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摘要:在全球信息化迅猛发展的大背景下，各国教育改革开始着眼于培养核心素养和跨学科、具有创新能力的人才。习近平总书记在2035年远景目标建议中将“创新”一词贯穿始终。STEM是跨学科教育理念，倡导问题解决，重实践操作，重视培养学生科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，彰显了一种学习文化。STEM教育旨在培养复合式创新人才，早期教育是人发展的奠基阶段，创新素养的培养应从早期教育抓起。
一、STEM教育的内涵及特征
STEM是由科学(Science)、技术(Technology)、工程(En-gineer)和数学(Mathematics)这四个学科的英文单词首字母构成。这四门不同领域的学科整合在一起，构建一个全新的STEM教育模式。STEM教育是基于这四门学科的跨学科教育。科学主要是解决“是什么?为什么?”的问题;技术是改造自然界的方法，主要解决“做什么?如何做”的问题，其目标是制定解决问题的方案;工程的主要任务是实施方案和制造的过程;数学是使用技术与实施工程的基础工具。STEM教育具有以下主要特征:第一，强调实践性，解决真实问题。创新能力的培养需要重视问题解决的情境性和真实性。STEM教育是基于真实问题和真实情境的学习，强调通过动手实践并运用相关知识探讨产生问题的原因，探讨如何更好地解决问题;强调充分发挥学生的主观能动性，鼓励学生参与讨论，动手动脑质疑碰撞，激发学习潜能，提高学习兴趣，培养发散性思维。在STEM教育中学生面临的真实问题往往是复杂的，解决问题时涉及到观察、推理，收集整理，分析研究等一系列能力的养成。第二，强调个性化，关注所有学生。STEM教育关注的是不同认知水平、不同能力、不同文化背景和特殊需求的所有学生，是多样化和多维度的教育。STEM教育强调创设个性化的学习环境，体现以学生为中心的教育理念，由于每个学生的认知发展水平不同，要根据学习需要和兴趣创设环境，包括学什么，怎么学等做出个性化选择，使学习具有针对性和趣味性，第三，强调合作性，注重团队能力提高。STEM教育鼓励学生立足实际问题通过协作互助，互相启发探究等解决问题，当然问题的解决还需要教师与专家的支持与引领。第四，强调融合性，整合多学科知识应用。基于对培养学生实践创新能力的要求，STEM教育强调科学、技术、工程、数学四门学科的相互融合，以及在此基础上融入艺术等多领域知识，体现了“STEM+”的教育模式，融会贯通分科的零碎知识，实现完整认识世界的目标，有利于创新素养的形成。
二、国内外STEM教育研究综述
20世纪80年代，美国为了提高对世界的领导地位，建议加强K-12教育阶段的各门学科素养，尤其强调应更多关注技术素养和工程素养在K-12教育阶段的渗透，更新了对STEM教育的认识，美国国家科学委员会为此发表了被视为STEM教育开端的《本科的科学、数学和工程教育》报告，该报告对“科学、数学、工程和技术教育”提出总体性建议，同时也为美国STEM教育未来的发展奠定了基础［1］。美国政府十分重视STEM教育，在各层面部门都提出了与STEM教育相关的法案报告和行动纲领，美国国会、国家科学基金会、国家科学委员会、能源部等部门，都相继设立了STEM教育项目，并通过政策与财政两个方面着手推动STEM教育的发展，通过政策调控系统培养STEM教师，通过组建教育联盟共同促进STEM教育的发展。近年来，英国、韩国等高度重视STEM教育，并且教育的多学科整合度朝“STEM+”的方向发展，整合度更宽更广。相对于美国的STEM教育研究，我国STEM教育研究起步晚，文献量和实践都很少。2016年教育部在教育信息化”十三五”规划中要求:“有条件的地区要积极探索信息技术，在众创空间、跨学科学习(STEM教育)、创客教育等新的教育模式的应用”。2017年6月，中国教育科学院正式成立了STEM教育研究中心，并连续发布《中国STEM教育白皮书》和《STEM教师能力等级标准(试行)》，白皮书中明确提出STEM教育应该纳入国家创新型人才培养战略，是跨学科跨学段的连贯课程群［2］。2014年9月，达沃斯论坛首次倡导“大众创业，万众创新”以来，STEM教育开始被广泛关注，研究数量大幅上升，由于STEM教育具有多学科融合性并且整合的取向宽广，在STEM教育的基础上，不仅出现了加入艺术(Arts)后的STEAM教育，还出现了强调读(Read)和写(Write)的STREAM教育，朝“STEM+”的方向发展，成为我国教育研究的新热点［3］。
三、早期STEM教育的应用价值和实践基础
(一)理论价值
科学素养、创新意识和创新能力，是STEM教育培养综合性人才的核心，在中小学以及幼儿园实施STEM教育能够实现创新能力的培养，对于基础教育改革具有重要的启示与指导意义。STEM教育以建造主义为指导思想，强调实践性，解决真实问题;强调个性化，关注所有学生;强调知识融合，整合多学科知识应用，力求达到心智学习和实践学习的协同发展，幼儿在真实有趣的问题情境中进行多角度多方式的探索，既是问题的发现者又是问题的解决者，是真正意义上的学习主体，能充分获得个性化发展，实现多种自我能力培养。由于每个国家的国情和经济体制不同，对于STEM教育的推动方式和目标不同，但从研究结果来看，全球(特别是发达国家)都在加速推进早期STEM教育，为国家发展储备人才。当前，我国正处于转型升级的关键时刻，教育理念应走在改革创新的前列，引领其他领域的发展。
(二)实践基础
从STEM教育的内涵和特征来看，以培养探究能力和科学精神为目标的早期科学教育，与STEM教育具有天然的相似性和紧密的联系，幼儿每天在园都会涉及科学、技术、工程和数学单一领域知识的学习，如探索“玻璃和金属”“砂石和泥土”的不同，认识简单的器械等自然材料，而STEM教育呈现的是多维度和复杂的真实情境，幼儿可以从不同角度探寻获得创新能力、合作能力、实践能力和个性化发展。就幼儿本身而言，他们具有学习STEM的能力，目前的幼儿园教育已经包括科学和数学两方面的教育，融入技术和工程教育，就使科学与数学之间的关联“看得见、摸得着”;从课程内容的组织方式看，幼儿园教育活动是以综合的方式来组织的，幼儿园具有丰富的综合教育和项目活动的开展经验。因此，在幼儿园实施STEM教育研究十分必要且可行。
四、早期STEM教育的实施策略
(一)研究制定可行的实施方案
1.我国是教育大国，教育质量是增强我国综合国力和推动社会稳步发展的重要途径，教育管理部门应制定顶层规划和完善的STEM教育政策，搭建早期STEM教育平台，消除可能阻止早期STEM教育发展的限制，充分了解应用情况，不断反思遇到的问题，与基础教育研究机构合作交流，不断优化早期STEM教育政策，明确教育定位，科学规范早期STEM教育体系，有效提高实施方案的科学性，同时保障项目资金的落实，确保早期STEM教育健康稳定发展。
2.我国刚开始推行早期STEM教育概念，需要体系完整的早期STEM教育课程，尤其需要专业的幼儿教育机构和专业幼儿教师，需要制定科学规范的教师培训方案，提供早期STEM教师专项培养和系统化专业指南，为幼儿教师提供持续有效的专业发展机会，支持一线幼儿教师与高校专家研究合作，以科研带教研，支持并引导幼儿教师有效运用STEM教育技巧和活动材料，使教师能够整合使用与STEM教育活动相关的主题和内容，有效解决教育活动中遇到的困惑和实际问题，为我国培养复合型创新人才奠定坚实的基础。
(二)研究制定实施范围和实施策略
1.幼儿园STEM教育的实施范围优质的幼儿教育是儿童在幼儿园和生活中茁壮成长的基础，幼儿园科学教育融入STEM教育，将使幼儿教育目标、教学活动设计、幼儿学习方式以及评价模式发生变革。研究范围主要应确定为以下几个方面。
(1)整合性研究。早期STEM教育和传统的独立的学科领域不同，特别强调跨越学科界限的整合学习，强调利用科学、数学、工程、技术等相关联学科的知识解决问题，重视幼儿创新能力的培养，重视培养幼儿用综合的思维方式解决问题的能力，重视孩子知识体系的充实和完整。
(2)体验性研究。STEM教育强调幼儿动手做的学习体验，强调在真实情境中观察思考、描述对比、假设推理、讨论探究。真实情景往往是多维度的和复杂的，能够激发幼儿的兴趣，满足幼儿的探求需要，幼儿在真实情境中可以多角度学习、自主活动、自由探索，应用所学的数学和科学知识自主解决遇到的问题，在学习知识和解决问题的过程中获得新的技能，同时获得成功的快乐体验。
(3)协作性研究。在幼儿园传统的教育活动中，教师是活动的主要设计者，幼儿的活动基本是在教师的引导下完成，然而成人的设计思路往往难以与儿童的视角完全吻合，幼儿在活动中整体能力的发挥会受到限制，难以达到高质量的教育目标。STEM教育强调幼儿在活动中的主体地位，强调环境创设和活动设计以儿童为主体，强调师幼之间、幼儿与幼儿之间互相启发、互相帮助、互相激发学习潜能，有效促进幼儿深度学习和整体能力发展。
(4)趣味性研究。STEM教育为幼儿的认知发展和科学素养奠定了基础，然而单一枯燥的、远离幼儿生活的教育活动不利于幼儿核心素养养成，STEM教育要求把多学科知识融于具挑战性、趣味性的活动中，活动设计以趣味性为源点，强调最大限度地激发幼儿内在的动机，要求教师给幼儿创设更大的操作空间，营造更加宽松有趣的操作氛围，让幼儿积极主动参与活动全过程，并不断反思、探究、解决自己面临的问题，让幼儿在分享和创造中体验成功的喜悦。
2.教师在教育活动中的实施策略
(1)构建园本课程，促进STEM教育本土化。首先，教师要掌握STEM教育的核心理念和教育方法，STEM概念的提出并不是取代幼儿教育原有各个领域，而是与幼儿园科学教育相融合。因此，需要正确理解STEM与原有科学领域、数学领域的关系，将STEM教育落实在幼儿教育实践中，建立一个标准的、科学的、可以不断完善的早期STEM教育体系，并围绕这一体系不断加强STEM教育实践应用，让幼儿的学习变得直观具体、可触摸，变被动学习为主动探究;其次，教师要重新构建幼儿园的学习空间，促进幼儿更有效地使用活动资源和玩具教具，打造灵活并具有包容性的学习环境。另外，教师还要创新活动设计与活动区域建设，为STEM教育提供自然世界和虚拟空间，让幼儿感受真实的问题情境。
(2)研究活动变化，促进幼儿发展。一是主题活动的变化;二是集体教学活动的变化，在集体教学活动中，尤其是一些科学领域的活动，如何将幼儿的兴趣点延伸拓展为STEM教育;三是幼儿园区域活动的变化，在区域活动中探索STEM教育，让幼儿不受区域和内容资源的限制，能够运用多种知识整合经验，自我尝试解决问题;四是创设STEM学习区，投放跨区域材料，让STEM区域中的孩子能在更加丰富的材料中探索。
(3)开展实践活动，激发孩子创造欲望。在早期STEM教育中“做中学”起着关键作用，在幼儿园各阶段的活动中教师要有意识地引入特别设计的游戏活动，从多领域的角度去思考活动的设计和实施，可以将竞技类的活动整合到活动中，此类活动门槛低容易掌握，适合所有孩子学习(包括特殊孩子和双语学习者)。在各类STEM实践活动中，教师要注重幼儿解决问题的能力和创新能力的培养，让幼儿动口、动手、动脑亲身体验亲自探索，并坚持长期训练发展孩子的各项能力;教师要重视孩子的坚持性，引领孩子深入探究“为什么?”鼓励他们在探索失败时不退缩不灰心，帮助幼儿思考确定新的探究思路和目标，以保持幼儿对活动的持续兴趣和持续探究的动力，激发创造欲望，通过对未知领域的实践探索获得知识、应用知识，发展逻辑思考、复合思维和创新能力。
(4)创设真实情境，解决实际问题。培养孩子的核心素养与创新素养，最重要的是要提高孩子综合解决问题的能力。STEM教育是基于真实问题的学习，重视问题解决的真实性情境性，在STEM教育活动中教师要搭建良好的教育平台，为幼儿提供内容丰富的探究活动资源，让孩子能自由开放地获得学习所需要的各项资源，包括技术支撑和教师引领;教师要善于构建个性化学习环境，支持幼儿持续进行细节观察;鼓励孩子交流、记录，明确表达自己的想法;支持孩子发现问题、表达自己的观点、表述自己得出的结论;鼓励孩子以绘画、书写、测量等各种方法表达他们的思想。另外，教师要善于设计趣味性和风险性强的教育活动，这类活动能够激发孩子的兴趣，培养孩子的好奇心、进取心和发现能力，风险性活动的引入能让幼儿在“试误”中学习，不怕失败，学会承担。孩子在真实而复杂情境中不断提高观察推理、收集整理、分析归纳、纠错创新、总结表达等各种能力，有利于核心素养与创新素养的养成。
五、结论和展望
科技的发展影响未来，但真正决定未来的是掌握创新科技的人才，技术与工程素养是科技进步和社会发展对人类提出的必然要求。STEM教育应立足中国，以科学性、时代性和民族性为原则，在关注早期STEM教育面临的挑战的同时关注现实问题，建构并发展具有中国本土特色的早期STEM教育体系。STEM教育任重道远，基础教育需要协同社会多方力量，包括科研工作者、家长、政府以及教育管理部门众志成城地提升我国技术工程教育(STEM教育)水平。
作者：李庆云 单位：黑龙江教师发展学院
