如何在儿童早期开展STEM教育：来自生态系统学的视角

丁燕华 冯翠典

STEM教育是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Maths（数学）的缩写，近年来在世界范围内如火如荼地开展。STEM教育以学习者的亲身参与和动手操作为基础，以项目式学习和问题解决学习为框架，为学习者提供“做中学”“做中知”的体验。有研究指出，儿童早期的STEM教育对儿童在学校的成功以及成年后获得好的工作非常重要。

2017年，美国国家科学基金会（National Science Foundation）资助的美国芝麻街工作室琼·甘兹库尼中心出台了《及早开展STEM教育：在儿童早期打下科学、技术、工程和数学教育的基础》[1]（以下简称《基础》），提出了从生态系统学的角度开展儿童早期STEM教育的路径。

一、儿童早期的STEM教育：生态系统学的途径

1977年，俄国心理学家布朗芬布伦纳（Urie Bronfenbrenner）提出一个创新性观点：为了更好地理解人的发展，不能仅局限于理解儿童和其直接接触的环境之间的简单关系，而需要认真地思考儿童生活其中的复杂的、相互联系的要素，以及那些间接影响儿童的更大的情境。[2]生态系统理论成为研究者、政策制定者、实践者等重要的思维工具。

下图解释了布朗芬布伦纳提出的生态系统理论。[3]该图由一系列同心圆组成，儿童处于中心位置。微小系统（Microsystem）是围绕儿童的第一个圈，这是儿童直接接触的环境，包括家庭、教室、儿童看护、课后项目或其他社区环境，以及这些环境中所接触的人和经验。第二个圈是中间系统（Me？ sosystem），在这个系统中承认和凸显了不同微系统之间的关系，如儿童的学校生活是如何直接或间接地影响他/她的家庭生活的。外部系统（Exosystem）包括了不会直接接触儿童，但会直接或间接地影响儿童的社会结构和机制，如政府的政策以及催生这些政策的基础研究。最外一圈叫作宏观系统（Mac？ rosystem），包括了规定儿童所在环境的文化框架、范式、价值观以及模型。

（一）儿童处在中心：儿童和STEM教育

1.儿童早期的数学、科学、技术和工程

研究表明，儿童早期的STEM学习经验和后续相关学科的学习，以及整体意义上的学习成果之间有正相关关系。儿童早期的数学知识和技能可以预测儿童高中阶段的数学成就及后续的整体性学习成就。儿童参与科学探究所获得的经验和互动会促进儿童的概念理解，提高科学探究能力，并能发展儿童对科学的积极态度。技术和工程领域在儿童早期相对易受忽视，且存在误解。很多人认为在儿童早期进行技术教育就是指在教室中使用电子设备。然而，使用技术和帮助儿童获得技术素养是不一样的，和教会他们理解技术如何拓展了我们的知识，如何对技术领域的成就进行分享和反思也是不一样的。同样的，工程教育在儿童早期也是缺失和被误解的。但实际上，儿童是天然的工程师，他们渴望建造物体和设计方案。

2.学科间的连接

STEM这个缩略词作为一个整体，也是为了表明科学、技术、工程、数学是紧密相连的，是有可能采取融合方式进行教学的。研究表明，儿童在情境化、融合性的学习中受益良多，因为融合本身往往能深化相关概念的理解，提高问题解决能力。但并不是所有的主题都要融合四个学科，也不是任何关于四个学科的融合都是可能的和适合的。

3.特定的群体

在STEM学习中是否存在性别差异也是研究的重点。研究表明，人们对男孩和女孩在STEM学习上存在偏见，即普遍认为女孩在STEM学习中不如男孩。此外，STEM学习特别强调交流和复杂的推理，因此对儿童使用语言的能力有较高要求。非母语学习者如何更好地参与，是一个重要的研究话题。

（二）微小系统：教师和家长作为STEM教育的入口

微小系统是儿童在日常经验中直接接触的环境。在微小系统中，教师和家长是儿童早期STEM学习的直接入口。

1.教师的重要性

如果教师对STEM教育非常有信心和热情，并能让学生参与到合适的STEM主题活动中，就能把这种兴趣和激情传递给学生。事实上，关于如何实施STEM教育，教师还存在着广泛的焦虑。此外，教师不知道如何调整STEM学习以适应儿童。对于STEM学习，不仅要改变儿童的思维习惯，还要改变教师的思维习惯，更要思考如何增长教师对STEM教学的信心和能力。

2.家庭参与到STEM学习中的重要性

家长有充足的机会来帮助、鼓励、支持儿童的早期STEM学习。家长背景的多元性本身就是STEM学习的重要资源。越多的家长参与，通常意味着儿童拥有更多的自信心和更好的學习成就。但是，家长同教师一样，可能面临着STEM学习方面知识、信念和态度的短缺，家长需要更多的支持才能科学地给儿童的STEM学习提供支架。

（三）中间系统：家庭环境和学校环境之间的互动

中间系统是儿童微小系统之间的连接，和能直接影响成人—儿童关系的经验或人。

1.高层次的影响：STEM教师工作环境的发展

为了有效地进行教学，教师应该理解STEM教学的内容，儿童STEM思维或知识的本质，以及这种思维或本质是如何发展的，并使STEM教学符合儿童的发展需要和水平。但是，许多STEM教师都缺乏最基本的培训，并且受到系统性问题的制约，如教师自身对儿童STEM融合性教学经验不足，在职前教师培训中没有机会理解STEM内容知识的发展性轨迹及儿童的学习序列，大学中在STEM领域所经验的方法造成无效教学的“代际流传”，复杂的日常工作环境等。

教師应是一个学习者，并以与儿童同样的方式来学习。教师在职前和职后教育中也同样需要有动手性、参与性的学习环境和实践。当教师在学习中体验到对STEM学习的好奇和惊喜，当教师展现出对学习轨迹和最佳实践的敏感性，才能看到一个能够使用的STEM学习模型。

2.连接不同的微小环境：家长和技术作为桥梁

如果能将儿童的正式学习以有意义的方式与校外经验连接，就能促进和丰富正式的学习。为此，教育者和保育提供者可以利用两个有力的工具——家长和技术。

家长作为学生生活的长期影响因素，有助于连接校外和校内的STEM学习，以及整体的学习经验，让儿童体验到非正式学习环境的重要影响，促进儿童作为STEM学习者的自我认同感。家长可以参与相关的活动，促进儿童的校内学习，如带孩子去和STEM相关的博物馆，让孩子参与和STEM相关的课后活动等。技术也能连接儿童的学习环境和自身经验。数字化媒体已经渗透到儿童生活的方方面面，可以借助成人的有效引导，提供机会来深化儿童的学习。

中间系统让我们认识到教师、家长以及校外教育者是相互影响的，并最终影响到他们共同培养的儿童。使用家长和技术作为桥梁能很好地将这些因素形成合力。

（四）外部系统：研究和政策的影响

外部系统是指没有直接包含儿童，但会对儿童产生间接影响的社会性结构和机构。研究和政策的转变在儿童STEM学习的数量和质量上扮演关键角色。

1.教育政策的影响

对于儿童的学习，需要政策上的匹配和连贯。标准、课程、评价、专业发展之间的匹配非常重要，政策导向和政策努力应致力于此。连贯是指学前教育的不同时期，以及学前教育和小学教育之间的连贯。政策上的匹配和连贯对保障儿童的学习经验和学习策略的稳定性非常重要。

2.教育研究重心

很多研究者在远离教室的实验室情境中研究儿童的学习和发展，其研究成果很难转化成政策导向，更难影响到教师的行为。从教育资助以及教育研究文化上，应提倡基于学校实践场所的教育研究，教师应被看作研究者。理论研究者与教师应长期合作，为儿童设计合宜的STEM学习经验。

（五）宏观系统：围绕文化框架来支持早期儿童的STEM教育

宏观系统是更广泛的文化框架、范式、价值观、模式等，这些方面塑造了幼儿在其他系统中的参与及关系。为了理解文化在STEM教育开展中的角色，应注重理解宏观系统中价值观和文化对儿童早期STEM学习的影响机制。从宏观系统的角度看，政策制定者和公众常常会持有一些假设，如男孩更适合STEM相关的职业等，这些假设和促进儿童STEM教育机会的实际努力可能相左。

二、儿童早期的STEM教育：基于生态系统学的建议

在如何提供高质量的早期儿童STEM学习经验的问题上，《基础》提供了以下六个建议。

（一）让家长参与进来

当家长能够理解并有能力支持儿童的STEM学习时，将对儿童产生深远的影响。家长是有参与意愿的，但他们依然需要相应的知识提升和正式的支持。家长教育者、志愿者和研究者可以通过多种途径促进家长的参与，如博客、儿童看护中心、出版物等。在与家长的交流中应关注早期儿童STEM教育的特征、方法，准备系列案例，并提供长期培训。

（二）给教师提供支持

实施STEM课程不仅是提供一套新的数学课程或要求幼儿记忆科学词汇，更应致力于融合STEM的领域，并熟悉幼儿学习、教师及早期学习项目改进的理论，了解家庭的需求。教师需要高质量的前期准备才能应对这些挑战。

教育领导者应确保持续的STEM培训和支持，并思考如何将STEM教育有意义地融入教师的实践中。教师培养和培训项目应进行有目的的设计，让教师以和儿童STEM学习一样的方式来经验STEM教育，从而对儿童经验的学习产生同理心，并能初步建模。研究者应及时向教师分享研究成果，关注教师的需求。

（三）连接学习网络

家长、教师、技术、博物馆和图书馆形成了网络化的“充电站”，幼儿可以在其中增长和拓展STEM学习。领导者必须合作起来拓展这些“充电站”，保障所有儿童都能得到充电的机会，并成为熟练的STEM学习者。

博物馆、图书馆和社区组织的领导者应把早期儿童STEM学习环境的创设放在优先位置，让儿童参与到展览和活动中，并给家长提供让儿童参与STEM活动的教学。教育和技术领域的领导者应保障所有有幼儿的家庭以及相关的专家可以有高质量的网络连接和其他的数字化基础设施。各级政府应保障教育者能通过网络进行合作，参加专业发展课程。公众和私人投资者应继续投资能让儿童和家庭更多地参与到STEM学习中的项目。

（四）转变早期儿童教育

高质量的早期儿童STEM教学必须和有效的支持以及公众参与的拓展努力结合起来。各级政府及社区的领导者应致力于研究并实践改善早期儿童教学的方式。

第一，各级政府以及社区领导者应使用现有的和新的财政资源来促进早期儿童的整体教学质量。第二，应建立STEM教育的专业发展系统，促进高等教育和基础教育学区的合作，深化研究，拓宽应用。第三，应特别重视专业准备、教师发展和继续教育，高校中的教师培养项目应注重学科间的结合。

（五）调整研究的重心

现在，更多的STEM研究关注的是年龄较大的儿童，以及如何进行本科生和研究生层次的STEM培养，研究机构并没有把早期STEM学习放在优先地位。虽然政府在提倡早期儿童的STEM教育，但缺少机制来促进机构间的协作。

为此，政府应增加对早期儿童STEM学习的研究投资，并把研究成果用以形成政府层面的策略。此外，应鼓励研究者和实践者的双向沟通，研究机构的领导者应引导多机构和多学科间的早期STEM学习研究。

（六）清晰地和公众交流

现在，一些机构的活动和关于早期STEM学习的某些科学性共识是相左的。很多机构都致力于让少数年轻学生学习专业化知识，而不是注重早期儿童的STEM教育。鉴于此，所有的利益相关者和提倡者，应避免产生对早期STEM学习的文化性误区。各级领导者应对早期学习和早期STEM教育进行讨论。公众媒体应实施一些项目，用来提高公众对STEM教育的兴趣，并建构家校学习的桥梁。

为了有效地在儿童早期播下STEM学习的种子，整个系统中各个领域的研究者、实践者以及政策制定者等要协同起来，为保障儿童获得必要的STEM学习经验而努力。

【参考文献】

[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， technolo？ gy， engineering， and math education in early childhood[M]. New York： The Joan Ganz Cooney Center at Sesa？ me Workshop，2017.

[2]Bronfenbrenner U. Toward an experimental ecology of human development[J]. American Psycholo？ gist， 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.