幼兒園開展STEM教育的途徑和方法

美國哈佛大學教育研究生院　郝和平

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幼兒園開展STEM教育的途徑和方法

美國哈佛大學教育研究生院郝和平

STEM是由科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineer）和數(shù)學（Mathematics）這四個學科的英文單詞第一個字母構(gòu)成。STEM教育在美國政府的大力推動下，已經(jīng)成為美國教育界的一個熱門課題。近年來隨著中小學STEM教育的深入開展，美國幼兒教育界也在關(guān)注STEM教育。幼兒園如何開展STEM教育？辛辛那提大學莫牧教授提出四個實施STEM教育的途徑和方法，即通過建立STEM學習中心，在日常教育活動中、在戶外活動中及在項目活動中開展STEM教育。

一、建立STEM學習中心

在教室里設(shè)立STEM學習中心是開展STEM教育的一個有效途徑。STEM學習中心由科學角改建而來，也可以根據(jù)STEM的課題臨時連接建構(gòu)區(qū)與科學活動區(qū)，或美工活動區(qū)。除了科學和數(shù)學的材料，STEM學習中心應包含技術(shù)工具，以方便學習，如放大鏡、天平以及用于測量長度的尺子。一些技術(shù)設(shè)備，如計算機、數(shù)碼相機以及投影儀，把它們放在能夠得著的地方，以便在需要的時候，擴展或記錄學習。還可以提供一些與STEM課題有關(guān)的圖書和圖片，如幼兒在開展建筑工程活動時，可以提供建筑工程的圖片，看工程師是怎樣建造大樓的。STEM學習中心在教室內(nèi)的位置也很重要，最好附近有窗口，因為有些活動需要自然光線。此外，輔助物品，如喂鳥器、溫度計或窗盒花盆可以安裝在窗外，使室內(nèi)和室外的課程連接起來。明亮的STEM學習中心會吸引幼兒來參與活動。如果該中心設(shè)在教室的一個黑暗的角落里，孩子不太可能去探索它。

到目前為止，STEM教育指的是至少科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四種學科中的兩種整合，一般多是科學和數(shù)學的結(jié)合。建立STEM學習中心，教師要讓幼兒有機會考察與思考科學和數(shù)學方面的概念，并把這兩個學科結(jié)合起來。計劃時可以從科學或數(shù)學的課題開始，然后在目標和材料層次上把STEM的其他學科結(jié)合進來。其實很多幼兒園都有科學活動區(qū)（科學角，自然角等），在這些區(qū)角的基礎(chǔ)上很容易就可以改成STEM學習中心，開展STEM的活動。比如在自然角中放些測量的工具，如天平、量杯、尺子等，可以量量植物長高了多少，澆了多少量杯的水等，記在紙上，就可以把數(shù)學和科學自然地結(jié)合起來；也可以提供給幼兒數(shù)碼相機，讓幼兒記錄植物的變化，并把照片傳到電腦里展示和討論，就可以把技術(shù)結(jié)合進來；也可以提供一些綠色工程師工作的圖書，了解他們?nèi)绾伍_展美化城市的工程等。

STEM學習中心應包括一個小的桌面或平臺來存放材料，提供足夠的空間讓幼兒來探索。把科學角轉(zhuǎn)變成STEM學習中心的一個方法是引入一些易于整合STEM活動的材料。如提供一些斜面或斜板，幼兒想到的第一個活動就是讓東西從上面滾下來，這涉及到斜面的傾斜度與物體下滾速度的關(guān)系問題（物理），用幾個斜板來比較，就可以看到速度快慢與傾斜度的關(guān)系，思考斜面一端的高度與速度的關(guān)系問題（數(shù)學）；幼兒接著可能做更多的嘗試，如何連接幾個斜面讓物體滾動得更遠，這可能遇到斜面路徑的設(shè)計和斜面之間連接的技術(shù)問題和工程問題。可見，好的材料引入，可以讓幼兒在科學角展開STEM活動。當然，這些活動也可與建構(gòu)區(qū)結(jié)合起來，利用建構(gòu)區(qū)的已有材料，加上若干斜面就可以開展STEM活動。

STEM學習中心通常圍繞某個學科的課題。這些課題可以來自物理、生命科學、地球科學和數(shù)學（代數(shù)、幾何、數(shù)量和作業(yè)、測量和數(shù)據(jù)分析）。每個課題至少與一個其他的STEM學科整合，也有兩個到三個的整合。通過探究來學習是每個STEM學習中心的主要目標。

二、在日常教育活動中開展STEM教育

在日常教育活動中進行科學和數(shù)學教育的機會比比皆是，有些孩子發(fā)現(xiàn)有的課程活動特別有趣，所以教師要有意隨機展開科學和數(shù)學教育，這是很重要的。增加精心所選的材料可以擴展STEM的學習機會，促進高層次思維，并讓孩子們把科學、數(shù)學、工程和技術(shù)納入到他們的創(chuàng)造性活動之中。如滑輪是被廣泛應用的一個歷史悠久的技術(shù)發(fā)明，幼兒可以通過玩滑輪構(gòu)建重要的科學關(guān)系，包括認識滑輪的扭轉(zhuǎn)方向的能力。在一個建造的工程活動中，幼兒試圖在兩座樓之間傳送材料，采用滑輪來運輸，這時，他們不僅要考慮滑輪的運動方向，也要考慮繩子的長度，這樣，既涉及到物理問題（運動），又涉及到數(shù)學問題（長度）。這四個STEM領(lǐng)域的內(nèi)容都可以被整合到這個活動中。莫牧教授以烹飪、搭積木、感官探索桌、藝術(shù)和音樂活動為例闡述了在日常的教育活動中加強STEM學習的方法。

1.在烹飪活動中開展STEM教育

在烹飪過程中，兒童需要攪拌、混合、鋪展、傾倒并測量，用到一些簡單的工具，可以自然地把技術(shù)引入活動。使用簡單的機械也可以把烹飪活動與物理學聯(lián)系起來。而原材料的混合可以使幼兒看到材料混合后發(fā)生的變化，其中有些變化是可逆的，有些變化是不可逆的。例如，葡萄干和谷物的混合物可以被分離回其組成部分，一個打碎的雞蛋就不能返回到其原始狀態(tài)。加熱或制冷還會引起物質(zhì)的變化，幼兒可以通過觀察，獲得許多經(jīng)驗，對于孩子來說，烹調(diào)是化學的開端。數(shù)學也可以整合在烹飪活動中，如使用量筒來提供一定數(shù)量的成分，幼兒可能需要數(shù)多少湯匙（或杯）來滿足食物混合的需要。

2.在積木建構(gòu)區(qū)開展STEM教育

積木建構(gòu)區(qū)有豐富的STEM學習的機會。首先，孩子們可以像建筑工程師那樣體驗設(shè)計和創(chuàng)建各種建筑，它提供幼兒無數(shù)的機會來建構(gòu)物理知識。幼兒在建構(gòu)活動中會發(fā)現(xiàn)，寬的、平的底座要更穩(wěn)定；四個圓柱定位在一個長方形的結(jié)構(gòu)提供了平屋頂或地板的強有力的支持。許多幼兒可以發(fā)現(xiàn)兩個矩形板放置在頂部和垂直于那兩個板的四角撐起另兩個平行板的結(jié)構(gòu)，在這個結(jié)構(gòu)上可以構(gòu)建更高、更穩(wěn)定的塔。在建構(gòu)活動中，教師可以鼓勵幼兒建造斜面來試驗玩具汽車在斜面上的運動，這可以引入許多物理的概念，包括斜面的陡峭程度與運動速度的關(guān)系等。

幾何和測量也在積木建構(gòu)區(qū)隨處可以利用。孩子可以探索幾何體的性質(zhì)與功能，如圓柱體和長方體，用這些幾何形狀來滿足不同結(jié)構(gòu)的需要。教師可以和幼兒一起直接關(guān)注這些關(guān)系，使用一些有關(guān)的詞匯，如教師可以評論幼兒的建筑，“你有圓柱體在結(jié)構(gòu)底部，中間是長的矩形塊，小的矩形塊在上面?！弊層變鹤⒁獾轿恢煤头较颉７e木區(qū)也是建立測量概念的絕佳場所，幼兒會發(fā)現(xiàn)長的長方形板是短的兩個長，短的又是更短的兩個長。教師可以在幼兒沒有特定長度的板時，提醒他們可以用兩塊短的拼起來。

3.通過感官探索桌開展STEM教育

感官探索桌提供了一個研究地球科學的試驗環(huán)境。幼兒喜歡玩水，著迷于把水盛滿容器，看其形狀的變化。他們會把水倒入一個瓶子，看著水首先覆蓋容器的底部，然后開始向上移動，直到它充滿整個瓶子，緊接著，水漫過瓶口，從瓶子的口沿流下，幼兒可以不停地玩和觀看。當試管被加入到水桌來，幼兒會發(fā)現(xiàn)水集中在管子的下部，傾斜試管，水的形態(tài)會發(fā)生變化。提高和降低試管的端部，水會重新定位自身。在教師的引導下，幼兒可以發(fā)現(xiàn)流動的水有動力，可以讓水輪的齒輪轉(zhuǎn)動。水的運動與性質(zhì)是地質(zhì)學的重要概念。感官探索桌也可以試驗其他的材料，如沙子，來和水的性質(zhì)比較。幼兒可以把沙子倒在漏斗里，下面形成一個沙堆，而水就做不到。孩子們也發(fā)現(xiàn)沙子將不再通過漏斗，因為沙堆的頂端堵住了孔。當孩子把沙子倒進試管，它在試管的移動和水不一樣，它趨向于聚集在底部。幼兒可以用篩子玩沙子和石子，經(jīng)過搖動，沙子漏下了，石子卻留在上面。材料在自然界中的這種過濾是地質(zhì)學的一個重要過程。

數(shù)學也可以圍繞感官探索桌的活動進行，那些海貝、礦石都可以提供給幼兒分類的機會。幼兒可以根據(jù)它們的各種屬性：大小、顏色、結(jié)構(gòu)、紋理、形狀和殼的類型等進行分類。分類是建立數(shù)學概念的一個重要組成部分。幼兒必須制定和遵循一定的標準，并根據(jù)這個標準來進行分類，這有助于培養(yǎng)邏輯推理能力。感官探索桌還為幼兒提供了數(shù)學建模和解決問題的機會。教師可以提出問題，刺激幼兒的數(shù)學思維，如是否有足夠多的人來放在每艘船里？每艘船里放幾個人就可以使每艘船上的人一樣多？如果每艘船上有5個人，船會沉嗎……有經(jīng)驗的教師經(jīng)常提出各種問題來刺激幼兒的數(shù)學思維。

4.在藝術(shù)活動中開展STEM教育

藝術(shù)與科學中的生命科學、地球科學和物理學相聯(lián)系。與生命科學的聯(lián)系，教師可以引入植物材料，讓孩子們?nèi)谌胱约旱淖髌分?。例如，樹葉、干草、各種種子和堅果，可以用于做拼貼。松針、冬青葉和松果可加入冬季活動。羽毛、花瓣和彩色蛋殼可以創(chuàng)作春天的作品。利用植物來增強藝術(shù)體驗，不僅提高了孩子的創(chuàng)造力，也給幼兒提供了更仔細考察這些材料的機會。

許多幼兒經(jīng)常使用的美術(shù)材料都與地球科學有關(guān)。最明顯的例子是黏土，它是天然存在的礦物質(zhì)，可以讓幼兒發(fā)現(xiàn)濕潤黏土是柔韌的，可以被改變成許多不同的形狀，但是，一旦黏土干燥后，它就會變硬并保持其形狀。

幼兒在藝術(shù)活動中使用的工具也與物理學有關(guān)。如剪刀就是杠桿原理的一種應用，要是被切割的東西厚，就要把切割的對象移動更靠近支點，使機械效益增加，使得即使厚的材料，如硬紙板，也可被切割。鉛筆、蠟筆和顏料是美工活動中常用的工具，幼兒會發(fā)現(xiàn)H數(shù)高的，顏色越淺。紅、藍、黃三原色，結(jié)合可產(chǎn)生橙色、綠色和紫色等。

在美工活動中有許多數(shù)學教育的機會，如各種圖案、對稱和形狀都可能開展數(shù)學教育，如讓孩子們注意到他們的藝術(shù)作品中存在的一些模式。教師可能會說：“我看到你紙上的圖案，紅色、綠色和藍色，然后又是這樣排列的條紋，紅、綠、藍，紅、綠、藍?！痹谟變旱睦L畫中，可以發(fā)現(xiàn)許多不同的幾何形狀，如房頂?shù)娜切?，墻的長方形等，教師有意識地和幼兒談?wù)撨@些，有助于幼兒建立形狀的概念。

5.在音樂活動中開展STEM教育

音樂的許多方面都與物理學有關(guān)，它的聲音，樂器的制作等。如制作樂器的材料與發(fā)出的聲音有關(guān)，弦樂器上，按在不同的位置可以發(fā)出不同的聲音，仔細看弦在振動等，這都與物理學是密切相關(guān)的。幼兒在使用三角鐵、木塊、風鈴、罐、木琴等打擊樂器時，可以做許多與物理有關(guān)的實驗，如在打擊樂器后，用手按住，可以讓聲音停止（停止振動）。音樂的節(jié)拍是可以測量的，如數(shù)數(shù)幾個拍子，一個音有多長，等等，可以自然地引入數(shù)學教育。也可以提供材料讓幼兒制作簡單的樂器，如用紙盒與牛皮筋來制作“弦樂器”，用竹筒制作可以吹的管等，進一步探索聲音的特性。

三、在戶外活動中開展STEM教育

戶外活動中有很多進行STEM教育的機會，莫牧教授舉了一個例子：幼兒甲和幼兒乙各拿一個南瓜從教室出來到戶外，走到蹺蹺板旁邊，把南瓜放到事先準備好的盒子里，這兩個盒子分別放在蹺蹺板的兩端。幼兒乙那邊沉下去，“我的南瓜重！”幼兒乙驚呼?！安?，不是這樣”，幼兒甲不同意，“我這邊重，它翹起來了”。教師覺得這是一個進行STEM教育的好機會，就問：“要是幼兒甲坐上去，這邊重還是輕？”兩個幼兒都認為重，于是他們就做了個試驗，幼兒甲這邊沉下去了。他們立刻明白，蹺蹺板向哪邊沉下就是哪邊重。幼兒甲現(xiàn)在同意幼兒乙這邊的南瓜重。蹺蹺板本質(zhì)上是一個天平，幼兒常常感到困惑，到底哪邊較重。孩子們習慣的想法是高大的東西，比如大人，較重。

在室外環(huán)境中，孩子們可以觀察和研究植物的生長。他們可能會在玩蒲公英時，注意到植物的各個部分；也可能會看到苔蘚和各種花草之間的差異。在游戲場地里沒有空間做小花園，孩子們可以種容易搬運的盆栽植物。他們還可以觀賞附近的動物，如鳥、松鼠和昆蟲，并可以用喂鳥器裝食與它們進行互動，或觀察哪些食物螞蟻喜歡吃?；〞r間在操場上進行科學調(diào)查能夠幫助幼兒理解衰退和生長。

大動作探索：戶外游樂設(shè)備往往是大到足以讓孩子們用整個身體來探索。孩子們可以從輪胎秋千上擺動，像鐘擺一樣；體驗向上和向下像天平的蹺蹺板運動。這些經(jīng)驗可以幫助他們更好地理解他們在課室中使用的裝置，如鐘擺和天平。在戶外，幼兒可以用滑輪把物體高高吊起，也可以在更大的斜面上觀看物體的滾動，或者在三輪車后面拖一個小車，感受要使的力氣。戶外給予幼兒更多的空間，及和自然界接觸的機會，給予幼兒在課室里所不能獲得的經(jīng)驗，也給教師提供不同的整合STEM教育的機會。

四、在項目活動中開展STEM教育

許多幼兒園采用項目或主題活動，項目和主題活動本身就是綜合性的，整合不同科目展開。項目活動通常根據(jù)幼兒的興趣展開，都有考察的重點，存在很多機會來進行STEM教育，如在一個戲劇項目中，需要搭一個架子放幕布，這可能會涉及科學、數(shù)學、工程等有關(guān)的問題，如選擇怎樣的材料做支撐物，不讓幕布倒下來，這需要解決平衡問題（物理），了解材料的特性（科學），要測量幕布的長短并選用合適長度的材料（數(shù)學），還要做一個計劃來做一個放幕布的架子（工程）等。

莫牧教授以一個南瓜的項目為例說明如何在項目活動中進行STEM教育。這個項目是由教師把一個南瓜帶到教室開始的，當幼兒看見一個大南瓜擺在科學桌子中央，就很興奮?！澳銈冎滥瞎侠锩嬗惺裁茨兀俊苯處焼?。有些孩子之前在雜貨店看到過南瓜，但他們大多未見過南瓜的里面。“你們可以花一周來想想南瓜里可能有什么”，教師說，“然后把你們的猜測告訴我，我替你們寫到剪貼板上。到周五，我們將打開南瓜，看看到底什么在里面?！钡搅酥芪?，有各種各樣的預測，有少數(shù)兒童猜到里面是“種子”，或“黏糊糊的東西”。幾個幼兒認為里面有可能是“糖果”，因為他們通常在萬圣節(jié)看到南瓜。當打開后，幼兒驚奇地發(fā)現(xiàn)了南瓜里面的種子。他們幫助教師把種子取出來，用水洗干凈的同時對種子產(chǎn)生了濃厚的興趣。當教師問幼兒想要用種子做什么，幾個孩子馬上說，他們希望種下它們?！澳悻F(xiàn)在不能栽培它們”，一個幼兒說，“外面太冷了?！苯處熃ㄗh說：“我們可以將它們保存好，明年春天再種。”另一個幼兒說：“我們能不能栽在花盆里，把它們放到窗口呢？”教師認為這個建議不錯，教室的后墻是窗，有很多陽光?！拔覀?yōu)槭裁床粐L試呢？”他建議說，“我們現(xiàn)在種一些種子，看看它們的生長；我們甚至可以種到外面，看看太冷會不會妨礙它們成長；我們也可以保留一些，等到春天再種，看看那時種會怎樣?！庇變簾嶂杂诖讼敕ǎ芸炀烷_始了“南瓜的植物是什么樣子”的談話。

有的幼兒說種子將長成大樹，然后樹木生長出南瓜。有的幼兒說會看到綠色的葉子長出來，但南瓜會長在地下，像土豆一樣，看不到它們，因為它們在地下成長。也有幼兒說可能長得像一朵花，然后變成南瓜，這個說法遭到其他幼兒的質(zhì)疑，他們認為南瓜太大了，會把植物壓垮。在這個談話中，幼兒即在把做的與他們已經(jīng)知道的聯(lián)系了起來。這個南瓜項目的發(fā)展并不在教師的計劃之中，后來的發(fā)展完全是由南瓜的種子引起的，但教師很快找到了整合STEM教育的機會，并沿著幼兒的興趣發(fā)展南瓜的主題，他讓幼兒畫出他們認為南瓜子會長成什么樣子，開始思考他們的栽培計劃，并加以實施。在實施過程中，教師讓幼兒關(guān)注種子的種植、照看、澆水等（工程），觀察植物的成長，用筆畫下植物的變化（生命科學），也引入一些測量的工具，讓幼兒測量植物不同生長階段的長度、大小等。

這個例子表明，很容易把STEM教育整合到項目活動中，因為兩者都強調(diào)探究。幼兒在開展項目活動時往往會考察他們感興趣的事物，會提出他們的問題和假設(shè)，用材料試驗，觀察結(jié)果，并交流信息。這是科學探究的一部分。有的項目具有科學含量，如涉及氣候、植物、動物或機械的項目。有的項目似乎無關(guān)科學或數(shù)學，但也存在這些學科的整合，讓幼兒卷入了考察與探究的機會，如一個電影項目，需要為電影制作道具和布景，這個活動可能涉及到物理學、工程建筑、測量和技術(shù)的問題，幾乎可以囊括所有的STEM學科。

在項目開展的過程中，教師需要把幼兒學習的過程記錄下來，供進一步反思，查看哪些任務(wù)已經(jīng)完成，結(jié)果如何，這是科學家和幼兒的考察工作的一個重要組成部分。一個項目的軌跡是在不斷變動的，教師有時需要幾天的喘息時間再繼續(xù)項目的考察。如果一個項目的過程得到充分記錄，孩子們可以在短暫的休息后，迅速回到自己的調(diào)查。也許最重要的是通過定期檢查孩子們的工作，與同事討論與反思，教師可以推測哪些孩子已經(jīng)真正了解了，可以將哪些STEM內(nèi)容在幼兒感興趣的活動中整合進去。

【參考文獻】

Sally Moomaw. Teaching STEM in the Early Years—Activities for Integrating Science，Technology，Engineering，and Mathematics［M］. Redleaf Press，2013.