美国STEM教育及其对我国学前教育发展的启示

摘 要： 在数字化、信息化飞速发展的今天，各国教育变革开始着眼于培养创新型人才，信息技术的创新与应用越来越成为增强国际竞争力的客观要求和重要保障。在此背景下，美国STEM教育因其在跨学科知识整合、发展学生21世纪技能等方面的突出优势，受到各国的广泛关注。本研究通过对美国STEM教育发展历程的梳理、核心特征的阐释及实践路径的剖析，提出STEM教育对当前我国学前教育发展的启示：加强师资队伍建设、实现教学方式革新、灵活开展STEM教育。

关键词： STEM教育 学前教育 发展启示

STEM教育最早源于美国，代表科学、技术、工程、数学四门学科（Science，Technology，Engineering，Mathematics）的有机结合，旨在培养创新型、复合型人才，因其在跨学科整合方面的独特优势受到各国的广泛关注。其中，科学代表对自然界存在的现象及规律的探究；技术的核心是发明，不等于高新技术产品，更像是一种关于做什么和如何做的方法；工程核心是设计，指的是通过设计和制造解决问题的过程；数学是研究数量、结构、空间、信息等概念的一门学科，被广泛应用于科学、技术与工程之中。STEM教育包含的这四门学科领域之间具有内在的、固有的联系，缺一不可。

一、美国STEM教育的发展历程

美国促进科学协会（AAAS）联合美国科学院、联邦教育部等12个机构，于1985年启动了一项面向21世纪、致力于科学知识普及的全美科学素养标准——“2061计划”[1]。主要目的在于普及科学、数学、工程和技术领域知识，为美国儿童掌握21世纪技能、更好地适应未来社会的发展打下坚实的基础。

2006年，布什政府发布了《美国竞争力计划》，该报告旨在通过增加对科技和教育领域的资金投入提高美国的创新能力，维护其在全球范围内的核心竞争力。

2011年，美国发布了《准备与激励：为了美国未来的K—12科学、技术、工程和数学教育》法案，该法案重点关注了K—12阶段STEM教育的实施，主要内容包括明确政府职责、加强师资培养、做好学校间沟通合作等，体现了美国对K—12教育阶段融入STEM教育的重视程度。

2017年，特朗普签署了《总统备忘录》，宣布将拨款2亿美元加大对科学、技术、工程及数学领域的投入，尤其对幼儿园到高中计算机科学教育的支持。此次拨款目的在于为美国儿童及青少年提供大量优质的STEM教育，特别是计算机科学课程，确保他们在职场竞争中获得成功。除此之外，还有许多重要的报告及法案对STEM教育提出了明确的建议和要求，为其未来发展注入了新的活力。

二、美国STEM教育的核心特征

Anne Jolly提出优秀的STEM课程应具有如下特征：聚焦于真实世界中的问题，以工程设计过程为导向，将学生的动手实践与开放式探究相融合，以团队形式开展工作，能应用学到的数学与科学内容，允许多个正确答案并将反复尝试作为学习的必要部分。鉴于此，我们从研究中进一步归纳出STEM教育的核心特征，即有意义的学习，创造力与高阶思维，跨学科学习，设计与反思，合作学习。

（一）有意义的学习。

STEM教育强调学生的学习要与实际生活相联系，重视学生在活动中的真实体验和兴趣需要，主张学习要回归生活、服务生活。如上一节玩沙活动时，需要用漏斗将沙子灌入瓶中，在这一过程中幼儿需要思考如何在不断漏沙的过程中尽可能多地将沙子倒入瓶中。有的幼儿可能会加快装沙的速度；有的幼儿会用手堵住漏斗；还有的幼儿可能会直接将漏斗放在瓶口上再装沙子。这一过程中幼儿需要不断地摸索和实践，找到高效便利的方法，进行有意义的学习。

（二）创造力与高阶思维

STEM教育注重培养学生在知识运用、改造创新、项目设计与开发及逻辑分析推理方面的综合能力和多元思维，提高学生整合多门学科知识解决真实情境中具体问题的能力[2]。STEM教育重在培养一种按照科学的程序和原则解决问题的思维模式，即“明确问题—提出假设—设计与制作—测试与改进—得出解决方案”。例如幼儿园小班活动“变颜色”，老师提供带有各种颜料的瓶盖及透明的水，幼儿可以尝试混合颜色并记录，在三原色的基础上学习颜色变化的规律，锻炼幼儿的创造力和高阶思维。

（三）跨学科学习。

虽然将知识按其学科领域进行划分，对于深入系统的内容学习及教师的组织教学有所助益，但往往会割裂学科间的联系，容易出现忽视学生兴趣、肢解学生完整的生活经验、脱离社会实际等问题。在STEM教育中，教育工作者不再过多关注某一特定的学科或学科间的界限问题，更侧重于从多学科知识整合角度解决具体问题。如制作衣物架，可以用来挂小朋友自己的衣服。首先，考虑高度问题，让幼儿够得到；其次，需要注意结构问题，保证其稳定性；最后，进行装饰设计，体现美观性，这一过程需要多学科知识融合。

（四）设计与反思。

STEM教育的核心是工程，工程这一学科领域的突出特点在于它的设计性和反思性，一项工程活动的开展，必然需要前期测量和设计。比如儿童做一个搭建游乐园的项目活动，除了一些高大的游戏设施外，可能还会有休息的椅子、小吃车等设计。在积木数量有限的情况下，儿童需要预先设计好，“我”的游乐场里都有什么？“我”想设计哪些游乐设施？场地或者积木不够了怎么办？这些问题都需要儿童在实践中不断地设计、反思与改进。应该注意到，设计是无止境的，一个好的设计需要经过多次反复修改和验证，因此教师不要做终结性评价。这并不是说教师评价活动时只能说好的，而应该判断幼儿的设计结果是否满足原来的需要，满足程度如何？在此基础上對幼儿提出相应的指导和建议。

（五）合作学习。

STEM教育面临的往往是真实存在的问题，实际任务的解决通常离不开团队成员的共同努力。在STEM活动中，学生通常以小组为单位，共同整理和分析资料、对问题进行前期探索、提出并验证假设、最后评估及完善活动成果。需要注意的是，对于小组学习成果的评定方面主要考查的是小组成员的整体表现，而不是基于某个人的表现单独评价。因此，培养学生的集体意识与合作能力，是STEM教育的重要目标之一。在幼儿园日常生活中，教师要有意识地为幼儿提供合作的机会，如几个小朋友一起收拾活动器材、共同设计一张海报等。

三、美国STEM教育的实践路径

（一）通过政府法案与财政预算，助力STEM教育开展。

回顾美国STEM教育发展历程不难发现，自1986年起，至今30多年的时间里，STEM教育一词频繁出现在美国的政府报告及法案当中，越来越受到重视。从国家政策及财政角度看，每一届政府对STEM的投入都有增无减。2015年，美国发布的《总统财政预算提案》中关于STEM教育的额外项目预算为1.7亿美金，具体包括：1.1亿美元的STEM创新网络项目、0.4亿美元的STEM教师培养项目及0.2亿美元的国家STEM卓越教师团队项目。2016年奥巴马总统执政期间，将获得的超过10亿美元的私人投资用于提升STEM教育，30亿美元的总统预算用于STEM专项[3]。

（二）注重学科整合与师资培养，确保STEM教育质量。

在学科整合方面，STEM教育的一个突出特点在于学科间内在的、固有的联系，而非简单拼凑或割裂式的教学。幼儿在完成一个项目时往往需要调动多学科知识得出解决方案。在师资培养方面，STEM教育强调教师不仅要关注日常生活、善于发现问题和教育机会，同时还要具备工程（设计）思维、技术思维，并将其与旧有的科学思维、数学思维联系在一起，让学生在解决问题的过程中感受跨学科式学习。给幼儿做指导时，教师要有意在活动中训练幼儿的思维方式和探究能力，为以后学习打下良好的基础。

（三）鼓励社会各界力量积极参与，推动STEM教育发展。

应该注意的是，美国STEM教育的推广不单单依靠学校自身的实施与开展，而是充分调动社会各界力量，特别是企业界的力量。正如奥巴马提出的，“国家的成功取决于美国在世界创新中的作用，它取决于今天我们怎么教育学生——尤其是在STEM方面。我们的成功不能单靠政府的支撑，还依赖教师、家长、企业、非营利机构和更广泛的社区等”。2013年5月，美国发布的《联邦STEM教育五年战略计划》提出，STEM教育应优先于政府在教育方面的其他工作”。该计划明确指出将由国会、国家科学基金会、教育部、学校、协会和联盟等社会各界力量，共同推动教育政策的具体落实和有效实施。总的来说，STEM教育已经成为美国一项优先发展的战略计划，各组织的共同努力和密切配合为美国STEM教育的发展和人才培养的质量提供了坚实的基础和保障。

四、美国STEM教育对我国学前教育发展的启示

（一）树立STEM教育理念，加强师资队伍建设。

幼儿教师的素养和水平在很大程度上决定了幼儿能够获得什么样的教育，因此如何建设一支素质优良的教师队伍至关重要。本文认为可以从三个方面进行：其一，在大学建立专门的STEM学习中心，为教师开设系统的STEM课程，着力提高教师的学科素养。其二，针对幼儿园工作的老师们，可以定期举办STEM专题讲座，设置答疑时间，及时解惑。其三，开展STEM赛课活动，让教师在反复实践中理解和感受STEM教育。

（二）基于21世纪技能需要，实现教学方式革新。

AI发展背景下的未来社会人才应具备四种能力，即问题解决能力、知识迁移能力、创造能力、合作能力。然而，随着科学技术的不断发展，单纯的机械记忆已经无法适应新时代的各种挑战，创新、迁移、合作等能力越来越受到重视，教育开始从仅关注书本知识的掌握转向对实际问题的解决。教师在设计STEM项目活动时应注意两点：一是将多学科知识融入实际生活中，并分解成一个或多个带有趣味性和挑战性的问题，激发学习者的兴趣和学习动力，鼓励学生通过亲身实践解决问题，获得成就感。二是将需要学习的内容游戏化，将游戏的元素、方法和框架融入活动中，丰富教育活动内容，更好地帮助学生理解、吸收和运用有关知识。

（三）依据学前儿童发展特点，灵活开展STEM教育。

在幼儿生活、游戏中开展。幼儿的STEM学习没有设备依赖，可以发生在任何时候，教师要善于抓住日常生活及游戏中的教育契机，将STEM理念融入其中。需要注意的是，STEM活动的开展年龄更适宜在中班后期，这是因为幼儿的科学思维一般在5岁以后发生、发展，STEM活动的开展需要学习者具备计划性和反思性的能力，幼儿这类高阶思维的发展是建立在元认知基础上的，因此，5岁以后的幼儿更有可能具备从事STEM活动的能力。此外，还可以开展项目活动，围绕某一个主题进行设计，将STEM教育渗透其中。同时，在活动中教师应重点关注幼儿的兴趣培养和实践环节，并注意记录幼儿学习过程及进度，一方面帮助幼儿在下一次实践中快速进入状态，另一方面为后续教学反思提供相关材料。

参考文献：

[1]AAAS. Project 2061[EB/OL].https：//www.aaas.org/program/project2061，2017.12.10.

[2]鐘柏昌，张丽芳.美国STEM教育变革中“变革方程”的作用及其启示[J].中国电化教育，2014（4）.

[3]Handelsman J.， Smith M.. STEM for all[EB/OL].http：//www.white house. gov/blog/2016/02/11/stem all，2016.

课题名称：《辽宁省民办幼儿教师心理健康水平研究》，编号：JG18CB387。

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