MINT：德國學前教育中的自然科學教育

瓦西里奧斯·伊曼努埃爾·菲納克思/文 張虹 胡億軍/譯

【摘要】在學前教育領域，德國的MINT課程提倡對兒童進行跨領域的綜合素養(yǎng)培養(yǎng)。MINT課程強調(diào)引導兒童感知、探索身邊的世界，即兒童在日常生活中可以接觸到的有機和無機世界現(xiàn)象，從而幫助他們獲得有關自然科學的基本經(jīng)驗和基礎知識，進而促使他們形成科學的思維和行動能力。本文以“空氣”這一主題為例，簡要說明MINT自然科學教育的內(nèi)容與過程。

【關鍵詞】學前教育;自然科學;MINT;科學思維

【中圖分類號】G612? ?【文獻標識碼】A? ?【文章編號】1004-4604（2018）05-0003-06

雖然MINT（德語“自然科學、技術、數(shù)學、媒體教育”的縮寫，基本等同于英語縮寫為STEM的“科學、技術、工程、數(shù)學教育”）在當前學前教育領域具有極其重要的地位，但在過去一直是一個被忽視的領域。十年前，研究者才開始重視這一領域的相關研究。例如，2006～2014年，德國不萊梅大學組織實施了一個名為“創(chuàng)造自然知識”的大型項目，聚焦學前教育四個領域的內(nèi)容：自然科學教育、技術教育、數(shù)學教育和媒體教育，提倡對兒童進行跨領域的綜合素養(yǎng)培養(yǎng)。MINT將兒童的學習與發(fā)展理解為兒童個體積極參與并與其他兒童及成人一起成長的社會建構過程。教師和兒童一起建構知識并探索意義。他們都是學習者，是共同建構教育過程的行動者。本文深入闡述德國在學前教育階段開展自然科學教育的理論基礎及實踐應用，以供參考。

一、開展自然科學教育的理論基礎

發(fā)展心理學研究表明，嬰兒已經(jīng)能運用所有感覺器官去探索他們周邊的世界。他們觀察、觸摸、品嘗和傾聽。隨著年齡的增長，他們學會了爬、走、跑，學會了說話，從而有了拓展探索范圍的可能。在探索了與他們直接聯(lián)系的周邊世界后，他們可能會對諸如水、土壤、火、空氣、天氣、聲響等自然科學現(xiàn)象產(chǎn)生探索興趣。他們想要探索這些現(xiàn)象并賦予其意義。兒童常提出類似這樣的問題：“為什么它是這樣的？”“它是如何起作用的？”這些問題說明兒童想要了解更多自然科學現(xiàn)象。隨著時間的推移，兒童對控制自己的周邊世界越來越得心應手，他們對觀察、實驗、研究樂此不疲，并有高度的學習內(nèi)驅力。可以說，兒童在學前階段就已經(jīng)具備了發(fā)展心理學所提出的探索自然科學問題所需具備的基礎條件。例如，發(fā)展心理學研究表明，3～5歲兒童已經(jīng)可以理解自然現(xiàn)象的種種關聯(lián);〔1，2〕兒童在學齡前就已經(jīng)具備理解不同自然科學領域，如物理學領域和生物學領域的概念，以及某些直觀理論的能力?！?，4〕概念是組成知識的基礎，人們借此組織信息?！?〕隨著年齡的增長，兒童會繼續(xù)對周邊世界作出積極分析并不斷與其他兒童及成人互動，從而日益提高將概念與概念相互聯(lián)系起來的能力。在這個過程中，雖然兒童已經(jīng)知道了很多（他們在幾個月大的時候就已經(jīng)在一定程度上理解了部分自然科學現(xiàn)象），但他們還是需要其他人，如教師或同伴，來幫助他們深化對這些知識的理解，建構新的知識。例如，小伙伴們一起參加活動，談論他們剛剛觀察的事情，一起尋找問題解決的策略，一起建構新的知識。當然，在絕大多數(shù)情況下，成人因為已經(jīng)積累了許多自然科學知識，所以可以為兒童提供更多支持。要注意的是，成人要和兒童一起進入共同的學習過程，和兒童一起尋找問題的答案，而不是告訴兒童答案。在互動建構的過程中，成人要尊重兒童學習與發(fā)展的現(xiàn)有水平，遵循差異化和個別化原則，從而最優(yōu)化地促進每位兒童的發(fā)展。

認知發(fā)展理論一直嘗試解釋兒童的思維發(fā)展，其中最著名的當屬讓·皮亞杰的研究。皮亞杰理論被看作是跨領域的理論，皮亞杰嘗試解釋所有兒童在所有學習領域里的邏輯思維特點、結構和過程。皮亞杰認為，當兒童獲得了特定的邏輯思維能力后，他就可以運用這一思維能力進行所有學習領域，如數(shù)學、生物、物理或心理學的學習。根據(jù)皮亞杰的理論，學前兒童處于所謂的前運算階段。皮亞杰通過研究證明，處在這個發(fā)展階段的兒童會產(chǎn)生特定的思維錯誤，思維具有不可逆性。當兒童從前運算階段過渡到具體運算階段后，即從6歲到7歲，可以克服這一“思維缺陷”。然而，最新的發(fā)展心理學研究對這一理論提出了質(zhì)疑。最新的發(fā)展心理學研究已經(jīng)達成共識：嬰幼兒的所知所會遠比我們預想的多，尤其是在思維發(fā)展方面。兒童的思維不僅包括基本的心理過程，如感知、注意、記憶，還包括更高級的心理能力，如概念的形成、結論的形成、問題的解決等。這表明，皮亞杰低估了兒童的認知能力，他所使用的研究方法把兒童所處的情境和他們所具有的生活經(jīng)驗割裂開來了，因而難以準確描繪兒童的綜合素養(yǎng)。相關研究發(fā)現(xiàn)，在兒童思維的發(fā)展過程中，兒童可支配的知識是他們使用某種特定思維能力的基礎?！?〕因此可以得出這樣的結論：兒童認知技能和策略的發(fā)展不能與兒童的知識基礎割裂開來。由此，基礎知識被賦予了一個重要的意義：基礎知識分布在不同的領域里，基礎知識的發(fā)展與兒童的認知發(fā)展密切相關。物理學、心理學和生物學等學習領域都被證明是兒童的基礎知識領域，因為這些領域的基礎知識對兒童的生存與發(fā)展具有特別重要的意義。而跨領域的綜合素養(yǎng)對于兒童的學習與發(fā)展具有更重要的促進作用?？茖W的思維和行動能力，如觀察、比較、分類、測量和實驗等，都屬于跨領域的綜合素養(yǎng)。這些素養(yǎng)有助于兒童獲得有關自然科學的知識，諸如水、空氣和動植物等的基礎知識，而這些基礎知識又對兒童思維的發(fā)展具有極其重要的促進作用。

特定領域或跨領域的認知技能很難被清楚地區(qū)分開來，事實上它們也不是相互排斥的，它們對兒童的思維發(fā)展都具有價值。特定的認知技能可以得到跨領域的發(fā)展，但它需要以每個領域的特定知識為基礎。研究者假設，各領域知識是在日常經(jīng)驗基礎上產(chǎn)生的，它們與科學知識的形成過程相似?？茖W知識和日常經(jīng)驗都有助于人們解釋和建構這個世界。自然科學中的物理學和生物學等知識均可在日常生活中被組織，并且對兒童的認知發(fā)展產(chǎn)生巨大的促進作用。如果兒童在這些領域接觸到有關概念，并運用這些自然科學的思維和行動方式（諸如分級、歸類和比較）進行學習，將可能既形成相關領域的知識，同時也促進思維能力的發(fā)展。

有研究表明，兒童在最初的幾年里主要通過感官探索周邊世界，并對自己從不同感覺器官獲得的信息加以關聯(lián)，從而持續(xù)地形成科學的思維和行動能力。也就是說，兒童在生命開始后就在自然科學領域通過探索有機和無機世界來形成自己的基礎知識，進而形成綜合素養(yǎng)，并且在與學習環(huán)境以及他人的互動中得到持續(xù)發(fā)展。

二、自然科學教育實踐

在學前教育階段，自然科學教育的內(nèi)容可以分為有機自然和無機自然兩個方面（見表1）。無機自然的內(nèi)容主題主要有水、空氣、火、土壤、太空、太陽、月亮、星星、天氣、光、聲音、能源等。有機自然的內(nèi)容主題主要是植物和動物。自然科學教育的實踐過程是從兒童的日常經(jīng)驗出發(fā)，旨在幫助兒童獲得基本經(jīng)驗，從而積累有關自然科學的基礎知識，進而獲得相關綜合素養(yǎng)。

上述自然科學主題活動會強化以下綜合素養(yǎng)。

一是觀察，即借助感官（看、聽、聞、嘗、觸摸）來感知自然科學現(xiàn)象。在上述主題活動中，各種自然現(xiàn)象始終是在特定的問題引導下被觀察和描述的。這意味著，幼兒在進行自然科學學習時，觀察始終是有目的性的。

二是描述，即通過各種形式的描述方法，有順序地描述觀察結果。例如，兒童運用文字或圖畫等形式來描述觀察到的現(xiàn)象或結果。

三是溝通，即用口頭和書面語言表達自己的想法、假設或解釋。鼓勵兒童多運用信息技術手段作溝通。

四是比較，從而發(fā)現(xiàn)共同性和差異性。重要的是，在比較前要確立比較的標準，如比較特定物質(zhì)的某個屬性（大小、顏色、狀態(tài)、結構等）。

五是測量，會涉及數(shù)量的學習。在上述自然科學學習中，兒童可以通過直接觀察得出測量結果，還可以通過相應工具作間接觀察得出測量結果，如使用替代物或直尺、秤、鐘、溫度計、速度計等進行觀察和測量。

六是科學探究。例如，嘗試做實驗。第一步是在實驗前提出假設。假設是一種基于前認知的猜測。第二步是實驗，這是為了證實或證偽假設。在實驗中，兒童可以學習有意識地確定或選擇某個或某些條件（變量），在實驗過程中嘗試改變、控制或重復觀察這些變量?！?，8〕

事實上，每個領域的學習都能促進兒童綜合素養(yǎng)的發(fā)展。通過上述自然科學主題活動，可以有效促進兒童創(chuàng)造、溝通、自我管理、社會認知、合作學習等綜合素養(yǎng)的發(fā)展。與此同時，兒童又可以在其他學習領域學到有關自然科學的知識，如舞蹈、體能、信息技術等，學習過程也往往是跨領域的。

本文以“空氣”為例，說明MINT自然科學教育的內(nèi)容與過程。空氣是所有生物生存不可或缺的，空氣無所不在。兒童可以在日常生活中觀察到許多與空氣有關的現(xiàn)象，因此這是一個很適合兒童探索的自然科學主題。教師可以從不同的角度，用不同的方式，引導兒童體驗和探索。

“空氣”主題的活動內(nèi)容很多。表2是概覽性質(zhì)的內(nèi)容梳理，并不完善，因為還存在其他的切入口或角度，這里只選擇了部分可供幼兒在日常生活中加以深化的學習內(nèi)容。教師可以據(jù)此組織活動，引導兒童感知、探索身邊的世界，幫助他們獲得有關自然科學的基本經(jīng)驗和基礎知識，進而促使他們形成科學的思維和行動能力。其中，基本經(jīng)驗是指人們可以在日常生活中獲得的經(jīng)驗?；A知識則蘊藏在這些教學活動中，有助于提高兒童的科學思維和行動能力。體驗和制作香水、把空氣變得可見、搭建一個空氣過濾裝置、建造一個飛行物體、探究人類與動物的呼吸、負責任地對待大氣環(huán)境、研究駕車和取暖造成的空氣污染等活動都適合兒童用來探索自然科學世界。教師可以引導兒童用感覺器官來感受空氣。例如，用鼻子感受吸入和呼出的空氣，用皮膚感受氣流。兒童還可以通過使用材料感受空氣，如拿一根羽毛靠近取暖器，觀察空氣的上升。

以空氣占據(jù)空間為例。只要是物體都會占據(jù)空間，比如玩具?？諝庖彩侨绱?。然而，大多數(shù)兒童可能還沒有意識到這一點。教師可以引導兒童利用玩水的機會獲得類似經(jīng)驗。比如，為一只橡膠鴨子灌水，只有先用力擠壓出橡膠鴨子里的空氣才能灌滿水。又如，把一個空瓶子放進水里，空瓶里的空氣會咕嚕咕嚕往上冒。還可以引導兒童做這樣的實驗：拿一個玻璃杯，杯口朝下，垂直放進裝滿水的盆里，然后迅速拿起玻璃杯，可以發(fā)現(xiàn)玻璃杯的內(nèi)壁依然是干的。這是因為玻璃杯垂直放進水里時，杯子中有空氣，水擠不進去，無法占據(jù)空氣的空間。

再以空氣有溫度為例。在感受暖空氣和冷空氣方面，可以引導兒童在日常生活中體驗室外空氣和室內(nèi)空氣溫度的區(qū)別，也可以引導兒童感受一下陰影里和陽光下空氣溫度的區(qū)別，還可以讓兒童把手放到點亮的60瓦白熾燈的旁邊（但手絕對不能碰到白熾燈）感受空氣溫度。教師可以通過提問加深兒童對空氣溫度的認識：白熾燈周邊的空氣有什么特點？在測量空氣的溫度方面，可以引導兒童描述自己身體對暖空氣和冷空氣的反應，也可以引導兒童使用溫度計測量空氣的溫度。比如，讓兒童走進設置溫度不同的房間，讓他們描述自己身體的反應或感受，再引導他們看看放在不同房間里的溫度計刻度有什么不同。教師還可以提出問題引發(fā)兒童的進一步思考：我們怎樣發(fā)現(xiàn)空氣是暖的或冷的？你們都起過雞皮疙瘩嗎，是什么時候，感受如何？在空氣溫度與能源的聯(lián)系方面，可以引導兒童探究冬天人們是如何取暖的，或引導兒童探索如何利用空氣獲得能源，如風力發(fā)電。在暖空氣比冷空氣輕方面，可引導兒童在日常生活中觀察相關現(xiàn)象，比如暖氣片上方窗臺上的綠色植物細小的葉子會在空氣中擺動。這是因為暖氣片加熱了空氣，空氣變輕了，上升的暖空氣帶動了窗臺上植物的細小葉子擺動。教師還可以引導兒童把一張細長形的紙條放在白熾燈上方，觀察紙條在熱空氣中擺動的現(xiàn)象。同樣可以通過提問的方式激發(fā)兒童的研究興趣：我把紙條放到燈泡上方時，你們看到了什么？為什么燈泡上方的紙條會擺動？在暖空氣需要更多的空間方面，可以引導兒童在日常生活中借助塑料水瓶觀察這一現(xiàn)象。塑料水瓶會因為空氣溫度的變化而外凸或內(nèi)凹。一個密封的空的塑料水瓶被加熱時，會因瓶內(nèi)空氣膨脹產(chǎn)生超壓，這時瓶子會向外凸出。在打開瓶蓋時，因膨脹而多余的空氣會帶著人們聽得見的聲響逃離瓶子。這個塑料瓶子被冷卻時則會出現(xiàn)相反的變化：它會因產(chǎn)生負壓而內(nèi)凹。這時打開瓶蓋，外面的空氣會帶著哨音進入瓶子而使瓶內(nèi)空氣得到平衡。教師還可以引導兒童發(fā)現(xiàn)這一原理在日常生活中的應用，如果醬和其他食品的保存：食品加熱后裝到瓶子里，然后冷卻讓瓶內(nèi)產(chǎn)生負壓，這個負壓可以幫助密封瓶子。

教師在組織兒童探索空氣時，應當注意將其與“技術”的學習相聯(lián)系。例如，探索可以用空氣移動物體時，教師不僅可以引導兒童感受風，還可以引導兒童制造風，進而引導兒童研究和仿造風車，并比較不同結構的風車，或者引導兒童嘗試在玩具汽車上加裝風帆推動汽車前進。又如，探索空氣有阻力時，既可以引導兒童探究什么物體更容易在空氣中停留，又可以將其與“技術”相聯(lián)系，引導兒童探究什么樣的紙飛機在空氣中可以飛得更遠更久。

下圖以“空氣”為例，簡要梳理MINT自然科學教育的過程。

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MINT： German Natural Science Education in Preschool Education

Wassilios Emmanuel Fthenakis

（Germany Institute for Early Childhood Education Research， Bavaria， Munich ）

Translated by Zhang Hong1， Hu Yijun2

（1Hangzhou College for Kindergarten Teachers， Zhejiang Normal University， Hangzhou， 310012）

（2Center for German Studies， Zhejiang International Studies University， Hangzhou， 310012）

【Abstract】In preschool education field， German MINT curriculum advocates cultivating interdisciplinary comprehensive quality for children. MINT curriculum emphasizes that teachers should pay attention to guiding children to perceive and to explore the world around them， which is the organic and inorganic world phenomenon in childrens daily lives， and assist them to gain basic experience and knowledge related to natural science， thereby promoting them to develop scientific thinking and quality of action. This paper analyzes the MINT curriculum contents and procedures by using the theme of air as an example.

【Keywords】preschool education; natural science; MINT; scientific thinking