開展幼兒園STEM教育的重要性和必要性

楊元魁+葉兆寧

當前，STEM教育已經成為國內外K—12教育領域的熱點話題。美國在20世紀80年代首次提出STEM教育這一理念的時候，其主要目的是在髙校進行STEM類課程的改革，培養更多的STEM類人才，以解決美國在STEM領域人力資源的短缺問題，保證美國在科技領域國際競爭中的優勢。進入21世紀以后，一方面現代社會在STEM方面的需求爆發式增長，另一方面STEM教育尤其是基礎教育階段的STEM教育在創新人才培養中的重要作用日益凸顯，STEM教育得到了各國政府和教育部門的大力支持，并且開始逐步向中小學階段和幼兒階段（泛指小學之前的學段）延伸。近年來，幼兒階段成為了STEM教育的又一個重點發展方向。

STEM教育不僅包括科學與數學，還包括了工程、技術、藝術等其他學習領域，是更大范圍的跨學科整合。這就對幼兒教師的知識基礎和能力提出了更髙的要求，對幼兒教師的培養提出了更大的挑戰。在我國，科學是3?6歲兒童發展和學習的5大領域之一，但可惜的是，科學（數學除外）也許是幼兒教育中最不受重視的學習領域，或者說，大多數幼兒園在科學領域上是心有余而力不足。究其原因主要體現在兩個方面：師資力量不足和對幼兒科學教育認識不足。師資力量不足很容易理解，對幼兒科學教育認識不足又具體體現在兩個方面：一是認識不到幼兒科學教育的重要性；二是認為幼兒并不具備學習科學的能力。這就造成了長期以來幼兒科學教育的困局：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教育的科學基礎、國際進展、實施建議3個方面展開論述，希望可以為幼兒園開展STEM教育提供一定的參考。

幼兒STEM教育的科學基礎

兒童生而具備強大的學習能力，這一點毫無疑問。然而，人們曾經一度認為嬰幼兒缺乏形成復雜想法的能力，很多人對于幼兒是否能夠進行STEM學習深有疑慮。

認知科學的研究證據

認知科學的研究已經表明，嬰兒早在3?4個月的時候便開始擁有許多有用的知識。《人是如何學習的》一書中列舉了在科學領域的3個典型研究案例：嬰兒明白物體需要支撐才不至于倒塌；靜止物體與運動物體接觸可產生移位；無生命物體需要外力作用才能運動。近期的一項研究發現，11個月大的嬰兒在看到出乎意料的事件時（如一只球看似穿過了一堵墻），會投入更多的注意以確定這個活動涉及的物體是否值得進一步探索，這表明11個月大的嬰兒已經具備了一定的“先天”物理知識，對這種先天知識的違背給嬰兒的學習提示了一種特殊的機會[1]。

在工程領域，早期建構類的活動促使幼兒觀察所使用搭建材料的性能（是否堅硬、柔軟、靈活等），體驗應用的效果并感受“自然”的力量（包括重力和摩擦力）對材料和建筑的影響，這就為在幼兒階段引入工程教育奠定了基礎[2]。當然，幼兒階段的工程教育是一個難點，看上去似乎無從下手，本專題會有文章專門論述在幼兒階段如何開展工程教育。

在數學領域，年幼的嬰兒和剛學走路的學步兒也能對加減算術運算的結果作出正確的反應，幼兒甚至能主動參與自己的數字學習和問題解決。

在語言領域，嬰兒在語言發展的最初階段主要采用了統計學習的方法進行學習。某種語音發生的頻率，對于嬰兒了解哪些音位最為重要起著關鍵作用。8?10個月大的嬰兒還聽不懂口語詞匯，然而他們對于音位的發生頻率——統計學家稱之為“分布頻率”——卻非常敏感[3]。

腦科學的研究證據

腦科學的研究發現，人腦中一旦形成錯誤的科學和數學概念，會對將來的學習造成非常嚴重的影響。在將來學習新的概念時，如果新的概念與原有的概念不一致，那么背外側前額皮層（DLPFC）和前扣帶回（ACC）會高度激活，這2個區域激活水平的增加意味著存在認知沖突。在這個過程中，先前錯誤的概念只會被抑制，而很難被替換掉；如果采用基于實證和探究的學習方式，這些錯誤概念會得到較好的抑制，但依然無法從腦里完全去除[4]。因此，開展兒童早期科學教育，并且圍繞大概念進行科學教育，有助于在早期建構起正確的概念和模型[5]，為將來應對更為復雜的STEM學習打下基礎。

人腦在3?6歲期間發育極快，尤其是人腦的控制中心——額葉皮層的發育經歷了質的飛躍，其具體的行為表現是兒童的執行功能（包括抑制控制、工作記憶和認知靈活性）在3?6歲期間發展非常迅速，并且3?6歲也是進行干預的最佳時期[6]。執行功能的發展是兒童能夠進行STEM學習的重要認知基礎，其中的抑制控制成分更加是兒童抑制錯誤概念、構建正確概念的核心能力。

從以上有關兒童早期發展的認知科學和腦科學研究可以看出，幼兒已經具備了進行STEM學習的認知基礎和腦發育基礎。而且，開展早期STEM教育對于兒童將來更為深入的學習和基本能力的培養具有重大意義。

幼兒STEM教育的國際進展

2015年，在美國科學教師協會（NSTA）的STEM教育大會和美國幼兒教育協會（NAEYC）年會上，幼兒階段的STEM教育成為了會議的熱點話題，涌現出大量討論幼兒STEM教育研究和實踐的報告。

同年7月，英國權威科學雜志《自然》聯合美國權威科普雜志《科學美國人》合作以《一種教育》（An Education）為社論文章，出版了《培養21世紀的科學家》（Building the 21st century scientist）專輯，集中推出了一系列闡述幼兒園到大學STEM教育的評論文章，系統論述了STEM教育的重要性及面臨的機遇和挑戰，認為“孩子人人都是科學家，只要從小就給他們合適的科學教育”[7]。

專輯評論指出，為了培養21世紀的科學家，教育需要培養學生“創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）；評論還認為，學生的創造性（Creativity）、堅持性（Persistence）、積極性（Motivation）等21世紀技能可以通過設計良好的課程進行培養。endprint

該專輯中有一篇題為《Reading，writing and high—energy physics》的文章，介紹了德國“小小科學家之家”（Little ScientistsHouse）項目，并且在文中舉例了2個小活動說明在幼兒園如何開展STEM教育。其中一個活動是關于風的產生，5歲的孩子們認為樹通過搖晃樹枝產生風，并且對此十分自信。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的經歷。一個男孩想起了自己在海邊的經歷，風拂過沙灘和海面，但是卻并沒有樹。另外一個孩子說汽車開過的時候會將樹葉帶到空中飛舞起來。在這個案例中，孩子們并不是從教師那得到直接的答案，而是根據自己的討論得出“風不是樹枝搖晃產生的”這一結論[8]。

“小小科學家之家”項目是由一群對本國學生在國際測驗中的糟糕表現感到失望透頂的商業領袖們于2006年發起的，并且從2008年開始得到德國聯邦政府的大力支持和資助。截至2015年，德國6歲以下的孩子有一半左右已經參與到了該項目中。

2015年9月，我國教育部發布的《關于“十三五”全面推進教育信息化工作的指導意見》中指出：要“有效利用信息技術推進‘眾創空間建設，探索STEAM教育、創客教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識”，STEM、創客等名詞開始出現在我國教育部的官方文件中。可惜的是，該文件是從教育信息化的角度推行STEM教育，并沒有提及幼兒階段的STEM教育。

2016年9月，美國研究所與美國教育部聯合發布了《STEM 2026：STEM教育創新愿景》（STEM 2026：A Vision for Innovation in STEM Education），該報告旨在促進STEM教育公平，以及讓所有學生都得到優質STEM教育的學習體驗，并且將“開展早期STEM教育”列為未來STEM教育創新的8大挑戰之一，需要得到足夠的重視和投入[9]。

幼兒STEM教育的實施建議

環境適宜化

有條件的幼兒園可以建立一個專門的STEM活動室，布置一些專門的主題活動區域。我們建議可以在日常教室里面設立一個專門的STEM活動區，也可以對傳統的自然角、科學角進行改建。在這些區域里不僅要具備傳統的科學和數學材料，還需要包含一些技術工具，如放大鏡、尺子、天平、溫度計，便于幼兒觀察、測量和記錄。建立一個材料豐富、工具多樣的STEM活動區，能夠引發幼兒的好奇心和興趣，吸引幼兒主動參與到STEM活動中來。但是在具體的STEM活動中，材料和工具應當根據特定的主題保持在一定的類型和數量范圍內，太多太雜反而容易干擾幼兒的學習。

材料可及化

幼兒園開展STEM活動的材料應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。我們不建議采用拼插類玩具開展STEM活動。拼插類玩具雖然能夠很大程度上發揮孩子的想象力，但是這種想象力并不是建構在對現實世界中的STEM現象進行觀察和思考的基礎之上，并且難以遷移到真實的問題解決情境中。傳統的積木類玩具就是開展幼兒STEM活動的好工具，其他平時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活動材料。因此，教師應當在平時留意材料的收集。

教師專業化

教育主管部門要重視幼兒STEM教師的培養工作，但我們并不建議每個幼兒園配備或培養專門的幼兒STEM教師，這里所說的教師專業化并不是教師專門化。相反，由于幼兒的發展和學習并不能簡單地割裂成獨立的學科，我們更多地建議幼兒STEM教師的培養應當結合其原有的學科基礎和優勢，真正地將STEM教育融入幼兒平時的生活和游戲中去。

活動主題化（游戲化、生活化）

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

在我國，教育部和中國科協于2001年發起了“做中學”科學教育改革實驗項目，大力推行面向5?12歲兒童的探究式科學教育。“做中學”項目在幼兒階段的多年研究與實踐，為我國開展幼兒STEM教育奠定了堅實的基礎。必須強調的是，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方法，也是幼兒的主要學習方式。

主要參考文獻

[1] Stahl A E， Feigenson L.Observing the unexpected enhances infants' learning and exploration[J].Science，2015，348（6230）：91-94.

[2] Hoisington C. Giinine an E！ Seven strategies for supporting the “E” in young children' s STEM learning[J]. Science & Children，2015， 44-51.

[3] Patricia K. Kuhl. How Babies Learn Language[J]. Scientific American， 2015， 11： 64-69.

[4] Mareschal D. The neuroscience of conceptual learning in science and mathematics[J]. Current Opinion in Behavioral Sciences， 2016， 10：114-118.

[5] 韋鈺.以大概念的理念進行科學教育[J].人民教育，2016（1）：41-45.

[6] Blair C. Executive function and early childhood education[J]. Current Opinion in Behavioral Sciences， 2016，10：102-107.

[7] Building the 21st century scientist， http：//www.nature.com/ news/stem-1.17959

[8] Baker， Monya. Reading， writing and high-energy physics[J]. Nature， 2015， 523（7560）：276-278.

[9] 金慧，胡盈瀅.以STEM教育創新引領教育未來——美國《STEM 2026： STEM教育創新愿景》報告的解讀與啟示[J].遠程教育雜志，2017，35（1）：17—25.endprint