美國STEM教育及其對我國學(xué)前教育發(fā)展的啟示

王子玉

摘 要： 在數(shù)字化、信息化飛速發(fā)展的今天，各國教育變革開始著眼于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，信息技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用越來越成為增強(qiáng)國際競爭力的客觀要求和重要保障。在此背景下，美國STEM教育因其在跨學(xué)科知識(shí)整合、發(fā)展學(xué)生21世紀(jì)技能等方面的突出優(yōu)勢，受到各國的廣泛關(guān)注。本研究通過對美國STEM教育發(fā)展歷程的梳理、核心特征的闡釋及實(shí)踐路徑的剖析，提出STEM教育對當(dāng)前我國學(xué)前教育發(fā)展的啟示：加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式革新、靈活開展STEM教育。

關(guān)鍵詞： STEM教育 學(xué)前教育 發(fā)展啟示

STEM教育最早源于美國，代表科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科（Science，Technology，Engineering，Mathematics）的有機(jī)結(jié)合，旨在培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才，因其在跨學(xué)科整合方面的獨(dú)特優(yōu)勢受到各國的廣泛關(guān)注。其中，科學(xué)代表對自然界存在的現(xiàn)象及規(guī)律的探究；技術(shù)的核心是發(fā)明，不等于高新技術(shù)產(chǎn)品，更像是一種關(guān)于做什么和如何做的方法；工程核心是設(shè)計(jì)，指的是通過設(shè)計(jì)和制造解決問題的過程；數(shù)學(xué)是研究數(shù)量、結(jié)構(gòu)、空間、信息等概念的一門學(xué)科，被廣泛應(yīng)用于科學(xué)、技術(shù)與工程之中。STEM教育包含的這四門學(xué)科領(lǐng)域之間具有內(nèi)在的、固有的聯(lián)系，缺一不可。

一、美國STEM教育的發(fā)展歷程

美國促進(jìn)科學(xué)協(xié)會(huì)（AAAS）聯(lián)合美國科學(xué)院、聯(lián)邦教育部等12個(gè)機(jī)構(gòu)，于1985年啟動(dòng)了一項(xiàng)面向21世紀(jì)、致力于科學(xué)知識(shí)普及的全美科學(xué)素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)——“2061計(jì)劃”[1]。主要目的在于普及科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)領(lǐng)域知識(shí)，為美國兒童掌握21世紀(jì)技能、更好地適應(yīng)未來社會(huì)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2006年，布什政府發(fā)布了《美國競爭力計(jì)劃》，該報(bào)告旨在通過增加對科技和教育領(lǐng)域的資金投入提高美國的創(chuàng)新能力，維護(hù)其在全球范圍內(nèi)的核心競爭力。

2011年，美國發(fā)布了《準(zhǔn)備與激勵(lì)：為了美國未來的K—12科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育》法案，該法案重點(diǎn)關(guān)注了K—12階段STEM教育的實(shí)施，主要內(nèi)容包括明確政府職責(zé)、加強(qiáng)師資培養(yǎng)、做好學(xué)校間溝通合作等，體現(xiàn)了美國對K—12教育階段融入STEM教育的重視程度。

2017年，特朗普簽署了《總統(tǒng)備忘錄》，宣布將撥款2億美元加大對科學(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)領(lǐng)域的投入，尤其對幼兒園到高中計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的支持。此次撥款目的在于為美國兒童及青少年提供大量優(yōu)質(zhì)的STEM教育，特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，確保他們在職場競爭中獲得成功。除此之外，還有許多重要的報(bào)告及法案對STEM教育提出了明確的建議和要求，為其未來發(fā)展注入了新的活力。

二、美國STEM教育的核心特征

Anne Jolly提出優(yōu)秀的STEM課程應(yīng)具有如下特征：聚焦于真實(shí)世界中的問題，以工程設(shè)計(jì)過程為導(dǎo)向，將學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐與開放式探究相融合，以團(tuán)隊(duì)形式開展工作，能應(yīng)用學(xué)到的數(shù)學(xué)與科學(xué)內(nèi)容，允許多個(gè)正確答案并將反復(fù)嘗試作為學(xué)習(xí)的必要部分。鑒于此，我們從研究中進(jìn)一步歸納出STEM教育的核心特征，即有意義的學(xué)習(xí)，創(chuàng)造力與高階思維，跨學(xué)科學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)與反思，合作學(xué)習(xí)。

（一）有意義的學(xué)習(xí)。

STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)要與實(shí)際生活相聯(lián)系，重視學(xué)生在活動(dòng)中的真實(shí)體驗(yàn)和興趣需要，主張學(xué)習(xí)要回歸生活、服務(wù)生活。如上一節(jié)玩沙活動(dòng)時(shí)，需要用漏斗將沙子灌入瓶中，在這一過程中幼兒需要思考如何在不斷漏沙的過程中盡可能多地將沙子倒入瓶中。有的幼兒可能會(huì)加快裝沙的速度；有的幼兒會(huì)用手堵住漏斗；還有的幼兒可能會(huì)直接將漏斗放在瓶口上再裝沙子。這一過程中幼兒需要不斷地摸索和實(shí)踐，找到高效便利的方法，進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)。

（二）創(chuàng)造力與高階思維

STEM教育注重培養(yǎng)學(xué)生在知識(shí)運(yùn)用、改造創(chuàng)新、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開發(fā)及邏輯分析推理方面的綜合能力和多元思維，提高學(xué)生整合多門學(xué)科知識(shí)解決真實(shí)情境中具體問題的能力[2]。STEM教育重在培養(yǎng)一種按照科學(xué)的程序和原則解決問題的思維模式，即“明確問題—提出假設(shè)—設(shè)計(jì)與制作—測試與改進(jìn)—得出解決方案”。例如幼兒園小班活動(dòng)“變顏色”，老師提供帶有各種顏料的瓶蓋及透明的水，幼兒可以嘗試混合顏色并記錄，在三原色的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)顏色變化的規(guī)律，鍛煉幼兒的創(chuàng)造力和高階思維。

（三）跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

雖然將知識(shí)按其學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行劃分，對于深入系統(tǒng)的內(nèi)容學(xué)習(xí)及教師的組織教學(xué)有所助益，但往往會(huì)割裂學(xué)科間的聯(lián)系，容易出現(xiàn)忽視學(xué)生興趣、肢解學(xué)生完整的生活經(jīng)驗(yàn)、脫離社會(huì)實(shí)際等問題。在STEM教育中，教育工作者不再過多關(guān)注某一特定的學(xué)科或?qū)W科間的界限問題，更側(cè)重于從多學(xué)科知識(shí)整合角度解決具體問題。如制作衣物架，可以用來掛小朋友自己的衣服。首先，考慮高度問題，讓幼兒夠得到；其次，需要注意結(jié)構(gòu)問題，保證其穩(wěn)定性；最后，進(jìn)行裝飾設(shè)計(jì)，體現(xiàn)美觀性，這一過程需要多學(xué)科知識(shí)融合。

（四）設(shè)計(jì)與反思。

STEM教育的核心是工程，工程這一學(xué)科領(lǐng)域的突出特點(diǎn)在于它的設(shè)計(jì)性和反思性，一項(xiàng)工程活動(dòng)的開展，必然需要前期測量和設(shè)計(jì)。比如兒童做一個(gè)搭建游樂園的項(xiàng)目活動(dòng)，除了一些高大的游戲設(shè)施外，可能還會(huì)有休息的椅子、小吃車等設(shè)計(jì)。在積木數(shù)量有限的情況下，兒童需要預(yù)先設(shè)計(jì)好，“我”的游樂場里都有什么？“我”想設(shè)計(jì)哪些游樂設(shè)施？場地或者積木不夠了怎么辦？這些問題都需要兒童在實(shí)踐中不斷地設(shè)計(jì)、反思與改進(jìn)。應(yīng)該注意到，設(shè)計(jì)是無止境的，一個(gè)好的設(shè)計(jì)需要經(jīng)過多次反復(fù)修改和驗(yàn)證，因此教師不要做終結(jié)性評價(jià)。這并不是說教師評價(jià)活動(dòng)時(shí)只能說好的，而應(yīng)該判斷幼兒的設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足原來的需要，滿足程度如何？在此基礎(chǔ)上對幼兒提出相應(yīng)的指導(dǎo)和建議。

（五）合作學(xué)習(xí)。

STEM教育面臨的往往是真實(shí)存在的問題，實(shí)際任務(wù)的解決通常離不開團(tuán)隊(duì)成員的共同努力。在STEM活動(dòng)中，學(xué)生通常以小組為單位，共同整理和分析資料、對問題進(jìn)行前期探索、提出并驗(yàn)證假設(shè)、最后評估及完善活動(dòng)成果。需要注意的是，對于小組學(xué)習(xí)成果的評定方面主要考查的是小組成員的整體表現(xiàn)，而不是基于某個(gè)人的表現(xiàn)單獨(dú)評價(jià)。因此，培養(yǎng)學(xué)生的集體意識(shí)與合作能力，是STEM教育的重要目標(biāo)之一。在幼兒園日常生活中，教師要有意識(shí)地為幼兒提供合作的機(jī)會(huì)，如幾個(gè)小朋友一起收拾活動(dòng)器材、共同設(shè)計(jì)一張海報(bào)等。

三、美國STEM教育的實(shí)踐路徑

（一）通過政府法案與財(cái)政預(yù)算，助力STEM教育開展。

回顧美國STEM教育發(fā)展歷程不難發(fā)現(xiàn)，自1986年起，至今30多年的時(shí)間里，STEM教育一詞頻繁出現(xiàn)在美國的政府報(bào)告及法案當(dāng)中，越來越受到重視。從國家政策及財(cái)政角度看，每一屆政府對STEM的投入都有增無減。2015年，美國發(fā)布的《總統(tǒng)財(cái)政預(yù)算提案》中關(guān)于STEM教育的額外項(xiàng)目預(yù)算為1.7億美金，具體包括：1.1億美元的STEM創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目、0.4億美元的STEM教師培養(yǎng)項(xiàng)目及0.2億美元的國家STEM卓越教師團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目。2016年奧巴馬總統(tǒng)執(zhí)政期間，將獲得的超過10億美元的私人投資用于提升STEM教育，30億美元的總統(tǒng)預(yù)算用于STEM專項(xiàng)[3]。

（二）注重學(xué)科整合與師資培養(yǎng)，確保STEM教育質(zhì)量。

在學(xué)科整合方面，STEM教育的一個(gè)突出特點(diǎn)在于學(xué)科間內(nèi)在的、固有的聯(lián)系，而非簡單拼湊或割裂式的教學(xué)。幼兒在完成一個(gè)項(xiàng)目時(shí)往往需要調(diào)動(dòng)多學(xué)科知識(shí)得出解決方案。在師資培養(yǎng)方面，STEM教育強(qiáng)調(diào)教師不僅要關(guān)注日常生活、善于發(fā)現(xiàn)問題和教育機(jī)會(huì)，同時(shí)還要具備工程（設(shè)計(jì)）思維、技術(shù)思維，并將其與舊有的科學(xué)思維、數(shù)學(xué)思維聯(lián)系在一起，讓學(xué)生在解決問題的過程中感受跨學(xué)科式學(xué)習(xí)。給幼兒做指導(dǎo)時(shí)，教師要有意在活動(dòng)中訓(xùn)練幼兒的思維方式和探究能力，為以后學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

（三）鼓勵(lì)社會(huì)各界力量積極參與，推動(dòng)STEM教育發(fā)展。

應(yīng)該注意的是，美國STEM教育的推廣不單單依靠學(xué)校自身的實(shí)施與開展，而是充分調(diào)動(dòng)社會(huì)各界力量，特別是企業(yè)界的力量。正如奧巴馬提出的，“國家的成功取決于美國在世界創(chuàng)新中的作用，它取決于今天我們怎么教育學(xué)生——尤其是在STEM方面。我們的成功不能單靠政府的支撐，還依賴教師、家長、企業(yè)、非營利機(jī)構(gòu)和更廣泛的社區(qū)等”。2013年5月，美國發(fā)布的《聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略計(jì)劃》提出，STEM教育應(yīng)優(yōu)先于政府在教育方面的其他工作”。該計(jì)劃明確指出將由國會(huì)、國家科學(xué)基金會(huì)、教育部、學(xué)校、協(xié)會(huì)和聯(lián)盟等社會(huì)各界力量，共同推動(dòng)教育政策的具體落實(shí)和有效實(shí)施?？偟膩碚f，STEM教育已經(jīng)成為美國一項(xiàng)優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略計(jì)劃，各組織的共同努力和密切配合為美國STEM教育的發(fā)展和人才培養(yǎng)的質(zhì)量提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保障。

四、美國STEM教育對我國學(xué)前教育發(fā)展的啟示

（一）樹立STEM教育理念，加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)。

幼兒教師的素養(yǎng)和水平在很大程度上決定了幼兒能夠獲得什么樣的教育，因此如何建設(shè)一支素質(zhì)優(yōu)良的教師隊(duì)伍至關(guān)重要。本文認(rèn)為可以從三個(gè)方面進(jìn)行：其一，在大學(xué)建立專門的STEM學(xué)習(xí)中心，為教師開設(shè)系統(tǒng)的STEM課程，著力提高教師的學(xué)科素養(yǎng)。其二，針對幼兒園工作的老師們，可以定期舉辦STEM專題講座，設(shè)置答疑時(shí)間，及時(shí)解惑。其三，開展STEM賽課活動(dòng)，讓教師在反復(fù)實(shí)踐中理解和感受STEM教育。

（二）基于21世紀(jì)技能需要，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式革新。

AI發(fā)展背景下的未來社會(huì)人才應(yīng)具備四種能力，即問題解決能力、知識(shí)遷移能力、創(chuàng)造能力、合作能力。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單純的機(jī)械記憶已經(jīng)無法適應(yīng)新時(shí)代的各種挑戰(zhàn)，創(chuàng)新、遷移、合作等能力越來越受到重視，教育開始從僅關(guān)注書本知識(shí)的掌握轉(zhuǎn)向?qū)?shí)際問題的解決。教師在設(shè)計(jì)STEM項(xiàng)目活動(dòng)時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是將多學(xué)科知識(shí)融入實(shí)際生活中，并分解成一個(gè)或多個(gè)帶有趣味性和挑戰(zhàn)性的問題，激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，鼓勵(lì)學(xué)生通過親身實(shí)踐解決問題，獲得成就感。二是將需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容游戲化，將游戲的元素、方法和框架融入活動(dòng)中，豐富教育活動(dòng)內(nèi)容，更好地幫助學(xué)生理解、吸收和運(yùn)用有關(guān)知識(shí)。

（三）依據(jù)學(xué)前兒童發(fā)展特點(diǎn)，靈活開展STEM教育。

在幼兒生活、游戲中開展。幼兒的STEM學(xué)習(xí)沒有設(shè)備依賴，可以發(fā)生在任何時(shí)候，教師要善于抓住日常生活及游戲中的教育契機(jī)，將STEM理念融入其中。需要注意的是，STEM活動(dòng)的開展年齡更適宜在中班后期，這是因?yàn)橛變旱目茖W(xué)思維一般在5歲以后發(fā)生、發(fā)展，STEM活動(dòng)的開展需要學(xué)習(xí)者具備計(jì)劃性和反思性的能力，幼兒這類高階思維的發(fā)展是建立在元認(rèn)知基礎(chǔ)上的，因此，5歲以后的幼兒更有可能具備從事STEM活動(dòng)的能力。此外，還可以開展項(xiàng)目活動(dòng)，圍繞某一個(gè)主題進(jìn)行設(shè)計(jì)，將STEM教育滲透其中。同時(shí)，在活動(dòng)中教師應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注幼兒的興趣培養(yǎng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，并注意記錄幼兒學(xué)習(xí)過程及進(jìn)度，一方面幫助幼兒在下一次實(shí)踐中快速進(jìn)入狀態(tài)，另一方面為后續(xù)教學(xué)反思提供相關(guān)材料。

參考文獻(xiàn)：

[1]AAAS. Project 2061[EB/OL].https：//www.aaas.org/program/project2061，2017.12.10.

[2]鐘柏昌，張麗芳.美國STEM教育變革中“變革方程”的作用及其啟示[J].中國電化教育，2014（4）.

[3]Handelsman J.， Smith M.. STEM for all[EB/OL].http：//www.white house. gov/blog/2016/02/11/stem all，2016.

課題名稱：《遼寧省民辦幼兒教師心理健康水平研究》，編號(hào)：JG18CB387。