开展幼儿园STEM教育的重要性和必要性

杨元魁+叶兆宁

当前，STEM教育已经成为国内外K—12教育领域的热点话题。美国在20世纪80年代首次提出STEM教育这一理念的时候，其主要目的是在髙校进行STEM类课程的改革，培养更多的STEM类人才，以解决美国在STEM领域人力资源的短缺问题，保证美国在科技领域国际竞争中的优势。进入21世纪以后，一方面现代社会在STEM方面的需求爆发式增长，另一方面STEM教育尤其是基础教育阶段的STEM教育在创新人才培养中的重要作用日益凸显，STEM教育得到了各国政府和教育部门的大力支持，并且开始逐步向中小学阶段和幼儿阶段（泛指小学之前的学段）延伸。近年來，幼儿阶段成为了STEM教育的又一个重点发展方向。

STEM教育不仅包括科学与数学，还包括了工程、技术、艺术等其他学习领域，是更大范围的跨学科整合。这就对幼儿教师的知识基础和能力提出了更髙的要求，对幼儿教师的培养提出了更大的挑战。在我国，科学是3?6岁儿童发展和学习的5大领域之一，但可惜的是，科学（数学除外）也许是幼儿教育中最不受重视的学习领域，或者说，大多数幼儿园在科学领域上是心有余而力不足。究其原因主要体现在两个方面：师资力量不足和对幼儿科学教育认识不足。师资力量不足很容易理解，对幼儿科学教育认识不足又具体体现在两个方面：一是认识不到幼儿科学教育的重要性；二是认为幼儿并不具备学习科学的能力。这就造成了长期以来幼儿科学教育的困局：一方面不知道要改变，另一方面想改变却不知道该如何改变。

本文从幼儿STEM教育的科学基础、国际进展、实施建议3个方面展开论述，希望可以为幼儿园开展STEM教育提供一定的参考。

幼儿STEM教育的科学基础

儿童生而具备强大的学习能力，这一点毫无疑问。然而，人们曾经一度认为婴幼儿缺乏形成复杂想法的能力，很多人对于幼儿是否能够进行STEM学习深有疑虑。

认知科学的研究证据

认知科学的研究已经表明，婴儿早在3?4个月的时候便开始拥有许多有用的知识。《人是如何学习的》一书中列举了在科学领域的3个典型研究案例：婴儿明白物体需要支撑才不至于倒塌；静止物体与运动物体接触可产生移位；无生命物体需要外力作用才能运动。近期的一项研究发现，11个月大的婴儿在看到出乎意料的事件时（如一只球看似穿过了一堵墙），会投入更多的注意以确定这个活动涉及的物体是否值得进一步探索，这表明11个月大的婴儿已经具备了一定的“先天”物理知识，对这种先天知识的违背给婴儿的学习提示了一种特殊的机会[1]。

在工程领域，早期建构类的活动促使幼儿观察所使用搭建材料的性能（是否坚硬、柔软、灵活等），体验应用的效果并感受“自然”的力量（包括重力和摩擦力）对材料和建筑的影响，这就为在幼儿阶段引入工程教育奠定了基础[2]。当然，幼儿阶段的工程教育是一个难点，看上去似乎无从下手，本专题会有文章专门论述在幼儿阶段如何开展工程教育。

在数学领域，年幼的婴儿和刚学走路的学步儿也能对加减算术运算的结果作出正确的反应，幼儿甚至能主动参与自己的数字学习和问题解决。

在语言领域，婴儿在语言发展的最初阶段主要采用了统计学习的方法进行学习。某种语音发生的频率，对于婴儿了解哪些音位最为重要起着关键作用。8?10个月大的婴儿还听不懂口语词汇，然而他们对于音位的发生频率——统计学家称之为“分布频率”——却非常敏感[3]。

脑科学的研究证据

脑科学的研究发现，人脑中一旦形成错误的科学和数学概念，会对将来的学习造成非常严重的影响。在将来学习新的概念时，如果新的概念与原有的概念不一致，那么背外侧前额皮层（DLPFC）和前扣带回（ACC）会高度激活，这2个区域激活水平的增加意味着存在认知冲突。在这个过程中，先前错误的概念只会被抑制，而很难被替换掉；如果采用基于实证和探究的学习方式，这些错误概念会得到较好的抑制，但依然无法从脑里完全去除[4]。因此，开展儿童早期科学教育，并且围绕大概念进行科学教育，有助于在早期建构起正确的概念和模型[5]，为将来应对更为复杂的STEM学习打下基础。

人脑在3?6岁期间发育极快，尤其是人脑的控制中心——额叶皮层的发育经历了质的飞跃，其具体的行为表现是儿童的执行功能（包括抑制控制、工作记忆和认知灵活性）在3?6岁期间发展非常迅速，并且3?6岁也是进行干预的最佳时期[6]。执行功能的发展是儿童能够进行STEM学习的重要认知基础，其中的抑制控制成分更加是儿童抑制错误概念、构建正确概念的核心能力。

从以上有关儿童早期发展的认知科学和脑科学研究可以看出，幼儿已经具备了进行STEM学习的认知基础和脑发育基础。而且，开展早期STEM教育对于儿童将来更为深入的学习和基本能力的培养具有重大意义。

幼儿STEM教育的国际进展

2015年，在美国科学教师协会（NSTA）的STEM教育大会和美国幼儿教育协会（NAEYC）年会上，幼儿阶段的STEM教育成为了会议的热点话题，涌现出大量讨论幼儿STEM教育研究和实践的报告。

同年7月，英国权威科学杂志《自然》联合美国权威科普杂志《科学美国人》合作以《一种教育》（An Education）为社论文章，出版了《培养21世纪的科学家》（Building the 21st century scientist）专辑，集中推出了一系列阐述幼儿园到大学STEM教育的评论文章，系统论述了STEM教育的重要性及面临的机遇和挑战，认为“孩子人人都是科学家，只要从小就给他们合适的科学教育”[7]。

专辑评论指出，为了培养21世纪的科学家，教育需要培养学生“创造性的问题解决能力”（Creative Problem Solving）、“批判性思维”（Critical Thinking）和“合作”（Collaboration）等“软技能”（Soft Skills）；评论还认为，学生的创造性（Creativity）、坚持性（Persistence）、积极性（Motivation）等21世纪技能可以通过设计良好的课程进行培养。endprint

该专辑中有一篇题为《Reading，writing and high—energy physics》的文章，介绍了德国“小小科学家之家”（Little ScientistsHouse）项目，并且在文中举例了2个小活动说明在幼儿园如何开展STEM教育。其中一个活动是关于风的产生，5岁的孩子们认为树通过摇晃树枝产生风，并且对此十分自信。教师并没有急于纠正孩子们的想法，而是问孩子们有没有过在没有树的地方却感受到风的经历。一个男孩想起了自己在海边的经历，风拂过沙滩和海面，但是却并没有树。另外一个孩子说汽车开过的时候会将树叶带到空中飞舞起来。在这个案例中，孩子们并不是从教师那得到直接的答案，而是根据自己的讨论得出“风不是树枝摇晃产生的”这一结论[8]。

“小小科学家之家”项目是由一群对本国学生在国际测验中的糟糕表现感到失望透顶的商业领袖们于2006年发起的，并且从2008年开始得到德国联邦政府的大力支持和资助。截至2015年，德国6岁以下的孩子有一半左右已经参与到了该项目中。

2015年9月，我国教育部发布的《关于“十三五”全面推进教育信息化工作的指导意见》中指出：要“有效利用信息技术推进‘众创空间建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识”，STEM、创客等名词开始出现在我国教育部的官方文件中。可惜的是，该文件是从教育信息化的角度推行STEM教育，并没有提及幼儿阶段的STEM教育。

2016年9月，美国研究所与美国教育部联合发布了《STEM 2026：STEM教育创新愿景》（STEM 2026：A Vision for Innovation in STEM Education），该报告旨在促进STEM教育公平，以及让所有学生都得到优质STEM教育的学习体验，并且将“开展早期STEM教育”列为未来STEM教育创新的8大挑战之一，需要得到足够的重视和投入[9]。

幼儿STEM教育的实施建议

环境适宜化

有条件的幼儿园可以建立一个专门的STEM活动室，布置一些专门的主题活动区域。我们建议可以在日常教室里面设立一个专门的STEM活动区，也可以对传统的自然角、科学角进行改建。在这些区域里不仅要具备传统的科学和数学材料，还需要包含一些技术工具，如放大镜、尺子、天平、温度计，便于幼儿观察、测量和记录。建立一个材料丰富、工具多样的STEM活动区，能够引发幼儿的好奇心和兴趣，吸引幼儿主动参与到STEM活动中来。但是在具体的STEM活动中，材料和工具应当根据特定的主题保持在一定的类型和数量范围内，太多太杂反而容易干扰幼儿的学习。

材料可及化

幼儿园开展STEM活动的材料应尽可能地取自于生活和游戏中常见的材料，容易找到并且廉价。我们不建议采用拼插类玩具开展STEM活动。拼插类玩具虽然能够很大程度上发挥孩子的想象力，但是这种想象力并不是建构在对现实世界中的STEM现象进行观察和思考的基础之上，并且难以迁移到真实的问题解决情境中。传统的积木类玩具就是开展幼儿STEM活动的好工具，其他平时生活中所积累下来的塑料瓶、废纸板、泡沫等都是很好的材料，甚至吸管、回形针或扭扭棒也都是非常好的STEM活動材料。因此，教师应当在平时留意材料的收集。

教师专业化

教育主管部门要重视幼儿STEM教师的培养工作，但我们并不建议每个幼儿园配备或培养专门的幼儿STEM教师，这里所说的教师专业化并不是教师专门化。相反，由于幼儿的发展和学习并不能简单地割裂成独立的学科，我们更多地建议幼儿STEM教师的培养应当结合其原有的学科基础和优势，真正地将STEM教育融入幼儿平时的生活和游戏中去。

活动主题化（游戏化、生活化）

主题又被称为项目、单元或模块，幼儿园的活动本身大多是项目化或者主题化的。我们建议STEM活动主题的生成最好来源于幼儿平时的游戏和生活，在游戏和生活的过程中发现可以开展STEM活动的点，并且用一系列小活动串成一个大的主题。此外，在烹饪、建构、感官、户外、艺术、音乐等活动中均可以开展STEM教育，具体如何实施今后会有文章专门论述，本期中的另外4篇文章提供了一些很好的案例。

在我国，教育部和中国科协于2001年发起了“做中学”科学教育改革实验项目，大力推行面向5?12岁儿童的探究式科学教育。“做中学”项目在幼儿阶段的多年研究与实践，为我国开展幼儿STEM教育奠定了坚实的基础。必须强调的是，探究是开展幼儿STEM教育的重要特征，这既是教师的主要教学方法，也是幼儿的主要学习方式。

主要参考文献

[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] 韦钰.以大概念的理念进行科学教育[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，胡盈滢.以STEM教育创新引领教育未来——美国《STEM 2026： STEM教育创新愿景》报告的解读与启示[J].远程教育杂志，2017，35（1）：17—25.endprint