STEM教育作为跨学科综合教育的有效形态，其重要性已被世界各国广泛认知。从国家层面来看，STEM目前已经进入到我国国家课程标准之内。2017年教育部印发的《义务教学小学科学课程标准》中，特别把STEM教育列为新课程标准的重要内容之一。我们研究团队对于STEM教育的研究成果，以《中国STEM教育白皮书》的形式呈现给大家，并主要从三个方面进行总结：中国STEM教育提出的背景、中国STEM教育实施的成效及存在的问题和中国STEM 2029创新行动计划。
一、中国STEM教育背景
(一)时代背景
从时代背景来看，目前我们处在一个技术高度变革的时代，从互联网、物联网、人工智能到智能制造，所有这一切不仅改变了我们的生活方式，也改变了我们的生产方式，特别是对于未来的就业和产业发展所需要的人才提出了新的要求。
在这个过程中，未来的人才竞争主要是知识技能的竞争，各国都非常重视人才的培养。但是各自采用的方法手段有所不同。从国际经验中，我们可以看出STEM教育作为培养学生探究能力、批判思维能力以及与人沟通的能力的载体，具有非常好的效果。因此，在这个时代背景下开展STEM教育非常重要。
(二)国际背景
目前，全球各个国家正在进行新一轮的技术革新和产业升级。在新的产业升级进程中，到底谁能够胜出？在目前全球竞争力指数中，美国排名第三，英国排名第七，德国排名第五，芬兰排名第十，以色列排名第二十四，中国排在第二十八位。
在全球创新指数排名中，美国依然排第三位，英国第四位，芬兰第八位，德国第九位，以色列第十位，中国排在第二十二位。即使是目前在全球竞争中排在前列的国家，他们依然非常有危机意识，纷纷出台了很多政策，以提高国家竞争力。很多国家都是从国家安全、国家竞争力的角度来看待STEM人才的培养。
早在20世纪80年代，美国就提出了STEM教育。1986年，美国国家科学委员会发表了《本科的科学、数学和工程教育》报告，被认为是美国STEM教育的开端。2017年《美国竞争力计划》提出，知识经济时代培养具有STEM素养的人才是具有全球竞争力的关键，并大力加强了对STEM教育的投入。最近，美国又出台了《STEM 2026》，对于STEM教育在未来十年的发展提出了新的愿景。
除美国之外，英国在2002年的时候就已经把STEM教育正式写入政府文件，2017年1月又出台了《建立我们的工业战略绿皮书》，这份报告中提出，在英国的现代工业战略中，技术教育是核心，同时还将促进数学教育的发展和解决STEM技能短缺问题。德国2008年制定了《德累斯顿决议》，将MINT教育列为教育发展重要目标。芬兰是一个创新性很强的国家，他们历来非常重视做中学，早在上世纪90年代就出台了LUMA计划。LUMA是芬兰语的STEM，这项计划的目标是加强STEM(科学、技术、工程、数学)教育实践和加强学生对这些学科的学习兴趣。
(三)社会经济发展背景
从社会经济发展情况及产业人才的情况来看，主要有两个方面：首先，中国人才竞争力有待提高。中国目前劳动力数量排名世界第一，经济总量处于世界第二，而百万人研发人员的数量在120多个国家中排在第46位，其实是比较靠后的。我们要实现社会经济转型，对人才结构则提出了更高的要求。其次，社会经济转型对人才结构提出更高的要求。中国的人才数量是在逐步增长的，但是我们的人才结构是有缺陷的。在《世界人才报告》中，“熟练工人的可获得性”、“金融人才的可获得性”、“高级管理人才的可获得性”、“语言人才满足企业需求的程度”、“高级管理人员国际经验”等指标在61个国家中全部位列40位以后。
在这样的背景之下，中国要想实现中国梦，实现产业结构升级，STEM教育就变得尤为重要。中国在2015年的时候提出“中国制造2025”，即2025年达到制造业强国，在2035年达到世界制造阵营中的中等水平，到2049年，新中国成立百年的时候进入综合实力世界制造强国。在2016年颁布的《国家创新驱动发展战略纲要》中，也提出国家发展要三步走：2020年要进入创新型国家，2030年要跻身创新型国家的前列，到2050年要成为世界科技创新强国。所有这些战略的实现都需要人才的支撑。从中国目前的人才情况来看，创新型人才、高水平技能的人才会成为我们经济转型的瓶颈。从这组数据可以看到，到2025年，在我们未来发展比较重要的几个领域中，人才缺口是非常大的。这也是为什么在今天我们必须加强理工科人才的培养，不仅仅是在新兴领域专业方面的人才数量与结构，更重要的是人才质量。
二、中国STEM教育现状
(一)成效
中国STEM教育虽然是新生事物，但也不是无本之木。STEM教育在中国的发展也有历史的传承，取得了很多成就。我们总结为：开创了新局面，支撑了新发展，明确了新定位。
1.开创新局面
STEM教育在中国的实践虽然刚刚兴起，但是在几个方面目前已经能够看到成效。
第一，各地正在积极探索STEM教育的推进方式，深圳、江苏、成都等地均出台了政策文件，开展STEM教育项目或开设STEM课程。第二，全国各地一批STEM教育机构正在逐步地发展。目前，社会上涌现出了很多有影响的STEM教育机构和组织，如上海STEM云中心、中国STEM教育协作联盟等。第三，基于问题的教学方法、基于项目的教学方法、基于真实环境的教学方法等STEM教育常用的教学方法在一些学校开始实践与推广。第四，一些比较优秀的高中和高校相结合，落地了一批STEM主题实验室。
2.支撑新发展
中国STEM教育的研究也逐步呈现出繁荣的趋势。
第一，研究数量迅速攀升。2001年1月-2017年5月，以“STEM教育”为关键词，在知网上共查到682条记录，并且在年度上呈现为逐年增长的趋势。在2016年左右有一个爆发时期。为什么会出现这个现象？因为2015年STEM与创客写入了中国教育信息化的政策文件中，此后，对STEM的研究也呈现爆发性的增长。
第二，从研究层次来看，以基础研究为主流，同时呈现多样化的态势。在相关的研究文献中，有213篇属于基础研究(社科类)，高等教育有56篇，基础教育25篇，行业指导27篇，政策研究15篇。
第三，从研究机构分布来看，华东师范大学发布的相关论文数量最多。华东师范大学发表的STEM教育相关研究的论文数量远远超出其他单位。
第四，从研究类别来看，主要集中在教育理论、中等教育和高等教育方面。中国STEM教育类别最多的为教育理论与教育管理，占比36%；其次为中等教育，占比24%；排在第三位的为高等教育，占比15%。
第五，在研究内容上，创客与STEM研究相互交织，美国STEM教育研究占很大比重。美国是最早开始重视STEM教育的国家，而且有系统化的政策、课程、师资培训以及资金的配套。所以，中国在开始做STEM教育的时候，主要会先从研究美国开始，并进行了很多的引进工作。
3.明确新定位
明确新定位，STEM教育被纳入国家发展政策。
第一，在国家战略政策中虽然没有直接写明STEM，但是在内容上体现了STEM的内涵。2006年《国务院关于实施〈国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)〉若干配套政策的通知》中指出：“大力倡导启发式教学，注重培养学生动手能力，从小养成独立思考、追求新知、敢于创新、敢于实践的习惯。切实加强科技教育。”
STEM教育虽然没有明确写入国家政策文件，但是政策是非常鼓励STEM教育的。在2006年的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中，提出要开发启发式教学，要注重学生的动手能力。这也正是STEM教育所倡导的理念。在2016年全民科学素质行动计划纲要中，提出要完善科学体系。这对于STEM教育的发展也指出了明确的方向。
2016年国务院发布的《全民科学素养行动计划纲要实施方案(2016-2020年)》提出，在义务教育阶段要基于学生发展核心素养框架，完善中小学科学课程体系。研究提出中小学科学学科素养，更新中小学科技教育内容，加强对探究性学习的指导；在高中阶段要鼓励探索开展科学创新与技术实践的跨学科探究活动，同时规范学生综合素质评价机制，促进学生创新精神和实践能力的发展。
第二，科学教育政策非常重视STEM教育。科学教育的政策分为两个阶段。从相关的政策文本来看，早期我国的STEM教育更多地体现在对综合课程的倡导上。例如，1999年《中共中央国务院关于深化教育改革，全面推进素质教育的决定》提出，要改变课程过分强调学科体系、脱离时代和社会发展以及学生实际的状况，加强课程的综合性和实践性，重视实验课教学，培养学生实际操作能力。从新时期的政策来看，我国STEM教育的实施则更多体现为科学课程。例如，按照2017年教育部印发的《义务教育小学科学课程标准》，小学科学课程的内容主要包括物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个领域；同时，该标准指出，小学科学课程是一门实践性课程，也是一门综合性课程。
第三，教育信息化政策明确了STEM发展的任务。2015年，教育部在《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见(征求意见稿)》中首次提出要“探索STEM教育、创客教育等新教育模式”。2016年，教育部在《教育信息化“十三五”规划》中进一步要求：“有条件的地区要积极探索信息技术在众创空间、跨学科学习(STEM教育)、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展，发挥信息化面向未来培养高素质人才的支撑引领作用。”
(二)问题和挑战
中国目前的STEM教育面临着很多问题和挑战。主要有以下几个方面：
第一，中国STEM教育虽然呈现一个非常繁荣的态势，但是我们还缺少国家顶层的设计。第二，我们的社会联动机制不够健全，各部门之间相对来说比较割裂。虽然仅从内容上看，STEM教育目前从幼儿园到高中，每一个阶段都是存在的，但是目前各阶段的内容不连贯，没有完整打通的整体框架设计。因此，在知识和能力方面都缺乏递进的连续性培养。第三，标准和评估机制尚未建立。目前STEM教育可以说是百花齐放，其实也是鱼龙混杂。课程与产品缺少标准和认证，学校不知道该如何选择。因此在标准和评估机制方面，我们还需要进一步完善。第四，在师资队伍方面，我们目前并没有做好准备。目前，中国的大学没有专门培养STEM教师的专业。我们的教师是按照分学科的模式培养的，但是STEM教育更加强调综合性和跨学科，我们缺少能够把学科整合、进行综合教学的师资准备。第五，我们缺乏国家示范项目的引领。STEM教育在中国还在起步阶段，很多学校和教师都还处在迷茫状态，不知道该如何做，国家示范项目对于希望开展STEM教育的学校会起到更好的引领作用。
三、中国STEM教育2029创新行动计划
面对STEM教育存在诸多问题与挑战，我们制定了“中国STEM教育2029创新行动计划”。该计划是专家学者们共同针对中国国情所提出的对未来十余年STEM教育的展望，对STEM教育普及具有明确的指向性，也将提供具体实例来帮助应对目前STEM教育所存在的挑战。
为什么定在2029年？因为2049是新中国成立百年，新中国成立百年的时候，中国要建成世界创新型国家。为了实现这一目标，人才的培养需要有提前度。我们希望从现在行动起来，到2029的时候，我们将能够培养出一批创新型的人才。我们希望通过未来十几年的努力，能够让中国涌现出更多的具有国际竞争力的STEM方面的创新人才。
在讨论创新行动计划之前，先来了解在中国背景下对STEM教育内涵的认识。通过研究，我们可以看到，世界上对于STEM的认知并不相同，而且是一个动态的不断变化的过程。我们认为，STEM教育在中国当前的背景下的内涵有五个方面：
第一，我们认为，中国的STEM教育应该纳入国家创新人才培养战略。
第二，我们认为，在中国，STEM教育应该是一场国家终身学习运动。
第三，我们觉得，STEM教育是跨学科、跨学段连贯的课程群。
第四，我们认为，STEM教育是面向所有学生的，培养综合素质的这样一个载体，也是培养学生21世纪技能的载体。
第五，STEM教育应该是全社会共同参与的教育创新实践。
在“中国STEM教育2029创新行动计划”中，我们认为应该遵循如下指导原则：
第一，开放原则。STEM是一个全社会共同参与的项目，所以我们在各方同意的情况下，自愿推动知识的扩散和技术转移。
第二，技术合作。我们希望通过政策对话，共享最新的案例和经验，以及应对全球共同挑战，来鼓励全面与各方进行合作。
第三，协同原则。我们鼓励增强各行动组成员创新体系内的协同合作，构建活力、合作、包容的新STEM生态系统。支持市场竞争、可预测性以及良好的基于实证的政策制定和监管问责机制。
第四，包容原则。我们鼓励采取行动，尽最大可能为弱势群体提供STEM教育和其他机遇，促进教育公平。
第五，创新原则。我们鼓励建立STEM创新学习生态体系，为学生提供一种多元的个性化学习空间。
“中国STEM教育2029创新行动计划”的主要内容有七个方面：
第一，促进STEM教育政策顶层设计。从国际经验来看，STEM教育取得成效的国家均有顶层设计，这一点非常重要，只有在国家层面上有了顶层设计，才能把我们的教育和国家战略、人才战略密切结合起来，才能打通学段。从国家层面顶层设计，统筹考虑国家产业发展、人才储备、各级各类教育，形成需求、政策、制度、内容、评估、经费相配套的一体化战略，既能有目的地培养创新型人才，也能提供适宜于创新人才成长的环境，同时有吸纳世界优秀人才来华的政策。只有这样，我们才能在人才竞争中保持优势，早日建成创新型国家。
第二，实施人才培养畅通计划。STEM教育应该是终身教育，是从小到大的学段贯通的。否则，就缺少连续性，如果低端没有做好兴趣的培养和技能的储备，那么在高端开设的课程就会缺乏知识和技能基础。我们目前最大的问题就是我们的学段之间相互割裂，没有把我们的课程做成一个体系。这是我们未来要改变的事情。注重培养中小学生学习STEM的兴趣，奠定必要的基础；引导职业学校学生树立工匠精神，强化STEM技能技术训练；鼓励大学生积极投身STEM领域，提高科技创新能力和就业创业能力。完善STEM教育课程教学体系，促进各学段STEM教育的有效衔接，打通学生成长关节，疏通学生学习渠道，融通学生学习内容。
第三，要建立资源整合和师资培养的平台。我们将成立专业STEM教师发展平台，吸引全国高校及地区教师培训机构加入共同打造STEM师资培训高地。同时，我们拟以“大中小为核心，政府干预，第三方积极协助”的合作模式促进STEM教师的专业发展。
第四，建设STEM教育相应的标准与评价体系。标准是推动STEM教育有序发展的保证。无论是课程标准，还是STEM教师的指导纲要，以及目前我们的各类产品和服务，都应该有相应的标准才能够有序地推动STEM教育的发展。为此，我们将在国际经验基础上，结合中国实际，与中小学、社会机构等联合开发符合中国未来创新人才发展需求的课程、教师、产品、服务等标准，并建立科学的评价体系，促进中国STEM教育的有序与高效发展。
第五，打造一体化STEM教育创新生态系统。因为STEM教育不是单一的一个机构所能完成的，全社会各机构应该共同努力形成合力，所以应该是一个创新协作的生态系统。我们愿与各种社会力量协作，建立基于地区特色的STEM实践社区。同时，我们倡议博物馆、青少年宫、科技馆、数字媒介等社会机构积极开放空间，成为STEM教育非正式学习的组成部分。我们也倡议媒体加强STEM教育的宣传报道，推动形成全社会重视的STEM育人环境，构建一体化STEM创新生态系统。
第六，我们要打造服务经济的教育与人才战略高地。这也是我们开展STEM教育最核心的一个目标，希望为整个国家人才培养战略服务。推动全社会统一思想和认识，确立以科技人才和创新创业人才为主的创新型人力资源在国家未来发展中的战略地位；动员全社会资源在共识基础上的积极参与、交流协作和多元投入；以推动创新型人才培养和工程教育、创新创业教育为抓手，加快我国教育和科技体制改革步伐。
第七，我们要推广STEM教育的成功模式。STEM教育的实施是一个系统性工程，靠自我摸索需要花费很大的功夫。为此，我们一方面通过借鉴国际经验指导一些学校进行STEM教育的系统实验，成功后向其他学校进行推广；另一方面，我们也会总结现有一些STEM教育做得比较好的案例，进行经验介绍，进行模式推广。
我们愿与各方一道，以服务国家创新发展战略为宗旨，整合社会资源，建立一个政府部门、科研机构、高新企业、社区和学校相融合的STEM教育生态系统，打造若干理念先进、特色鲜明、质量领先的STEM教育示范基地，培养一批国家创新人才。