两名二年级学生安静地盘膝坐着，专心致志地把单块积木堆叠到一座宽大的高塔上，而且越堆越高。偶然看到这一幕的人或许以为他们只是喜爱自己作品呈现出的规模，而且到最后肯定会把它轰然推倒。他们的教师看到的或许会更多，从中理解到他们的活动是在为重要的空间技能和物理概念奠定基础。其中一个孩子努力把手举高，把一个弹珠投进了高塔的顶部，如今其高度已超过五英尺。两个孩子专注地观察着这座高塔。他们听到了咔嗒、咔嗒、咔嗒的声音，但却没有看到弹珠。弹珠最后在高塔的底部出现，沿着一个斜坡滚到了地毯上。两个孩子高兴地蹦蹦跳跳，边拍手边喊：“耶！”（开头的这一幕来自《幼年工程师的早教作品揭秘》中的一段视频，作者是Beth Van Meeteren和BettyZan，视频网址为 http://ecrp.uiuc.edu/beyond/seed/zan.html。）

这一情景中很容易被忽视的是这两名儿童已经展现出的工程能力。孩子们在高塔中隐藏了一系列弯弯曲曲的斜坡——就像停车库里的那种斜坡，每个斜坡都与前面的斜坡保持着精确的距离，而且堆叠高度精心安排出交替的变化。事实上，这两个孩子已经搭建并测试过这座高塔的多个较小的原型，以便为斜坡确定合适的距离。他们的主要发现之一是斜坡彼此太过接近会导致弹珠下落速度过快（弹珠会从高塔的侧面飞出去），而斜坡之间距离过远则会使弹珠直接从高塔的中央掉下去。他们通过协作来调整设计，然后建成了这座规模更大、外表极具欺骗性而且内部别有洞天的高塔（Van Meeteren及Zan，2010）。

在这两个孩子的心中，也有一个复杂的内在过程——这个过程难以观测，但常常会使成人低估了孩子当前具备的能力。新研究表明，许多人认为“真正”的科学、技术、工程和数学（STEM）学习需要儿童达到一定年龄后才会发生，而且在早教（出生至8岁）中接触STEM概念只是为后期正式的STEM学习奠定基础（McClure等人，2017）。

许多人认为“真正”的STEM学习需要儿童达到一定年龄后才会发生。

这与事实相差甚远。近期一项持续两年的研究分析表明，在与发展相适应的层次，儿童有能力参与高中学生所从事的科学实践（McClure等人，2017）。正如一位研究者所述，儿童“能够进行观察和预测，开展简单的实验和调查，收集数据并且开始理解自己的发现结果”(16)。即使在出生的第一年，当婴儿看到某些不符合他们预期的现象时，也会有系统地测试物理假设（McClure等人，2017）。例如，研究者向11月龄的婴儿展示玩具车从桌子边缘开出去后呈现漂浮的状态；于是这些婴儿更有可能比观察那些行为正常的玩具车更长久地观察这辆奇怪的玩具车，并试着亲自动手探索，让这辆车掉下去（Stahl及Feigenson，2015）。而且，如同那两名搭建高塔的儿童所展现的，儿童有能力将工程思维习惯（如系统思维、创造力、乐观主义、沟通、协作、得到支持的坚持不懈以及对伦理思考的关注）运用到自由玩耍活动当中（Van Meeteren及Zan，2010）。

研究结果很明确：当我们说儿童“天生就是科学家”时，并不是单纯强调可爱；他们的确是干劲十足的科学家，眼下正有系统且有意识地探索自己的环境，甚至从出生那天开始就在这样做。

学习STEM没有最低年龄限制

STEM对于年龄较大的学生更有意义，这种误解出于多个理由具有相当的重要性。首先，尽早接触STEM对于后期的教育结果非常关键；当成人在早期低估其重要性时，同时也在遏制儿童当前和未来的潜力。研究表明，在学前班年龄段的儿童当中，数学知识相比早期阅读或注意力技能更能预测后期的学习成绩（Duncan等人，2007）。有人认为，早期的STEM教育在如今与早期读写同样重要（McClure等人，2017）。STEM思维习惯（如批判性思维、坚持不懈和系统性实验）在所有科目中都很重要，并且对于儿童掌握学习能力可能至关重要（Duncan及Magnuson，2011）。这一发展不仅关系到数数和词汇等基础，虽然此类技能和背景知识也很重要；它关系到解决问题以及跨越多个领域的其他更高层次的技能。

试想一下：当我们学习新技能时，大脑会将技能线编织成绳索，我们可以用这绳索来解决问题，应对挑战并进而掌握新的技能。当儿童有机会尝试设计问题，收集数据和解决科学问题时，他们造就的强韧绳索在当前和整个人生当中能以数不胜数的方式加以利用（McClure等人，2017）。

例如，STEM学习和语言学习之间的深层次联系。早期的STEM教学可推动获得更好的语言和读写结果（Sarama等人，2012），婴幼儿时期在积木游戏中尽早接触空间性语言则会提升空间思维能力（Pruden、Levine及Huttenlocher，2011）。此外，幼儿园入学阶段的数学技能和阅读技能均可预测八年级时的阅读技能（商业圆桌会议，2016），而且有关整个世界及其运转规律的背景知识（其中很大一部分属于STEM概念的范畴）对于贯穿一生的听力理解至关重要，并且在儿童可完成词汇发音后，对阅读理解也同样重要（Guernsey及Levine，2015）。所以，当成人未完全认可STEM学习在早教阶段的重要性时，其实是对儿童造成了严重的伤害，抑制了儿童在读写和执行能力等其他多个领域的发展潜力。

但仅仅因为儿童天生就是科学家，不代表他们就能独立做到这一点；他们需要成人来帮助他们认识并拓展自己的STEM能力（早教STEM工作组，2017）。这引出了这种误解非常重要的第二个原因：成人对于STEM学习的态度和信念常会转移到儿童身上。例如，近期的一项研究发现，学前班儿童数学学习的最有效预测依据在于其教师是否相信数学教育适合该年龄段的儿童（Seker及Alisinanoglu，2015）。这种信念也会使教师用于STEM主题的方法和时长发生具体的变化：例如，当教师对早期数学持消极态度时，这种感受会导致规避数学教学，以及数学教学方式极为低效（McClure等人，2017）。

当我们说儿童“天生就是科学家”时，我们并不是单纯强调可爱。儿童的确在有意识地探索周围的环境。

教师自然而然地产生这些感受，并且甚至可能会传递他们自己在学习中被传授的内容。近期对加利福尼亚州和内布拉斯加州师资培养教学人员的一项研究指出，这些教学人员认为早期数学在早教师资培养中的重要性低于其他方面。此外，这一循环并未就此结束——这些教学人员还表示，他们自身就感觉对数学教学的准备不如其他科目（Austin、Sakai等人，2015；Austin、Whitebook等人，2015）。换言之，对STEM主题是否适合儿童所产生的误解会在教师和师资培养教学人员当中代代相传。是时候打破这种循环了。

家长的信念也对子女的STEM成绩发挥着重要作用。例如，相比儿童以往的数学成绩，家长对子女数学能力的信念更能预测儿童在数学领域的自我认知（Gunderson等人，2012）。也就是说，如果教师和家长都认为儿童没有能力进行真正的STEM学习，孩子会相信他们。这会造成固步自封，以及对STEM的不利预感。但有理由保持希望：如果儿童人生中的成人怀有信念并对儿童的STEM能力给予支持，那儿童的天生能力就会得到承认，并实现扩展（McClure等人，2017）。

使STEM融入早教

为了正确地使STEM融入早教，教师需要得到支持，包括优质、恰当的岗前培训以及持续的职业发展。这将需要大学院校、学校系统、资助者和整个社会给予大力投入。处于儿童复杂生态系统各个层次的成人必须普遍地承认早教的重要性，尤其是早期STEM学习的重要性（如需各层次所必需承认的框架描述，参考McClure等人著作，2017）。

优秀的STEM教师需要发挥的作用通常是避免直接回答儿童提出的问题。

此外，如果不想坐等他们供职所在的整个系统发生彻底改变，教师能怎么办呢？认识到儿童拥有较强的STEM学习能力如今会大有帮助。通过理解为儿童成长提供支持就是要鼓励培养STEM思维习惯，教师能通过各种简单的途径将引人入胜的STEM实践融入课堂。教师首先要认可三个有研究成功支撑的事实，以下章节将分别予以说明：你不必是专家；你不是孤军奋战；STEM教学不是非此即彼。

你不必是专家

许多人认为，为STEM学习提供支持意味着要具备STEM专业知识来传授给学生。这固然有道理，但却是以其他常见的误解为前提：当成人不了解儿童从事真正STEM实践的能力时，他们会倾向于扩展儿童的内容知识。但如同其他学习领域那样，STEM知识和技能是同步发展的。通过体验式学习（结合实践调查以及信息式朗读和讨论），儿童可发展概念性理解，了解新的事实并从事基本的技能，如观察，提出假设，收集证据，审视假设，设计实验等等（NSTA，2014）。他们还会在教师和其他成人的支持下，通过以好奇心推动的方式与日常环境的互动来发展对STEM的理解和思维习惯。

优秀的STEM教师需要发挥的作用通常是避免直接回答儿童提出的问题。教师可提出有目的性的问题，并在儿童自行探索的过程中给予支持，从而鼓励养成STEM思维习惯，并促进学习。在主要依赖于讲课式教学的课堂，教师负责控制决策和讨论，因而在培养独立自主和适应能力方面最为低效，而这两种特征是STEM探究和实践的基础（Van Meeteren及Zan，2010）。

支持儿童的好奇心和自我引导，需要有目的地去做并多加练习。教师必须学会促使儿童开放且有重点地进行探索，并通过陈述和交谈推动儿童的反思（Hoisington，2010）。对于鼓励儿童天生的STEM能力，教师最重要的作用之一是在儿童可能放弃的情况下帮助他们坚持下去。当儿童遭遇挫折时，教师绝对不能直接用答案来消除压力。相反，教师能帮助儿童培养坚持的韧性，包括对眼前的挑战表现出乐观情绪，以身作则展现探索欲和好奇心。他们可以通过提问，再度激发儿童自身理解问题的渴望。通过提问来鼓励尝试，例如“你觉得假如……，会发生什么呢？”——而不是提示某个简单的正确答案（例如，“球是朝上还是朝下？”），这有助于儿童坚持下去，并体会到STEM探索的奇妙（Hoisington，2010）。当教师养成了提出此类问题的习惯时，可能会发现他们自身在不知道答案的情况下也会感受到最大的乐趣。当教师被探索的奇妙感觉所吸引，他们就会与学生共同沉浸到学习体验中，这说明STEM探索具有终身的价值。

你不是孤军奋战

一些成人误以为，真正的STEM学习只会在课堂上发生，这可能使教师感到孤立以及缺乏支持。而当成人意识到即使是非常年幼的儿童也能有意义地随时开展STEM探究时，他们就能以多种方式，使这种STEM学习扩展到儿童生活的许多方面。就像学习一门新的语言，当儿童沉浸在其中时，他们才会顺利养成STEM的习惯，并且掌握STEM主题的更多相关知识（McClure等人，2017）。他们探索STEM的机会越多——在博物馆、图书馆和家中，整个过程就会变得越流畅。

当儿童沉浸在其中时，才会掌握STEM主题的更多相关知识。

以这种方式理解，早期STEM学习就成为整个社区都应参与的活动，学校以外的众多个人都可以提供指引和想法。在理想的情况下，社区会构成学习的网络，使儿童参与到各种各样的STEM体验当中，并且在有必要时，使教师和家长得以重温各种概念，例如杠杆和滑轮的属性、模具为什么能形成，或者彩虹从何而来。博物馆等非正式的学习环境能非常有效地帮助成人通过深思熟虑的问题和交谈，使儿童对STEM产生兴趣（Haden等人，2014）。事实上，许多博物馆和图书馆都有面向教师的免费资源，有时甚至包含STEM专业发展课程。

教师可通过与家长分享当地的STEM资源，鼓励全家参与。由于家长对于支持子女的STEM学习可能会感到焦虑，因此务必向他们说明儿童在STEM探究方面的巨大能力，以及家长持续以身作则展现好奇心和wh式提问（谁、什么、何时、何地和为什么）能产生的影响。对于在家扩展儿童的学习，科技能成为强有力的伙伴。例如，教师可鼓励家长使用Bedtime Math（睡前数学）应用（http://bedtimemath.org/apps/），该应用能使数学就像睡前故事一样，融入家庭的日常活动。在家使用这款应用，即使少到每周仅有一次，也被证明能在学年结束时，帮助儿童的数学成绩相当于领先三个月；并且对于其父母担忧数学的儿童效果最佳（Berkowitz等人，2015）。

STEM教学不是非此即彼

许多教师受制于沉重的课程要求负担，并且对于在工作中增加教学内容持怀疑态度。但请注意，STEM思维习惯是可以转移的，而且STEM知识涵盖了基本的概念和词汇；它们能强化各种技能绳索，包括读写和注意力发展。当早期STEM学习被视为可培养以知识和探究为基础的思维习惯时，教师就可以开始探索各种途径，将STEM实践和概念融入现有的课程中。例如，教师可以注意到她朗读的许多书本都包含这种类似于STEM的特征：问题亟待解决，尝试由证据来推动的解决方法（而且常常要反复尝试），以及探索有效的方法。即使是类似于Eric Hill的《斑点在哪里？》这样简单的翻页图书，就蕴含着这种积累渐进：狗妈妈在很多个位置寻找狗宝宝，而且让与她一同经历寻找过程的儿童高兴的是，它一路上找到了其他有趣的动物——躲在门后的熊、衣柜里的猴子。通过留意并强调狗妈妈对科学方法的使用，教师可证明STEM无处不在，而且STEM探索本身就很有戏剧性。她还能强调狗妈妈在彻底搜寻中表现出的坚持、在不断尝试和犯错的过程中出错所蕴含的快乐（儿童在每扇门背后发现错误的动物时都会感觉到欣喜），以及狗妈妈收集并用来最终找到斑点的证据。

教师可以开始探索各种途径，将STEM实践和概念融入现有的课程中。

以STEM为基础的明确活动还可用以强化其他课程。例如，一个学前班的儿童忙着阅读Oliver Jeffers的《失而复得》一书的一个部分，这部分的内容是一只迷路的企鹅乘船寻找回家的路。教师要求这些3岁的儿童用铝箔纸搭建并测试小船，把小企鹅送到水桌的另一边。孩子们深度参与到这项活动中，在此过程中强化了他们对这本书的体验，并鼓励他们详细地讨论整个故事，同时带来了沉浸式且有意义的STEM体验（Draper及Wood，2017）。

结论

完全发挥儿童真正进行STEM学习的巨大能力，需要花费时间，并针对性地付出努力。早教课程教学主管和小学校长需要为教师提供空间和灵活性来尝试与儿童一起探索STEM概念的新途径。而当早教工作者开始将这些方法融入教学当中，他们就能很好地帮助彼此及公众认识到儿童当前已拥有的相当成熟、但却常常隐而不见的STEM能力，并能见证早期的STEM体验在塑造下一代的思维方面可发挥的巨大作用。

---

资源

职业发展信息：

• Foundations of Science Literacy http://foundationsofscienceliteracy.org

• Early Childhood STEM Conference (annual) www.ecstem.org

• PBS STEM Alive https://whut.pbslearningmedia.org/collection/stemalive/#.WYR8odPyui4

课程信息和STEM活动：

• Ramps and Pathways https://regentsctr.uni.edu/ramps-pathways

• STEM from the Start http://stemfromthestart.org

• PEEP and the Big Wide World www.peepandthebigwideworld.com/en

• Boston Children’s Museum, STEM Sprouts (Teaching Guide and Parent Tip Sheets) www.bostonchildrensmuseum.org/stem-sprouts

• National Science Teachers Association blog “Early Years” http://nstacommunities.org/blog/category/earlyyears/

STEM书籍

• Science Is Simple:Over 250 Activities for Preschoolers, by Peggy Ashbrook (Gryphon House)

• Young Scientist Series curriculum guides:Exploring Water with Young Children, Discovering Nature with Young Children, and Building Structures with Young Children (Redleaf)

• Making and Tinkering with STEM:Solving Design Challenges with Young Children, by Cate Heroman (NAEYC)

• Ramps and Pathways:A Constructivist Approach to Physics with Young Children, by Rheta DeVries and Christina Sales (NAEYC)

---

参考文献

Austin, L.J.E., L. Sakai, M. Whitebook, O. Bloechliger, F. Amanta, & E. Montoya. 2015. “Teaching the Teachers of Our Youngest Children: The State of Early Childhood Higher Education in Nebraska, 2015.” Berkeley: CSCCE (Center for the Study of Child Care Employment), University of California, Berkeley. www.irle.berkeley.edu/cscce/wp-content/uploads/2015/12/NebraskaHighlight....

Austin, L.J.E., M. Whitebook, F. Kipnis, L. Sakai, F. Abbasi, & F. Amanta. 2015. “Teaching the Teachers of Our Youngest Children: The State of Early Childhood Higher Education in California, 2015.” Berkeley: CSCCE. http://cscce.berkeley.edu/files/2015/California-HEI-Narrative-Report.pdf.

Berkowitz, T., M.W. Schaeffer, E.A. Maloney, L. Peterson, C. Gregor, S.C. Levine, & S.L. Beilock. 2015. “Math at Home Adds Up to Achievement in School.” Science 350 (6257): 196–98.

Business Roundtable. 2016. Why Reading Matters and What to Do About It: A CEO Action Plan to Support Improved US Literacy Rates. Washington, DC: Business Roundtable. http://businessroundtable.org/sites/default/files/BRT_Why_Reading_Matter....

Draper, C.L., & S. Wood. 2017. “From Stumble to STEM: One School’s Journey to Explore STEM with its Youngest Students.” Exchange (Infants and Toddlers) January/February 2017, 61–65.

Duncan, G.J., C.J. Dowsett, A. Claessens, K. Magnuson, A.C. Huston, P. Klebanov, L.S. Pagani, L. Feinstein, M. Engel, J. Brooks-Gunn, H. Sexton, K. Duckworth, & C. Japel. 2007. “School Readiness and Later Achievement.” Developmental Psychology 43 (6): 1428–46.

Duncan, G.J., & K. Magnuson. 2011. “The Nature and Impact of Early Achievement Skills, Attention Skills, and Behavior Problems.” Chap. 3 in Whither Opportunity? Rising Inequality, Schools, and Children’s Life Chances, eds. G.J. Duncan & R.J. Murnane, 47–69. New York: Russell Sage.

Early Childhood STEM Working Group. 2017. Early STEM Matters: Providing High-Quality STEM Experiences for All Young Learners. Policy report. Chicago, IL: UChicago STEM Education; Chicago: Erikson Institute. http://d3lwefg3pyezlb.cloudfront.net/docs/Early_STEM_Matters_FINAL.pdf.

Guernsey, L., & M.H. Levine. 2015. Tap, Click, Read: Growing Readers in a World of Screens. San Francisco: Jossey-Bass.

Gunderson, E.A., G. Ramirez, S.C. Levine, & S.L. Beilock. 2012. “The Role of Parents and Teachers in the Development of GenderRelated Math Attitudes.” Sex Roles 66 (3–4): 153–66.

Haden, C.A., E.A. Jant, P.C. Hoffman, M. Marcus, J.R. Geddes, & S. Gaskins. 2014. “Supporting Family Conversations and Children’s STEM Learning in a Children’s Museum.” Early Childhood Research Quarterly 29 (3): 333–44.

Hoisington, C. 2010. “Picturing What’s Possible—Portraits of Science Inquiry in Early Childhood Classrooms.” ECRP: Beyond This Issue, Collected Papers from the SEED (STEM in Early Education and Development) Conference. http://ecrp.illinois.edu/beyond/seed/Hoisington.html.

McClure, E.R., L. Guernsey, D.H. Clements, S.N. Bales, J. Nichols, N. Kendall-Taylor, & M.H. Levine. 2017. STEM Starts Early: Grounding Science, Technology, Engineering, and Math Education in Early Childhood. New York: The Joan Ganz Cooney Center at Sesame Workshop. www.joanganzcooneycenter.org/wpcontent/uploads/2017/01/jgcc_stemstartsea....

NSTA (National Science Teachers Association). 2014. “Early Childhood Science Education.” Position statement. www.nsta.org/about/positions/earlychildhood.aspx.

Pruden, S.M., S.C. Levine, & J. Huttenlocher. 2011. “Children’s Spatial Thinking: Does Talk About the Spatial World Matter?” Developmental Science 14 (6): 1417–30.

Sarama, J., A.A. Lange, D.H. Clements, & C.B. Wolfe. 2012. “The Impacts of an Early Mathematics Curriculum on Oral Language and Literacy.” Early Childhood Research Quarterly 27 (3): 489–502.

Seker, P.T., & F. Alisinanoglu. 2015. “A Survey Study of the Effects of Preschool Teachers’ Beliefs and Self-Efficacy Toward Mathematics Education and Their Demographic Features on 48- to 60-MonthOld Preschool Children’s Mathematic Skills.” Creative Education 6 (3): 405–14.

Stahl, A.E., & L. Feigenson. 2015. “Observing the Unexpected Enhances Infants’ Learning and Exploration.” Science 348 (6230): 91–94.

Van Meeteren, B., & B. Zan. 2010. “Revealing the Work of Young Engineers in Early Childhood Education.” ECRP: Beyond This Issue, Collected Papers from the SEED (STEM in Early Education and Development) Conference. http://ecrp.uiuc.edu/beyond/seed/zan.html.

---

Photographs: p. 83, 84, 85, 87, courtesy of Beth D. Van Meeteren