如何在兒童早期開展STEM教育：來自生態系統學的視角

臺州學院教師教育學院 丁燕華 馮翠典

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

2017年，美國國家科學基金會（National Science Foundation）資助的美國芝麻街工作室瓊·甘茲庫尼中心出臺了《及早開展STEM教育：在兒童早期打下科學、技術、工程和數學教育的基礎》［1］（以下簡稱《基礎》），提出了從生態系統學的角度開展兒童早期STEM教育的路徑。

一、兒童早期的STEM教育：生態系統學的途徑

1977年，俄國心理學家布朗芬布倫納（Urie Bronfenbrenner）提出一個創新性觀點：為了更好地理解人的發展，不能僅局限于理解兒童和其直接接觸的環境之間的簡單關系，而需要認真地思考兒童生活其中的復雜的、相互聯系的要素，以及那些間接影響兒童的更大的情境。［2］生態系統理論成為研究者、政策制定者、實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系統理論。［3］該圖由一系列同心圓組成，兒童處于中心位置。微小系統（Microsystem）是圍繞兒童的第一個圈，這是兒童直接接觸的環境，包括家庭、教室、兒童看護、課后項目或其他社區環境，以及這些環境中所接觸的人和經驗。第二個圈是中間系統（Mesosystem），在這個系統中承認和凸顯了不同微系統之間的關系，如兒童的學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（Exosystem）包括了不會直接接觸兒童，但會直接或間接地影響兒童的社會結構和機制，如政府的政策以及催生這些政策的基礎研究。最外一圈叫作宏觀系統（Macrosystem），包括了規定兒童所在環境的文化框架、范式、價值觀以及模型。

（一）兒童處在中心：兒童和STEM教育

1.兒童早期的數學、科學、技術和工程

研究表明，兒童早期的STEM學習經驗和后續相關學科的學習，以及整體意義上的學習成果之間有正相關關系。兒童早期的數學知識和技能可以預測兒童高中階段的數學成就及后續的整體性學習成就。兒童參與科學探究所獲得的經驗和互動會促進兒童的概念理解，提高科學探究能力，并能發展兒童對科學的積極態度。技術和工程領域在兒童早期相對易受忽視，且存在誤解。很多人認為在兒童早期進行技術教育就是指在教室中使用電子設備。然而，使用技術和幫助兒童獲得技術素養是不一樣的，和教會他們理解技術如何拓展了我們的知識，如何對技術領域的成就進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。但實際上，兒童是天然的工程師，他們渴望建造物體和設計方案。

2.學科間的連接

STEM這個縮略詞作為一個整體，也是為了表明科學、技術、工程、數學是緊密相連的，是有可能采取融合方式進行教學的。研究表明，兒童在情境化、融合性的學習中受益良多，因為融合本身往往能深化相關概念的理解，提高問題解決能力。但并不是所有的主題都要融合四個學科，也不是任何關于四個學科的融合都是可能的和適合的。

3.特定的群體

在STEM學習中是否存在性別差異也是研究的重點。研究表明，人們對男孩和女孩在STEM學習上存在偏見，即普遍認為女孩在STEM學習中不如男孩。此外，STEM學習特別強調交流和復雜的推理，因此對兒童使用語言的能力有較高要求。非母語學習者如何更好地參與，是一個重要的研究話題。

（二）微小系統：教師和家長作為STEM教育的入口

微小系統是兒童在日常經驗中直接接觸的環境。在微小系統中，教師和家長是兒童早期STEM學習的直接入口。

1.教師的重要性

如果教師對STEM教育非常有信心和熱情，并能讓學生參與到合適的STEM主題活動中，就能把這種興趣和激情傳遞給學生。事實上，關于如何實施STEM教育，教師還存在著廣泛的焦慮。此外，教師不知道如何調整STEM學習以適應兒童。對于STEM學習，不僅要改變兒童的思維習慣，還要改變教師的思維習慣，更要思考如何增長教師對STEM教學的信心和能力。

2.家庭參與到STEM學習中的重要性

家長有充足的機會來幫助、鼓勵、支持兒童的早期STEM學習。家長背景的多元性本身就是STEM學習的重要資源。越多的家長參與，通常意味著兒童擁有更多的自信心和更好的學習成就。但是，家長同教師一樣，可能面臨著STEM學習方面知識、信念和態度的短缺，家長需要更多的支持才能科學地給兒童的STEM學習提供支架。

（三）中間系統：家庭環境和學校環境之間的互動

中間系統是兒童微小系統之間的連接，和能直接影響成人—兒童關系的經驗或人。

1.高層次的影響：STEM教師工作環境的發展

為了有效地進行教學，教師應該理解STEM教學的內容，兒童STEM思維或知識的本質，以及這種思維或本質是如何發展的，并使STEM教學符合兒童的發展需要和水平。但是，許多STEM教師都缺乏最基本的培訓，并且受到系統性問題的制約，如教師自身對兒童STEM融合性教學經驗不足，在職前教師培訓中沒有機會理解STEM內容知識的發展性軌跡及兒童的學習序列，大學中在STEM領域所經驗的方法造成無效教學的“代際流傳”，復雜的日常工作環境等。

教師應是一個學習者，并以與兒童同樣的方式來學習。教師在職前和職后教育中也同樣需要有動手性、參與性的學習環境和實踐。當教師在學習中體驗到對STEM學習的好奇和驚喜，當教師展現出對學習軌跡和最佳實踐的敏感性，才能看到一個能夠使用的STEM學習模型。

2.連接不同的微小環境：家長和技術作為橋梁

如果能將兒童的正式學習以有意義的方式與校外經驗連接，就能促進和豐富正式的學習。為此，教育者和保育提供者可以利用兩個有力的工具——家長和技術。

家長作為學生生活的長期影響因素，有助于連接校外和校內的STEM學習，以及整體的學習經驗，讓兒童體驗到非正式學習環境的重要影響，促進兒童作為STEM學習者的自我認同感。家長可以參與相關的活動，促進兒童的校內學習，如帶孩子去和STEM相關的博物館，讓孩子參與和STEM相關的課后活動等。技術也能連接兒童的學習環境和自身經驗。數字化媒體已經滲透到兒童生活的方方面面，可以借助成人的有效引導，提供機會來深化兒童的學習。

中間系統讓我們認識到教師、家長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的兒童。使用家長和技術作為橋梁能很好地將這些因素形成合力。

（四）外部系統：研究和政策的影響

外部系統是指沒有直接包含兒童，但會對兒童產生間接影響的社會性結構和機構。研究和政策的轉變在兒童STEM學習的數量和質量上扮演關鍵角色。

1.教育政策的影響

對于兒童的學習，需要政策上的匹配和連貫。標準、課程、評價、專業發展之間的匹配非常重要，政策導向和政策努力應致力于此。連貫是指學前教育的不同時期，以及學前教育和小學教育之間的連貫。政策上的匹配和連貫對保障兒童的學習經驗和學習策略的穩定性非常重要。

2.教育研究重心

很多研究者在遠離教室的實驗室情境中研究兒童的學習和發展，其研究成果很難轉化成政策導向，更難影響到教師的行為。從教育資助以及教育研究文化上，應提倡基于學校實踐場所的教育研究，教師應被看作研究者。理論研究者與教師應長期合作，為兒童設計合宜的STEM學習經驗。

（五）宏觀系統：圍繞文化框架來支持早期兒童的STEM教育

宏觀系統是更廣泛的文化框架、范式、價值觀、模式等，這些方面塑造了幼兒在其他系統中的參與及關系。為了理解文化在STEM教育開展中的角色，應注重理解宏觀系統中價值觀和文化對兒童早期STEM學習的影響機制。從宏觀系統的角度看，政策制定者和公眾常常會持有一些假設，如男孩更適合STEM相關的職業等，這些假設和促進兒童STEM教育機會的實際努力可能相左。

二、兒童早期的STEM教育：基于生態系統學的建議

在如何提供高質量的早期兒童STEM學習經驗的問題上，《基礎》提供了以下六個建議。

（一）讓家長參與進來

當家長能夠理解并有能力支持兒童的STEM學習時，將對兒童產生深遠的影響。家長是有參與意愿的，但他們依然需要相應的知識提升和正式的支持。家長教育者、志愿者和研究者可以通過多種途徑促進家長的參與，如博客、兒童看護中心、出版物等。在與家長的交流中應關注早期兒童STEM教育的特征、方法，準備系列案例，并提供長期培訓。

（二）給教師提供支持

實施STEM課程不僅是提供一套新的數學課程或要求幼兒記憶科學詞匯，更應致力于融合STEM的領域，并熟悉幼兒學習、教師及早期學習項目改進的理論，了解家庭的需求。教師需要高質量的前期準備才能應對這些挑戰。

教育領導者應確保持續的STEM培訓和支持，并思考如何將STEM教育有意義地融入教師的實踐中。教師培養和培訓項目應進行有目的的設計，讓教師以和兒童STEM學習一樣的方式來經驗STEM教育，從而對兒童經驗的學習產生同理心，并能初步建模。研究者應及時向教師分享研究成果，關注教師的需求。

（三）連接學習網絡

家長、教師、技術、博物館和圖書館形成了網絡化的“充電站”，幼兒可以在其中增長和拓展STEM學習。領導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會，并成為熟練的STEM學習者。

博物館、圖書館和社區組織的領導者應把早期兒童STEM學習環境的創設放在優先位置，讓兒童參與到展覽和活動中，并給家長提供讓兒童參與STEM活動的教學。教育和技術領域的領導者應保障所有有幼兒的家庭以及相關的專家可以有高質量的網絡連接和其他的數字化基礎設施。各級政府應保障教育者能通過網絡進行合作，參加專業發展課程。公眾和私人投資者應繼續投資能讓兒童和家庭更多地參與到STEM學習中的項目。

（四）轉變早期兒童教育

高質量的早期兒童STEM教學必須和有效的支持以及公眾參與的拓展努力結合起來。各級政府及社區的領導者應致力于研究并實踐改善早期兒童教學的方式。

第一，各級政府以及社區領導者應使用現有的和新的財政資源來促進早期兒童的整體教學質量。第二，應建立STEM教育的專業發展系統，促進高等教育和基礎教育學區的合作，深化研究，拓寬應用。第三，應特別重視專業準備、教師發展和繼續教育，高校中的教師培養項目應注重學科間的結合。

（五）調整研究的重心

現在，更多的STEM研究關注的是年齡較大的兒童，以及如何進行本科生和研究生層次的STEM培養，研究機構并沒有把早期STEM學習放在優先地位。雖然政府在提倡早期兒童的STEM教育，但缺少機制來促進機構間的協作。

為此，政府應增加對早期兒童STEM學習的研究投資，并把研究成果用以形成政府層面的策略。此外，應鼓勵研究者和實踐者的雙向溝通，研究機構的領導者應引導多機構和多學科間的早期STEM學習研究。

（六）清晰地和公眾交流

現在，一些機構的活動和關于早期STEM學習的某些科學性共識是相左的。很多機構都致力于讓少數年輕學生學習專業化知識，而不是注重早期兒童的STEM教育。鑒于此，所有的利益相關者和提倡者，應避免產生對早期STEM學習的文化性誤區。各級領導者應對早期學習和早期STEM教育進行討論。公眾媒體應實施一些項目，用來提高公眾對STEM教育的興趣，并建構家校學習的橋梁。

為了有效地在兒童早期播下STEM學習的種子，整個系統中各個領域的研究者、實踐者以及政策制定者等要協同起來，為保障兒童獲得必要的STEM學習經驗而努力。

［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.