美國幼兒園STEM教育最新研究成果

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　　【摘要】美國幼兒園STEM教育最新研究分析了幼兒園實施STEM教育的可行性以及幼兒園實施STEM教育的模式，還分析了將STEM教育滲透進幼兒園課程的方式。這些最新研究成果啟示中國學前教育界要重視開展幼兒園STEM教育的實證研究，尤其是需要制訂基于國情的全國性研究發展規劃方案。
　　【關鍵詞】美國;幼兒園;STEM教育;幼兒園課程;實證研究
　　【中圖分類號】G610   【文獻標識碼】A   【文章編號】1004-4604（2019）1/2-0008-04
　　STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫。2007 年，美國國會通過了《國家競爭力法》，要求政府大力加強對STEM教育的投入。2018 年，美國出臺了《STEM教育2026愿景》，對開展STEM教育提出了新的要求。在中國，STEM教育也在蓬勃發展。2015年，中華人民共和國教育部在《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中首次提出要“探索STEAM教育、創客教育等新教育模式”。2018 年 5 月， “中國STEM 教 育 2029 行動計劃”在北京正式啟動。在中國，STEM教育熱潮已席卷中小學，未來將進一步推廣到幼兒園。本文梳理美國幼兒園STEM教育的最新研究成果，供中國相關研究者和實踐者參考。
　　一、幼兒園實施STEM教育的可行性
　　最新研究報告顯示，在幼兒園推廣STEM教育是可行的。瓊等人（John et al.， 2018）采用項目參與式課程設計方法，為幼兒開發了基于問題情境的幼兒園STEM課程，嘗試通過工程設計過程（Engineer Design Process，EDP）模式來指導幼兒學習解決問題。〔1〕研究者查閱相關研究文獻發現，盡管有證據表明嚴格的、綜合的STEM教育可以促進兒童的認知發展，激發兒童的好奇心，但以往3～5歲幼兒教育中很少涉及STEM教育尤其是工程教育的內容，也很少有人研究教師在其中的作用。于是，他們嘗試探索STEM教育在幼兒園實施的可行性。研究結果顯示，幼兒對工程教育內容很感興趣，參與度高，項目完成度也高。研究者還發現，在幼兒園實施STEM教育對教師的專業發展有利。研究者對參與其中的教師進行半結構化訪談，發現教師參與開展STEM教育活動能顯著提高其知識儲備，增強自我效能感。若教師能參與STEM課程設計，那更有助于提高STEM教育質量。研究還發現，教師高水平的自我效能感與教育質量和教師職業忠誠度呈正相關。換言之，教師的自我效能感是影響幼兒園能否成功推行STEM教育的關鍵因素之一。
　　二、幼兒園實施STEM教育的模式
　　1.工程設計過程模式
　　工程設計過程是美國中小學工程教育的核心概念。工程設計過程的第一階段是識別問題，即教師和學生共同尋找一個問題。例如，“一個地方有一條河，孩子們要過河去上學，于是我們要在河上架一座橋，開展一個工程項目”，這就是確定了一個問題。第二階段是尋找方法。在這個案例中，第二階段是要選擇確定橋的結構。這會涉及很多方面的知識，如鋼混結構、斜拉橋、卯榫結構橋等，還需要通過小組討論和全班投票決定橋的結構。第三階段是制造，第四階段是嘗試，第五階段是及時修改，第六階段是再探索，實質就是在架橋過程中解決各種問題。這就是一個完整的六階段工程設計過程。在美國的中小學，教師會在實際教學過程中把這個工程設計過程建構成一個循環的教學模式，從而使這六個階段循環往復。在整個過程當中，師生的共同目標是解決社會現實中的實際問題。中國香港的一些國際學校也在嘗試讓學生通過田野調查（Field Study）發現實際問題，然后通過工程設計來解決實際問題。這正是STEM教育的重要理念。湯克等人（Tank et al.， 2018）和馬龍等人（Malone et al.， 2018）分別研究了在幼兒園通過工程設計過程模式實施STEM教育的可行性，發現這一模式不僅能提高幼兒的認知能力和學習興趣，還能促進師幼對話?！?，3〕
　　2.創客空間（Makerspace）模式
　　創客空間是通過創造力、社區建設和實踐學習來實施STEM教育的一種模式。創客空間是一種有效的STEM教育模式。在幼兒園活動室改造的創客空間里，幼兒可以做自己想做的事情，主要是通過各種工程技術來進行發明創造，如制作輪子等。當然，也會涉及到閱讀思考、與教師和同伴的互動等內容。斯卓瓦克和伯斯（Strawhacker & Bers， 2018）嘗試利用創客空間模式來發展幼兒的工程技術知識與技能?！?〕他們觀察了創客空間中的幼兒，以確定環境（空間和教師）是否有助于幼兒的工程技術發展。結果顯示，幼兒整體參與度較高，教師和創客空間能夠支持幼兒的工程技術學習與創作。
　　研究者還提出一個6C的評估框架，用以評估創客空間的作用：交流（Communication），合作（Collaboration），社區共建（Community building），內容的創新（Content creation），創意（Creativity），選擇實施（Choices of conduct）。研究者評估發現，在創客空間中，教師的重心放在社區共建上，以維持和建設這個創客空間，而幼兒的重心放在交流、創意和合作方面。研究發現，在幼兒園的創客空間中，幼兒的整體參與度很高，積極的師幼互動有助于激發幼兒的創造力和想象力。
　　3.培樂多（Playdough）模式
　　培樂多是一種用面粉、水、鹽、硼酸和礦物油配制成的安全、無毒、無害橡皮泥。馬龍等人研究了用培樂多實施STEM教育的可行性。〔5〕幼兒可以使用不同物質成份，按不同比例制作研發自己特有的培樂多，并用它進行各種工程制作，從而提高對工程和技術的理解水平。研究結果表明，在幼兒園階段開展培樂多模式的STEM教育，有利于促進幼兒工程設計能力的發展。 　　培樂多模式還重視不同年齡段幼兒學習不同的工程概念。例如，4歲組幼兒學習材料的化學屬性，5歲組可以學習授粉，即了解植物的結構和花的授粉問題?；顒拥牧鶄€環節是提問、想象、設計、創造、實施和改進。這六個環節雖然與工程設計過程模式的六個階段的名稱不同，但實質是一樣的。運用這六個環節，幼兒可以習得材料科學和植物學的相關知識，也不會覺得知識生澀難理解。
　　三、將STEM教育滲透進幼兒園課程
　　STEM教育包含科學、技術、工程及數學等領域，涉及計算機科學、自然科學、科學技術等諸多概念，像編程、建筑、電子產品使用等內容似乎對幼兒來說有一定難度。因此，如何將STEM教育巧妙滲透進幼兒園課程，是相關人員研究的重點。
　　1.幼兒編程教育
　　ScratchJr是一種全新的、形象化的編程語言，擁有超過950萬的iOS下載量，是最受歡迎的幼兒用免費入門編程語言。隨著ScratchJr的普及，許多國家開始重視幼兒編程教育。這也成了STEM教育的熱點之一。例如，美國在國家層面推行全民計算機科學計劃，歐洲有16個國家將編程教育納入國家區域和地方統一課程。ScratchJr形象直觀，易學易用，是基于各種符號、形象來進行編程的，適合幼兒學習，而且它對使用者的邏輯能力和思考能力有一定的要求。因此，使用ScratchJr平臺既能讓幼兒進行形象直觀的邏輯思考，又能提高幼兒的邏輯思維能力。伯斯的研究證明了ScratchJr的優勢?！?〕ScratchJr成為開展幼兒編程教育的適宜平臺。
　　2.幼兒工程設計活動
　　工程設計活動有助于促進STEM教育各領域之間的連接。然而，當前有關幼兒在活動室中開展工程設計活動的研究很少。湯克等人通過現場觀察等方式，研究幼兒工程設計活動，發現幼兒能夠有意識地參與工程設計過程的多個階段，而且對科學家和工程師職業產生了濃厚興趣。〔7〕研究表明，工程設計活動是跨學科、整合性的STEM教育活動，有利于促進幼兒發展。
　　湯克等人的研究中有一個案例，生動展現了幼兒工程設計活動的優勢?；顒又黝}是研究設計一個紙做的籃子，活動流程按工程設計過程模式的六個階段進行。幼兒要研究紙和水的關系，研究紙的材料強度，研究各種設計的紙的折疊結構，最后測試紙籃子。這個活動在某種程度上很像手工折紙活動，但后者只是藝術創作，而這個活動則是為了解決現實問題而把各個領域知識統整起來的STEM教育活動。兩者的區別就在于是否用STEM教育理念來統整各項活動，有效激發幼兒的學習熱情，解決現實問題。換言之，如果手工折紙活動能夠與現實問題產生連接，按照STEM教育的流程進行，即工程設計過程模式的六個階段，那它就變成STEM教育活動了。
　　3.以故事為載體的數學活動
　　STEM教育理念突破了傳統的教與學模式，崇尚激發幼兒的興趣與信心，讓幼兒能夠將所學知識遷移到生活中。數學活動一直是幼兒園教育的熱點研究話題之一。教師普遍反映數學活動難以開展，質量不高。STEM教育提出了新的數學活動模式，或許可以解決這一難題。弗納（Furner，2018）嘗試了通過兒童文學作品學習數學的活動模式，強調激發幼兒的想象力和創造力，鼓勵幼兒去解決問題，增強幼兒理解數學概念的信心?！?〕研究發現，通過兒童文學作品來學習數學能夠調動幼兒的興趣，緩解幼兒對數學學習的焦慮情緒，激發幼兒學習數學的信心。
　　弗納總結了以故事為載體組織數學活動的優勢：（1）在故事背景下講解數學概念，幼兒容易理解;（2）將數學與閱讀、寫作、口語、聽力等結合起來;（3）有效促進幼兒數學思維發展;（4）緩解焦慮，創造積極的活動室環境;（5）為幼兒的反應和提問提供了空間;（6）實現歷史、文化和實際應用的連接;（7）促進數學概念遷移至日常生活中;（8）基于故事背景，幼兒更樂于積極參與解決問題;（9）為幼兒和教師提供了共享體驗;（10）教師可以通過閱讀/提問來評估幼兒的理解狀況。
　　4.以移動設備為載體
　　幼兒能否使用電子移動設備一直是幼教領域的熱門話題之一。不少家長和教師認為電子移動設備有害無益。然而，最新的STEM教育研究發現，在使用手機和iPad等移動設備時，幼兒的親社會分享行為顯著增加。拉爾夫等人（Ralph et al.， 2018）研究發現，幼兒在使用移動設備時，與非社會或反社會行為相比，親社會行為的頻率更高，互動性更強。當然，以移動設備為載體的關鍵是怎么合理使用這些設備。
　　5.用藝術豐富STEM教育
　　STEM教育比較偏向理工科范疇。那么，幼兒的語言發展、文學修養、藝術審美怎么辦呢？弗納提議將藝術（Art）添加到STEM中，變成STEAM。〔9〕他們重點研究早期STEAM教育的必要性和可行性。他們觀察了幼兒接受STEAM教育的情況，也研究了相關幼兒園教師的專業發展情況，發現實施STEAM教育有助于提高教師的自我效能感，使教師態度更加積極，且教師和幼兒的參與和合作程度均很高，有助于滿足幼兒對STEAM教育的需求。正如皮亞杰所言，“兒童天生就是科學家”，因為他們的每一個問題都關乎到大自然，關乎到宇宙的本質。在接受增加了藝術元素的STEAM教育后，幼兒的參與度和合作度更高。因此，弗納認為，在幼兒園階段，甚至到小學階段，應該開展更多的STEAM教育。
　　上述美國幼兒園STEM教育的最新研究成果顯示，在幼兒園階段，STEM或STEAM教育是可行的，然而關于STEM或STEAM教育的模式仍需深入探索，需要更多的研究支持。上述研究均為相關研究者在幼兒園開展的現場研究，屬于開創性研究，可供中國幼兒園STEM教育的理論研究者和實踐工作者參考。當前中國許多幼兒園在開展零星的、自發的STEM教育嘗試，但苦于無法獲得有效的理論支持，缺乏扎實的理論框架和有效性保證。幼兒園和高等院校之間應該開展密切合作，在STEM教育的各個領域進行實證研究，尤其是需要制訂基于國情的全國性研究發展規劃方案，得出科學結論，從而為教學實踐和政府決策提供參考依據。中國幅員遼闊，全國各地的文化風俗和教育現實有許多差異。制訂全國性的研究發展規劃方案有助于為幼兒園STEM教育實踐及相關研究項目提供更多支持。 　　參考文獻：
　　〔1〕JOHN M S，SIBUMA B，WUNNAVA S，et al.An iterative participatory approach to developing an early childhood problem-based STEM curriculum〔J〕.European Journal of STEM Education，2018，（3）：7.
　　〔2〕〔7〕TANK K M，RYNEARSON A M，MOORE T J.Examining student and teacher talk within engineering design in kindergarten〔J〕.European Journal of STEM Education，2018，（3）：10.
　　〔3〕〔5〕MALONE K M，TIARANI V，IRVING K E，et al.Engineering design challenges in early childhood education：Effects on student cognition and interest〔J〕.European Journal of STEM Education，2018，（3）：11.
　　〔4〕STRAWHACKER A，BERS M U.Promoting positive technological development in a kindergarten makerspace：A qualitative case study〔J〕.European Journal of STEM Education，2018，（3）：9.
　　〔6〕BERS M U.Coding and computational thinking in early childhood：The impact of ScratchJr in Europe〔J〕.European Journal of STEM Education，2018，（3）：8.
　　〔8〕〔9〕FURNER J M.Using children’s literature to teach mathematics：An effective vehicle in a STEM world〔J〕.European Journal of STEM Education，2018，（3）：14.
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