近年来，科学、技术、工程和数学（STEM）教育走进了公众的视野并备受瞩目。于是，如何实施儿童早期STEM教育，如何有效促进儿童早期STEM学习，成为了学前教育领域的重要研究议题。美国芝加哥埃里克森儿童发展研究院的陈杰琦教授和澳大利亚莫纳什大学教育系的马瑞连·弗里尔教授结合教育实践，向大家介绍了幼儿园高质量数学与科学教育研究的最新进展。
在报告中，陈杰琦教授提出了幼儿数学学习的三维模型结构，从行动表征、图像表征和符号表征三个方面，结合美国幼儿园教育实践中的数学教育实践，深入地阐述了教师可以采用哪些策略和方法，支持幼儿数学思维的发展。
儿童数学教育中的行动表征：
手势与操作材料
行动表征体现了一个包含性的认知过程，即大脑在进行认知时是与我们的动作、身体紧密相连的。在儿童数学中，行动表征主要包括手势和操作材料两个方面。过去的数学学习不太主张用手指帮助学习，认为这是低级思维的表现，但最新研究表明，用语言加手势的方式能帮助儿童把数学问题直观化，手势可能有助于儿童数学学习。例如：我们可以利用手势来表述数量、物体的长短，以及数学形状的教学等。利用手指游戏可以促进儿童的运动发展思维，当手指与图片、符号联系起来，儿童的具体思维、形象思维和抽象思维可以很好地结合。
我们常把操作材料作为评价幼儿园的标准之一，但并不是所有的操作材料都有助于儿童的数学学习。操作材料是具体的、直观的，有颜色、形状、大小、类型等性质，由于儿童思维的具体性和直观性决定了他们首先注意的是这些表面特点，而不会形成数的概念。在幼儿数学学习中，操作材料为抽象的数学概念奠定了必要、可摸、可动的思维台阶。因此，在儿童刚接触数学概念时，应该选择视觉冲击较小或者颜色、形状、大小、类型相同的材料，把儿童的注意力从材料表面的现象、表面的特点转移到材料所蕴含的数学意义上来。
儿童数学教育中的图像表征：
绘本、图画、图表与视觉图像
关于儿童数学教育中的图像表征，我们可以从绘本、图画、图表和视觉图像四个方面进行举例说明。首先是绘本，绘本以数字、图形、概念等数学知识为内容，让数学生活化、故事化，帮助儿童更好地接受与理解。
其次是图画，数学的概念是抽象的，而图画是具体的。当孩子们还不大能够准确地用数学符号来表示数学思维的时候，图画就不失为一种替代的方式。在图画中，我们可以看到儿童对数学不同的理解，看到儿童数学发展的脉络。
再次是图表，图表有不同的形式，包括：实物的图表、操作性的材料图表、图画图表以及数学图表，一般而言，实物图表最为具体，而数学图表最为抽象。
最后是视觉图像，如果我们不让孩子机械地数数，而是把数字与数轴联系起来，儿童就可以感觉到在数1、2、3、4时，这些很小的数字在数轴左边，而数到90、100时，数轴越来越向右，距离越来越长，数量也就越来越大，这就大大提升了儿童对对数和量两个概念的认识。
对数学天才儿童的研究表明，有些儿童具有较强的视觉数学能力。利用图像表征的视觉数学能让抽象的数学形象化、具体化，调动了左右大脑半球的交流，强化了两个大脑半球之间的互动，从而促进儿童对数学的理解。
儿童数学教育中的符号表征：
数学语言
儿童数学教育中的符号表征主要表现在数学语言的作用，什么是数学语言呢？简单说，就是与数字、数学概念相联系的词汇。美国芝加哥大学的心理学家做过一个研究，他们观察了26个中班的老师和学生，对每个班级晨间集体谈话进行了3次记录，统计在幼儿教师与儿童的谈话中出现与数字有关词汇的次数。结果显示，次数在1次到104次之间。在对教师使用数字词汇的数量和儿童的数学学业成绩进行相关分析后发现，教师使用数字词汇越多，儿童的学业成绩越好。
在平时的教学中，教师可以使用数学谈话，将其作为一种常规性活动，每天进行几分钟的交谈。数学谈话一般可选择儿童已经学过但还没有完全掌握的概念和技能进行练习。那么，在游戏过程里，你将可以看到儿童使用不同的方法解决问题，他们会进行发散性的思考，并表现出对数概念的掌握程度。我们之所以强调数学语言，是因为幼儿学习数学，不仅需要动手操作，还需要通过思考和交谈语言，让他们的思维更具体化、清晰化，也更概念化。
根据皮亚杰的理论，儿童的数学思维发展被认为是直线型的过程，即从具体到抽象。今天，我们对儿童数学思维的发展有了新的理解，即思维有三种形式，并且是同时存在、同时运作的，只是它的运作的形式和它的程度有所不同。儿童年龄越小，具体思维的程度就越大，抽象思维的程度就会越小，那么在教学中的具体性、形象性也应该越强，但是这并不表明我们要排斥抽象思维形式。在幼儿数学教学管理中，数学是一种抽象的思维，是精确思维的学科，幼儿数学也是朝这个方向来努力发展的。
因此，我们应在适当的时候用适当的方式，与儿童进行数学对话，向他们介绍与数学概念有关符号；我们应当帮助儿童用手、脚、身体、眼睛、耳朵和大脑来学习，将数学的三种表征方式，有意识地运用在实际的教学活动中，发展儿童的数学概念。
马瑞连·弗里尔教授以信息时代为背景，从概念游戏实验室的研究进展、理论框架、研究方法、研究结果等方面，以与幼儿教师一起开展的历时两年的科学与工程游戏世界为例，深入地阐述了教师可以采用哪些策略和方法，将STEM概念自然地融入到幼儿想象游戏中。弗里尔教授指出，教师在游戏世界中如何与幼儿有效互动，以及如何成为幼儿值得信赖的游戏伙伴是进入游戏世界的关键因素。
概念游戏实验室和教育实验
弗里尔教授首先介绍了概念游戏实验室。这是一项由澳大利亚研究委员会资助的国家级科研项目。该项目有三个核心子课题：第一个子课题是以婴幼儿为研究对象，包括婴儿、学步儿、以及学前儿童，探查STEM概念如何形成，以及随时间的推移如何发展。第二个子课题主要探查婴幼儿家长如何创设情境和条件，支持婴幼儿在家庭中学习STEM的相关概念。第三个子课题是以教师为研究对象，研究教师利用基于游戏情境的STEM循证教学模式进行教学实践的情况。
弗里尔教授以维果茨基的文化历史理论为理论框架，采用了海德国德提出的教育实验研究方法。教育实验是在实践中进行有计划地干预，研究者与教师合作共同探讨概念关系和理论问题。游戏是学前儿童重要的心理机能，STEM与概念学习有关，如何才能把STEM相关概念融入幼儿的日常游戏中，需要教师在游戏世界中进行有计划的干预。
弗里尔教授介绍随着幼儿游戏的发展，幼儿开始讨论游戏的规则，在讨论游戏规则上所花的时间比实际游戏的时间还要长。在集体想象的情境中，幼儿使用语言而不是物体来设定共同的目的；幼儿花更多的时间建立游戏规则，而不是真正地玩游戏；规则带来了一种特定类型的游戏，可以为学习创造契机。弗里尔教授认为游戏世界所呈现的不仅仅是教育实验的干预研究，也是幼儿游戏的一种更为成熟的形式。
科学与工程概念游戏世界
概念游戏世界所呈现的不仅仅是教育实验的干预研究，也是幼儿游戏的一种更为成熟的形式。弗里尔教授以《爱丽丝漫游奇遇记》《夏洛的网》和《罗宾汉的故事》为例，向大家介绍了与幼儿教师一起开展的历时两年的科学与工程游戏，讲述了如何将游戏世界的理论付诸实践。
从教育实验中总结了教师开展游戏的主要步骤。首先，挑选一个有戏剧性的故事，让幼儿对这个故事倍感兴趣；第二，创设一个想象的游戏世界，这个游戏世界可以是在某一天里突然出现的，然后延伸到整个幼儿园的所有班级，在这一天里大家一起来玩这个游戏；第三，设计教师与所有幼儿如何同时进入游戏世界，以及如何退出游戏世界；第四，计划探究，并有一系列的方法来达成解决方案，明确与幼儿共同探究的概念；第五，设计教师在游戏世界中如何与幼儿互动，也就是教师所扮演的角色。
解决教师进入幼儿游戏的问题
在研究中发现，教师进入幼儿的游戏需要经历以下四个阶段。第一个阶段，思考教师如何作为幼儿的游戏伙伴，即解决教师如何进入幼儿游戏的理论问题。教师要放下自己作为教师的角色，去思考教师的角色定位如何从教师转变为游戏伙伴，还有从孩子的角度出发，教师如何成为一个值得信赖的游戏伙伴。第二阶段，逐渐转变不参与和不干预幼儿游戏的职业观念。第三个阶段，激励所有的孩子共同加入游戏，教师不仅要考虑游戏世界里孩子们扮演的角色，还要为游戏之外的幼儿创设情境。第四阶段，在想象游戏和游戏中的抽象思维之间建立联系。教师需要把游戏中所涉及的比较重要的科学概念、工程原理拎出来，通过创设问题解决情境，查找资料，开展实验，促进概念的理解，同时推动游戏的发展。
解决与STEM学习相关的问题
在游戏中解决与STEM学习相关的理论问题所经历的四个阶段。第一阶段，教师需要思考想要支持幼儿哪些概念的发展，哪些STEM的概念可以与所选的书的叙事相结合。教师可以选择任何一本故事书，只要里面有故事情节，就能创设出激动人心的游戏情境，也便于为幼儿创设一个比较简单的概念游戏世界。第二阶段，教师要思考需要哪些STEM知识。第三阶段，教师要明确STEM概念的本质是什么，这一点对于幼儿的学习很重要，因为教师可以为幼儿的学习提供资源和支持。第四阶段，教师要明确STEM问题对幼儿来说是不是真问题，以及如何为幼儿的STEM学习创造可能性。
文章转载自微信公众号：张栋红教学活动设计工作室
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