皮亞杰兒童認知發展理論視角下的小學低年級STEM教育

肖化 譚偉紅

[摘? ?要]為了在小學低年級階段更高效地開展STEM教育，可依據皮亞杰的兒童認知發展理論，在STEM教學活動中，激發并培養兒童對科學和工程技術的興趣和探究熱情，引導兒童在實踐探索活動中了解科學知識和實驗方法，鼓勵合作學習，關注思維過程，重視過程性評價。

[關鍵詞]STEM教育;認知發展理論;小學低年級;實驗;過程性評價

STEM是指科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）多門學科交叉融合的教育。20世紀80年代，隨著社會經濟的不斷發展，美國認識到跨學科教育是培養未來人才尤其是科技人才的重要方式，因此頒布了一系列的法案和計劃以確保STEM教育的順利開展。我國STEM教育雖然起步較晚，但也已經被納入國家發展戰略，進入了蓬勃發展階段。2016年，在教育部發布的《教育信息化“十三五”規劃》中明確提出，有條件的地區要積極探索信息技術在“眾創空間”、跨學科學習（STEAM教育）、創客教育等新的教育模式中的應用[1]?！读x務教育小學科學課程標準（2017年版）》也開始倡導跨學科學習方式，建議教師可以在教學實踐中嘗試STEM教育[2]。

與幼兒相比，小學低年級兒童（通常在6至8歲之間）的心理和智力發育進入了一個全新的階段。在小學低年級階段高效開展STEM教育，應遵循兒童認知發展的規律。在此，將結合瑞士心理學家皮亞杰的兒童認知發展理論，對小學低年級階段的STEM教育進行討論。

一、皮亞杰兒童認知發展理論視角下的STEM教育的特點

1.激發并發展兒童對科學和工程技術的興趣和探究熱情

皮亞杰兒童認知發展理論認為，一切有成果的活動都應以興趣為前提。兒童是具有主動性的存在，他們會受興趣或需求的支配。如果他們對于某種活動的自發的積極性沒有得到激發，活動的效果就無法發揮到極致[3]。兒童對于周圍的事物有強烈的好奇心，表現出濃厚的求知欲。小學低年級的STEM教育就是要從兒童身邊的事物和問題出發，引導兒童通過應用科學、工程、技術等啟蒙知識和概念來解決問題，完成任務，激發他們對應用科學和工程技術解決問題的好奇心和求知欲，為日后STEM教育的順利開展奠定基礎。

2.引導兒童在實踐探索活動中了解科學知識和實驗方法

皮亞杰認為，要培養能夠獨立創新、推動未來社會進步的個體，引導主動探索真理的教育比那種拾人牙慧、照本宣科的教育要更上乘[4]。在皮亞杰看來，知識的獲得是一個積極主動的建構過程，是兒童主動探索和操縱環境的結果。STEM教育提供了一種以科學知識為基礎的跨學科融合式的實踐學習方式，使兒童可以通過實踐探索去獲得知識，“做中學”正是STEM教育的核心特點。

孩子的活動在皮亞杰的認知發展理論中處于中心位置[5]。作為一種以項目式學習、問題解決為導向的課程組織方式，STEM教育采用項目式實踐活動，引導兒童通過觀察、實驗、思考、討論等途徑去鍛煉和培養解決問題的創新能力。因此，要設計能夠激發兒童興趣并與生活緊密聯系的活動。教師通過設置任務，讓兒童通過實踐探索獲得相關知識后，運用工程的思想、技術的方法與技能、數學的思維來解決實際問題。

3.重視交流與合作，培養團隊精神

皮亞杰很重視社會交往對兒童認知發展的作用。他認為，兒童間合作的重要性絲毫不亞于成人。從智力角度看，這種合作最能夠促進思想的真正交流，引發帶有批判性、客觀性及含有推論和反思的討論[6]。他認為與同伴一起學習，相互討論，對兒童去自我中心化具有重要意義。STEM教育也強調培養學生的合作能力，鼓勵小組學習，讓學生有相互交流和相互學習的機會。低年級兒童通過合作完成任務，對于去自我中心、培養合作能力具有積極的意義。

4.關注思維過程，注重過程性評價

皮亞杰認為，不能只關注兒童思維的結果，還要關注他們思維的過程。思維包括分析、綜合、比較、抽象、概括判斷和推理等基本過程。以解決問題為導向的STEM教育能夠幫助兒童認識問題、分析問題、判斷問題并解決問題，逐漸培養兒童的邏輯思維能力。

思維過程的關注和培養要體現在過程評價中。對于STEM教學而言，教師更應該注重過程性評價，而不是僅關注結果。小學低年級階段的兒童特別重視教師對他們的評價，因此，在STEM教學中，教師應對兒童具有創造性的想法予以肯定，注重他們解決問題時的思維過程，尊重他們在觀察或實驗過程中得出的描述和結論，合理引導他們利用所獲得的信息對事物作出科學的解釋。

二、小學低年級STEM項目的設計

依據皮亞杰兒童認知發展理論以及STEM教育的特點，可將小學低年級STEM項目的設計分為引入、體驗實驗、討論交流和創意實驗四個環節。其中，引入環節是通過圖片和問題激發兒童對項目的探究興趣和熱情。之后進入體驗實驗環節，目的是幫助兒童了解項目或掌握解決某個問題所需要的科學知識，以及學習基本的實驗方法和操作技能。體驗實驗是在教師的指導下由兒童合作操作完成的。體驗實驗后進入討論交流環節。在討論交流中，兒童發展了解他人觀點的能力，逐步去自我中心化。在最后解決實際問題的創意實驗環節，將以解決實際問題為導向，讓兒童能夠利用在體驗實驗環節中學到的相關知識，進行設計、選材、動手制作和檢驗等實踐活動。

三、小學低年級STEM教學實例

以小學低年級浮力項目的設計和教學為例。日常生活中有很多與浮力相關的現象，如漂浮在水面的樹葉、航行在海上的船只等。這一項目主要是讓小學低年級兒童感知浮力的存在，了解生活中的物體在水中的沉浮情況以及浮力的應用。浮力項目的知識目標如下。

科學目標（S）：感知水中浮力的存在及浮力是向上的;知道水對物體會施加浮力;當浮力大于物體的重量時，物體就能浮在水面上，而當浮力小于物體的重量時，物體就沉入水中;能說出生活中與浮力相關的其他例子。

技術目標（T）：通過使用所給材料完成與浮力相關的探究小實驗，了解實驗的基本操作和方法，能選擇合適的材料，并會使用工具完成裝置的制作。

工程目標（E）：會依據浮力相關實驗知識，針對任務選擇合適的材料，使用類推方法，設計和制作一個交通工具幫助小兔子過河。

數學目標（M）：根據物體的沉浮情況，了解大于、等于、小于等數學概念。

在引入部分的教學中，教師給兒童展示浮在水面的小黃鴨、浮在水面的樹葉等圖片，啟發兒童思考：是否所有的物體都可以浮在水面上以及物體可以浮在水面上的原因。在體驗實驗教學中，教師通過四個活動（見圖1至圖5），引導兒童感受浮力，認識浮力。

體驗實驗結束后，教師組織學生就體驗實驗的發現和實驗結果進行交流，并引導他們思考生活中還有哪些與浮力相關的現象。

討論交流結束后進入創意實驗，這是STEM教學的核心。通過設置“小兔子過河”的問題（見圖6），分析怎樣制作一個交通工具。學生首先需要根據在體驗實驗中掌握的浮力相關知識進行設計，然后選擇合適的材料制作出來，接著再檢驗自己制作的工具是否能讓小兔子浮在水面上。如果不成功，就需要分析原因，再重新設計和制作，直到成功為止。最后教師會引導學生對完成的作品進行評價。

在教學過程中，教師要鼓勵學生通過合作完成項目，相互學習，相互交流。學生之間存在客觀差異，不是每個人都能成功地完成作品，因此教師應注重過程性評價，通過不斷鼓勵，保護學生探究的熱情。

總之，在小學低年級STEM教育中，結合皮亞杰的兒童認知發展理論，有利于設計出更符合低齡學生認知發展特點的活動，實現本階段跨學科教育的目標。

參考文獻

[1]教育部關于印發《教育信息化“十三五規劃”》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[2]教育部關于印發《義務教育小學科學課程標準》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201702/t20170215_296305.html.

[3][4][5][6]讓·皮亞杰.科學技術與兒童心理學[M].杜一雄，錢心婷，譯.北京：教育科學出版社，2018.

（責任編輯? ?郭向和）