（Engineering）、M代表数学（Mathematics）。STEM教育就是科学、技术、工程、数学的教育。在美国，STEM通常用于学校的教育政策和课程选择，其应用往往关系到学校和地区的竞争力和教育技术发展。
2008年至2013年，美国国家年度教师奖6位获奖者中有一半是STEM教师。奥巴马在2013年的国情咨文中提出两个教育目标，重点就是“培养新一代的STEM人才”。在国家实力的比较中，获得STEM学位的人数成为一个重要指标。总的来说，美国政府的STEM计划是一项鼓励学生主修科学、技术、工程和数学领域的计划，并通过不断加大对科学、技术、工程和数学教育的投入，培养学生的科技理工素养。
那么，STEM理念是如何产生，又是如何发展的？
1986年，美国国家科学委员会发表《尼尔报告》。该报告依据翔实的数据分析和讨论，为美国大学阶段科学、技术、工程和数学教育发展指明了方向，并提供了一系列指导意见。
《尼尔报告》还首次明确提出“科学、技术、工程和数学教育集成”的建议，因此通常被视为STEM的开端。
科学、技术、工程和数学融合的理念从高等教育阶段转入K-12教育阶段，始于20世纪末的“2061计划”。《科学素养的基准》等出版物为K-12阶段学生的STEM课程提出了相应而具体的要求。此后，为了应对信息时代的挑战，高中阶段的STEM教育逐渐成为高中教育与大学教育的衔接。K-12阶段的STEM教育，除了强调科学知识的积累和掌握，还强化了计算机运用能力和实验科研能力的培养。
2009年，奥巴马政府颁布一系列教育创新计划，其中关于STEM教育的计划指出，强化STEM理念，提升STEM教学技能，扩大年轻人受教育和就业机会。与此同时，美国建立了若干STEM教育组织或计划，提供源源不断的STEM教育资源和支持：
华纳有线时代的“连接百万思想”，确保将孩子们的课外STEM计划与当地活动进行有效连接；
探索频道的“拥抱未来”，将广播电视专用程序推广到9900多万家庭，并提供6万多所互动学校；
芝麻街的“早期STEM文学”，构建了一个为期两年的重点STEM项目；
国家实验室日推动10万名教师和1000万名学生的动手学习，培养合作社区志愿者；
全国STEM游戏挑战赛，创造和设计STEM视频游戏；
年度白宫科学博览会表彰全国各地STEM教学创新获奖者。
此后，STEM计划不断延续，美国政府作出上亿美元的财政承诺。该扩展项目增加了2.5亿美元的财政承诺和实物支持，以及培养1万名新教师的教师教育承诺。扩展项目还包括进一步与伙伴合作，共同应对STEM教师培养和教育创新的主动性挑战。此外，奥巴马任命20万名联邦政府雇员和教育工作者一同从事科学、工程教育和STEM教育工作。
STEM课程旨在培养学生的综合性科学素养，利用工程设计方法进行课程设计，开发以问题为导向的项目化课程，从而整合STEM学科。在美国，STEM课程主要通过4种类型的学校实施，分别是选择性STEM专业学校、包容性STEM专业学校、STEM专业职业技术教育（CTE）学校或项目、综合性学校STEM项目。其中，前两种类型的学校强调围绕一个或多个STEM学科组织课程，但是选择性STEM专业学校有严格的招生标准，主要倾向于精英教育；包容性STEM专业学校则没有招生限制，致力于为更加广泛的学生群体提供STEM专业教育；CTE学校或项目为STEM职业培养学生，并经常关注处于辍学风险的学生；综合性学校通过提供提高型课程实施STEM项目。
为了使学生形成STEM领域的思想、新发现和有关形成性知识的经验，主要通过两个途径开展课程，其一是课外拓展活动，包括竞赛、实验、实地考察等。在美国，课外拓展的项目以STEM经验为导向，充分发挥社区资源，使学生能够在现实世界学习STEM；其二是通过高级课程达到更高水平，高级课程主要涉及大学预修课、国际学士学位、大学课程和在线课程。
具体到课程设计层面，美国学校充分发挥工程在课程整合中的作用，利用工程设计整合课程内容产生具体项目，从而形成以问题为导向的课程。所谓“工程设计”是工程师用于解决工程问题的方法，通常是指为了让某种设备或过程服务于某种特定目的的最佳方案。在设计中，包括对多种类型知识的获取、加工、处理、集成、转化、交流、融合和传递，设计的本质是将知识转化为现实生产力的过程。
STEM课程设计利用工程设计方法，把科学课程中需要学生掌握的科学知识和方法集合成具体项目，通过解决核心问题的活动使学生经历科学探究以及工程设计过程，给学生呈现的课程任务是需要执行产生最终产品的一个或多个任务，产品可以是问题解决方案、模型、设备或计算机模拟。课程成果最终通过书面或口头报告集中展示生成的过程和产品。
基于工程设计整合的项目有三种：任务项目，学生参与项目由教师确定，使用大量教师描述的方法，易于操控；学科项目，教师规定项目和方法的主题领域，学生自主进行设计与完成；问题项目，学生可以自主选择项目和方法，在具体实践中，实施难度较大。
在具体的课程实践中，美国国际技术教育协会提出了STEM取向的课程架构，以工程问题解决为主轴，再辅以技术（设计）、数学与科学相关的知识，发展专题导向的教学模式，以培养学生科学知识的整合能力，激发学生学习工程的兴趣。
K-12工程教育委员会则开发了“珠—线”（beads-and-threads）课程模型。模型中，珠子代表一个集合或包装，线绳代表课程中的核心概念和基本技能。数学、技术、科学三条线代表在工程设计中使用的学科领域。第四条线代表工程设计过程，设计线包括工程设计属性，如分析、限定、建模、优化和系统。通过设计线将以上三条线连接起来，形成珠子代表的集合化课程体系。
优质课程需要优质师资队伍做保障，STEM教师被公认为美国最优质的核心教学骨干力量。为保障合格的STEM教师供应，美国从法案和制度制定、学习社区构建等方面进行探索。
全面立法保障
为了壮大STEM教师队伍，提升STEM教师素质，美国联邦政府连续出台多项STEM教师培养法案。主要法案如下——
《有效的STEM教学法案》规定了教师准入和项目运作两方面内容。在教师准入部分，州教育机构要与高等院校合作，加强教师的认证、招聘、培养。关注学科能力，对有相关学科背景、能够承担STEM学科教学的教师开通绿色直通车，减少准入阻碍。加强校长的准入条件，校长需要有卓越的领导能力、广博的知识储备和STEM学科背景。在项目运作方面，州教育机构独立或与其他州教育机构联合，保障教师资格认证、招聘、实习、在线教学等项目的运行。
《STEM教师教育与指导支持法案》协调STEM教育资金补助，支持各州建设STEM教育联系网络，网络中包含教师、高等院校、非营利机构、商业机构、联邦政府、当地政府和其他相关机构。通过STEM教育网络的交流合作，实现增强教师以及中小学教学和管理能力的目标，帮助学生有效培养STEM素养，激励学生追求STEM职业。
STEM优秀教师队伍建设法案，通过STEM网络，加强优秀教师团队联系和分享最优质的教学实践与教育资源，通过专业发展研讨、个人指导等方式提供专业支持，通过津贴补助、提供教学领导职位等吸引和留住优秀STEM教师。
《全美STEM教师税收激励法案》规定，联邦政府为有志从事STEM教学事业的本科生提供10%的学费减免优惠，但不能超过1000美元。全职STEM教师享受税收减免政策。
创建互动学习社区
2010年，美国科学技术顾问委员会对美国教育状况进行了相关调查。2012年，依据该报告，奥巴马宣布制订STEM教师队伍建设计划设想，通过为教师创建互动、专业的学习社区网络，提升STEM教育质量。该计划同时为教师提供发展专业技能的图景和在教室之外提高STEM教学的平台。
STEM教师发展与培养计划的核心设计原则：扩大社区范围和规模，吸纳具有出色专业背景的教师，构建学习社区与奖励机制；社区组织结构应平衡地区发展与创新能力；在教师遴选层面，需界定卓越的标准，多元化反映STEM教学，建立基于提名和有针对性的招聘，并与相关院校建立深度合作伙伴关系；通过社区学习强化教师个体的综合性能力；社区需为教师提供确保发展教育技术的资源。
统一教师准入标准
在美国，每个州都有一套教师资格认证标准，在已有学科方面，各州教师准入标准千差万别。对于STEM教师准入标准，为了提升教师质量，美国现已构建跨州的教师认证体系。截至2013年，已有11个州承认美国优秀教师资格认证委员会开发的认证体系。此外，全国教学专业标准委员会设立了专项资金，支持全国性教师证书标准的开发。
建立教师问责机制
美国用三个指标评估教师教育项目的有效性，并对其进行问责：第一，教师教育机构的合格率和排名情况；第二，在课堂教学情境下评价毕业于教师教育项目的教师表现；第三，辨明低水平教师教育项目。
除了对教师教育项目的质量进行评估以确保所培养的教师质量之外，针对教师个人，美国还构建了退出机制以检验教师是否能够胜任职位。一般情况下，教师资格需2-5年重新评估和认定，认定内容包括工作量，学校、学生和家长的评估，教师参加的各项专业发展活动等。倘若评估合格，可以继续担任教师；倘若不合格，再给予一次机会，两次考核不合格则收回教师资格证书。
多元资金支持
在美国，一个项目的资金来源是多种多样的，STEM项目即拥有来自联邦政府、各州政府、私营企业、基金会、非营利组织等多元资金支持通道。
在政府层面，主要支持8个教育目标：学习，发展学生或公众的STEM技能、实践和知识；参与度，提高学习者对STEM的兴趣和关注度；职前或在职教师和教育领导者的绩效，培训和留住STEM教师和教育领导者，改进其学科知识和教学技能；高等教育阶段的STEM学位，增加学生进入STEM职业或继续深造的充分准备；STEM职业，通过培训或资格认证，促进STEM劳动力市场就业水平整体提高；STEM系统改革，改革STEM系统和教育；教育机构的能力，支持STEM相关教育机构的改进和发展；
教育研究和发展，发展基于数据的STEM教育模型与实践。
在社会层面，既有资金支持，也有实务和人员支持。例如美国医药研究与制造商协会通过捐助资金、捐赠设备、提供员工志愿服务等方式，支援STEM教育项目；美国拜尔基金会每年为全美科学教师协会提供资助，开展拜耳—全美科学教师协会研究员项目，扩大全美科学教师协会新科学教师学院规模；百时美施贵公司设立了三个科学教学中心，致力于探究型教学，并开发了一个新型的教师专业发展模型，用于衡量教师效能。
优化教师培养项目
目前，由于合格的STEM教师短缺，在美国联邦政府和社会各界支持下，STEM教师培养项目层出不穷。教师培养项目主要集中于职前培训和专业发展两个方面。在高等教育阶段，设立STEM学位，加强中小学STEM教师的职前培养，开发一系列培养STEM教师的项目与模型。
在综合性专业培养方面，美国学者提出了多种设想和理论依据，如在现实和人造世界实现逻辑和自然的衔接，思维方式的协同，共享的特质或思维习惯等。具体层面，则是构建专业性学习社区或学习共同体。中学STEM综合性教师培训模型是一个旨在培养STEM综合性师资的专业发展项目，将工程作为综合STEM的催化剂。该项目是一个为期5天的培训，每次培训均有专业学习社区环节，教师们聚集在一起，一同反思培训期间的学习收获，分享如何将培训所学在课堂教学中实施。培训主题包括：探索作为一门学科的工程和工程设计周期；探索数学与工程设计周期课程的联系；通过模型诱发活动探索数学思维；将技术融入数学、工程和科学，以增强数学、工程、科学的学习；策划学生围绕STEM概念进行讨论。
STEM教育项目是一项注重教师多学科知识和教学技能的综合学科教学项目。STEM教师拥有的丰富知识储备，系统的教学方法，扎实的学科教学技能，能够对STEM课程进行问题研究、工程设计、开展技术性活动，从而对学生产生科学性的积极影响。STEM教师通过工程化教学设计和多学科融合的课程组织，激发学生对STEM的兴趣，提高STEM学业成就，改变学生职业生涯轨迹，为美国发展培养更多高水平、创新性人才。
（作者单位系北京师范大学国际与比较教育学院）
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