DOI:10.16298/j.cnki.1004-3667.2018.08.12

摘  要

长足进步，但仍存在一些问题，导致本科生实践能力和创新能力不足，跨界能力和适应能力偏弱，无法适应社会快速变革。要从根本上解决上述问题，行业特色型高校有必要引入STEM教育。对我国35所工科行业特色型高校本科生开展实证调查的结果显示：工科行业特色型高校的本科生总体接受STEM教育，并且STEM学习意愿强烈；学生的STEM学习在性别、年级、毕业去向、认知经历、学校类型等多个因素上存在显著差异；学生的STEM学习收获受STEM学习方法、学习目标、学习内容、学习意愿等因素的影响。

关键词

STEM教育；行业特色型高校；人才培养

一、问题提出

当前世界范围内兴起了新一轮产业变革和科技革命，我国也提出了创新驱动发展、“中国制造2025”等重大战略，以新技术、新业态、新产业为特点的新经济应运而生，这为行业特色型高校的教育改革与发展提供了难得的机遇。对于围绕产业结构建立和发展起来的行业特色型高校来说，他们与经济社会发展联系密切，具有行业特色鲜明的学科优势，擅长解决行业技术难题且实践经验丰富，为行业企业培养了大量专门人才，对国家创新体系建设具有不可替代的作用。多年来，我国行业特色型高校人才培养虽然取得了长足的进步，但也存在一系列突出问题，主要表现为“四过”：①办学定位过于同质化，片面强调向综合性、研究型大学转型；②优势学科过于单一，基础学科薄弱、新兴交叉学科培育拓展能力不足；③过于去行业化，与行业企业联系弱化，行业部门和企业支持高校开展人才培养的意愿和责任感下降；④过度专注于培养学生特定的学科专业技能，对通用能力重视不够，难以适应新时期多样性复合型人才需求。这些都导致了行业高校的学生实践能力不强，创新能力不足，跨界能力和适应能力很弱，无法适应社会快速变革。

为培养适应新经济发展需要的工程技术人才，行业特色型高校工程教育有必要引入STEM教育理念。STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics）教育是由美国发起、主导并在全球兴盛的一项教育改革运动。STEM教育的核心理念是将科学、技术、工程学及数学的内容进行跨学科的有机整合，强调综合性，重视学科交叉和知识融合，以培养学生解决问题的能力、创新的能力、跨界的综合能力。STEM教育不但可以发挥行业高校的传统优势，而且能够弥补传统行业高校人才培养的弊端。因此，引入STEM教育极具适切性。

二、研究设计

　　1. 研究假设。STEM教育起源于美国，已从本科下延至K12阶段并扩展到全球，已经超越了具体学科，成为一种新的教育理念。在跨学科整合上，有“学科知识整合取向”“生活经验整合取向”“学习者中心整合取向”三种类型。可以说，STEM教育是“一种重实践的跨学科政策的教育理念和教育模式”。STEM教育的提出，使传统理工科教育不再停留在单一学科内部，而是打破学科壁垒，采取更加灵活的学习方式，让学习者在真实情境下深度学习，这有利于创新人才的培养。值得注意的是，STEM教育不是针对某个学科或学段的教学改革，而是涉及整个学校系统，如学校办学定位与目标、教学活动、教学管理、条件保障等，甚至还有学校外部的政府政策和行业企业合作等方面。因此，应以整体性和系统性方式探究工科行业高校人才培养改革。

　　基于此，本研究提出3个基本假设，其中，第一个为前提性假设，第二个和第三个为验证性假设。

　　假设1：STEM教育能应对学科割裂所造成的学生实践能力、创新能力和跨界整合能力缺乏的现状；假设2： 工科行业特色型高校的本科生总体接受STEM教育，但不同背景的学生对STEM教育的态度有差异；假设3：学生STEM的学习收获受STEM学习目标、学习内容、学习方法等因素的影响。

　　为了进一步证实上述假设，本研究对我国35所工科行业特色型高校本科生开展了调查。

　　2. 问卷设计。①问卷围绕工科行业特色型高校学生对STEM教育理念的认同和感知程度，以及STEM视角下学生学习的实际状况两个层面进行总体设计。②本研究将STEM教育的内涵界定为跨学科、科教融合、数理基础3个方面，问卷在此基础上主要针对学生实践能力、创新能力、跨界整合能力设计题项。③综合众多学者对人才培养模式的内涵界定，问卷中包含了培养目标、学习内容、学习方法、学习效果、条件保障等人才培养的基本要素。④STEM教育对于学生来说是一个崭新的教育理念，因此问卷中设置了学生STEM学习意愿的题项，旨在考察学生是否愿意接受STEM教育并主动参与STEM学习。

　　问卷第一部分为学生的学校名称、性别、就读年级等基本信息，第二部分每个题目采用李克特量表法编写，根据学生对各题项的感知程度分为“完全不符合”“基本不符合”“不确定”“基本符合”“完全符合”5个等级，并依次赋分1~5分。

3. 研究样本。调查采用网络问卷和纸质问卷，对全国35所工科行业特色型高校的本科生进行随机抽样，调查在2017年10~12月进行，期间共发放问卷4240份，回收有效问卷3950份，有效回收率93.16%。其中，一流大学建设高校、一流学科建设高校、非“双一流”建设高校的抽样数比值约1∶2∶1；男女比例为2∶1，且均匀分布在这些高校的大一至大四；有过辅修和创新实践比赛经历的学生约占一成。抽样结果与现实情况基本相符。（见表1）

　　4. 研究工具。问卷采用SPSS22.0进行数据分析。信度方面，整个问卷的α系数为0.945，内部一致性很高。效度方面，问卷的KMO值为0.948，显著性概率值P=0.000<0.05，累计方差贡献率达64.059%，非常适合做因子分析。采用主成分分析方法抽取因子，将特征值大于1作为选择因素的标准并进行最大正交旋转，同时参照碎石图确定项目抽取因子的有效数目。最终确定为6个因子，分别命名为：STEM学习目标、STEM学习意愿、STEM学习方法、STEM学习内容、STEM学习收获、学校教学支持，每道题目在相应因子上的负荷处于0.613~0.801之间。筛选后问卷整体信度0.933，各维度信度在0.813~0.888之间。

三、研究结果与分析

1. STEM教育视角下工科行业特色型高校本科生学习现状透视。研究发现，6个因子中，学生对STEM学习意愿认可度最高（均值3.95），对STEM学习目标（均值3.83）、STEM学习内容（均值3.80）和学校教学支持的感知度（3.83）较高，对STEM学习收获的感知度（3.26）普遍较低，对STEM学习方法的感知度（3.20）最低。

　　从STEM学习意愿上看，绝大多数学生认同“以学生为中心”的研究性学习。有68%~82%的学生喜欢参与性强的课堂氛围、喜欢参加各类创新实践比赛、愿意积极参加老师的项目、愿意积极参加企业实习，有近80%的学生认为“应增加实践教学的比重”。

　　从STEM学习目标上看，75%的学生希望掌握扎实的数理等知识并且具有一定的科研能力，成为专业基础扎实，具有跨学科、跨领域能力的复合型人才。对于“我愿意接受STEM教育”，有57.7%的学生明确表示愿意，32.1%的学生表示不确定。

　　从STEM学习内容上看，64.2%的学生认为教师讲课能涉及多学科知识，70%以上学生表示教师讲课能联系生活实际，涉及本专业发展方向和行业动态。

　　从学校教学支持上看，64.5%的学生感受到了“以学生为中心”的教学管理。80%左右的学生认为学校鼓励学生参加实践创新竞赛，并且有支持本科生科研的政策和资金，64.9%的学生体会到了学校鼓励本科生跨学科学习，但只有50%的学生认为学校提供了企业实习的机会。

　　从STEM学习收获上看，学生的感知得分普遍偏低。54.1%的学生感觉自己具备人文基本素养，40%的学生认为自己已具备解决问题和创新能力，认可自己数理基础的学生仅占39.6%，只有约32%的学生认为自己具备一定的跨界整合和科研能力。学生STEM学习意愿与学习收获之间相差较大，恰恰反映出学校现有的人才培养在一定程度上存在问题，使学生无法达到预期目标。通过访谈我们了解到两个主要原因：一方面是学生还没有找到适合自己学习发展的路径，因此对自己学习收获的感知度较低，认为与学习目标的差距较大；另一方面是学校虽然提供了一系列教学支持政策，但没有惠及所有学生，教育资源的有效利用率低，同时与学生STEM学习意愿的匹配度不高，不能满足学生成长发展的需求。

　　从STEM学习方法上看，各题项均值都很低，表现在3个方面。①企业实习。学生“有过在本行业企业实习的经历”得分仅为2.79。②创新实践。学生“经常参加创新实践比赛”的分值为3.12，而“学校鼓励我们参加实践创新实践竞赛”得分4.06，“学校有支持本科生科研的政策和资金”得分3.95。数据显示，学生参与创新实践的频率不高、连续性不强。③学习主体性。近一半学生在课堂的主动性没有充分发挥，约20%的学生在课堂上被动学习，30%的学生不清楚自己的课堂定位，仅45.5%的学生课程设计来源于企业真实问题或教师课题。

　　2. 不同背景的工科行业特色型高校本科生STEM学习差异性分析。

　　（1）性别差异。运用独立样本T检验分析方法比较不同性别的工科行业高校本科生的学习差异，分析发现，男女生在STEM学习意愿和STEM学习收获两个因素上存在显著性差异。女生的STEM学习意愿显著高于男生（Sig<0.01）。

　　（2）年级差异。不同年级的学生在6个因子上均有显著性差异。在STEM学习目标和STEM学习意愿上，大一（3.996）及大四（3.86）学生的STEM学习意愿显著高于大二（3.775）及大三（3.717）的学生（Sig<0.001）。在STEM学习内容上，大三（3.819）及大四（3.862）学生的得分显著高于大一（3.725）及大二（3.749）的学生（Sig<0.001）。在STEM学习方法和STEM学习收获上，大一至大四的得分逐渐增强。对于学校的教学支持，大一学生（3.942）最为满意，大四学生（3.881）其次，大三（3.761）及大二（3.738）的学生最不满意，他们之间都存在显著性差异（Sig<0.001）。

　　（3）毕业去向差异。毕业后不同去向的学生在STEM学习目标、STEM学习意愿、STEM学习内容、学校教学支持4个因子上均存在显著差异。在STEM学习目标上，继续深造学生（3.916）学习目标分值显著高于就业/创业的学生（3.645）和对未来不确定的学生（3.513）（Sig<0.001）。在STEM学习意愿上，继续深造的学生的STEM学习意愿得分（3.884）最高，对未来不确定的学生得分（3.657）最低。在STEM学习内容上，继续深造和就业/创业之间存在显著差异（Sig<0.001），继续深造的学生认为教师的授课更加贴近行业前沿知识，注重跨学科的综合问题。在学校教学支持上，继续深造的学生得分最高，对未来不确定的学生得分最低。访谈得知，选择就业/创业的学生更看重实践动手能力和解决实际问题的能力，目前学校在案例学习、动手操作、企业实习等多个实践教学环节都不能满足就业/创业学生的需求，导致他们对于学校教学支持的感知度显著偏低。

　　（4）认知经历差异。运用独立样本T检验分析方法比较分析可得，学生在创新实践、辅修、国外学习等经历的差异与学生对STEM学习的各因素态度差异呈正相关。分析可知，参加过创新实践比赛的学生，在STEM学习意愿、学习方法、学习内容、学校教学支持和STEM学习收获上的得分均显著高于未参加过创新实践比赛的学生；有辅修和国外学习经历的学生，在STEM学习方法和STEM学习收获两个因子上的得分均显著高于无经历的学生。

　　（5）学校类型差异。入选“双一流”建设高校的行业特色型高校学生的分值高于非“双一流”建设高校的学生。在STEM学习目标和学校教学支持上，一流大学建设高校和一流学科建设高校学生的分值明显高于非“双一流”建设高校。在STEM学习意愿上，一流学科建设高校大多优势学科较单一，学生渴望跨学科的多样性学习，所以对STEM学习意愿更高。一流学科建设高校的学生对STEM学习方法也更为重视，而一流大学建设高校学生对STEM 学习方法的重视程度相对较弱。在STEM学习收获上，一流学科建设高校的学生，能够很容易感觉到学有所获，而一流大学建设高校的学生STEM学习收获感最低。这可能因为，一方面一流大学建设高校的学生不重视STEM 教育；另一方面这些高校的学生素质更高，基础更好，对自身的要求也更高，因此很难感觉到有明显收获。

　　（6）行业高校行政归属差异。分析发现，不同行政归属的行业高校在6个因子上均存在明显差异性（Sig<0.001），教育部直属行业高校的学生的分值均高于地方管理行业高校的学生（Sig<0.001）。我国高等教育治理的一个重要特点是通过抓教育部直属高校带动其他各类高校发展，在这种治理体制下，教育部直属高校得到的社会支持最多，条件最好，生源质量也更高，学习效果也更好。值得注意的是，部委管理的行业高校的学生相对来说也拥有较好的资源，多个因子的分值显著高于地方管理的行业高校的学生。但在STEM学习方法上，部委管理的行业高校的学生显著低于地方管理的行业高校的学生（Sig<0.001），表现出学习方法的单一性。这可能因为部委管理的高校相对封闭和保守，对于新教育理念和教育方法不敏感。

　　3. STEM学习收获影响因素的多元回归分析。本科生学习效果影响机制是教育教学改革关注的焦点。基于此，本研究主要探寻工科行业高校本科生STEM学习收获的影响因素是什么，各因素怎样对本科生学习效果产生影响及影响程度。

　　本研究以STEM学习收获作为因变量，STEM学习目标、学习意愿、学习方法、学习内容、学校教学支持分别作为自变量，采用多层回归方法构建多元线性回归模型。回归分析结果显示，学校教学支持对解释STEM学习收获不存在显著作用，因此在分析中不做讨论，其他4个变量对学生STEM学习收获均存在显著的正向影响，最终求得回归方程为：

Y=0.753+0.227X1+0.046X2+0.449X3+0.086X4。各变量对STEM学习收获的影响程度是：STEM学习方法影响最为显著，其次为学习目标，接着是学习内容和学习意愿。

如表2所示，STEM学习目标对STEM学习收获具有较高影响。模型2和模型1对比可知，随着STEM学习意愿的引入，STEM学习目标对STEM学习收获的影响下降，但在模型3中引入STEM学习方法变量后，STEM学习目标的影响力上升（P<0.001），这说明，当学生有主动的STEM学习意愿后，成为具有跨学科能力的复合型人才这样的目标对于学生感知的STEM学习收获的影响变得很小，而当有具体的STEM学习方法出现后，学生又需要明确的学习目标对自身的学习进行引导。同时也发现学习目标中的“X1.4希望接受STEM教育”和“X1.2希望扎实掌握数理等基础学科知识”的解释力在4个模型中都有显著的贡献，在所有题项中贡献排名分列第三和第五。

　　STEM学习意愿对STEM学习收获具有较低影响。由模型2、模型4可以看出，学生愿意通过增加实践教学比重来增强STEM学习收获，相应的题目“X2.1愿意增加实践教学比重”在学习意愿变量中的回归系数最高（P＜0.001）。学生认为与不同学科的同学交流并积极参加各类创新实践比赛，对学习收获具有较弱影响（P<0.05），其他题项均不存在显著影响。

　　STEM学习方法对于STEM学习收获影响力最大。由模型3、模型4可知，STEM学习方法各题项均对学习收获产生显著影响，且在最终的模型中此变量的影响最大。其中，题项“X3.5 有在本行业企业实习的经历”在模型4中的标准回归系数为0.175，在所有题项中贡献排名最高，题项“X3.3 参加创新实践比赛”的标准回归系数高达0.150，在所有题项中贡献排名第二，“X3.2 与不同专业的同学交流合作”也呈现出较高的显著贡献（P<0.01）。

　　STEM学习内容对STEM学习收获的影响最小。就STEM学习内容看，只有题项“X4.1涉及多学科知识”拥有显著贡献（P<0.001），在所有题项中贡献排名第三，其他题项均不呈现显著贡献。

四、结论与建议

　　（一）结论

　　1. 学生普遍接受STEM教育，并且学习意愿强烈。总体来说，学生普遍接受STEM教育，学生STEM学习意愿强烈，也较为认可STEM学习目标、学习内容和学校目前提供的教学政策支持。但是对当前的学习方法不满意，而且现有的教学模式和方法让学生感觉学习收获很小。学生对STEM教育表示认可，表示愿意开展跨学科学习、赞成科教融合的理念和做法、认同数理等基础学科非常重要。学生达成学习目标的愿望非常强烈，他们清楚地知道自己想要什么；学生自主学习意识强烈，有创新实践精神，希望通过做中学尤其是实践教学来获得更多的实践性知识；学校已开始将跨学科、科教融合、做中学的理念贯彻在教学过程中，为培养创新实践人才提供多种形式的支持和保障。但是学生的企业实习经历普遍偏少的问题较为突出，以学生为中心的课堂教学模式并未充分应用，教师本位的传统教学模式仍占主导地位，同时学生真题真做的课程设计还不普遍，这些都不利于提高学生解决实际问题的能力。

　　2. 学生的STEM学习在性别、年级、毕业去向、认知经历、学校类型等多个因素上存在显著差异。①性别方面。女生的STEM学习意愿显著高于男生，男生对学习收获的自我感知度显著高于女生。②年级方面。在STEM学习目标、STEM学习意愿及学校教学支持3个因子上，大二和大三学生缺少对更高学习目标的追求，缺乏学习兴趣与主动性，对学校的教学支持举措呈现出明显的不满意。③毕业去向方面。继续深造的学生学习目标明确，积极主动获取知识和能力为深造打基础；就业/创业的学生更加注重实践能力和解决问题的能力，他们认为多参加实践活动可以为就业积累经验；对于未来不确定的学生在多个因素当中得分都显著偏低。④认知经历方面。学生的创新实践、辅修以及国外学习等多样化的认知经历都能有效地促进STEM学习，他们的STEM学习意愿更强，STEM学习方法更加灵活多样，STEM学习收获感更为明显，同时能够更敏锐地把握和用好学校的教学支持政策。⑤学校类型方面。入选“双一流”建设高校的行业特色型高校的学生在STEM学习各因素的分值均高于非“双一流”建设高校的学生。

　　3. 学生的STEM学习收获受STEM学习方法、学习目标、学习内容、学习意愿等因素的影响。本科生STEM学习收获的影响因素中，STEM学习方法影响最大，STEM学习目标、STEM学习内容、STEM学习意愿对学生的学习收获也构成影响，学校教学支持对学生学习收获没有显著影响。在STEM教育视角下，学生对当前的学习方法满意度低，学生对“增加实践教学的比重”呼声最强，反映出工科行业高校甚至大多数工科高校实践教学比重偏低、实践实习机会少、工程训练不足等普遍存在的问题，高校积极改进教学方法已刻不容缓。

　　（二）建议

　　1. 加强政府系统引导，做好国家顶层设计。政府应发布STEM教育的指导性文件，确立STEM教育的重要战略地位。清晰定位STEM教育目标，明确各级部门和不同高校应承担的责任和发展方向，促使各级政府有计划地实施推进。

　　2. 行业特色型高校应系统引入STEM教育，强化STEM教育意识。行业特色型高校应系统引入STEM教育，正确理解和传播STEM教育理念及内涵，要深刻认识到STEM教育是一项政府、学校、行业、企业、社会团体共同参与、努力的系统工程。

　　3. 整合课程资源，开设综合性课程。首先，学校应适时修订培养方案，合理设置学时学分，整合相关课程内容，增加选修课力度；其次，建设课程资源平台，开发一批行业特色鲜明、紧跟国家发展战略、整合学科专业的综合性跨学科的STEM课程。综合性STEM课程，重点在于综合运用多学科知识和技能解决现实问题，以培养学生的创新精神和解决实际问题的能力，同时凸显与真实世界和未来职业紧密联系的特征，主要通过项目融通课程内容。

　　4. 开展以科教融合、产教融合为核心的STEM教学。一是以学生为中心，开展基于项目设计的科教融合，建立“科研-教学-学习”的联结体，多采用研究性教学、项目式教学，鼓励跨学科整合，开展情境化教学，充分发挥学生的主体作用；二是加大实践教学的比例，为本科生创设STEM学习空间，让学生“做中学”；四是注重产教融合，利用行业办学的特色优势，深化校企协同育人机制，依托行业企业优势资源，为更多的学生提供企业实习实践的机会。

　　5. 提高高校STEM教育政策与学生需求的匹配度，实现STEM的育人目标。高校应充分了解学生的发展需求，制定与培养目标相匹配、有利于广大学生的教育教学管理制度，同时针对不同类别的学生采取相应的政策措施保障学生STEM学习的适应性，要加强学业发展规划与引领，有针对性地为不同学生设计发展路径。学校各部门多方联动，多措并举，营造STEM学习的良好氛围，为学生提供多种不同的环境以及更多样化的认知方式，真正激发学生STEM学习的持续行动能力，实现STEM的育人目标。

作  者

白逸仙，华北电力大学教务处副研究员，北京　102206；邓艳明，华北电力大学教务处工程师，北京　102206

成润坤、樊伟光同学参与了课题研究，特别是对数据处理等工作做出了重要贡献，在此致谢！

原文刊载于《中国高教研究》2018年第8期第68-73页

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