深圳特级教师吴向东:关于A-STEM项目的思考和实践

吴向东

作者:吴向东,深圳特级教师, 深圳市龙岗区教科院科学研究员 , 教育部国培计划首批专家
来源:STEM实验室

主题:《关于A-STEM项目的思考和实践》

吴向东:

谢谢叶老师,谢谢各位。

我是长期教小学科学的,这几年一直在一二年级执教,因为一二年级的科学课原来是没有开的,我就自己开起来。2017年之后,2018年才开始有小学的一年级、二年级教材。这感觉跟幼儿园比较接近,所在这个过程当中,我自己上课的一些例子被我们幼儿教育界的老师们看到之后,就让我来给幼儿教育做个分享,我也逐渐了解了一些。这些年我也一直在做区域课程的教研,因为区域课程是现在教育改革课程一个非常重要的依托。

还有,对于我们现在来说,科学教育的重要性越来越突出,一开始中兴的事件,再加上华为的事件,贸易战,它的本质是什么?就是科技战。那么我们怎样把国内的,或者说把深圳这样立足于社会主义先进示范区的科学教育推动起来,在更高的层面推动起来?从幼儿园一直到高中,我们来怎么样去做?现在就是我在做的一件事情。逐渐从小学的领域了解中学、了解幼儿园。希望我今天所带来的东西能给大家一些启发。

如何理解STEM

A-STEM是什么意思呢?整个世界都在做STEM,你为什么是A-STEM呢?我们先来看这个,这种鸟叫织巢鸟,你看它打结,织着织着它可以做出一个鸟巢。大家在想,我们在树干上往往看到一些鸟巢,都是各种各样的鸟自己搭建的,还有蚁穴也是蚂蚁自己挖出来的。鸟、昆虫,这些动物都有一定的工程技术能力。那么我们的小孩子,我们幼儿进行工程技术能力或者STEM这方面教育的时候该怎么做呢?我们应该思考一下。

我简单介绍一下关于STEM的起源,实际上是一个政治经济竞争的考量,是为了在科学、技术、工程、数学领域,也就是科技领域,始终保持美国最先进,让所有其他的国家跟随着走,这就是STEM的起源。

因为美国人有一个危机,是什么危机呢?他一直站在山的最高峰,他一定要是最高峰站在那里,其他人只能在低矮的平原上面仰望着。当美国发现有人追上来要爬上山顶的时候,他的忧虑就来了。这就是美国人的文化,他们在世界上称强称霸的这样一个文化。

他们的危机从哪里来?苹果、微软这样一些高技术职位空缺,找不到人,高水平的科学技术工程教学的人才非常缺。说中国STEM领域的博士比美国多,这怎么行?中国人会追上来的。所以,无论是政治界还是科技界,都对政府提出了各种各样的建议,如美国国家理事会上诉政府,要求培养本国STEM领域的人才,而且越多越好。

早在十多年前,STEM在美国就已经开始作为政府的战略在推进。但是到了我们国内,STEM科学技术工程数学的相加整合,完全没有这样的站位。特别是到了现在贸易战、经济战的时候,一定要清楚美国人他们在干什么,他们为什么要做这件事情,不要总放在整合这个低层次的要求上。

我们再看一下整个世界关于STEM的一些研究、变化。STEM提出之后,有很多专业的机构、大专院校和学校都在尝试、推进。我们看这一下这20种变式,这些变式是什么意思?比如,我想在STEM里强调艺术或人文学科,那就把ARts加进来,那么就变成STAM,这个地方也有一个A。它用的不是ARts,是其他的一些东西,比如说应用数学等。关于STAM有好几个说法,我们就提出来把ARts放在前面,然后是科学、技术、工程、数学,希望把人文作为引领来开展科学、技术、工程、数学这一块的教育。

正因为STEM的起因是国力的竞争,国家科技之间的竞争,所以它本身就是一个功利主义的。那么到了我们国内变成了什么呢?厂家看到了商机,比如各种乐高、机器人,各种各样电子的玩具,还有编程、人工智能等。宣传喊得不得了,你现在不学编程,将来就没饭吃,因为以后就是个人工智能的世界。先制造恐慌,然后再用恐慌来营销。实际上这样一种功利主义的做法与STEM所强调的一些精准性的东西背道而驰。

在我们国内,特别是华为的事件影响,深圳市副市长就表态,还是要学好数理化,走遍天下都不怕,也就是STEM,要重新把这个口号喊起来。所以都是关于硬技能的论调在国内非常流行。为什么呢?你只要学了理工科STEM,拿到了相关学位,你找工作很容易,但是各位看看国内的就业市场,很多学计算机的没工作可找。为什么?所以我们都要思考,STEM是真的只能指向功利主义吗?我们还是要回归到育人上面来。这是2013年美国众议院的一项决议,他们把A,不是ARts,是ARt。ARt是艺术ARts是人文学科,把艺术和设计纳入到STEM教育当中。因为艺术和设计为日常生活提供了真正的解决方案,并将美国产品在全球市场中区分开来,为经济增长创造机会。想一想诺基亚的手机也做了一个大屏幕的,也是触控操作的,流行起来了吗?没有。苹果把这种手机做起来了,立刻风靡全球。现在的手机都这么大的屏幕了,像个电脑一样的,是吧?苹果大屏幕的设计成功了,而诺基亚手机没有成功,为什么?这就是艺术设计和用户体验这方面做足了工夫。

截止到2018年,美国已经进行了十多年的STEM的战略之后,现在美国教育改革的核心仍是STEM。2018年出了一个文件,是为成功绘制蓝图,一个融合STEM艺术和人文学科知识和方法的教育体系,将促进发现和创新,并让学生跨越传统学科的界限,提出问题和解决问题。实际上发展到现在,逐渐地才认识到跨学科也要进来。为什么要进来,下面还要接着讲。

把A纳入进来了之后,有很多学者都在讨论,是真的把艺术、设计与理工科结合起来,就真的能够产生什么吗?所以做了很多的讨论,这位学者的讨论很有代表性,他说最终STEM-AM是以人为中心,不是以主题为中心。我教你玩乐高机器人,我教你搞个编程,全部是一个个的主题,我弄好了让你来学。他说不是这样,要把学生的个性和喜好放在首位,越是在孩子年幼的阶段,越要关注到个性和喜好的问题。因为这个时候,特别在幼儿阶段,小孩子各种兴趣还没有形成,他了解的世界还非常的有限,接触的就是日常生活的一个小圈子,能够理解的东西相对很少。在这种情况下,我要强加他练毛笔字,强加练这个练那个,学这个学那个,这有利于他今后的成长吗?不用我多说了。无论是中小学还是幼儿园,我们强调一点,举人文,培育健全人格的人,才是所有教育要围绕的核心。软硬实力共发展,让人文学科和STEM一起发展。

当然,对于STEM来说,无论前面加了A还是加了什么,STEM肯定是一个核心,特别是对于我们幼儿教育领域来说,这方面是我们的弱项。在社会领域、道德教育等方面都是我们的长项,但是在科学教育这一块或者说STEM这一块,我们始终有短板。在这里我们就提出来这样一个观念,就是软硬实力都必须齐发展,特别是在幼儿园阶段,不要把它过于分科或者过于分领域,分领域在我看来是为了你去分析,去更加深入地工作,但是不要把领域分了五类之后,我就是搞社会领域了,我就搞科学领域了。实际上所有的活动,社会领域、科学领域等等都可以统和到一起,因为所有的小孩子认识世界的方式都是统和的,什么领域的东西都放到一块。

关于人文我还想多说两句。现在科技发展到现在,包括我们现在坐在这里,都生活在一个人工的世界里。那么,这个人工的世界对我们的生活能够提升品质,那就好。如果不能提升品质,甚至带来一些负面影响,比如装修材料里面始终有甲醛...... 地板里头始终有什么?有辐射。对我们身体有益吗?没有。所以关于STEM在国外的大学工程教育里头,也是强调要把人文的东西加入进来,而必须要培养有良心的工程师。这本书在香港翻译成人文工程师,就是工程师的良心。哪些工程师可以做,哪些工程师不能做。所以,我们在开展STEM的时候特别强调,从人文的高度提升STEM的品质,那么这个S是什么意思呢?我们这里的A是什么意思呢?本来别人把A放在这中间了,变成STAEM,我们把A单独拿出来,希望是什么呢?表面上看是人文学科,而内在是指什么?人文精神。什么是人文精神?首先就是把人找回来,尊重人,发扬人的创造力,突出塑造健全人格的作用,强调STEM为人类付出服务的价值。这就是我们要培养的所谓的STEM的人才。首先你要有一颗仁爱之心,你才能够为这个社会造福,不然你学了科技干什么,净干一些坏事,是吧?

我们在这里提出来,STEM要追求的一些人文方面的东西有哪些?比如生活意义,对于小孩子、幼儿来说还不存在这样一个问题,但是越往上,越到大学,什么空心人都出现了。为什么那么多大学生抑郁、各种心理障碍,甚至于有自杀性行为?缺乏生活意义。第二,仁爱之心,对于人要有仁爱之心,对社会要有正义之责,对自然、对周围的世界要有审美之慧,我们才能够幸福的生活,自己能够幸福的时候,也能够为社会带来益处。

A-STEM的课程内容这里要说一下。我在这里调整了一下,因为我们对于幼儿来说,项目实践要他做东西,做活动,做项目,这是核心。但是别忘了,虽然他很小,对这个世界的认知还比较浅,但在项目实践当中,STEM里面所蕴含的一些科学知识,还是要帮他一起去探索。还有一些跨学科的概念,也要帮他一起去探索、提升,尽量多给孩子一些词,他能够在他那个水平去理解的词,让他的语汇更加丰富,来发展思维。

但是我们发现一个问题,无论是幼儿园还是中小学,只要是这种STEM的开放性的活动,做着做着就变成了东试试西试试。到底想做什么?不知道。想好了没有?想好了再去做,没有。先提出假设,再验证,把这个规律找出来之后,原理弄出来之后,再利用这个规律、原理,再去把项目做好,有没有这样做的?很少很少。所以就变成了东试试西试试,里面蕴含的一些知识、核心概念、跨学科概念完全不理会。那么我们这样做实际上没有什么价值。所以我们在推进A-STEM的时候特别强调严谨的研究方法,幼儿做不到,但你也要尽可能地严谨,至少让他意识到科学原来是这样的。

现在每个人手上都拿着手机。大家知道吗?手机里面有各种传感器,可以做很多的事情。等一会儿涉及到的时候跟大家会介绍一下。还有融入批判性思维、计算思维和设计思维,对幼儿还理解不了那么高,可以先忽略,但是前面两点非常重要。还有这一点,一定要促进概念的发展,把STEM里面的知识、概念一定要带着学生去做一些探索。所以我们就构建了这样的一个概念体系。所谓核心概念,就是我们课表上或者知识领域里面我们把它做成核心概念。

还有跨学科概念,这是我们中国的科学类的课程标准。到目前为止,从幼儿园到高中都非常欠缺的跨学科的这种大概念的学习,我们是比较欠缺的。但是有些地方虽然在说所谓的大概念,但真正去审核的时候就发现,我们对大概念的理解是有偏差的。

关于STEM领域跨学科的概念,这是直接来自于美国新一代的科学课程标准。在幼儿阶段能不能做呢?可以做,这些词教给学生,这些词里面所蕴含的一些内涵,通过活动、通过概念的学习,逐渐让他有所感受,这是很重要的。什么叫跨学科?真正的跨,不仅仅是领域知识之间相互联系。那一个我把它称之为多学科合作,我做一个项目,又要美术老师进来,又要语文老师进来,又要音乐老师进来,五大领域的都要进来,这一个叫做多学科合作,还称不上跨学科。一定要在概念层次上把不同的学科领域的一些知识,能够通过这样的一些词、这样一些内在的大概念、大观念统和起来,才叫做真正的跨学科。

回顾一下我刚才所讲的,一个是STEM,它很硬,我们要有人文进来,让工程师、科学家的心能够柔软,为人服务。第二,要真正地做好,要把学科概念、跨学科概念融入到这个当中去,使他们真的学有所获。第三,STEM本身是有技能训练在里头。大家看这个鸟,这叫织巢鸟,你看它织的巢,我们织得出来吗?这小鸟用的是嘴巴织,我们能不能带着小孩子把它做出来?很难,是不是?所以在这里我们要理解一些东西,我举这个例子就是让大家理解一些东西,技术是先于科学就存在的,当有生命存在的时候,技术就已经出现了。特别是在动物界,有很多的反映。我们再来看,石器时代,原始人,他们知道把石头像这样打碎了,有了锋利的、坚韧的角,还有锋利的口,用来做刀、做矛,是吗?那原始人他懂科学吗?这些工具做出来了。鸟懂科学吗?鸟巢织出来了。蚂蚁懂科学吗?蚁巢织出来了。所以技术是先于科学而存在的,知道这一点很重要,对于我们理解什么是科学很重要。

还有一个脉络,就是博物学。我们老师把李时珍作为中国古代科学家来看待,准确来说他是博物学家,包括神农尝百草,吃了之后对身体有什么感觉?他有可能做什么?真的把这种药在人身上去试?它能有什么功用?把它记录下来,就是这样的一种方式。至于为什么能治愈?不知道,搞不清楚。而且最后形成了一个文化习惯,我也懒得去搞清楚。至于这些各种各样的药品为什么能治病呢?管它呢。但是对于西方科学来说就不一样,他一定要搞清楚为什么,有效成分到底是什么,一定要把它提炼出来。所以技术也好,博物学也好,它可以在没有科学支撑的情况下发展到一个很高的水平,一直到现在都可以给我们疗病,还可以起到作用。但是我们一定要清楚,博物学毕竟是古老形态下的科学,技术是有生命存在的时候就已经开始,像《本草纲目》已经达到了古代医学的一个巅峰。

STEM发展脉络

现在我们来看这一个图,进行STEM的教育一定要明确世界科学、技术、工程、数学或者整个科学发展脉络,要明确到底什么是科学。如果到底什么是科学没有搞清楚,就进行科学领域的教育,往往是抓不到要领,也变成热闹一场。

古希腊时期自然哲学为什么存在?因为古希腊哲学家,像亚里士多德、柏拉图、苏格拉底,他们是哲学家,同时也是科学家。他们研究科学就是要回答什么?这个世界的内在原理到底是什么,理性是至高无上的。我们博物学采集植物进行分类归类,进行治疗,这种博物学的方法是低层次的支持,它就是起点,真正要理解这个世界,获得自由,就是要搞清楚这个世界为什么会这样。所以当时用几何来研究世界。在柏拉图学院不懂几何者不能入内,为什么?他们就是要了解世界内在的原理是什么。正因为有这一脉自然哲学的存在才产生了科学。

同时在自然哲学时代还有博物学,刚刚我们说了,用植物、动物来治病,这是世界各国,包括原始部落都存在的。他们主要是做描述和分类,弄清楚是什么,至于为什么不需回答。技术也是一样,找到了规律就行,以为尖尖的可以割兽皮,可以做矛,它比较锋利,把规律找出来就行了。至于为什么这样,不知道,也不管它。所以在中国古代科学就两条脉络:博物学和技术,从来没有去追寻,像自然科学家那样去追寻,这个世界的本质是什么,为什么会这样。

那么到了近代科学,牛顿时代,就以数学和物理实验为基础解释世界为什么会这样?这一脉的科学研究很多人都参与,逐渐形成了一整套比较完备的知识体系。而且这个知识体系,因为是非常严格的控制实验条件,所以取得的证据很可靠,那得出来的结论也就很可靠,然后把它用到古老的技术上去,用到古老的博物学上去。

博物学就出现了生理学、动物学、植物学,发现了细胞。

技术这一块原来只能做一些简单的技术工具,后来做的技术工具越来越复杂,做的建筑、大的工程质量越来越高,这个是因为什么呢?因为发展到近代科学时代,这些知识太可靠了,而且可以用数学的方法、实验的方法去取得进一步提升,并且更重要的,它采用的跟古希腊科学不一样的,就是归纳法。我研究这个动物,比如哺乳动物,一个最关键的特征就是它胎生出小动物之后,用什么来让小孩子长大?乳汁,是不是?要营养乳汁来长大。那其他的也有那种直接生出小动物的,比如海马可以直接生出小海马了,这个它是哺乳动物吗?这研究越来越细。而我们在归纳法的时候一定要怎么样?符合这个特征它才叫做哺乳动物。人也有这样的特征,所以人也是哺乳动物。所以归纳法成为了一个新的工具,很多的经验一定要通过归纳、提升才能够确定关于这个事件的知识。

近代科学进一步地发展还不够,像爱因斯坦100年前提出的广义相对论,有引力波,几年前不是得了诺贝尔学奖吗?网上炒作得很厉害。引力波一百年前提出来的,就是理论推演,用数学推演出来。但是能不能证明?没法证明。但从数学证明上它是能站得住脚的,但是觉得很恐怖,这个世界怎么可以这样,时空还可以弯曲,还可以时间旅行等等。但是我们现在只能证明它其中的一些东西,仅仅是其中的一点点,就得了诺贝尔奖。这是理论科学它的威力,就是借助数学模型来做的。

现在的计算科学,现在药物的研制、飞机的设计,比如设计个飞机,我们拿个木头,修来修去,翅膀、身体,一飞成功了,是吧?好了,国产大飞机919我现在做一个,脑袋一拍做一个。一飞,掉下来了,一架一架的掉,你有那么多钱吗?所有的这些设计全部都是在电脑里面通过仿真来完成的,仿真完全可以接受之后才来进行实验。所以这就是计算科学给我们带来的一个巨大的威力,使我们进行科学研究不会变得那么困难。还有现在的大数据科学,我们已经有一些大数据了,都已经存在了,科学测量数据都已经存在了。但是这些数据有什么作用呢?不知道。比如我们体检有那么多的数据,体检出来有些人是有癌症的,那么有癌症的人做体检还有其他的一些指标,是不是也会有一些指标上的异常呢?那就必须通过大数据进行探索,还真有科学家一直都这样做。所以,我们现在对疾病的研究很多都是通过数据科学去探索,找到了一些规律之后再去进行实验推进探索。

这就是科学发展的一个脉络,我们说的STEM发展的脉络,当我们说科学的时候,一定要注意,近代科学以来的科学才称为真科学,它一定要建立在数字实验的基础上,一定要通过实证来获得可靠的结论。古代的博物学很发达,但是现在已经没落了,但是博物学还有没有价值?有。在幼儿时代它的价值比谁都大,也是可以从中获得科学概念的。还有技术,我们还能够像鸟那样,像原始人那样去做技术吗?我们现在教孩子做技术就要超越古老的技术。

如何做幼儿科学教育

在这里我们就提出了一个问题,也对我们自己是一个挑战,要想让中国的STEM的教育得到提升,能够在世界上与欧美走到一块。不说超越它,跟它走到一个水平,那我们就必须要超越动物的原始人的那种层次,超越古老的博物学的那种科学层次,去做我们的科学教育。

第一个超越,运用数字技术。这是我带的一年级的小孩子拿着平板电脑,这是认识爬山虎,当时是秋天了,旁边还做了一些其他的植物,识别植物用APP,用过吗?形色,是吧?形色是最好的,还有手机的小程序里也有形色,还有识花、菌等等很多。那么这个装到学生电脑里面,我们到外面认植物的时候,那么多孩子,一个班五十个孩子,怎么去一个个指导,没办法指导。让他们拿着这个自己去看、去拍。还有观察植物的叶子,这叶子在这里,阳光从这里射过来,我用这个摄像头接近叶子的背面,上面又有光,那么拍,这个时候叶脉可以拍得非常清楚,放大来看叶脉是什么样子。我们只知道叶子的基本结构,像小学科学里面很可怜,叶子是由叶片、叶柄、叶脉构成的,而叶脉又分为主脉还有侧脉,侧脉之间还有很细的那些叶脉叫什么呢?细脉。这些东西我们竟然不教给希望学生!如果我们教给学生,让他去做观察,他会发现这个细脉也真的是一个神奇的世界。我们就用这个移动设备,平时观察的时候就要拍下来。只有拍下来了,有时候对于这些动物来说,你才能够仔细地去观察,才能够把它看得清清楚楚。你看它的脚上长了这么多的刺,是吧?这个叶子上长了这么多的毛毛,我们平时用肉眼看,不见得看得这么清楚。所以借助技术工具去进行科学观察,这是科学家一直都在干的。现在的生物学研究,比如说冷冻电技、扫描隧道、显微镜,可以看到非常非常微小的东西、结构,然后去进行科学实验。没有这样一些设备,数字化的设备,很难去进行科学研究。

那么在幼儿阶段,我们没有那么专业的东西,也没必要,但是这些废旧的手机、平板电脑是可以用起来的,作为孩子们日常学习的东西。

这是在观察蚂蚁。好,我想问大家,幼儿园有做过蚂蚁的观察,我想问问各位老师,蚂蚁有几条腿?四条,六条,头上长两条,或者胸部长两条,胸部长一对,腹部长一对,是不是?不知道。蚂蚁在那边爬的时候你真的很难看清楚,拍下来,好好地看,六条腿,这是后腿,中间的前腿全部长在胸部。我们看清楚过吗?你天天在看蚂蚁,你看清楚过吗?没有。这是用手机拍下来,布置的任务,让孩子回家去,可能也有父母,也有大孩子。(视频)麻烦了,后面的一个幼儿就被教坏了,我是节选的很小的一点。我们怎样观察蚂蚁?就把孩子放在幼儿园去看吗?看不到。怎样才能发现蚂蚁?把甜的食物放在一些角落里头,该上课去上课,过不了多久,你看那些甜的食物旁边就会有蚂蚁出现。我们有的孩子非常有兴趣,就一直守在这个甜的食物旁边,用手机,发现有蚂蚁过来就开始录像,就把它拍下来,一只蚂蚁过来之后又原路返回,带出了好几只,搬回去之后带过来的越来越多。这样的一个过程就让学生知道了蚂蚁这么厉害,能够像这样回去找人来帮忙了,它的社会性这么强。也就是说用这样一些工具来进行记录,可以帮助我们把这样的一些我们司空见惯的现象把它看得清楚。

像这个孩子,这是一年级的时候,2015年创客运动开始,开始玩这个电子的东西,这个电子的东西也挺好玩的,这个叫做声音传感器模块,它可以感受音量的强弱。然后这里把它一接,接发光二极管,跟电池一连,这个小孩子按照规则把它接通了之后,非常高兴。为什么?他对着这个声音传感器一喊,就亮了,安静就不亮,所以喊着这个灯不断地在闪烁,就变成一个玩具一样的。同时一旦不通,他就要检查连接的电路对不对。在这里关于电路连接的一些最基本的知识,和这个传感器这样的一些电子元件,我们说互联网时代一些基础元件的认识也都开始。

这几个孩子就在我的工作室里头,趴在那个地毯上,是一年级,也有幼儿园的,他们就在我实验室里面找了这些废的东西组装成了一个车,这里是什么呢?光传感器。光传感器在这个亮的地方,这个灯它是不亮的,把它推到暗的地方它又亮了。让他们来理解数字时代的一些工具、一些科学研究常用的元件。因为这些东西在我们日常生活当中太常见了,比如小轿车在天黑的时候自动开灯,原来的小轿车必须自己打开灯,现在自动开。因为光线一暗它自动通过光传感器感受暗了,它把灯打开。像这样的一些东西我们要大量植入到孩子的日常科学学习当中来,在数字时代不要让他们落伍了,现在还去研究牛顿那个时代的东西进行科学研究,肯定是不合时宜的。这是他趴在这里不断地试、不断地调光传感器的敏感度,最后做成功,这是他们得意洋洋时候的样子。

第二个超越,这是最本质的。如果说利用数字化的工具只是在形上,在外在上做要求的话。那么在科学概念的学习上,在思维的发展上,就一定要做严格的或者说高标准的要求。因为中国古代科学只有博物学的技术,正因为只有博物学的技术,只是在表面上去了解,不追究内在的原理,所以中国古代是没有真正意义上的科学,所以我们这么落后。鸦片战争,别人在科学技术支持下建造的长枪大炮,把中国的国门敲开,为什么?因为我们没有科学。现在科学要想发展不能停留在这个层面了,我们进行科学教育的时候一定要有一种使命,要重建科学文化,把严谨的方法,还有对原理内在的追寻都要纳入进去。

在进行这一块科学教育的时候,我们要注意,幼儿是喜欢动手的,他在动手的时候才会思考,他一旦不动手了就停止思考。这个叫什么?动作思维。比如我们做了一个实验,做着挺好的,我看老师说,做完了吗?给你们十分钟,做完了。然后说,现在我们把材料收起来,放在旁边去,我们再讨论。当你把材料拿在旁边之后,想让幼儿跟你一起讨论,他眼前没东西,手没有去够到,很难跟你讨论起来,是不是这样?所以我们一定要了解清楚孩子的思维发展水平在什么层次。实际上,在幼儿阶段我们说起来形象思维开始在要求,实际上形象思维也是第一层次的,动作思维还在继续发展。抽象思维顶多说是一个萌芽,因为抽象思维是需要用符号概念来进行对比判断的,而符号概念这些东西到小学才能够真正地去做。所以在幼儿阶段的时候,我们可以看到,小孩子有两个笨:一,手“笨”。为什么手“笨”?别说他的认知水平,他的小肌肉的发展不完全,精细动作达不到,你让他做东西,着急,着急也没用,他就是个“小笨笨”,这是生理条件制约的。第二个,脑袋“笨”。为什么呢?抽象思维仅有萌芽,动作思维还在第一层次,形象思维不发达。所以在这个时候我们在进行STEM教育的时候,尽可能地让孩子动手。事实上我们幼儿园在这一块做得非常好,而且我还跟特别是高中的校长说,你们把老师带到幼儿园去,好好地向幼儿园学习,不仅仅动手,还是那种长周期的、开放性的那种探究也做得挺好。这是思维发展问题,我们要考虑到这一点,所以我们开展STEM的时候,要求不能过高,动手一定要突出。

还有一个概念发展的问题,这是韦伯斯基的体系。这一点如果我们真的要理解孩子的认知,一定要去看一看韦伯斯基的这种研究。他是英年早逝,30多岁就去世了,但这个人影响了世界。他的理论是我们二十一世纪的教育新闻学一些基础的东西,这个概念的发展有混合思维、符合思维、前概念到概念思维,这四种。

混合思维是把现象与现象之间偶然事件联系起来,如我们成年人都存在过年的时候我烧了头柱香,我花十万买了头柱香,今年赚了一个亿,他觉得是烧香的结果。高考了,高考之前去哪个庙拜一下,高考考好了。这都属于什么?混合思维!非常低层级的,也叫做什么呢?原始思维,原始人都是这么干的。

再是符合思维,可以依据外表上的东西进行分类,所以分类游戏在幼儿教育阶段,在幼儿的STEM里面,是一个很重要的活动。因为分类要找特征,不仅仅要找外在的特征,还要逐渐地让孩子找内在的特征进行分类,这就是符合思维阶段。但是幼儿的符合思维也是容易变化的,是一种易变性的思维。

再到前概念思维,前概念思维是我们幼儿阶段也是很突出的一种,就是说好像能够用一些词语有一点抽象的东西表达出来,但是它总和具体的事物保持一些联系,如果不保持这种联系,它就说不出来了,不知道什么意思。所以这一种情况我们叫前概念思维水平,虽然用的是思维,实际上指的是概念发展水平。那么无论如何,我们的教育,即使是幼儿园的教育,即使幼儿他的这种复合思维,前概念思维是占优势的,但是我们也要始终记住一点,我们是要促进孩子发展的,在概念的发展上一定要从混合思维、复合思维、前概念思维到概念思维,一定还是要去促进他,让我们的教学朝着这种概念前行。

这是一个视频。 (视频)倒热水。这个是彩虹糖的实验,这里面蕴含的科学概念是什么?溶解。因为溶解这个概念在我们日常生活当中经常地接触,我们吃菜也好,喝饮料也好,这都涉及到溶解的知识,但我们用心去探究的时候很少。像用这样一些有趣的实验,它是有一定难度的,它很好玩,很吸引孩子。所以我把这个实验做了之后,学校周围小卖部的彩虹糖全卖完了,我是一个太好的推销员。在这里就问他们,不是做得好玩就完了,我们要好好分析,跟他们对话。

为什么彩虹糖不同的颜色都会往中间跑呢?

好了,我们再进一步简化,我用一个彩虹糖,就会四散开来,是不是?

四散开来因为什么?

你可以看到颜料在水里面不断扩张,这就叫溶解。这样一些细微的东西它跑到这个水里面去了,均匀地分散。

把盐放在水里一搅变成了盐水,盐看不见了,透明了,是不是?

不像彩虹糖有颜色,这也是溶解。

然后不断又去讨论,做假设,做实验、检验他们的想法。

好,还有一个,在这里我要讲一个我去幼儿园看到的一个课程或者说项目式学习的结构,这是天津老师他们幼儿园的。他们强调一种项目学习,STEM当中项目学习或者其他项目学习,都强调有生长性。因为对于幼儿来说,美国的一些专家认为STEM是以学生的个性、兴趣为中心,而不是以主题为中心,是吧?所以我们怎样去做,我们要强调预设,更要强调生存。第一阶段怎样去确定一些主题,确定一些项目。第二阶段,带着孩子去做,比如彩虹糖这一个,还有等一下我要讲的例子,不断去探究迭代。第三就是表征交融,然后展示激发。实际上这样所谓的几个阶段也不是完全都这样,往往是混在一块的,其实总的过程都是在迭代,不断在推进。

我们看他们的一个例子,制作萝卜干。这个项目是怎么来的呢?这些老师真的是很有课程意识,种的萝卜,在教室里面,放下去之后没有浇水的,外面的皮要干了,是吧?这样就跟萝卜干这些东西就建立起联系了,我们就做个萝卜干吧,是不是?怎样做萝卜干?什么工具都上了,而且安全的问题也考虑得很周全,老师都是很有经验的,各种安全的刀,让孩子在这里切,但还是要注意,这是辅助。小孩子切的时候,用的工具不同或者不同的孩子切出来的大小、厚薄都不一样,然后让他们到外面去晒,有到太阳下晾晒的,有的在室内的,他们切的东西,大小、厚薄真的都太不一样。第一次失败了,为什么?发霉了。第一天没太阳,第二天下雨,来不及收的淋了雨,然后放在教室里面,放着放着就发霉了,就失败了。第二次,我们真的是要做萝卜干,做萝卜干怎样让这个萝卜干干得快呢?好了,就产生了对比实验。这个时候科学的方法就进来了,这一点非常地关键,你看第一个盘子的萝卜丁、萝卜丝,还有大的萝卜片,这些都放在室外。室内也放了一些,不过不是非常的标准,这里面都是大块的,小丝、小丁没有,但是也差不多。这样在这里第二天晒了,第三天大太阳,晒得真快。室内实际上也干得差不多了。然后这些水到哪里去了呢?你看这些小孩子的绘画,就是只能看表面的那种所谓的复合概念或者说混合概念的那种水平,他只能在这个水平去描述。

好了,我们是在做教育,前面我们说了,一定要促进孩子对这个世界认识沿着概念箭头前进,沿着更深入的概念箭头前进。所以后面就有很多一些对话,要带着孩子讨论,这个讨论比什么都重要。但问题就在于我们幼儿园进行STEM教育的时候,很多时候是实验结果出来了,这个活动就结束了,我们的对话很弱。

所以我想,这一点是要提醒大家,一定要加强的。第一,我们要好好考察,在思维层次,他做这样一个活动主要在什么层次。第二,在概念发展层次是哪一种占优势或者说更多。这一种更多可以怎样促进,比如说复合思维水平太多了,我能不能把它不断促进,达到前瞻性的水平呢?这就是我们要做的。所以我们如果不断向前推的时候会发现,在科学方法上对比实验幼儿有所体验了,他知道怎么样做对比。

科学的概念,关于蒸发,小孩子也逐渐懂得了,一开始说萝卜里有水,晾晒可以让水减少,这都是小孩子的语言。水减少是变成看不见的水蒸气飘上来,实际上幼儿知道,有的在家里面家长教了,他说得出这个词,这个词学生说得出来,学生该不该教?教,就告诉他这是水蒸气。甚至关于水蒸气还可以接着做实验,我就把萝卜放在太阳下接着晒,晒的时候放在一个透明的盒子里面晒,上面的放一个碗,碗里面放点冰都可以,那个萝卜一晒有水蒸汽上升,遇到冷的碗的底部就变成了什么?水,是不是?即使没有这个东西,用个透明的杯子罩上,甚至于把一次性的透明塑料杯就把萝卜干罩上。过一会儿,塑料杯子周围出现了水珠,也就是说萝卜里面的水变成汽了,然后在杯子的外壁上受冷它形成的水,这就是科学。我们说A-STEM,不是讲如何引领,一定要怎么样,这些细节性,本质上就是科学家,你在这些概念的形成上,非常严谨地带着孩子去做了,去追寻了为什么,那么我们这个科学教育,或者说A-STEM就做成了。

那么这个A是体现在哪里?实际上体现在我们要做一个干制的食品,对吧?就是做一个食品,就是为我们服务,但是我们不要老说这一点,要真的做出来,把里面的科学道理说出来,这就是一个非常好的A-STEM的活动,小班的。这个活动你可以做几天,实际上你想把它做深入,你做一个月都可以。把对比实验的方法做得越来越精细,包括条件的控制也做得越来越严格,在这个过程当中学生所受到的这种科学方法、科学精神的教育会更加地透彻。第一条,我们说要超越,古代的博物学和技术,古代的技术这种古老的形态,要把科学教育跟这个世界相结合。第一条要用到数字技术工具,第二条,思维和概念的发展,就非常核心。还有学习真正的科学方法,实际上科学方法在刚才的例子里面已经很明显。

科学方法第一个观察,对幼儿来说观察非常重要。我有一次拿着实验材料到教室,因为我每次进课堂,所有一年级的孩子必定有一个动作,首先要把我抱一下,然后欢呼一下,科学课科学课,拍拍桌子,然后再上课。那一天去了之后安安静静的,没有几个人理我,我一看他们在盯着桌面,在干吗?他们在外面抓到蜗牛了。我说蜗牛哪里来的?外面抓的,那好,我们不做实验了,都去看蜗牛。但是有一点,要好好地观察蜗牛,科学观察和日常的观察不一样。好,那学生就带着我们去了,我们拿着一个纸把它一捼。我要求他们只抓一个蜗牛,但是这些小鬼全部精着呢,能够抓多少就抓多少,他们要抓回来看。这是当时在室外拍下来这些蜗牛,他们看到的蜗牛。然后到室内,又把个蜗牛放在这个展台上,把它放大了让学生来看。

现在你们看到蜗牛了,各位老师,马上画蜗牛,画一个蜗牛出来试一试。

平时蜗牛我们见多了,是不是?

简笔画也画得多,每个老师画一下。

日常的观察和科学观察不同在哪里,可能我们今天一画就知道了。

你不画不知道,一画吓一跳。

画蜗牛,我来看,天哪,不会画了?好,算了,我不看了。

这是孩子画的,画的比你们都好。

我问你们,哪个蜗牛画的是对的?第一个。

当我看到孩子画了这些东西的时候,我真的是笑了,笑得肠子都要出来了。

蜗牛长着眼睛,这里他们就画了,蜗牛的长触角上面的圆点他却画成了眼睛,而且这个眼睛还有长长的睫毛,他妈妈肯定每天要做假睫毛。

本来是四只触角他却画成了两个,还有嘴巴。实际上蜗牛有这样的眼睛吗?有这样笑得弯弯的嘴巴吗?好像他画的自己一样,画得很可爱,但是这不是蜗牛。

再看这一个,上面的触角是有圆点的,下面的触角短,是没有圆点的。

所以真正画得对的是这一个,小的触角是要接触地面的,长的触角是要侦查上面的,然后螺旋形的这个外壳。

所以我们再过来看这个蜗牛。所以司空见惯的东西,科学也都在里面。为什么会出现这样的一种情况呢?各位老师,这里有一个非常关键的词,就是我前面已经讲到的,叫做前概念也就是说有一个先入为主的认识,这种先入为主的认识,即使把真实的东西放在他眼前,他也看不到事实。就好像爱情一样,我站在你面前,你却不知道我是如此的爱你。所以心中的蜗牛比什么都厉害,它代替了科学事实。所以为什么一开始我让大家把拍照的一些东西用到我们科学观察里面去,来提升我们真正的科学观察的品质。

好,再来看,我们不是讲各种各样的领域吗?我觉得真正的教学的时候,无论科学、社会等等,实际上完全是给统和在一块的。像这一个活动,带着孩子到花坛边,一圈都是杜鹃花,然后我们去数杜鹃花的雄蕊,杜鹃花的雄蕊的数量。我问大家都是一样的吗?一个人数一朵花,爱护植物,不要把花瓣破坏了,数来数去,我们一起统计,最后发现十个的最多,少量的有九个,更少量有十一个。即使是同一个品种也是有差异的,而这个差异在木棉花,它的雄蕊的数量更多,那它差异就会更大。为什么同一种植物雄蕊的数量有差异呢?大家想一想,就跟我们人一样,同一个父母生的,面相都有差异,不同的人种也有差异,是不是?何况这种植物呢?所以像这种科学的观察是需要训练的,对自然事物的理解也是要通过这种细致的观察,刚才说还融入了数学,一起去做。

那么现在我还讲一个在小学的例子,看能不能给大家一些启发。

气球小车,要学什么知识呢?

推力、反冲,汽车往后,缓冲器,然后小车往前跑,飞机火箭都是叫反冲。上课的时候气球小车一放,概念就出来了,做做练习题,这节课就完蛋了。

为什么?

一旦你停止这件事情,如果不让孩子接着研究这个小车,他对科学的兴趣或者说对科学深入的探究就没有了,所以这一点要注意,我们不能学教材上这样。

小孩子玩气球小车的时候发现跑得太近,怎么办?

两个长条形的气球绑在那个小车上,可惜这一种长条形的气球回弹的力量比较小,放气的时候只前进了一点,不动了,为什么?

气球也在地面上,跑不动。怎么办?

改!既然它接触地面了,我就把它撑起来,一个气球不行我还是用两个气球,我用长条形的回弹力不行,我用圆形的回弹力强,这个做得很成功。

这两个孩子在班上是很沉默的,没想到越沉默的孩子越有他们细致的地方。

这一边是有金属帽的,这个金属帽在这边没有了,下面都把这个气球绑了,用差不多底盘的小车来放。结果是什么呢?这一个蓝色小车它金属帽没有,“唰”跑出去,气没了,很近,很快。

有金属帽的那个放气放得比较急,但比较少,它慢悠悠、慢悠悠,跑得好远,这就是关于动力的一个研究。

还有,这一个孩子就发现,有的孩子说,把喷嘴对着地面跑得快,但一试的结果是什么呢?

力都分解了,跑不快,还是要平着放置,所以就出现了这种他们不断地改进,怕这个气嘴平着放。

然后为了让小车能够有更多的动力跑,就把车身用铅笔劈成两半,然后车轱辘那个地方就用了这个晾衣服的夹子穿过去。

你看,他想了方式,减轻了重量,车就跑得更远。

所以,这个车子的探究,这个车我们就可以说是自主创造出来的,它的研究性很强,就是这样一步步地不断地尝试、检验,尝试、检验,不断改进出来。

我们现在稍微总结一下,技术工具可以提升观察的品质。对科学概念、思维水平的关注,让我们明白科学本身是要去寻求为什么。一定要发展学生的概念,在这个过程当中要发展孩子的方法,科学方法一定要融入到里头,特别是严谨的科学研究方法,最后去努力实现一切美好的假设。我是教美术的,每个孩子都是画家;我是教音乐的,每个孩子都是音乐家;我是教科学,每个孩子都是科学家;我是教工程技术的,每个孩子都是工程师;搞创客的时候,每个孩子都是创客。孩子们还没有受到社会的浸染,他内心纯净,有很多美好的东西,那么我们怎么让这些美好的东西去实现呢?

我们说了,STEM软硬都要兼顾,虽然是做科学教育,但是培养健康的人格是我们一定要做的。在所有的这些活动当中,同理心无比重要,因为同理心是与生俱来的。我们讲一个很简单的例子,比如我在这里一遍讲一遍走路,突然摔了一跤,你有什么样的反应?你是不是觉得,哇,自己身体都有一个感受。什么原因?我们脑袋里有镜像神经原,就像照镜子一样,看见别人出现了事情,自己马上就有一个反应,我看见别人摔了一跤,感觉自己都要痛一下,这个就是说同理心是我们与生俱来的。很多人为什么做除了一些反伦理、反人类的那样一些行为出来,他对人一点同理心都没有什么,什么原因?我们教着教着让他离开了自己的本心,所以在这个层面上我们在思考:我们孩子在一起进行某一个项目的时候,是互相推送的?抢着?还是互相帮助的?即使别人抢过去了,我是立马打回来?还是好好商量?是不是?在这个世界上要让孩子明白,要教他一些技巧,一些社会交往的能力,要教他们,即使他抢过去了,可以说你这样做不好,影响我了,你能不能快点给我等。你培养了我的容忍。

还有个性、人格从小都要有良好的环境去熏陶,在所有这一切的STEM活动当中我们都要去做,比如秋天的这种活动,今天我们为什么要穿两件?说一下,今天我从深圳过来,临走的时候我要从这里赶回深圳去,所以就穿了两件衬衣。因为这个季节不一样,像深圳、广州是每年是盛开的季节,而这边是树叶黄了、红了的季节,秋风扫落叶的季节,为什么不一样?因为我们处在这个气候带不同,气温不一样,这些都不一样。了解这样的科学,就可以把它做成艺术。你看,树叶做成了玫瑰,用红叶子,就像这样卷卷卷。你看,卷出来了,多好。你看,特别是情人节的时候是秋天就好了,像这样折几个玫瑰省的去买那么贵的东西了。你看在这样一个活动当中,艺术在熏陶,科学概念在发展,关于思维在不断地突破他现有的认知。秋天就是叶子红了的季节,比如在我们青岛。如果到深圳去了之后就是秋天,秋天是红花马蹄甲盛开的季节,对气候做了认识。所以在这里可以发展很多的东西,但是对于幼儿来说,我们始终抓住一点,思维层次的发展,思维的发展,语言的发展,通过这个STEM的活动,把他们小肌肉进行锻炼,让他们的精细动作不断发展。像这个是完全可以做的,先用吸管把它剪尖了,然后把它捏扁了,你就把它作为哨子吹,然后在吹响的时候手都可以感觉到振动。物体振动产生声音,这样的科学概念又容易进去了。像这样一个活动它是非常地吸引孩子的,就是我们STEM的活动。你可以从这种小器件设计开始,也可以从复杂的入手,就看是什么样的活动,这是凤仙花染毛线的活动。

时间紧,就介绍到这里,A-STEM一定要坚持科学的严谨,让学生真正受到这种科学的熏陶,同时我们进行这方面的教育的时候,我们一定要明白中国古代是缺乏科学的,我们一定要把那些东西补上并且注意,好,今天就到这里。

谢谢各位。

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