106｜STEM教育的黄金学习法则
Dr. 魏
2017-11-08
106｜STEM教育的黄金学习法则
Dr. 魏亲述
Dr. 魏
STEM教育是什么？
上周我在专栏里预告，提到了“STEM教育”这个词，引起了一些家长的留言提问，最近我身边也有几个朋友跑来问我这个问题，谈到什么是适合未来的教育，其中就有人说起了STEM教育。
STEM教育的概念越来越流行了，它到底是什么？
STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的英文缩写。在美国，科学、技术、工程和数学是提高国家科技发展的重要竞争力，学习STEM领域的相关知识，既能培养出对国家未来有用的人才，也是经济发展的关键。
看到这里，你可能想说，原来STEM教育不是什么新鲜事儿，俗话说“学好数理化，走遍天下都不怕”，这种观点在国内都流行几十年了。况且，理科教育，美国哪能跟我们比呢？很多中国父母老早就给孩子报数学班编程班了。
回答这个问题之前，我想先请你想象一个场景，如果有一天你家娃问你：月亮为什么有时候像眉毛，有时候像饼干，你会怎么回答？你会说不知道，还是告诉孩子，月亮的阴晴圆缺是由地球的阴影造成的？或者你也不确定，找到一本相关的绘本，给孩子读一读？
其实，这是个常见的科学错误。实际上，月亮的形状是由地球和月亮的相对位置决定的。只有月食的时候，月亮的阴影才是由地球造成的。而且不光是你，很多绘本，包括得了凯迪克大奖的作品，也常常会犯这类科学错误。凯迪克奖可看作是绘本界的诺贝尔奖啊。
我们每天都能看到月相，也就是月亮形状的变化，我们也会从绘本等媒介中习得一些观点，可是，我们没有细心观察过这个世界，并且搜集数据资料去检验自己的旧观点。
月相变化
STEM教育的核心是思维能力和学习方法
再给你举一个例子，关于STEM教育这个词，其实有上十种变式，有人说要加入艺术（Arts）的缩写变成“STEAM”，后来又有人说要加入机器人（Robotics）的缩写“R”变成“STREAM”。你有没有发现这个单词越写越长了？之前也有家长留言说：“Dr. 魏，这个词你写错了，你少写了几个字母”。
其实，STEM教育的重点不在于多加了几个字母，它重视的不只是学科，也不只是你学到什么具体知识，而是思维能力和学习方法。
STEM教育的目的是创造一种跨越所有学科之上的“元学科”，通过它来教你如何运用知识探索这个世界运行的规律。研究发现，如果在STEM项目中，学生学会逻辑推理、假设验证等方法，那么他们会深入探索学科知识，成为更好的问题解决者。他们更懂创新，智商也会提高。
什么是21世纪元学科理论
我的好朋友阳志平老师提出过21世纪的元学科理论，他认为思维教育由两个黄金三角形构成，第一个黄金三角形是古典教育：它着重培养以古典哲学为基础的理性思维、数学思维和以文学诗歌艺术为代表的美学思维。
我在专栏之前的文章里讲过的因果关系的推论、数学的三大思维、音乐启蒙等问题，这些话题就是侧重古典思维教育。然而，只有古典教育，孩子还适应不了未来科技的发展趋势。
第二个黄金三角形，是面向未来的教育，其中包括以现代认知科学为代表的理性思维、以计算机科学为代表的计算思维、以网络科学为代表的复杂思维。
这部分可以对应我之前讲过的大脑神经的可塑性和贝叶斯定理，它们侧重的就是未来教育。这些思维教育比给孩子灌输多少知识，带他们听多少讲座，给他们买多少科学玩具更重要。
其实，我和阳志平等老师创办的爱贝睿学堂，就是希望在儿童教育阶段，给每个孩子的家庭树立更科学的教育体系，以脑和认知科学为衔接，将古典教育与未来教育结合，大幅提高孩子的思维能力。
抓住STEM教育的黄金时期
回到STEM教育，你会不会觉得孩子还太小，这是他们上学之后才需要考虑的事情？其实，STEM教育包括上至博士后，下至幼儿园，一切课上或课下的学习活动。
美国的研究发现，如果人们在孩子上幼儿园的时候，就开始培养他们对自然科学和社会科学的兴趣，那么孩子上小学后，他们在STEM领域的成绩会大大提高。一个受过STEM教育的孩子，他应该是在一个科学友好的环境中长大，比如父母和老师鼓励他提出问题、他会批判性地思考问题、会用实验等方法去验证他的推理。
女孩会不会天生学不好科学？或者你家是男孩，男孩会不会天生学不好写作？研究发现，男孩女孩在脑科学层面上的差异非常小，所以你千万不要被一些男女偏见所误导，影响孩子的发展。另外，空间认知和写作等技能都是可以通过练习改善的。
学习的根本机制是大脑神经可塑性，也就是在学习的过程中，大脑的能力会扩大。学龄前儿童神经可塑性最好，他们的学习力也最强。所以，越早学越能消除能力上的性别差异。
虽然宝宝的学习能力好，但这不代表你要像老师一样，给他们上课、刷题。孩子静坐的能力很差，注意力也不容易集中，像上课一样给他们解释科学概念，孩子一般不爱听。2011年的一项研究表示，如果你给孩子玩玩具之前，指导他们说“我给你解释一下这个怎么玩”，这通常都会降低孩子的好奇心和学习的主动性。
那么，STEM教育到底应该怎么教？
1.从孩子的角度出发，像孩子一样教孩子
我给你的第一个建议是，从孩子的角度出发，像孩子一样教孩子，鼓励他们自己去实践，找解决问题的方法。
美国有一档儿童教育节目叫芝麻街，他们也想给孩子STEM教育。不过，他们不是找了一位全能全知的老师形象来教，而是找了一位十分特殊的角色。
他们从15个不同的角色中，选择了看上去最傻的一个角色，这个角色做事情冒冒失失的，对STEM一窍不通，而且总是失败。但是，他对任何事情都保持好奇，而且他从来不害怕犯错。你有没有发现，这个角色很像你家的好奇宝宝？
这个角色确实也成为了最适合教孩子学习的科学老师，一方面孩子从它身上看到了自己的影子，对它更有兴趣。而它呢，刚好教会了孩子一个基本的学习方式，就是对世界保持好奇，并且在不断试错中学习。
如果你想教孩子STEM，那么首先要放开爱说教的大人架子，允许孩子犯错，也允许你自己犯错，让孩子知道学习的过程是不断试错的过程。然后，多找些强调实践、贴近生活的科学活动，鼓励孩子去探索问题的解决方案。
2.沿着学习路径教孩子
有哪些贴近生活的科学活动呢？认知心理学家罗歇尔·格尔曼（Rochel Gelman）认为，想学习完全陌生的概念比较困难，学习你已经熟悉的概念则要容易得多。因为这些旧概念就像已经开辟的小路一样，从这些“学习路径”出发，能带我们走得更深。
对于孩子来说，有哪些适合他们的“学习路径”呢？格尔曼认为可以有下面几种：
生物的生长和周期变化（比如带孩子养蚕，观察蚕的生长发育）
生物如何移动（比如比较人是如何直立行走，而乌龟是怎么爬行的）
生物和非生物内部构造的不同（比如比较玩具机器人和人体构造的不同）
非生物是如何变化的（比如冰川消融）
结构和功能（比如动物不同的牙齿形状和饮食习惯之间的关系）
差异和分类（比如变温的冷血动物和恒温动物的区别）
我给每个路径举了一个例子，希望你将更多的科学活动跟这些学习路径联系起来。实际上，任何由孩子熟悉的事物引发的现象都可以拿来研究，重要的是在生活中耳濡目染地让孩子学会科学的思维方法。
3.注意学习的深度，而不是广度
注意，虽然我给你了好几种学习路径，但格尔曼认为最好的方式不是让孩子一次性把他们全部学一遍，而是围绕一两个核心概念深度学习几个月，让孩子沉浸在相同的主题下，然后换一个概念再学几个月。研究发现，孩子需要更长的时间周期去思考同一个概念，这样他们更能学到东西。
一个概念能学这么久？其实学习路径是精炼出来的抽象概念，它们可以应用到广泛的生活实践里。
比如你想让孩子学习“生物的生长和周期变化”这个概念，除了带着孩子观察蚕的生长，你还可以带着孩子计算蚕的生命周期，画下蚕从孵化、吐丝、结茧到破茧的过程。你还可以观察其他动物的生命周期，比如青蛙的、鱼的、小狗的生命周期有什么不同。
你还可以观察植物是如何生长的，植物跟动物的不同。对于我们人类自己，我们的健康和我们的人生阶段，这些生命教育的内容也可以趁机跟孩子讨论了。
而且，学习的方式也可以多变。跟孩子一起读读绘本；看看科学纪录片；在家里做做小实验；去动物园、自然博物馆亲眼观察；把观察和感想输出成作品；不同形式的学习也有利于孩子加深理解和感悟。
最后我要叨叨一下，我说的这些学习路径不是唯一的。一千家孩子有一千个哈姆雷特，你家娃可能就是对小汽车、挖沙子，或捡东西特别感兴趣，对一些科学知识就不感冒了，这是正常的。你只要给他们更多时间和陪伴就够了，还是那句话，孩子具有可塑性，只要你支持他们的探索活动，他们都能掌握科学的学习方法。
今日得到
1. STEM不是关于学习，而是关于学习方法的教育，所以，不管你家娃是女孩还是男孩，都可以趁早开始STEM教育了。
2. 不要说教，而是允许孩子试错，让孩子在实践中学习。
3. 我给了你几类适合孩子的科学概念的学习路径，总的来说，大周期的深度学习一两个概念，是最适合孩子的学习方法。
第42期思考题
Dr. 魏
今天的思考题是：讲讲你跟孩子玩过的科学活动，尽量跟我讲过的学习路径联系起来，期待你的留言！
上期的思考题是谈谈在孩子争抢玩具时，你是怎么做的。第41期金牌家长我颁给宝爸@麻麻爸爸。
麻麻爸爸已经是第二次拿咱专栏的金牌家长称号了，他说孩子的物权意识，除了专栏提到的“劳动线索”与“先占线索”，还有一种“唯一线索”，也就是说孩子会非常固执地认为自己的东西是独一无二的，不愿意给别人，即使拿同样的东西交换，也坚决不要。
比如孩子手里有一块积木，被其他孩子拿走了，你再给他一块一样的，他可能同样不要。孩子搭好一个积木城堡，但它被推倒了，你跟他说我们可以重新搭一个一模一样的，他也可能很难接受。因为他认为无论如何都无法搭出与之前一摸一样的城堡。
这是家长要注意了，你的解决办法，不是跟孩子死磕，而是要尊重和理解孩子，先接纳他的情绪，等他平复一些，再和他一起寻求更具体的解决方案。