開展幼兒園STEM教育的重要性和必要性

楊元魁+葉兆寧

當(dāng)前，STEM教育已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外K—12教育領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。美國(guó)在20世紀(jì)80年代首次提出STEM教育這一理念的時(shí)候，其主要目的是在髙校進(jìn)行STEM類課程的改革，培養(yǎng)更多的STEM類人才，以解決美國(guó)在STEM領(lǐng)域人力資源的短缺問題，保證美國(guó)在科技領(lǐng)域國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)入21世紀(jì)以后，一方面現(xiàn)代社會(huì)在STEM方面的需求爆發(fā)式增長(zhǎng)，另一方面STEM教育尤其是基礎(chǔ)教育階段的STEM教育在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要作用日益凸顯，STEM教育得到了各國(guó)政府和教育部門的大力支持，并且開始逐步向中小學(xué)階段和幼兒階段（泛指小學(xué)之前的學(xué)段）延伸。近年來，幼兒階段成為了STEM教育的又一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。

STEM教育不僅包括科學(xué)與數(shù)學(xué)，還包括了工程、技術(shù)、藝術(shù)等其他學(xué)習(xí)領(lǐng)域，是更大范圍的跨學(xué)科整合。這就對(duì)幼兒教師的知識(shí)基礎(chǔ)和能力提出了更髙的要求，對(duì)幼兒教師的培養(yǎng)提出了更大的挑戰(zhàn)。在我國(guó)，科學(xué)是3?6歲兒童發(fā)展和學(xué)習(xí)的5大領(lǐng)域之一，但可惜的是，科學(xué)（數(shù)學(xué)除外）也許是幼兒教育中最不受重視的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，或者說，大多數(shù)幼兒園在科學(xué)領(lǐng)域上是心有余而力不足。究其原因主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：師資力量不足和對(duì)幼兒科學(xué)教育認(rèn)識(shí)不足。師資力量不足很容易理解，對(duì)幼兒科學(xué)教育認(rèn)識(shí)不足又具體體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是認(rèn)識(shí)不到幼兒科學(xué)教育的重要性；二是認(rèn)為幼兒并不具備學(xué)習(xí)科學(xué)的能力。這就造成了長(zhǎng)期以來幼兒科學(xué)教育的困局：一方面不知道要改變，另一方面想改變卻不知道該如何改變。

本文從幼兒STEM教育的科學(xué)基礎(chǔ)、國(guó)際進(jìn)展、實(shí)施建議3個(gè)方面展開論述，希望可以為幼兒園開展STEM教育提供一定的參考。

幼兒STEM教育的科學(xué)基礎(chǔ)

兒童生而具備強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，這一點(diǎn)毫無疑問。然而，人們?cè)?jīng)一度認(rèn)為嬰幼兒缺乏形成復(fù)雜想法的能力，很多人對(duì)于幼兒是否能夠進(jìn)行STEM學(xué)習(xí)深有疑慮。

認(rèn)知科學(xué)的研究證據(jù)

認(rèn)知科學(xué)的研究已經(jīng)表明，嬰兒早在3?4個(gè)月的時(shí)候便開始擁有許多有用的知識(shí)?！度耸侨绾螌W(xué)習(xí)的》一書中列舉了在科學(xué)領(lǐng)域的3個(gè)典型研究案例：嬰兒明白物體需要支撐才不至于倒塌；靜止物體與運(yùn)動(dòng)物體接觸可產(chǎn)生移位；無生命物體需要外力作用才能運(yùn)動(dòng)。近期的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，11個(gè)月大的嬰兒在看到出乎意料的事件時(shí)（如一只球看似穿過了一堵墻），會(huì)投入更多的注意以確定這個(gè)活動(dòng)涉及的物體是否值得進(jìn)一步探索，這表明11個(gè)月大的嬰兒已經(jīng)具備了一定的“先天”物理知識(shí)，對(duì)這種先天知識(shí)的違背給嬰兒的學(xué)習(xí)提示了一種特殊的機(jī)會(huì)[1]。

在工程領(lǐng)域，早期建構(gòu)類的活動(dòng)促使幼兒觀察所使用搭建材料的性能（是否堅(jiān)硬、柔軟、靈活等），體驗(yàn)應(yīng)用的效果并感受“自然”的力量（包括重力和摩擦力）對(duì)材料和建筑的影響，這就為在幼兒階段引入工程教育奠定了基礎(chǔ)[2]。當(dāng)然，幼兒階段的工程教育是一個(gè)難點(diǎn)，看上去似乎無從下手，本專題會(huì)有文章專門論述在幼兒階段如何開展工程教育。

在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，年幼的嬰兒和剛學(xué)走路的學(xué)步兒也能對(duì)加減算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果作出正確的反應(yīng)，幼兒甚至能主動(dòng)參與自己的數(shù)字學(xué)習(xí)和問題解決。

在語言領(lǐng)域，嬰兒在語言發(fā)展的最初階段主要采用了統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。某種語音發(fā)生的頻率，對(duì)于嬰兒了解哪些音位最為重要起著關(guān)鍵作用。8?10個(gè)月大的嬰兒還聽不懂口語詞匯，然而他們對(duì)于音位的發(fā)生頻率——統(tǒng)計(jì)學(xué)家稱之為“分布頻率”——卻非常敏感[3]。

腦科學(xué)的研究證據(jù)

腦科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，人腦中一旦形成錯(cuò)誤的科學(xué)和數(shù)學(xué)概念，會(huì)對(duì)將來的學(xué)習(xí)造成非常嚴(yán)重的影響。在將來學(xué)習(xí)新的概念時(shí)，如果新的概念與原有的概念不一致，那么背外側(cè)前額皮層（DLPFC）和前扣帶回（ACC）會(huì)高度激活，這2個(gè)區(qū)域激活水平的增加意味著存在認(rèn)知沖突。在這個(gè)過程中，先前錯(cuò)誤的概念只會(huì)被抑制，而很難被替換掉；如果采用基于實(shí)證和探究的學(xué)習(xí)方式，這些錯(cuò)誤概念會(huì)得到較好的抑制，但依然無法從腦里完全去除[4]。因此，開展兒童早期科學(xué)教育，并且圍繞大概念進(jìn)行科學(xué)教育，有助于在早期建構(gòu)起正確的概念和模型[5]，為將來應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的STEM學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

人腦在3?6歲期間發(fā)育極快，尤其是人腦的控制中心——額葉皮層的發(fā)育經(jīng)歷了質(zhì)的飛躍，其具體的行為表現(xiàn)是兒童的執(zhí)行功能（包括抑制控制、工作記憶和認(rèn)知靈活性）在3?6歲期間發(fā)展非常迅速，并且3?6歲也是進(jìn)行干預(yù)的最佳時(shí)期[6]。執(zhí)行功能的發(fā)展是兒童能夠進(jìn)行STEM學(xué)習(xí)的重要認(rèn)知基礎(chǔ)，其中的抑制控制成分更加是兒童抑制錯(cuò)誤概念、構(gòu)建正確概念的核心能力。

從以上有關(guān)兒童早期發(fā)展的認(rèn)知科學(xué)和腦科學(xué)研究可以看出，幼兒已經(jīng)具備了進(jìn)行STEM學(xué)習(xí)的認(rèn)知基礎(chǔ)和腦發(fā)育基礎(chǔ)。而且，開展早期STEM教育對(duì)于兒童將來更為深入的學(xué)習(xí)和基本能力的培養(yǎng)具有重大意義。

幼兒STEM教育的國(guó)際進(jìn)展

2015年，在美國(guó)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（NSTA）的STEM教育大會(huì)和美國(guó)幼兒教育協(xié)會(huì)（NAEYC）年會(huì)上，幼兒階段的STEM教育成為了會(huì)議的熱點(diǎn)話題，涌現(xiàn)出大量討論幼兒STEM教育研究和實(shí)踐的報(bào)告。

同年7月，英國(guó)權(quán)威科學(xué)雜志《自然》聯(lián)合美國(guó)權(quán)威科普雜志《科學(xué)美國(guó)人》合作以《一種教育》（An Education）為社論文章，出版了《培養(yǎng)21世紀(jì)的科學(xué)家》（Building the 21st century scientist）專輯，集中推出了一系列闡述幼兒園到大學(xué)STEM教育的評(píng)論文章，系統(tǒng)論述了STEM教育的重要性及面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，認(rèn)為“孩子人人都是科學(xué)家，只要從小就給他們合適的科學(xué)教育”[7]。

專輯評(píng)論指出，為了培養(yǎng)21世紀(jì)的科學(xué)家，教育需要培養(yǎng)學(xué)生“創(chuàng)造性的問題解決能力”（Creative Problem Solving）、“批判性思維”（Critical Thinking）和“合作”（Collaboration）等“軟技能”（Soft Skills）；評(píng)論還認(rèn)為，學(xué)生的創(chuàng)造性（Creativity）、堅(jiān)持性（Persistence）、積極性（Motivation）等21世紀(jì)技能可以通過設(shè)計(jì)良好的課程進(jìn)行培養(yǎng)。endprint

該專輯中有一篇題為《Reading，writing and high—energy physics》的文章，介紹了德國(guó)“小小科學(xué)家之家”（Little ScientistsHouse）項(xiàng)目，并且在文中舉例了2個(gè)小活動(dòng)說明在幼兒園如何開展STEM教育。其中一個(gè)活動(dòng)是關(guān)于風(fēng)的產(chǎn)生，5歲的孩子們認(rèn)為樹通過搖晃樹枝產(chǎn)生風(fēng)，并且對(duì)此十分自信。教師并沒有急于糾正孩子們的想法，而是問孩子們有沒有過在沒有樹的地方卻感受到風(fēng)的經(jīng)歷。一個(gè)男孩想起了自己在海邊的經(jīng)歷，風(fēng)拂過沙灘和海面，但是卻并沒有樹。另外一個(gè)孩子說汽車開過的時(shí)候會(huì)將樹葉帶到空中飛舞起來。在這個(gè)案例中，孩子們并不是從教師那得到直接的答案，而是根據(jù)自己的討論得出“風(fēng)不是樹枝搖晃產(chǎn)生的”這一結(jié)論[8]。

“小小科學(xué)家之家”項(xiàng)目是由一群對(duì)本國(guó)學(xué)生在國(guó)際測(cè)驗(yàn)中的糟糕表現(xiàn)感到失望透頂?shù)纳虡I(yè)領(lǐng)袖們于2006年發(fā)起的，并且從2008年開始得到德國(guó)聯(lián)邦政府的大力支持和資助。截至2015年，德國(guó)6歲以下的孩子有一半左右已經(jīng)參與到了該項(xiàng)目中。

2015年9月，我國(guó)教育部發(fā)布的《關(guān)于“十三五”全面推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見》中指出：要“有效利用信息技術(shù)推進(jìn)‘眾創(chuàng)空間建設(shè)，探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式，使學(xué)生具有較強(qiáng)的信息意識(shí)與創(chuàng)新意識(shí)”，STEM、創(chuàng)客等名詞開始出現(xiàn)在我國(guó)教育部的官方文件中?？上У氖牵撐募菑慕逃畔⒒慕嵌韧菩蠸TEM教育，并沒有提及幼兒階段的STEM教育。

2016年9月，美國(guó)研究所與美國(guó)教育部聯(lián)合發(fā)布了《STEM 2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》（STEM 2026：A Vision for Innovation in STEM Education），該報(bào)告旨在促進(jìn)STEM教育公平，以及讓所有學(xué)生都得到優(yōu)質(zhì)STEM教育的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并且將“開展早期STEM教育”列為未來STEM教育創(chuàng)新的8大挑戰(zhàn)之一，需要得到足夠的重視和投入[9]。

幼兒STEM教育的實(shí)施建議

環(huán)境適宜化

有條件的幼兒園可以建立一個(gè)專門的STEM活動(dòng)室，布置一些專門的主題活動(dòng)區(qū)域。我們建議可以在日常教室里面設(shè)立一個(gè)專門的STEM活動(dòng)區(qū)，也可以對(duì)傳統(tǒng)的自然角、科學(xué)角進(jìn)行改建。在這些區(qū)域里不僅要具備傳統(tǒng)的科學(xué)和數(shù)學(xué)材料，還需要包含一些技術(shù)工具，如放大鏡、尺子、天平、溫度計(jì)，便于幼兒觀察、測(cè)量和記錄。建立一個(gè)材料豐富、工具多樣的STEM活動(dòng)區(qū)，能夠引發(fā)幼兒的好奇心和興趣，吸引幼兒主動(dòng)參與到STEM活動(dòng)中來。但是在具體的STEM活動(dòng)中，材料和工具應(yīng)當(dāng)根據(jù)特定的主題保持在一定的類型和數(shù)量范圍內(nèi)，太多太雜反而容易干擾幼兒的學(xué)習(xí)。

材料可及化

幼兒園開展STEM活動(dòng)的材料應(yīng)盡可能地取自于生活和游戲中常見的材料，容易找到并且廉價(jià)。我們不建議采用拼插類玩具開展STEM活動(dòng)。拼插類玩具雖然能夠很大程度上發(fā)揮孩子的想象力，但是這種想象力并不是建構(gòu)在對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的STEM現(xiàn)象進(jìn)行觀察和思考的基礎(chǔ)之上，并且難以遷移到真實(shí)的問題解決情境中。傳統(tǒng)的積木類玩具就是開展幼兒STEM活動(dòng)的好工具，其他平時(shí)生活中所積累下來的塑料瓶、廢紙板、泡沫等都是很好的材料，甚至吸管、回形針或扭扭棒也都是非常好的STEM活動(dòng)材料。因此，教師應(yīng)當(dāng)在平時(shí)留意材料的收集。

教師專業(yè)化

教育主管部門要重視幼兒STEM教師的培養(yǎng)工作，但我們并不建議每個(gè)幼兒園配備或培養(yǎng)專門的幼兒STEM教師，這里所說的教師專業(yè)化并不是教師專門化。相反，由于幼兒的發(fā)展和學(xué)習(xí)并不能簡(jiǎn)單地割裂成獨(dú)立的學(xué)科，我們更多地建議幼兒STEM教師的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)結(jié)合其原有的學(xué)科基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)，真正地將STEM教育融入幼兒平時(shí)的生活和游戲中去。

活動(dòng)主題化（游戲化、生活化）

主題又被稱為項(xiàng)目、單元或模塊，幼兒園的活動(dòng)本身大多是項(xiàng)目化或者主題化的。我們建議STEM活動(dòng)主題的生成最好來源于幼兒平時(shí)的游戲和生活，在游戲和生活的過程中發(fā)現(xiàn)可以開展STEM活動(dòng)的點(diǎn)，并且用一系列小活動(dòng)串成一個(gè)大的主題。此外，在烹飪、建構(gòu)、感官、戶外、藝術(shù)、音樂等活動(dòng)中均可以開展STEM教育，具體如何實(shí)施今后會(huì)有文章專門論述，本期中的另外4篇文章提供了一些很好的案例。

在我國(guó)，教育部和中國(guó)科協(xié)于2001年發(fā)起了“做中學(xué)”科學(xué)教育改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，大力推行面向5?12歲兒童的探究式科學(xué)教育?！白鲋袑W(xué)”項(xiàng)目在幼兒階段的多年研究與實(shí)踐，為我國(guó)開展幼兒STEM教育奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。必須強(qiáng)調(diào)的是，探究是開展幼兒STEM教育的重要特征，這既是教師的主要教學(xué)方法，也是幼兒的主要學(xué)習(xí)方式。

主要參考文獻(xiàn)

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[9] 金慧，胡盈瀅.以STEM教育創(chuàng)新引領(lǐng)教育未來——美國(guó)《STEM 2026： STEM教育創(chuàng)新愿景》報(bào)告的解讀與啟示[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2017，35（1）：17—25.endprint