如何在兒童早期開展STEM教育：來自生態(tài)系統(tǒng)學(xué)的視角

臺(tái)州學(xué)院教師教育學(xué)院 丁燕華 馮翠典

STEM教育是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Maths（數(shù)學(xué)）的縮寫，近年來在世界范圍內(nèi)如火如荼地開展。STEM教育以學(xué)習(xí)者的親身參與和動(dòng)手操作為基礎(chǔ)，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和問題解決學(xué)習(xí)為框架，為學(xué)習(xí)者提供“做中學(xué)”“做中知”的體驗(yàn)。有研究指出，兒童早期的STEM教育對(duì)兒童在學(xué)校的成功以及成年后獲得好的工作非常重要。

2017年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）資助的美國(guó)芝麻街工作室瓊·甘茲庫尼中心出臺(tái)了《及早開展STEM教育：在兒童早期打下科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育的基礎(chǔ)》［1］（以下簡(jiǎn)稱《基礎(chǔ)》），提出了從生態(tài)系統(tǒng)學(xué)的角度開展兒童早期STEM教育的路徑。

一、兒童早期的STEM教育：生態(tài)系統(tǒng)學(xué)的途徑

1977年，俄國(guó)心理學(xué)家布朗芬布倫納（Urie Bronfenbrenner）提出一個(gè)創(chuàng)新性觀點(diǎn)：為了更好地理解人的發(fā)展，不能僅局限于理解兒童和其直接接觸的環(huán)境之間的簡(jiǎn)單關(guān)系，而需要認(rèn)真地思考兒童生活其中的復(fù)雜的、相互聯(lián)系的要素，以及那些間接影響兒童的更大的情境。［2］生態(tài)系統(tǒng)理論成為研究者、政策制定者、實(shí)踐者等重要的思維工具。

下圖解釋了布朗芬布倫納提出的生態(tài)系統(tǒng)理論。［3］該圖由一系列同心圓組成，兒童處于中心位置。微小系統(tǒng)（Microsystem）是圍繞兒童的第一個(gè)圈，這是兒童直接接觸的環(huán)境，包括家庭、教室、兒童看護(hù)、課后項(xiàng)目或其他社區(qū)環(huán)境，以及這些環(huán)境中所接觸的人和經(jīng)驗(yàn)。第二個(gè)圈是中間系統(tǒng)（Mesosystem），在這個(gè)系統(tǒng)中承認(rèn)和凸顯了不同微系統(tǒng)之間的關(guān)系，如兒童的學(xué)校生活是如何直接或間接地影響他/她的家庭生活的。外部系統(tǒng)（Exosystem）包括了不會(huì)直接接觸兒童，但會(huì)直接或間接地影響兒童的社會(huì)結(jié)構(gòu)和機(jī)制，如政府的政策以及催生這些政策的基礎(chǔ)研究。最外一圈叫作宏觀系統(tǒng)（Macrosystem），包括了規(guī)定兒童所在環(huán)境的文化框架、范式、價(jià)值觀以及模型。

（一）兒童處在中心：兒童和STEM教育

1.兒童早期的數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)和工程

研究表明，兒童早期的STEM學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和后續(xù)相關(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)，以及整體意義上的學(xué)習(xí)成果之間有正相關(guān)關(guān)系。兒童早期的數(shù)學(xué)知識(shí)和技能可以預(yù)測(cè)兒童高中階段的數(shù)學(xué)成就及后續(xù)的整體性學(xué)習(xí)成就。兒童參與科學(xué)探究所獲得的經(jīng)驗(yàn)和互動(dòng)會(huì)促進(jìn)兒童的概念理解，提高科學(xué)探究能力，并能發(fā)展兒童對(duì)科學(xué)的積極態(tài)度。技術(shù)和工程領(lǐng)域在兒童早期相對(duì)易受忽視，且存在誤解。很多人認(rèn)為在兒童早期進(jìn)行技術(shù)教育就是指在教室中使用電子設(shè)備。然而，使用技術(shù)和幫助兒童獲得技術(shù)素養(yǎng)是不一樣的，和教會(huì)他們理解技術(shù)如何拓展了我們的知識(shí)，如何對(duì)技術(shù)領(lǐng)域的成就進(jìn)行分享和反思也是不一樣的。同樣的，工程教育在兒童早期也是缺失和被誤解的。但實(shí)際上，兒童是天然的工程師，他們渴望建造物體和設(shè)計(jì)方案。

2.學(xué)科間的連接

STEM這個(gè)縮略詞作為一個(gè)整體，也是為了表明科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)是緊密相連的，是有可能采取融合方式進(jìn)行教學(xué)的。研究表明，兒童在情境化、融合性的學(xué)習(xí)中受益良多，因?yàn)槿诤媳旧硗苌罨嚓P(guān)概念的理解，提高問題解決能力。但并不是所有的主題都要融合四個(gè)學(xué)科，也不是任何關(guān)于四個(gè)學(xué)科的融合都是可能的和適合的。

3.特定的群體

在STEM學(xué)習(xí)中是否存在性別差異也是研究的重點(diǎn)。研究表明，人們對(duì)男孩和女孩在STEM學(xué)習(xí)上存在偏見，即普遍認(rèn)為女孩在STEM學(xué)習(xí)中不如男孩。此外，STEM學(xué)習(xí)特別強(qiáng)調(diào)交流和復(fù)雜的推理，因此對(duì)兒童使用語言的能力有較高要求。非母語學(xué)習(xí)者如何更好地參與，是一個(gè)重要的研究話題。

（二）微小系統(tǒng)：教師和家長(zhǎng)作為STEM教育的入口

微小系統(tǒng)是兒童在日常經(jīng)驗(yàn)中直接接觸的環(huán)境。在微小系統(tǒng)中，教師和家長(zhǎng)是兒童早期STEM學(xué)習(xí)的直接入口。

1.教師的重要性

如果教師對(duì)STEM教育非常有信心和熱情，并能讓學(xué)生參與到合適的STEM主題活動(dòng)中，就能把這種興趣和激情傳遞給學(xué)生。事實(shí)上，關(guān)于如何實(shí)施STEM教育，教師還存在著廣泛的焦慮。此外，教師不知道如何調(diào)整STEM學(xué)習(xí)以適應(yīng)兒童。對(duì)于STEM學(xué)習(xí)，不僅要改變兒童的思維習(xí)慣，還要改變教師的思維習(xí)慣，更要思考如何增長(zhǎng)教師對(duì)STEM教學(xué)的信心和能力。

2.家庭參與到STEM學(xué)習(xí)中的重要性

家長(zhǎng)有充足的機(jī)會(huì)來幫助、鼓勵(lì)、支持兒童的早期STEM學(xué)習(xí)。家長(zhǎng)背景的多元性本身就是STEM學(xué)習(xí)的重要資源。越多的家長(zhǎng)參與，通常意味著兒童擁有更多的自信心和更好的學(xué)習(xí)成就。但是，家長(zhǎng)同教師一樣，可能面臨著STEM學(xué)習(xí)方面知識(shí)、信念和態(tài)度的短缺，家長(zhǎng)需要更多的支持才能科學(xué)地給兒童的STEM學(xué)習(xí)提供支架。

（三）中間系統(tǒng)：家庭環(huán)境和學(xué)校環(huán)境之間的互動(dòng)

中間系統(tǒng)是兒童微小系統(tǒng)之間的連接，和能直接影響成人—兒童關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)或人。

1.高層次的影響：STEM教師工作環(huán)境的發(fā)展

為了有效地進(jìn)行教學(xué)，教師應(yīng)該理解STEM教學(xué)的內(nèi)容，兒童STEM思維或知識(shí)的本質(zhì)，以及這種思維或本質(zhì)是如何發(fā)展的，并使STEM教學(xué)符合兒童的發(fā)展需要和水平。但是，許多STEM教師都缺乏最基本的培訓(xùn)，并且受到系統(tǒng)性問題的制約，如教師自身對(duì)兒童STEM融合性教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足，在職前教師培訓(xùn)中沒有機(jī)會(huì)理解STEM內(nèi)容知識(shí)的發(fā)展性軌跡及兒童的學(xué)習(xí)序列，大學(xué)中在STEM領(lǐng)域所經(jīng)驗(yàn)的方法造成無效教學(xué)的“代際流傳”，復(fù)雜的日常工作環(huán)境等。

教師應(yīng)是一個(gè)學(xué)習(xí)者，并以與兒童同樣的方式來學(xué)習(xí)。教師在職前和職后教育中也同樣需要有動(dòng)手性、參與性的學(xué)習(xí)環(huán)境和實(shí)踐。當(dāng)教師在學(xué)習(xí)中體驗(yàn)到對(duì)STEM學(xué)習(xí)的好奇和驚喜，當(dāng)教師展現(xiàn)出對(duì)學(xué)習(xí)軌跡和最佳實(shí)踐的敏感性，才能看到一個(gè)能夠使用的STEM學(xué)習(xí)模型。

2.連接不同的微小環(huán)境：家長(zhǎng)和技術(shù)作為橋梁

如果能將兒童的正式學(xué)習(xí)以有意義的方式與校外經(jīng)驗(yàn)連接，就能促進(jìn)和豐富正式的學(xué)習(xí)。為此，教育者和保育提供者可以利用兩個(gè)有力的工具——家長(zhǎng)和技術(shù)。

家長(zhǎng)作為學(xué)生生活的長(zhǎng)期影響因素，有助于連接校外和校內(nèi)的STEM學(xué)習(xí)，以及整體的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，讓兒童體驗(yàn)到非正式學(xué)習(xí)環(huán)境的重要影響，促進(jìn)兒童作為STEM學(xué)習(xí)者的自我認(rèn)同感。家長(zhǎng)可以參與相關(guān)的活動(dòng)，促進(jìn)兒童的校內(nèi)學(xué)習(xí)，如帶孩子去和STEM相關(guān)的博物館，讓孩子參與和STEM相關(guān)的課后活動(dòng)等。技術(shù)也能連接兒童的學(xué)習(xí)環(huán)境和自身經(jīng)驗(yàn)。數(shù)字化媒體已經(jīng)滲透到兒童生活的方方面面，可以借助成人的有效引導(dǎo)，提供機(jī)會(huì)來深化兒童的學(xué)習(xí)。

中間系統(tǒng)讓我們認(rèn)識(shí)到教師、家長(zhǎng)以及校外教育者是相互影響的，并最終影響到他們共同培養(yǎng)的兒童。使用家長(zhǎng)和技術(shù)作為橋梁能很好地將這些因素形成合力。

（四）外部系統(tǒng)：研究和政策的影響

外部系統(tǒng)是指沒有直接包含兒童，但會(huì)對(duì)兒童產(chǎn)生間接影響的社會(huì)性結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)。研究和政策的轉(zhuǎn)變?cè)趦和疭TEM學(xué)習(xí)的數(shù)量和質(zhì)量上扮演關(guān)鍵角色。

1.教育政策的影響

對(duì)于兒童的學(xué)習(xí)，需要政策上的匹配和連貫。標(biāo)準(zhǔn)、課程、評(píng)價(jià)、專業(yè)發(fā)展之間的匹配非常重要，政策導(dǎo)向和政策努力應(yīng)致力于此。連貫是指學(xué)前教育的不同時(shí)期，以及學(xué)前教育和小學(xué)教育之間的連貫。政策上的匹配和連貫對(duì)保障兒童的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)策略的穩(wěn)定性非常重要。

2.教育研究重心

很多研究者在遠(yuǎn)離教室的實(shí)驗(yàn)室情境中研究?jī)和膶W(xué)習(xí)和發(fā)展，其研究成果很難轉(zhuǎn)化成政策導(dǎo)向，更難影響到教師的行為。從教育資助以及教育研究文化上，應(yīng)提倡基于學(xué)校實(shí)踐場(chǎng)所的教育研究，教師應(yīng)被看作研究者。理論研究者與教師應(yīng)長(zhǎng)期合作，為兒童設(shè)計(jì)合宜的STEM學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

（五）宏觀系統(tǒng)：圍繞文化框架來支持早期兒童的STEM教育

宏觀系統(tǒng)是更廣泛的文化框架、范式、價(jià)值觀、模式等，這些方面塑造了幼兒在其他系統(tǒng)中的參與及關(guān)系。為了理解文化在STEM教育開展中的角色，應(yīng)注重理解宏觀系統(tǒng)中價(jià)值觀和文化對(duì)兒童早期STEM學(xué)習(xí)的影響機(jī)制。從宏觀系統(tǒng)的角度看，政策制定者和公眾常常會(huì)持有一些假設(shè)，如男孩更適合STEM相關(guān)的職業(yè)等，這些假設(shè)和促進(jìn)兒童STEM教育機(jī)會(huì)的實(shí)際努力可能相左。

二、兒童早期的STEM教育：基于生態(tài)系統(tǒng)學(xué)的建議

在如何提供高質(zhì)量的早期兒童STEM學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的問題上，《基礎(chǔ)》提供了以下六個(gè)建議。

（一）讓家長(zhǎng)參與進(jìn)來

當(dāng)家長(zhǎng)能夠理解并有能力支持兒童的STEM學(xué)習(xí)時(shí)，將對(duì)兒童產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。家長(zhǎng)是有參與意愿的，但他們依然需要相應(yīng)的知識(shí)提升和正式的支持。家長(zhǎng)教育者、志愿者和研究者可以通過多種途徑促進(jìn)家長(zhǎng)的參與，如博客、兒童看護(hù)中心、出版物等。在與家長(zhǎng)的交流中應(yīng)關(guān)注早期兒童STEM教育的特征、方法，準(zhǔn)備系列案例，并提供長(zhǎng)期培訓(xùn)。

（二）給教師提供支持

實(shí)施STEM課程不僅是提供一套新的數(shù)學(xué)課程或要求幼兒記憶科學(xué)詞匯，更應(yīng)致力于融合STEM的領(lǐng)域，并熟悉幼兒學(xué)習(xí)、教師及早期學(xué)習(xí)項(xiàng)目改進(jìn)的理論，了解家庭的需求。教師需要高質(zhì)量的前期準(zhǔn)備才能應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

教育領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)確保持續(xù)的STEM培訓(xùn)和支持，并思考如何將STEM教育有意義地融入教師的實(shí)踐中。教師培養(yǎng)和培訓(xùn)項(xiàng)目應(yīng)進(jìn)行有目的的設(shè)計(jì)，讓教師以和兒童STEM學(xué)習(xí)一樣的方式來經(jīng)驗(yàn)STEM教育，從而對(duì)兒童經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生同理心，并能初步建模。研究者應(yīng)及時(shí)向教師分享研究成果，關(guān)注教師的需求。

（三）連接學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)

家長(zhǎng)、教師、技術(shù)、博物館和圖書館形成了網(wǎng)絡(luò)化的“充電站”，幼兒可以在其中增長(zhǎng)和拓展STEM學(xué)習(xí)。領(lǐng)導(dǎo)者必須合作起來拓展這些“充電站”，保障所有兒童都能得到充電的機(jī)會(huì)，并成為熟練的STEM學(xué)習(xí)者。

博物館、圖書館和社區(qū)組織的領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)把早期兒童STEM學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)放在優(yōu)先位置，讓兒童參與到展覽和活動(dòng)中，并給家長(zhǎng)提供讓兒童參與STEM活動(dòng)的教學(xué)。教育和技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)保障所有有幼兒的家庭以及相關(guān)的專家可以有高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)連接和其他的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。各級(jí)政府應(yīng)保障教育者能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合作，參加專業(yè)發(fā)展課程。公眾和私人投資者應(yīng)繼續(xù)投資能讓兒童和家庭更多地參與到STEM學(xué)習(xí)中的項(xiàng)目。

（四）轉(zhuǎn)變?cè)缙趦和逃?/h3>

高質(zhì)量的早期兒童STEM教學(xué)必須和有效的支持以及公眾參與的拓展努力結(jié)合起來。各級(jí)政府及社區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)致力于研究并實(shí)踐改善早期兒童教學(xué)的方式。

第一，各級(jí)政府以及社區(qū)領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)使用現(xiàn)有的和新的財(cái)政資源來促進(jìn)早期兒童的整體教學(xué)質(zhì)量。第二，應(yīng)建立STEM教育的專業(yè)發(fā)展系統(tǒng)，促進(jìn)高等教育和基礎(chǔ)教育學(xué)區(qū)的合作，深化研究，拓寬應(yīng)用。第三，應(yīng)特別重視專業(yè)準(zhǔn)備、教師發(fā)展和繼續(xù)教育，高校中的教師培養(yǎng)項(xiàng)目應(yīng)注重學(xué)科間的結(jié)合。

（五）調(diào)整研究的重心

現(xiàn)在，更多的STEM研究關(guān)注的是年齡較大的兒童，以及如何進(jìn)行本科生和研究生層次的STEM培養(yǎng)，研究機(jī)構(gòu)并沒有把早期STEM學(xué)習(xí)放在優(yōu)先地位。雖然政府在提倡早期兒童的STEM教育，但缺少機(jī)制來促進(jìn)機(jī)構(gòu)間的協(xié)作。

為此，政府應(yīng)增加對(duì)早期兒童STEM學(xué)習(xí)的研究投資，并把研究成果用以形成政府層面的策略。此外，應(yīng)鼓勵(lì)研究者和實(shí)踐者的雙向溝通，研究機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)引導(dǎo)多機(jī)構(gòu)和多學(xué)科間的早期STEM學(xué)習(xí)研究。

（六）清晰地和公眾交流

現(xiàn)在，一些機(jī)構(gòu)的活動(dòng)和關(guān)于早期STEM學(xué)習(xí)的某些科學(xué)性共識(shí)是相左的。很多機(jī)構(gòu)都致力于讓少數(shù)年輕學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)化知識(shí)，而不是注重早期兒童的STEM教育。鑒于此，所有的利益相關(guān)者和提倡者，應(yīng)避免產(chǎn)生對(duì)早期STEM學(xué)習(xí)的文化性誤區(qū)。各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)對(duì)早期學(xué)習(xí)和早期STEM教育進(jìn)行討論。公眾媒體應(yīng)實(shí)施一些項(xiàng)目，用來提高公眾對(duì)STEM教育的興趣，并建構(gòu)家校學(xué)習(xí)的橋梁。

為了有效地在兒童早期播下STEM學(xué)習(xí)的種子，整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)領(lǐng)域的研究者、實(shí)踐者以及政策制定者等要協(xié)同起來，為保障兒童獲得必要的STEM學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)而努力。

［1］McClure,E.R.,Guernsey,L.Clements,D.H.,Bales,S.N.,Nichols,J.,Kendall-Taylor,N.&Levine,M.H.STEM starts early:Grounding science,technology,engineering,and math education in early childhood［M］.New York:The Joan Ganz Cooney Center at Sesame Workshop，2017.

［2］Bronfenbrenner U.Toward an experimental ecology of human development［J］.American Psychologist,1977，32（7）:513-531.

［3］Takeuchi,L.M.,&Levine,M.H.Learning in a digital age:Toward a new ecology of human development［A］.In A.B.Jordan&D.Romer（Eds.）,Media and the Well-Being of Children and Adolescents［C］.New York:Oxford University Press.2014:20-43.