德國以中小學(xué)科學(xué)教育撬動未來

學(xué)生與教師討論3D打印技術(shù)。

　　2024年底，德國聯(lián)邦教育和研究部發(fā)布“國際計算機(jī)和信息素養(yǎng)研究”報告。結(jié)果顯示，德國八年級學(xué)生在計算機(jī)和信息相關(guān)素養(yǎng)方面的表現(xiàn)顯著優(yōu)于國際平均水平和22個歐盟參與國的平均成績。這得益于德國長期以來在中小學(xué)科學(xué)教育領(lǐng)域所秉持的高質(zhì)量發(fā)展策略和實踐。

　　數(shù)學(xué)、信息工程、自然科學(xué)、技術(shù)的德文縮寫為MINT，MINT教育是德國本土的科學(xué)教育。根據(jù)德國經(jīng)濟(jì)研究所數(shù)據(jù)，近年來德國MINT專業(yè)技術(shù)人才持續(xù)短缺。截至2024年9月，德國MINT專業(yè)職位約為41.8萬個，考慮到專業(yè)資質(zhì)不匹配的情況，36個MINT職業(yè)類別的專業(yè)人才缺口超過20萬，占到職位總數(shù)的一半。為從根本上扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象，德國政府、中小學(xué)以及包括企業(yè)、社會組織在內(nèi)的各相關(guān)團(tuán)體積極采取多項舉措，以保障中小學(xué)科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展，為德國增強(qiáng)全球科技競爭力提供人才和智力支撐。

　　制定戰(zhàn)略政策 推動科學(xué)教育發(fā)展

　　德國近年來制定了一系列關(guān)于科學(xué)教育的戰(zhàn)略規(guī)劃和行動計劃，通過頂層規(guī)劃引領(lǐng)，明確科學(xué)教育的發(fā)展目標(biāo)、路徑和重點任務(wù)，為科學(xué)教育的持續(xù)創(chuàng)新和高質(zhì)量發(fā)展注入動力，以培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展需求的MINT專業(yè)人才。

　　德國聯(lián)邦教育和研究部于2019年2月推出了“MINT行動計劃——在MINT教育中走向未來”，將加強(qiáng)青少年MINT教育設(shè)為重點領(lǐng)域之一。隨后在2022年6月啟動“MINT行動計劃2.0”，并設(shè)定了若干新的行動領(lǐng)域，包括促進(jìn)中小學(xué)校內(nèi)外MINT教育合作，爭取父母支持、激勵兒童和青少年接受MINT職業(yè)培訓(xùn)或攻讀MINT專業(yè)，為小學(xué)和課后托管班提供MINT教育等。此外，德國聯(lián)邦教育和研究部資助建立的MINT教育中央學(xué)習(xí)平臺——“MINT校園”目前已上線，免費提供MINT領(lǐng)域數(shù)字教育產(chǎn)品。

　　2024年6月，德國發(fā)布“各州文教部長聯(lián)席會議關(guān)于加強(qiáng)數(shù)學(xué)、信息工程、自然科學(xué)和技術(shù)教育的建議”（以下簡稱“MINT教育建議”），以促進(jìn)中小學(xué)校內(nèi)外機(jī)構(gòu)合作、保障科學(xué)教育質(zhì)量和加強(qiáng)科學(xué)教育教師隊伍建設(shè)。MINT教育建議提出，應(yīng)從以下幾個方面加強(qiáng)MINT教育：將MINT科目納入各級各類教育，包括在小學(xué)通識課教學(xué)中也要凸顯MINT主題；確定跨學(xué)科基礎(chǔ)知識和概念，促進(jìn)MINT學(xué)科之間的跨學(xué)科合作，并在整個教育鏈上提供相應(yīng)的持續(xù)支持；創(chuàng)造對多樣性敏感的學(xué)習(xí)環(huán)境，特別是增加女童和青年女性參與MINT教育或工作的機(jī)會；培養(yǎng)中小學(xué)生對MINT領(lǐng)域的興趣，并有針對性地支持特別感興趣、表現(xiàn)出色和潛在表現(xiàn)特別出色的學(xué)生；加強(qiáng)德國國內(nèi)、州內(nèi)和地區(qū)內(nèi)各學(xué)校和課外教育機(jī)構(gòu)的合作；開展MINT教育模式實踐的國際交流活動；使用數(shù)字化教學(xué)形式來實現(xiàn)MINT教學(xué)的轉(zhuǎn)型；加強(qiáng)MINT教育與可持續(xù)發(fā)展教育和健康教育的聯(lián)系；在職業(yè)指導(dǎo)中特別關(guān)注MINT領(lǐng)域；通過適當(dāng)措施吸引MINT專業(yè)教師等。同時，德國還發(fā)布了初中生物、化學(xué)、物理科目的“教育標(biāo)準(zhǔn)”，各聯(lián)邦州也據(jù)此逐步調(diào)整原有的“教學(xué)計劃”。

　　提高教師教育靈活性 緩解師資短缺

　　積極主動、敬業(yè)且具備相應(yīng)專業(yè)素養(yǎng)的教師，是成功實施MINT教育的先決條件。目前，德國師資整體短缺現(xiàn)象嚴(yán)重，遑論MINT教育專業(yè)師資。據(jù)德國文教部長聯(lián)席會議預(yù)測，到2035年，德國師資短缺人數(shù)將高達(dá)6.8萬。在此背景下，2024年3月14日，德國文教部長聯(lián)席會議通過了《招聘更多教師和教師教育結(jié)構(gòu)補充措施》的決議，提出了準(zhǔn)備采取的關(guān)于教師招聘和教師教育方面的進(jìn)一步措施。各聯(lián)邦州正在制定單科教師資質(zhì)、雙元制教師教育和轉(zhuǎn)行進(jìn)入教師職業(yè)的碩士研究生教育的共同框架，以提高教師教育的靈活性。

　　為緩解師資短缺問題，德國各聯(lián)邦州已采取多種多樣的舉措，包括大學(xué)相關(guān)專業(yè)擴(kuò)招和允許其他行業(yè)轉(zhuǎn)入教師職業(yè)計劃。在德國東北部的梅克倫堡-前波美拉尼亞州、勃蘭登堡州和薩克森-安哈爾特州，轉(zhuǎn)行進(jìn)入教師職業(yè)者已經(jīng)填補了1/3的教學(xué)職位。德國電信基金會2024年的一項研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)行進(jìn)入教師職業(yè)者可以成為解決MINT師資短缺問題的重要力量，但前提是其具有教師職業(yè)的相應(yīng)資格并能融入教學(xué)團(tuán)隊。

　　德國薩克森州科學(xué)部和文化部已與該州的開姆尼茨工業(yè)大學(xué)簽署了加強(qiáng)教師教育的文件，主要內(nèi)容包括：一是為解決MINT領(lǐng)域?qū)I(yè)師資短缺問題，開姆尼茨工業(yè)大學(xué)將開設(shè)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)士學(xué)位課程。同時，開姆尼茨工業(yè)大學(xué)正與萊比錫大學(xué)、德累斯頓工業(yè)大學(xué)開展合作，研究開發(fā)“中學(xué)國家考試MINT教學(xué)”課程，相關(guān)實習(xí)將在薩克森州西南部地區(qū)完成。二是開發(fā)碩士學(xué)位課程小學(xué)高級班，時間為兩個學(xué)期，以拓寬小學(xué)教師未來職業(yè)發(fā)展之路。小學(xué)教師專業(yè)的大學(xué)畢業(yè)生可以修讀該數(shù)學(xué)課程，從而獲得中學(xué)數(shù)學(xué)教師的任教資格。未來，小學(xué)在職數(shù)學(xué)教師也將能夠通過這一課程的學(xué)習(xí)獲得進(jìn)入中學(xué)授課的資格。德國薩克森州政府為開姆尼茨工業(yè)大學(xué)提供總計28.5萬歐元的資助。

　　構(gòu)建科學(xué)教育校內(nèi)外合作培養(yǎng)模式

　　德國通過一系列創(chuàng)新舉措，積極構(gòu)建MINT教育的校內(nèi)外合作培養(yǎng)模式，以提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。政府鼓勵企業(yè)、高等院校、科研院所與中小學(xué)建立合作伙伴關(guān)系，為學(xué)生提供實習(xí)機(jī)會，指導(dǎo)學(xué)生使用其先進(jìn)的實驗室設(shè)備開展學(xué)習(xí)和研究，幫助學(xué)生在個人生涯的早期與MINT專業(yè)人士建立聯(lián)系，以加深對MINT專業(yè)的了解。

　　德國聯(lián)邦政府“MINT行動計劃”的一個核心資助措施便是地區(qū)性MINT集群。MINT集群的目標(biāo)是在整個地區(qū)擴(kuò)大校外MINT教育并建立校內(nèi)外的教育合作。在MINT集群中，來自教育界、學(xué)術(shù)界、社會界、企業(yè)界和政府部門等不同領(lǐng)域的參與者用各自的專業(yè)知識，共同致力于改善所在地區(qū)的MINT教育格局。截至2024年7月，德國各地已開發(fā)并建立了約70個MINT集群。校外MINT教育由當(dāng)?shù)氐暮献骰锇閰⑴c設(shè)計，為兒童和青少年提供在學(xué)校教育之外發(fā)展興趣愛好的機(jī)會，通常采用較為實用且重視參與的學(xué)習(xí)形式。這能夠幫助學(xué)生體驗到自我效能感，培養(yǎng)創(chuàng)新和解決問題的技能，并探索職業(yè)發(fā)展方向。每個MINT集群都是獨一無二的，會根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡貐^(qū)條件和具體需求量身定制。學(xué)習(xí)方式和地點也富有創(chuàng)意和多樣化，實驗活動、研討會等形式不一，足跡遍布學(xué)校實驗室、MINT俱樂部、博物館等不同場所。

　　在構(gòu)建校內(nèi)外合作培養(yǎng)模式方面表現(xiàn)突出的德國萊茵蘭-普法爾茨州，已經(jīng)創(chuàng)建了一個覆蓋全州的MINT教育網(wǎng)絡(luò)，包括來自教育界、學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和氣候保護(hù)領(lǐng)域的200多個合作伙伴。全州分為9個MINT地區(qū)，每個地區(qū)均有自己的資助計劃，在計劃框架下，學(xué)校與校外機(jī)構(gòu)開展合作。如該州科布倫茨市的MakerSpace（創(chuàng)客空間）公司允許歌德實科中學(xué)的學(xué)生使用其儀器和工作室，并通過其員工的多樣化專業(yè)技能為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支持。由于這種合作涵蓋了學(xué)校不經(jīng)常涉及的領(lǐng)域，能更有效地激發(fā)學(xué)生的興趣，并培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實操技能。

　　利用數(shù)字化教學(xué)保障科學(xué)教育質(zhì)量

　　隨著人工智能技術(shù)在各行各業(yè)的普及，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為科學(xué)教育發(fā)展的主要趨勢。德國依托先進(jìn)的數(shù)字化教學(xué)手段，優(yōu)化科學(xué)教育內(nèi)容與傳授方式，為學(xué)生提供了更加豐富、多元且互動性強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，有效提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)。

　　德國文教部長聯(lián)席會議發(fā)布的“MINT教育建議”也提出，要使用數(shù)字化教學(xué)和學(xué)習(xí)機(jī)會，保障科學(xué)教育質(zhì)量，具體措施包括：繼續(xù)實施“數(shù)字世界中的教育”戰(zhàn)略，尤其是“數(shù)字世界中的教與學(xué)”補充戰(zhàn)略；培養(yǎng)相關(guān)數(shù)字技能；使用適合教學(xué)的數(shù)字工具如數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)等來支持教學(xué)和學(xué)習(xí)；利用數(shù)字化潛力發(fā)展創(chuàng)新教學(xué)形式；促進(jìn)數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境的使用，如學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)、智能輔導(dǎo)系統(tǒng)等；促進(jìn)使用數(shù)字教育媒體，特別是開放教育資源作為學(xué)習(xí)對象和學(xué)習(xí)工具；采用有針對性和反思性的方式將人工智能納入MINT教學(xué)等。

　　例如，德國巴登-符騰堡州州立媒體中心代表州文化部，為該州小學(xué)配備機(jī)器人設(shè)備，并提供個性化的培訓(xùn)和教材?！靶W(xué)機(jī)器人”計劃是該州文化部“數(shù)字學(xué)校”創(chuàng)新計劃的一部分，預(yù)計到2026年總計投入1600萬歐元，旨在將機(jī)器人技術(shù)融入課程，幫助小學(xué)生為數(shù)字化未來做好準(zhǔn)備。2024年6月，該州文化部向斯圖加特祖文豪森區(qū)的蒙特梭利小學(xué)移交了第一套機(jī)器人設(shè)備。小學(xué)生們立即開始嘗試用樂高積木、電機(jī)和傳感器來構(gòu)建不同類型的機(jī)器人，然后使用平板電腦對其進(jìn)行編程。以機(jī)器人學(xué)習(xí)為支點，撬動起MINT學(xué)科專業(yè)學(xué)習(xí)，促進(jìn)小學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)，使他們可以通過貼近生活的方式應(yīng)用數(shù)學(xué)概念，探索科學(xué)原理，培養(yǎng)編程和使用數(shù)字工具等數(shù)字技能。截至2024年底，德國巴登-符騰堡州共有404所小學(xué)參與“小學(xué)機(jī)器人”計劃，MINT教育范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

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《中國教育報》2025年02月13日 第04版