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    推動(dòng)STEM教育:人工智能時(shí)代下的幼兒園課程建設(shè)

    2018-09-04 09:59:24楊偉鵬張丹丹
    幼兒教育·教育科學(xué)版 2018年4期
    關(guān)鍵詞:幼兒園課程STEM教育

    楊偉鵬 張丹丹

    【摘要】在已經(jīng)到來(lái)的人工智能時(shí)代,社會(huì)必然與科技和工程進(jìn)行更深度的融合,而這也要求學(xué)前教育要全面關(guān)注STEM教育,革新其原有的課程實(shí)踐。在培養(yǎng)目標(biāo)上,應(yīng)系統(tǒng)關(guān)注幼兒STEM教育的知識(shí)、操作技能、思維技能、態(tài)度、復(fù)雜性操作等多維目標(biāo)。在方法上,幼兒園應(yīng)關(guān)注幼兒的個(gè)別差異,以探究性學(xué)習(xí)為主要策略開(kāi)展STEM教育活動(dòng),凸顯STEM學(xué)習(xí)的生活性探索性和操作性。在內(nèi)容上,應(yīng)涵蓋生存系統(tǒng)、物質(zhì)系統(tǒng)、地球與空間系統(tǒng)、技術(shù)與生活系統(tǒng)等范疇,梳理關(guān)鍵經(jīng)驗(yàn),開(kāi)發(fā)體系化的活動(dòng)材料和內(nèi)容。同時(shí),我們應(yīng)保持對(duì)自身所處環(huán)境的自覺(jué),建設(shè)適宜中國(guó)社會(huì)文化現(xiàn)實(shí)的學(xué)前教育STEM課程。

    【關(guān)鍵詞】STEM教育;幼兒園課程;社會(huì)文化適宜性

    【中圖分類號(hào)】G612 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1004-4604(2018)04-0031-05

    STEM是英文表述——Science, Technology, Engineering and Mathematics——的縮略,“STEM教育”可以被簡(jiǎn)單定義為一套從四個(gè)專門的學(xué)科——即科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)——來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的課程。STEM一詞最初源自上世紀(jì)90年代美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(US National Science Foundation,NSF),后來(lái)針對(duì)美國(guó)基礎(chǔ)教育中理工學(xué)科學(xué)生學(xué)業(yè)表現(xiàn)較差的問(wèn)題,在諸如全美科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)(National Science Education Standards,NSES)委員會(huì)和全美數(shù)學(xué)教師委員會(huì)(National Council of Teachers of Mathematics,NCTM)等專業(yè)委員會(huì)的幫助下,許多美國(guó)學(xué)者和一線教師開(kāi)始關(guān)注STEM教育,并為相關(guān)學(xué)科建立了適宜的標(biāo)準(zhǔn)及綱要。在全球化大潮中,美國(guó)對(duì)STEM教育的重視引起了全球教育界對(duì)STEM教育進(jìn)行探索的熱潮,我國(guó)教育界也對(duì)其產(chǎn)生了廣泛的興趣。

    一、人工智能時(shí)代對(duì)STEM早期教育的呼喚

    上世紀(jì)末以來(lái),“計(jì)算機(jī)”(Computer)和“全球化”(Globalization)成為改變世界運(yùn)作方式的兩個(gè)關(guān)鍵詞。如今,“人工智能”(Artificial Intelligence, AI)開(kāi)始占據(jù)人們的視野,成為引領(lǐng)未來(lái)社會(huì)變革的動(dòng)力源之一。對(duì)此,培養(yǎng)具有個(gè)性和創(chuàng)造力、能應(yīng)對(duì)人工智能挑戰(zhàn)(包括勞動(dòng)力市場(chǎng)、生活方式等)的人,應(yīng)成為當(dāng)代教育者的追求。已有研究證實(shí),童年時(shí)代是學(xué)習(xí)者形成自己的STEM認(rèn)同和職業(yè)興趣的時(shí)期?!?〕STEM教育與學(xué)前教育有著諸多契合點(diǎn),主要有:第一,都著眼于培養(yǎng)兒童良好的學(xué)習(xí)品質(zhì),學(xué)會(huì)學(xué)習(xí),成為終身學(xué)習(xí)者。第二,都強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容的整合,實(shí)現(xiàn)全人教育和遷移性學(xué)習(xí)。第三,都以兒童的興趣為導(dǎo)向,鼓勵(lì)兒童動(dòng)手操作,在主動(dòng)的活動(dòng)參與中建構(gòu)知識(shí)、養(yǎng)成技能、探究發(fā)現(xiàn),獲得直接經(jīng)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)差異性學(xué)習(xí)。

    蒙臺(tái)梭利的“敏感期”概念也可以用來(lái)強(qiáng)調(diào)在幼兒園開(kāi)展STEM教育的重要性——幼兒是最早的技術(shù)使用者,只要有機(jī)會(huì),他們就會(huì)抓緊相機(jī)、智能手機(jī)和其他技術(shù)工具,學(xué)習(xí)使用。因此,學(xué)前教育工作者必須重視幼兒的STEM學(xué)習(xí)潛能,必須變革已有的幼兒園課程實(shí)踐,以應(yīng)對(duì)時(shí)代要求和未來(lái)挑戰(zhàn)。

    二、幼兒園STEM教育的課程目標(biāo)

    在幼兒園開(kāi)展STEM教育應(yīng)該達(dá)成什么樣的目標(biāo)呢?對(duì)此,美國(guó)著名幼兒教育家麗蓮·凱茨(Lilian Katz)認(rèn)為應(yīng)該圍繞四種基本的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行,包括知識(shí)理解、技能、學(xué)習(xí)品質(zhì)以及感受?!?〕STEM教育實(shí)際上是思考包括家長(zhǎng)在內(nèi)的幼兒教育者應(yīng)該如何幫助幼兒進(jìn)行跨學(xué)科知識(shí)整合,鼓勵(lì)幼兒以更加連貫和整體的方式進(jìn)行思考。有效的學(xué)習(xí)需要幼兒成為經(jīng)驗(yàn)的中心,在跨學(xué)科和跨情境的背景中建立聯(lián)系。幼兒需要有機(jī)會(huì)在不同的環(huán)境和視角下去學(xué)習(xí)相同的材料。因此,在STEM教育的培養(yǎng)目標(biāo)上,應(yīng)強(qiáng)調(diào)知識(shí)、操作技能、思維技能、態(tài)度、復(fù)雜性操作等多維目標(biāo):(1)在知識(shí)維度上,應(yīng)該包括物理系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)、數(shù)學(xué)系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)等知識(shí)的初步認(rèn)知及學(xué)習(xí);(2)在操作技能上,應(yīng)該包括軟件使用、工具使用、材料使用、觀察和測(cè)量、建構(gòu)與解釋、圖表等方面的初步接觸;(3)在思維技能上,應(yīng)該包括分類、歸納和排序、變量式思維、關(guān)系解釋(原因和結(jié)果、功能和形式、過(guò)程和結(jié)果)、可視化、結(jié)構(gòu)化等的初步感受;(4)在態(tài)度上,應(yīng)該包括批判性思維、創(chuàng)造性思維、靈活及持續(xù)性學(xué)習(xí)、不確定性意識(shí)、倫理及道德意識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)及條件意識(shí)等科學(xué)態(tài)度的萌發(fā);(5)在復(fù)雜性操作上,包括問(wèn)題解決、決策制定、實(shí)證研究設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集及論證等方法的初步使用?!?〕

    三、幼兒園STEM教育的課程方法

    已有的STEM教育研究認(rèn)為,要使STEM教育更有效、更有吸引力,其關(guān)鍵因素在于要讓兒童運(yùn)用已有的興趣和經(jīng)驗(yàn),識(shí)別和建立自己的知識(shí),并為其提供機(jī)會(huì)參與STEM學(xué)習(xí)的實(shí)踐,以維持他們的興趣?!?〕換句話說(shuō),兒童應(yīng)該像科學(xué)家和數(shù)學(xué)家一樣,學(xué)習(xí)主動(dòng)地去調(diào)查他們?cè)谌粘I钪杏龅降膯?wèn)題。也有學(xué)者認(rèn)為,高質(zhì)量的互動(dòng)是保證STEM教育有效性的重要因素,并將STEM教育中有效互動(dòng)的特點(diǎn)總結(jié)為三個(gè)方面,即手動(dòng)(hands on)、腦動(dòng)(minds on)和嘴動(dòng)(talk it over)①。〔5〕

    麗蓮·凱茨(Lilian Katz)曾經(jīng)論述過(guò)以方案教學(xué)法(即主動(dòng)的項(xiàng)目探究)來(lái)開(kāi)展STEM教育的可行性?!?〕方案教學(xué)法是基于經(jīng)典的科學(xué)程序,從一組感興趣的現(xiàn)象或問(wèn)題開(kāi)始,繼續(xù)對(duì)可能的答案進(jìn)行預(yù)測(cè),然后收集可以回答問(wèn)題的數(shù)據(jù)。實(shí)際上,方案教學(xué)只是達(dá)成STEM教育的途徑之一。但無(wú)論用什么方法,幼兒園開(kāi)展STEM教育活動(dòng)應(yīng)以支持、引導(dǎo)并鼓勵(lì)幼兒的個(gè)別化、探究性學(xué)習(xí)為主要的課程方法,凸顯STEM學(xué)習(xí)的生活性、探索性和操作性。在課程組織形式上,區(qū)域活動(dòng)和主題活動(dòng)并舉,既為幼兒提供豐富、多層次、有吸引力、有引導(dǎo)性的科技操作材料(全開(kāi)放、半封閉、全封閉的“資源盒”),也為幼兒提供系統(tǒng)的主題活動(dòng),在預(yù)設(shè)與生成中讓幼兒親歷科技探索,在經(jīng)歷經(jīng)驗(yàn)中當(dāng)一名“小小科學(xué)家”“小小發(fā)明家”,獲得對(duì)科學(xué)——技術(shù)——社會(huì)(Science-Technology-Society, S-T-S)較為全面的初步認(rèn)知和理解。幼兒操作過(guò)程中的記錄與成果,應(yīng)成為課程實(shí)施的評(píng)價(jià)依據(jù)。

    STEM教育與兒童的個(gè)別化、探究性學(xué)習(xí)之間有著天然的緊密聯(lián)系。我們旨在通過(guò)兒童的個(gè)別化、探究性學(xué)習(xí),培養(yǎng)其復(fù)述、比較、分類、歸納、評(píng)估和實(shí)驗(yàn)等關(guān)鍵思維能力,以及創(chuàng)造性、問(wèn)題解決、協(xié)同合作等學(xué)習(xí)品質(zhì)?;谝延形墨I(xiàn)及長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為,幼兒個(gè)別化、探究性學(xué)習(xí)應(yīng)遵循以下五大原則。

    (一)以問(wèn)題為導(dǎo)向進(jìn)行主動(dòng)探究

    幼兒的好奇心會(huì)引導(dǎo)其提出有關(guān)STEM的問(wèn)題,比如“怎么才能讓我搭的摩天大樓特別高又不會(huì)倒下?”“為什么水上的木頭不會(huì)沉下去,它不是很重嗎?”……問(wèn)題導(dǎo)向的主題探究,能將幼兒已有的知識(shí)、技能和概念問(wèn)題化,通過(guò)問(wèn)題將課程目標(biāo)融入幼兒所處的學(xué)習(xí)環(huán)境之中。與此同時(shí),以問(wèn)題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式也促進(jìn)了教師對(duì)教學(xué)的理解,讓其能在不同情境下對(duì)不同的學(xué)習(xí)過(guò)程給予引導(dǎo)和延伸。當(dāng)然,有效的以問(wèn)題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式,應(yīng)基于幼兒預(yù)先存在的知識(shí)來(lái)保證內(nèi)容適應(yīng)幼兒的實(shí)際水平,并具有一定的挑戰(zhàn)性,通過(guò)允許幼兒參與問(wèn)題、實(shí)例和環(huán)境,將個(gè)人相關(guān)的新想法聯(lián)系起來(lái),從而支持幼兒的發(fā)展。

    (二)開(kāi)展平衡預(yù)設(shè)與生成的項(xiàng)目活動(dòng)

    探究性學(xué)習(xí)不等于放棄教學(xué)計(jì)劃,預(yù)設(shè)與生成的平衡是幼兒探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)開(kāi)展的關(guān)鍵性因素。在活動(dòng)之前,教師需要對(duì)活動(dòng)過(guò)程進(jìn)行預(yù)設(shè),根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”理論預(yù)設(shè)適宜幼兒的發(fā)展性目標(biāo),從而制訂出相應(yīng)的計(jì)劃?!?〕然而,如果教師只按照預(yù)設(shè)機(jī)械地開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng),則難以實(shí)現(xiàn)幼兒學(xué)習(xí)的差異性和探究性。因此,教師要接納幼兒在活動(dòng)過(guò)程中生成的新內(nèi)容,并引導(dǎo)幼兒進(jìn)行探究?!?〕在平衡預(yù)設(shè)與生成時(shí),應(yīng)遵循STEM教育探究性學(xué)習(xí)循環(huán):提出問(wèn)題——討論——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或制訂計(jì)劃——實(shí)施實(shí)驗(yàn)或提出目標(biāo)得出結(jié)論或檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)——展示分享——深化和延伸?!?〕在實(shí)際教學(xué)中,這個(gè)過(guò)程可能因?yàn)閱?wèn)題的調(diào)整而需要反復(fù)進(jìn)行,而且教師對(duì)于問(wèn)題的提出、計(jì)劃的制訂、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)等都需要提前進(jìn)行準(zhǔn)備和預(yù)設(shè),并為幼兒提供適宜的引導(dǎo)、反饋、強(qiáng)化等,提升兒童個(gè)別化、探究性學(xué)習(xí)的成效。

    (三)以個(gè)別、小組和集體的形式進(jìn)行問(wèn)題解決

    個(gè)別化學(xué)習(xí)不等于獨(dú)自完成學(xué)習(xí)或一對(duì)一進(jìn)行教學(xué)。個(gè)別化學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是課程及教學(xué)能夠給予幼兒差異化的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)節(jié)奏,保證學(xué)習(xí)形式的靈活性和多元性,保證課程對(duì)幼兒多元智能的覆蓋和發(fā)揮,從而培養(yǎng)獨(dú)立自主、善于合作、主動(dòng)創(chuàng)造的兒童。比如,在區(qū)域性的個(gè)別化學(xué)習(xí)中,要以具備豐富性、吸引性、引導(dǎo)性和層次性的學(xué)習(xí)材料來(lái)支持幼兒的操作和探究?!?0〕而在主題性的合作學(xué)習(xí)中,教師應(yīng)該通過(guò)問(wèn)題探究和解決,充分發(fā)展幼兒的創(chuàng)造性、合作性、問(wèn)題解決能力、合理的冒險(xiǎn)精神等,關(guān)注幼兒之間的互動(dòng),為幼兒提供分工合作、互相幫助、互相分享的機(jī)會(huì)?!?1〕

    (四)習(xí)得認(rèn)知性、操作性的有效經(jīng)驗(yàn)及策略

    在《3~6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南(試行)》的“說(shuō)明”中,明確提出“幼兒的學(xué)習(xí)是以直接經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)……最大限度地支持和滿足幼兒通過(guò)直接感知、實(shí)際操作和親身體驗(yàn)獲取經(jīng)驗(yàn)的需要”,“重視幼兒的學(xué)習(xí)品質(zhì)……要充分尊重和保護(hù)幼兒的好奇心和學(xué)習(xí)興趣,幫助幼兒逐步養(yǎng)成積極主動(dòng)、認(rèn)真專注、不怕困難、敢于探究和嘗試、樂(lè)于想象和創(chuàng)造等良好學(xué)習(xí)品質(zhì)”。高質(zhì)量的STEM探究活動(dòng),既激發(fā)幼兒思維參與,又鼓勵(lì)他們表達(dá)與溝通。在幼兒的個(gè)別化、探究性學(xué)習(xí)中,提倡貼近幼兒生活經(jīng)驗(yàn)的活動(dòng),在操作過(guò)程中,幼兒增長(zhǎng)知識(shí)技能;在探究和問(wèn)題解決中,幼兒學(xué)習(xí)合作、發(fā)展情感,養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

    (五)基于可得的資源,嘗試將經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中

    經(jīng)驗(yàn)遷移是STEM教育的重要方面。在遷移性學(xué)習(xí)時(shí),幼兒能在新的場(chǎng)景,經(jīng)歷新一輪的探究性學(xué)習(xí),在先決條件類似的情況下,重復(fù)語(yǔ)言輸入、積極參與、內(nèi)容提供和反饋的過(guò)程,強(qiáng)化和提升已有經(jīng)驗(yàn)。比如在“聲音”的主題中,幼兒通過(guò)探索有關(guān)聲音的問(wèn)題,嘗試制作電話,在做中學(xué)習(xí)科學(xué)制作,從中獲取新知識(shí)。而這種新知識(shí)不僅僅是瑣碎的事實(shí),而且是蘊(yùn)含其中的概念,包括“聲音”“波浪”“空氣”“振動(dòng)”,等等。同時(shí),幼兒在“聲音”的學(xué)習(xí)中使用復(fù)雜的認(rèn)知思維,如推理、因果和條件判斷等,自主建立探究路線,并積極地、互相合作地參與調(diào)查、表達(dá)和分享?!?2〕因此,通過(guò)作品制作和展示、經(jīng)驗(yàn)分享、技能遷移、社會(huì)交往等相關(guān)活動(dòng),幼兒在生活中運(yùn)用已有STEM方面的經(jīng)驗(yàn)和能力,從而遷移已有經(jīng)驗(yàn),獲取新的經(jīng)驗(yàn),獲得更好的發(fā)展。

    四、幼兒園STEM教育的課程內(nèi)容

    對(duì)于STEM教育的學(xué)科劃分,我們認(rèn)為,科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)之間不是割裂的,而應(yīng)該是互相聯(lián)系的。正如數(shù)學(xué)所涉及到的幾何、測(cè)量、統(tǒng)計(jì)、公式和圖表,都在科學(xué)、技術(shù)和工程中被廣泛使用;而科學(xué)知識(shí)常常被應(yīng)用到技術(shù)實(shí)現(xiàn)和工程之中,技術(shù)與工程之間也具有水乳相融的緊密聯(lián)系。更重要的是,考慮到幼兒學(xué)習(xí)的綜合性和生活性,我們更傾向于將STEM看作一個(gè)整體,而非不同學(xué)科的統(tǒng)稱。幼兒園STEM教育應(yīng)針對(duì)幼兒的學(xué)習(xí)內(nèi)容建立清晰的體系,進(jìn)而對(duì)STEM教育的內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化。

    在實(shí)際教學(xué)中,我們可以將幼兒園STEM教育的課程內(nèi)容大致劃分為四大部分。一是“生存系統(tǒng)”,包含人體、動(dòng)植物、生命成長(zhǎng)、安全防護(hù)等主題;二是“物質(zhì)系統(tǒng)”,包含物體、物體的運(yùn)動(dòng)、物體的應(yīng)用、物體的制作等主題;三是“地球與空間系統(tǒng)”,包含地球、太空、保護(hù)地球、環(huán)保等主題;四是“技術(shù)與生活系統(tǒng)”,包含軍事武器、信息傳輸、生活中的科技等主題。另外,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)為幼兒的學(xué)習(xí)提供了可供參考的STEM課程范例,這些課程都經(jīng)過(guò)了實(shí)證論證,具有較為全面的內(nèi)容體系,包括Building Blocks(數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方案)、〔13〕Peep and the Big Wide World(科學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方案)、〔14〕ScratchJr(科技/編程學(xué)習(xí))等?!?5〕

    五、發(fā)展適宜本土社會(huì)文化的幼兒STEM學(xué)習(xí)方案

    幼兒園中的STEM課程不是單純開(kāi)展科學(xué)、數(shù)學(xué)領(lǐng)域的活動(dòng),而是以STEM為主,融合語(yǔ)言、健康、社會(huì)、藝術(shù)和科學(xué)等方面的學(xué)習(xí)目標(biāo)及內(nèi)容,全面支持兒童的主動(dòng)學(xué)習(xí)。我們認(rèn)為,幼兒學(xué)習(xí)活動(dòng)的開(kāi)展應(yīng)該遵循以下原則:幼兒能積極參與其中;結(jié)合自主探究和有目標(biāo)的教學(xué);新活動(dòng)應(yīng)該建立在幼兒的前期學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)之上;著眼于幼兒的綜合性學(xué)習(xí);將活動(dòng)建立在已有的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)的有效學(xué)習(xí)的研究證據(jù)之上。

    在倡導(dǎo)開(kāi)展幼兒園STEM教育時(shí),我們希望教師能有意識(shí)地安排STEM學(xué)習(xí)的關(guān)鍵經(jīng)驗(yàn)和關(guān)鍵思維能力,提出重點(diǎn)概念和技巧,允許幼兒主動(dòng)提出問(wèn)題、引發(fā)探究;要善于拋出開(kāi)放式的問(wèn)題,引導(dǎo)幼兒思考,形成假設(shè)、收集數(shù)據(jù)、解決問(wèn)題。與此同時(shí),包含直接教學(xué)成分的幼兒園課程,也是建立幼兒STEM知識(shí)和技能的關(guān)鍵,這種教學(xué)方式能夠保證STEM學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性,為幼兒提供探索的經(jīng)驗(yàn)和能力基礎(chǔ)。當(dāng)這兩種教學(xué)方式得到整合時(shí),我們將其視為基于研究的學(xué)習(xí),將自主獲取知識(shí)、他人傳授知識(shí)兩者結(jié)合起來(lái),促進(jìn)幼兒更為全面的發(fā)展。

    參考文獻(xiàn):

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