推动STEM教育：

人工智能时代下的幼儿园课程建设

摘要：面对即将或已经到来的人工智能时代，未来社会必然与科技与工程进行更深度的融合，而这也要求学前教育全面关注STEM教育，革新其原有课程实践。在培养目标上，应系统地关注幼儿STEM教育的知识、操作技能、思维技能、态度、复杂性操作等多维目标。在方法上，幼儿园应以幼儿的个别化、探究性学习为主要策略开展STEM教育活动，凸显STEM学习的吸引性、生活性和操作性。在内容上，应涵盖生存系统、物质系统、地球与空间系统、技术与生活系统等范畴，梳理关键经验，开发体系化的活动材料和内容。同时，我们应保持对自身所处环境的自觉，建设适宜中国社会文化现实的学前教育STEM课程。

关键词：STEM教育；幼儿园课程；社会文化适宜性

STEM是英文表述——Science, Technology, Engineering and Mathematics——的缩略，而“STEM教育”可以被简单定义为一套从四个专门的学科，即科学、技术、工程和数学，来培养学生的课程。STEM一词的提出最初源自上世纪90年代美国国家科学基金会（US National Science Foundation, NSF），后来针对美国基础教育中理工学科学生学业表现较差的现象，在诸如全美科学教育标准（National Science Education Standards, NSES）委员会和全美数学教师委员会（National Council of Teachers of Mathematics, NCTM）等专业委员会的帮助下，许多美国教育学者和一线教师开始关注STEM教育，并为相关学科建立了适宜的标准及纲要。在全球化的影响下，美国本土对STEM教育的重视也引起了全球教育学术界与实践界对STEM教育进行探索的热潮，我国教育界（尤其是中小学教育工作者）也对其产生了广泛的兴趣。

除了社会历史原因，在科学证据方面，有实证研究发现，通过有效的方式从小培养儿童对于自然和社会科学的兴趣，能极大提升他们在中学STEM学习上的学业成绩^[1]，而STEM学业成功和学生未来就业、社会适应等都紧密相关。教育最重要的目标之一，就是培养学习者能终身学以致用的能力和品质。学前教育也不例外。我们当前的社会受到科学技术价值观、平台和终端产品的深刻塑造，这种影响已经渗透到每个人生活中的点点滴滴，包括能源、消费、健康、交通运输、信息交流、环境保护等等。同时，终身学习和可持续发展的理念也已经成为新时代对每一个社会、每一个公民的基本要求。将科学技术这种生命方式（而不仅仅是生产方式），从小注入儿童的价值与思维系统，培养善于主动探索、创造、合作的世界公民，应该是我们开展幼儿园STEM教育的根本原因和实践原点。

一、人工智能时代对STEM早期教育的呼唤

从上世纪末以来，“计算机”（Computer）和“全球化”（Globalization）成了改变世界运作方式的两个关键词。如今，“人工智能”（Artificial Intelligence, AI）开始占据人们的视野，成为引领未来社会变革的动力源之一。最前沿的思考有利于保证我们的教育在担负人类精神传承与发展的历史任务上，能一直保持旺盛的生命力和竞争力。对此，面对即将到来（或者已经到来）的人工智能时代，培养具有独特个性和创造力、能应对人工智能挑战（包括劳动力市场、生活方式等）的人，应该是当代教育者的追求。

随着信息时代的颠覆性变革，现在和未来的时代必然与科技与工程进行更深度的融合，而这也对基础教育的创新提出了新的时代挑战——从传统只关注科学、数学教育，到全面关注“科学·技术·工程·数学”（即STEM）的教育。换句话说，除了培养儿童的科学数学素养，还应该培养其技术素养和工程素养^[2]。从儿童发展的视角看，培养学习者的数理工兴趣永远不会太早。已有研究证实，童年时代是学习者形成自己的STEM认同和职业兴趣的时期^[3]。STEM教育与学前教育有着诸多契合点，主要有三：

（1）STEM教育和学前教育都着眼于培养儿童良好的学习品质，学会学习，成为终身学习者。

（2）STEM教育和学前教育都强调学习内容的整合，实现全人教育和迁移性学习。

（3）STEM教育和学前教育都鼓励直接经验、动手操作，以儿童的兴趣为导向，在主动的活动参与中建构知识、养成技能、探究发现，实现差异性学习。

除了在学习目标、学习内容和学习方法上，STEM教育与学前教育的出奇一致，论证了在幼儿园开展STEM教育的合理性；我们还不得不借用意大利教育家蒙台梭利的“敏感期”概念，来强调在幼儿园开展STEM教育的重要性——幼儿是最早的技术使用者，只要有机会，他们就会抓紧相机、智能手机和其他技术工具，出人意料地学会使用。幼儿的STEM学习潜能急需受到学前教育工作者的重视，变革已有的幼儿园课程实践，应对时代要求和未来挑战。

二、幼儿园STEM教育的课程目标

在幼儿园开展STEM教育应该达成什么样的目标呢？对此，著名美国幼儿教育家丽莲·凯茨 （Lilian Katz）认为应该围绕四种基本的学习目标，包括：知识理解；技能；学习品质；感受^[4]。STEM教育实际上是思考包括家长在内的幼儿教育者应该如何帮助幼儿进行跨学科知识整合，鼓励幼儿以更加连贯和整体的方式进行思考。有效的学习需要幼儿成为经验的中心，在跨学科和跨情境的背景中建立联系。幼儿需要有机会通过不同的环境和不同的视角去学习相同的材料。STEM教育呼吁教育者让幼儿有机会在各种环境中调查一个想法，即迁移性学习。例如，除了利用数学工作表来帮助练习计数外，我们还可以让幼儿在户外练习计算他们发现的真实物体，例如石头或树叶。当在不同的环境中学习相同的技能和概念时，幼儿的学习就会得到强化和延伸。

在STEM教育的培养目标上，应系统地强调幼儿STEM教育的知识、操作技能、思维技能、态度、复杂性操作等多维目标^[5]：

（1）在知识维度上，应该包括物理系统、化学系统、生物系统、数学系统、技术系统等知识的初步认知及学习；

（2）在操作技能上，应该包括软件使用、工具使用、材料使用、观察和测量、建构与解释、图表等方面的初步接触；

（3）在思维技能上，应该包括分类、归纳和排序、变量式思维、关系解释（原因和结果、功能和形式、过程和结果）、可视化、结构化等的初步感受；

（4）在态度上，应该包括批判性思维、创造性思维、灵活及持续性学习、不确定性意识、伦理及道德意识、风险及条件意识等科学态度的萌发；

（5）在复杂性操作上，包括问题解决、决策制定、实证研究设计、数据收集及论证等方法的初步使用。

三、幼儿园STEM教育的课程方法

在过去二十年的STEM教育研究中，有很多是关于怎么才能使STEM教育更有效、更有吸引力的工作。其中被总结出来的关键因素是：利用儿童的已有兴趣和经验，识别和建立自己的知识，并为其提供机会参与STEM学习的实践，以维持他们的兴趣^[6]。 换句话说，儿童应该像科学家和数学家一样，学习主动地去调查他们在日常生活中遇到的问题。也有学者认为高质量的互动是保证STEM教育有效性的重要因素，并将STEM教育中有效互动的特点总结为三个方面，即手动（hands on）、脑动（minds on）和嘴动（talk it over）^[7]。这里所说的“嘴动”，是根据维果茨基学派的社会文化学习理论，强调（1）学习源自对话；（2）推理思维在对话中习得；（3）学会参与到对话中为开放型心智和新想法提供了可能^[8]。

丽莲·凯茨 （Lilian Katz）曾经论述过以方案教学法（即主动的项目探究）来开展STEM教育的可行性和价值^[9]。为了让幼儿能有机会最大化地达成她所提出的四类学习目标，教师应该引导其开展较为深入的调查、探究、操作，从而获得相应的经验、技能和品质。方案教学法是基于经典的科学程序，从一组感兴趣的现象或问题开始，继续对可能的答案进行预测，然后收集可以回答问题的数据。在与幼儿一起进行方案工作的情况下，一旦调查的主题已经达成一致，教师便可以鼓励幼儿预测问题的答案可能是什么。接下来的步骤是讨论需要哪些数据来回答他们的问题并验证他们的预测。数据收集，也称为田野调查，按预期可以提供他们问题的答案，由幼儿自主计划和承担。经过广泛的相关实地工作，包括进行调查、访谈、进行实验、绘制和测量相关现象等，随着新知识和理解的达成，最后讨论结果^[10]。

实际上，方案教学只是达成STEM教育的途径之一，但无论什么方法，幼儿园开展STEM教育活动应以支持、引导并鼓励幼儿的个别化、探究性学习为主要的课程方法，凸显STEM学习的生活性、探索性和操作性。在课程组织形式上，区域活动和主题活动并举，既为幼儿提供丰富、多层次、有吸引力、有引导性的科技操作材料（全开放、半封闭、全封闭的“资源盒”），也为幼儿提供系统的主题活动，在预设与生成中让幼儿亲历科技探索，在经历经验中当一名“小小科学家”“小小发明家”，获得对科学—技术—社会（Science-Technology-Society, S-T-S）较为全面的初步认知和理解。幼儿操作过程的记录与成果，也自然成为课程实施的评价依据。

STEM教育与儿童的个别化、探究性学习之间有着天然的紧密联系。STEM教育在被强调之初，就是希望能更好地培养具有批判性思维能力的学生，让他们能成为富有创造性的问题解决者、更有竞争力的社会领袖^[11]。我们旨在通过儿童的个别化、探究性学习，培养其复述、比较、分类、归纳、评估和实验等关键思维能力，以及创造性、问题解决、协同合作等学习品质。基于已有文献及长期的实践经验，我们认为，幼儿个别化、探究性学习应遵循以下五大原则：（1）以问题为导向进行主动探究；（2）开展平衡预设与生成的项目活动；（3）以个别、小组和集体的形式进行问题解决；（4）习得认知性、操作性的有效经验及策略；（5）基于可得的资源，尝试将经验应用到现实生活中。

（一）以问题为导向进行主动探究

幼儿的好奇心会引导其提出有关STEM的问题。比如说，如果是一名幼儿园教师，你会听到诸如这样的问题：“我们要怎么分这个蛋糕，才能让每个小朋友都吃一样多？”“怎么才能让我搭的这个摩天大楼特别高又不会倒下？”“为什么水上的木头不会沉下去，它不是很重吗？”……问题导向的主题探究，能发挥幼儿的主动性，让学习源自好奇心。这样的学习方式，能让学习内容更加贴近他们的需求，也让学习过程更富有生成性，而不是一成不变地落实教师预设的计划。在教师引导下，这种学习方式能将幼儿已有的知识、技能和概念问题化，通过问题将课程目标融入幼儿所处的学习环境。为了让思维变得可见并且可塑，幼儿必须有机会通过独自操作、与同伴和老师的交流合作，在反馈、修改和反思中推进经验的生成与积累。以问题为导向的学习方式可以让幼儿有机会通过设定学习目标和监控学习进度来控制自己的学习^[12]。与此同时，以问题为导向的学习方式也促进了教师对教学的理解，能让其能在不同情境下面对不同的学习过程给予引导和延伸。

当然，有效的以问题导向的学习方式，应通过建立预先存在的知识来保证内容适应幼儿的实际水平并具有一定的挑战性，并通过允许幼儿参与问题、实例和环境，将个人相关的新想法联系起来，从而支持发展。随着幼儿向幼儿学习，他们有机会学习科学的文化规范，包括基于证据接受或拒绝的概念，以及归于专家或证据的概念。促进自主性和终身学习的发生是因为幼儿初步学习设计个人目标、寻求他人的反馈、解释评论、相应地调整行为、评估自己的想法^[13]。

（二）开展平衡预设与生成的项目活动

探究性学习不等于放弃教学计划，预设与生成的平衡是幼儿探究性学习活动开展的关键性原则。在开展活动之前，教师也需要对活动过程进行预设，根据“最近发展区”理论预设适宜幼儿的发展性目标，从而制订出相应的计划^[14]。在适宜的活动预设这一前提下，活动过程中不至于出现为幼儿提供难度过大或过小的材料、设置过高或过低的目标、不符合幼儿身心发展特点的探究性问题等。

然而，教师如果只按照预设机械地开展学习活动，难以实现幼儿学习的差异性和探究性。因此，教师要能接纳幼儿在活动过程中生成的新内容，并引导幼儿进行探究^[15]。在平衡预设与生成时，基本遵循的STEM教育探究性学习循环：提出问题；讨论；设计实验或制订计划；实施实验或提出目标；得出结论或检验目标；展示分享；深化和延伸^[16]。在实际教学中，这个过程可能因为问题的调整而需要反复进行，而且教师对于问题的提出、计划的制订、实验的设计等都需要提前进行准备和预设，充分把握幼儿可能从中获得的关键经验和关键思维能力，在幼儿的自主探究过程中给予适宜的引导、反馈、强化等，提升儿童个别化、探究性学习的成效。

（三）以个别、小组和集体的形式进行问题解决

个别化学习不等于独自完成学习或一对一进行教学。个别化学习强调的是课程及教学能够给予幼儿差异化的学习目标、学习内容、学习节奏，保证学习形式的灵活性和多元性，保证课程对幼儿多元智能的覆盖和发挥，从而允许幼儿主动学习、个性的发挥，培养独立自主、善于合作、主动创造的身心健康儿童。因此，幼儿的个别化、探究性学习，直接要求学习方式的多元化，应包括在个别、小组和集体等多种组织方式下展开的活动。比如，在区域性的个别化学习中，要以具备丰富性、吸引性、引导性和层次性的学习材料来支持幼儿的操作和探究^[17]。而在主题性的合作学习中，教师应该通过问题探究和解决，充分发展幼儿的创造性、合作性、问题解决能力、合理的冒险精神等，关注幼儿之间的互动，为幼儿提供分工合作、互相帮助、互相分享的机会^[18]。

（四）习得认知性、操作性的有效经验及策略

在我国颁布的《3~6岁儿童学习与发展指南（试行）》的“说明”中，明确提出“幼儿的学习是以直接经验为基础……最大限度地支持和满足幼儿通过直接感知、实际操作和亲身体验获取经验的需要”，“重视幼儿的学习品质……要充分尊重和保护幼儿的好奇心和学习兴趣，帮助幼儿逐步养成积极主动、认真专注、不怕困难、敢于探究和尝试、乐于想象和创造等良好学习品质。”^[19]这些政策文件的权威论述，与我们对幼儿学习过程和特点的理解是一致的。高质量的STEM探究活动，既激发思维参与，又鼓励表达与沟通。在幼儿的个别化、探究性学习中，贴近幼儿生活经验的活动得到提倡，从操作的直接经验中，幼儿增长知识技能等；在探究和问题解决中，幼儿学习合作、发展情感，培养良好的学习品质。

（五）基于可得的资源，尝试将经验应用到现实生活中

经验迁移是STEM教育的重要方面。在迁移性学习时，幼儿能在新的场景，经历新一轮的探究性学习，在先决条件类似的情况下，重复语言输入、积极参与、内容提供和反馈的过程，强化和提升已有经验。这个学习过程中幼儿可能涉及到的经验是多样的。比如说，在“声音”的主题中，幼儿通过探索有关声音的问题，尝试制作电话，在做中学习科学制作，从中获取了新知识，而这种新知识不仅仅是琐碎的事实，而是蕴含其中的概念，包括“声音”“波浪”“空气”“振动”等等。同时，幼儿也发展了好奇心，他们从自己关于“声音”的学习中提出了一些自己的想法，并使用复杂的认知思维，如推理、因果和条件判断等，自主建立探究路线，并积极地、互相合作地参与调查、表达和分享^[20]。

因此，通过作品制作和展示、经验分享、技能迁移、社会交往等相关活动，幼儿在生活中运用已有STEM方面的经验和能力，从而迁移已有经验、获取新的经验，获得更好的发展。这也对于幼儿园的家园合作、与社区的合作提出了要求。例如，在主题探究活动中，教师为了延伸幼儿园内的探究，可要求家长陪幼儿走到社区进行观察并收集相关材料，或者请家长和幼儿一起在家庭开展实验或分享阅读等，或者是请有相关专长的家长走进幼儿园来当幼儿的“义教”“义工”。通过谋求家园合作，让家庭参与到幼儿的个别化、探究性学习中来，利用家庭的资源，更好地实现差异性、探究性、操作性学习。

四、幼儿园STEM教育的课程内容

STEM无处不在。物质世界本身就充满了自然科学和数学规律，随着现代文明的发展，科技和工程也已经离不开现代人的生活了。对于STEM教育原本的学科划分，我们认为，科学、技术、工程和数学之间不是割裂的，而应该是互相联系的，正如数学所涉及到的几何、测量、统计、公式和图表，都在科学、技术和工程中被广泛使用，而科学知识常常被应用到技术实现和工程之中，技术与工程之间也具有水乳相融的紧密联系。更重要的是，考虑到幼儿学习的综合性和生活性，我们更倾向于将STEM看作一体，而非不同学科的统称。幼儿园STEM教育应为幼儿学习内容建立清晰的体系，进而对STEM教育的内容进行细化。

在实际教学中，我们可以将幼儿园STEM教育的课程内容大致划分为四大部分。第一，“生存系统”，包含人体、动植物、生命成长、安全防护等主题；第二，“物质系统”，包含物体、物体的运动、物体的应用、物体的制作等主题；第三，“地球与空间系统”，包含地球、太空、保护地球、环保等主题；第四，“技术与生活系统”，包含军事武器、信息传输、生活中的科技等主题。另外，美国国家科学基金会（NSF）为幼儿的学习提供了可供参考的STEM课程范例，这些课程都经过了实证论证，具有较为全面的内容体系，这些幼儿学习课程/方案包括Building Blocks^[21]（数学学习方案）、Peep and the Big Wide World^[22]（科学与数学学习方案）、ScratchJr^[23]（科技/编程学习）等。

五、发展适宜社会文化的幼儿STEM学习方案

当我们置身科学主义的叙事方式和科技主导的人类生活时，却不得不时时思索背后的人文因素和社会联系所起的巨大影响。同样，我们论述的学前教育STEM课程，不应该忽视社会文化传承与发展的责任。在全球化和国际化的今天，西方文化已经得到大多数中国人的有意或无意的接纳，在学前教育中，我们作为教育工作者，也有意或无意地认同、学习外来的（尤其是西方发达国家的）教学理论和方法，倡导儿童中心和兴趣导向。实际上，在这种进步主义的教育理念及实践背后，涌动着西方人本主义的哲学思潮，即对人性的尊重、对人权的维护，彰显着自然主义教育的价值观，是西方现代化话语的哲学基础。但是，这种垄断全世界的西方文化，与中国传统的追求“礼”（社会秩序）、“仁”（自我完善）和中庸辩证的文化精髓是不完全一致的。对人性的完全认同不是中国传统文化的取向，相反，儒释道的价值观都在一定程度上追求对人性的引导和对个人欲求的节制，从而保持社会的和谐有序。这种对中国文化的自觉，是引导我们建设适宜中国社会文化现实的学前教育课程的重要基础。

在中庸思维的指导下，STEM教育中的幼儿个别化、主动性学习，还应该是多领域的、具有延伸性的。因此，幼儿园中的STEM课程不是单纯开展科学、数学领域的活动，而是以STEM为主，融合语言、健康、社会、艺术和科学等全面的学习目标及内容，全面支持儿童的主动学习。不管是什么学习活动，我们认为都应该遵循的原则包括：（1）幼儿能积极参与其中；（2）结合自主探究和有目标的教学；（3）新活动应该建立在幼儿的前期学习和经验之上；（4）着眼于幼儿的综合性学习；（5）将活动建立在已有的专业标准或相关的有效学习的研究证据之上。

当我们倡导开展幼儿园STEM教育时，我们希望教师能有意识地计划STEM学习的关键经验和关键思维能力，提出重点概念和技巧，允许幼儿主动提出问题、引发探究，而教师要善于抛出开放式的问题，引导幼儿思考，形成假设、收集数据、解决问题。这种方式在一定程度下更加强调幼儿主动性、合作性，也允许个别化的兴趣和过程，让STEM学习真正成为幼儿对周遭生活实际中物件和事件的积极探索。与此同时，包含直接教学成分的幼儿园课程，也是建立幼儿STEM知识和技能的关键，这种教学方式能够保证STEM学习的系统性，为幼儿提供探索的经验和能力基础。STEM学习的轨迹应该是从一个目标开始，让幼儿的学习进程、连续性思考和目标相关，进而促进幼儿的理解，通过教师在过程中的微调，帮助幼儿积累有效经验、达到目标。当这两种似乎存在差异的教学方式得到整合时，我们可以将其视为基于研究的学习，将自主获取知识、他人传授知识两者结合起来，促进幼儿更为全面的发展。

在呼吁幼儿园开展STEM教育的时候，我们深刻地意识到，课程本身是一种文化及伦理实践，扎根于人自身的文化经验，没有哪个课程是独立于其所处社会文化之外的。正因为课程不是隔离于人类社群之外的，心理学研究主导的儿童发展常模或特点并不能成为幼儿园课程发展的唯一标准或基础。我们不认为教育是一种标准化的、有最优解的实践；相反，文化对课程实践的影响是不可逆的，需要我们去主动追求课程的文化适宜性，实现文化吸收和文化发展。认识到学前教育课程的社会文化影响，有助于我们更深刻地理解课程建构与实践的本质，进而保证幼儿园STEM教育的课程体系真正扎根中国与过去、面向世界和未来。

--end--

声明：本文章由网友投稿作为教育分享用途，如有侵权原作者可通过邮件及时和我们联系删除：freemanzk@qq.com