美国幼儿园STEM教育最新研究成果

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　　【摘要】美国幼儿园STEM教育最新研究分析了幼儿园实施STEM教育的可行性以及幼儿园实施STEM教育的模式，还分析了将STEM教育渗透进幼儿园课程的方式。这些最新研究成果启示中国学前教育界要重视开展幼儿园STEM教育的实证研究，尤其是需要制订基于国情的全国性研究发展规划方案。
　　【关键词】美国;幼儿园;STEM教育;幼儿园课程;实证研究
　　【中图分类号】G610   【文献标识码】A   【文章编号】1004-4604（2019）1/2-0008-04
　　STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写。2007 年，美国国会通过了《国家竞争力法》，要求政府大力加强对STEM教育的投入。2018 年，美国出台了《STEM教育2026愿景》，对开展STEM教育提出了新的要求。在中国，STEM教育也在蓬勃发展。2015年，中华人民共和国教育部在《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中首次提出要“探索STEAM教育、创客教育等新教育模式”。2018 年 5 月， “中国STEM 教 育 2029 行动计划”在北京正式启动。在中国，STEM教育热潮已席卷中小学，未来将进一步推广到幼儿园。本文梳理美国幼儿园STEM教育的最新研究成果，供中国相关研究者和实践者参考。
　　一、幼儿园实施STEM教育的可行性
　　最新研究报告显示，在幼儿园推广STEM教育是可行的。琼等人（John et al.， 2018）采用项目参与式课程设计方法，为幼儿开发了基于问题情境的幼儿园STEM课程，尝试通过工程设计过程（Engineer Design Process，EDP）模式来指导幼儿学习解决问题。〔1〕研究者查阅相关研究文献发现，尽管有证据表明严格的、综合的STEM教育可以促进儿童的认知发展，激发儿童的好奇心，但以往3～5岁幼儿教育中很少涉及STEM教育尤其是工程教育的内容，也很少有人研究教师在其中的作用。于是，他们尝试探索STEM教育在幼儿园实施的可行性。研究结果显示，幼儿对工程教育内容很感兴趣，参与度高，项目完成度也高。研究者还发现，在幼儿园实施STEM教育对教师的专业发展有利。研究者对参与其中的教师进行半结构化访谈，发现教师参与开展STEM教育活动能显著提高其知识储备，增强自我效能感。若教师能参与STEM课程设计，那更有助于提高STEM教育质量。研究还发现，教师高水平的自我效能感与教育质量和教师职业忠诚度呈正相关。换言之，教师的自我效能感是影响幼儿园能否成功推行STEM教育的关键因素之一。
　　二、幼儿园实施STEM教育的模式
　　1.工程设计过程模式
　　工程设计过程是美国中小学工程教育的核心概念。工程設计过程的第一阶段是识别问题，即教师和学生共同寻找一个问题。例如，“一个地方有一条河，孩子们要过河去上学，于是我们要在河上架一座桥，开展一个工程项目”，这就是确定了一个问题。第二阶段是寻找方法。在这个案例中，第二阶段是要选择确定桥的结构。这会涉及很多方面的知识，如钢混结构、斜拉桥、卯榫结构桥等，还需要通过小组讨论和全班投票决定桥的结构。第三阶段是制造，第四阶段是尝试，第五阶段是及时修改，第六阶段是再探索，实质就是在架桥过程中解决各种问题。这就是一个完整的六阶段工程设计过程。在美国的中小学，教师会在实际教学过程中把这个工程设计过程建构成一个循环的教学模式，从而使这六个阶段循环往复。在整个过程当中，师生的共同目标是解决社会现实中的实际问题。中国香港的一些国际学校也在尝试让学生通过田野调查（Field Study）发现实际问题，然后通过工程设计来解决实际问题。这正是STEM教育的重要理念。汤克等人（Tank et al.， 2018）和马龙等人（Malone et al.， 2018）分别研究了在幼儿园通过工程设计过程模式实施STEM教育的可行性，发现这一模式不仅能提高幼儿的认知能力和学习兴趣，还能促进师幼对话。〔2，3〕
　　2.创客空间（Makerspace）模式
　　创客空间是通过创造力、社区建设和实践学习来实施STEM教育的一种模式。创客空间是一种有效的STEM教育模式。在幼儿园活动室改造的创客空间里，幼儿可以做自己想做的事情，主要是通过各种工程技术来进行发明创造，如制作轮子等。当然，也会涉及到阅读思考、与教师和同伴的互动等内容。斯卓瓦克和伯斯（Strawhacker & Bers， 2018）尝试利用创客空间模式来发展幼儿的工程技术知识与技能。〔4〕他们观察了创客空间中的幼儿，以确定环境（空间和教师）是否有助于幼儿的工程技术发展。结果显示，幼儿整体参与度较高，教师和创客空间能够支持幼儿的工程技术学习与创作。
　　研究者还提出一个6C的评估框架，用以评估创客空间的作用：交流（Communication），合作（Collaboration），社区共建（Community building），内容的创新（Content creation），创意（Creativity），选择实施（Choices of conduct）。研究者评估发现，在创客空间中，教师的重心放在社区共建上，以维持和建设这个创客空间，而幼儿的重心放在交流、创意和合作方面。研究发现，在幼儿园的创客空间中，幼儿的整体参与度很高，积极的师幼互动有助于激发幼儿的创造力和想象力。
　　3.培乐多（Playdough）模式
　　培乐多是一种用面粉、水、盐、硼酸和矿物油配制成的安全、无毒、无害橡皮泥。马龙等人研究了用培乐多实施STEM教育的可行性。〔5〕幼儿可以使用不同物质成份，按不同比例制作研发自己特有的培乐多，并用它进行各种工程制作，从而提高对工程和技术的理解水平。研究结果表明，在幼儿园阶段开展培乐多模式的STEM教育，有利于促进幼儿工程设计能力的发展。 　　培乐多模式还重视不同年龄段幼儿学习不同的工程概念。例如，4岁组幼儿学习材料的化学属性，5岁组可以学习授粉，即了解植物的结构和花的授粉问题。活动的六个环节是提问、想象、设计、创造、实施和改进。这六个环节虽然与工程设计过程模式的六个阶段的名称不同，但实质是一样的。运用这六个环节，幼儿可以习得材料科学和植物学的相关知识，也不会觉得知识生涩难理解。
　　三、将STEM教育渗透进幼儿园课程
　　STEM教育包含科学、技术、工程及数学等领域，涉及计算机科学、自然科学、科学技术等诸多概念，像编程、建筑、电子产品使用等内容似乎对幼儿来说有一定难度。因此，如何将STEM教育巧妙渗透进幼儿园课程，是相关人员研究的重点。
　　1.幼儿编程教育
　　ScratchJr是一种全新的、形象化的编程语言，拥有超过950万的iOS下载量，是最受欢迎的幼儿用免费入门编程语言。随着ScratchJr的普及，许多国家开始重视幼儿编程教育。这也成了STEM教育的热点之一。例如，美国在国家层面推行全民计算机科学计划，欧洲有16个国家将编程教育纳入国家区域和地方统一课程。ScratchJr形象直观，易学易用，是基于各种符号、形象来进行编程的，适合幼儿学习，而且它对使用者的逻辑能力和思考能力有一定的要求。因此，使用ScratchJr平台既能让幼儿进行形象直观的逻辑思考，又能提高幼儿的逻辑思维能力。伯斯的研究证明了ScratchJr的优势。〔6〕ScratchJr成为开展幼儿编程教育的适宜平台。
　　2.幼儿工程设计活动
　　工程设计活动有助于促进STEM教育各领域之间的连接。然而，当前有关幼儿在活动室中开展工程设计活动的研究很少。汤克等人通过现场观察等方式，研究幼儿工程设计活动，发现幼儿能够有意识地参与工程设计过程的多个阶段，而且对科学家和工程师职业产生了浓厚兴趣。〔7〕研究表明，工程设计活动是跨学科、整合性的STEM教育活动，有利于促进幼儿发展。
　　汤克等人的研究中有一个案例，生动展现了幼儿工程设计活动的优势。活动主题是研究设计一个纸做的篮子，活动流程按工程设计过程模式的六个阶段进行。幼儿要研究纸和水的关系，研究纸的材料强度，研究各种设计的纸的折叠结构，最后测试纸篮子。这个活动在某种程度上很像手工折纸活动，但后者只是艺术创作，而这个活动则是为了解决现实问题而把各个领域知识统整起来的STEM教育活动。两者的区别就在于是否用STEM教育理念来统整各项活动，有效激发幼儿的学习热情，解决现实问题。换言之，如果手工折纸活动能够与现实问题产生连接，按照STEM教育的流程进行，即工程设计过程模式的六个阶段，那它就变成STEM教育活动了。
　　3.以故事为载体的数学活动
　　STEM教育理念突破了传统的教与学模式，崇尚激发幼儿的兴趣与信心，让幼儿能够将所学知识迁移到生活中。数学活动一直是幼儿园教育的热点研究话题之一。教师普遍反映数学活动难以开展，质量不高。STEM教育提出了新的数学活动模式，或许可以解决这一难题。弗纳（Furner，2018）尝试了通过儿童文学作品学习数学的活动模式，强调激发幼儿的想象力和创造力，鼓励幼儿去解决问题，增强幼儿理解数学概念的信心。〔8〕研究发现，通过儿童文学作品来学习数学能够调动幼儿的兴趣，缓解幼儿对数学学习的焦虑情绪，激发幼儿学习数学的信心。
　　弗纳总结了以故事为载体组织数学活动的优势：（1）在故事背景下讲解数学概念，幼儿容易理解;（2）将数学与阅读、写作、口语、听力等结合起来;（3）有效促进幼儿数学思维发展;（4）缓解焦虑，创造积极的活动室环境;（5）为幼儿的反应和提问提供了空间;（6）实现历史、文化和实际应用的连接;（7）促进数学概念迁移至日常生活中;（8）基于故事背景，幼儿更乐于积极参与解决问题;（9）为幼儿和教师提供了共享体验;（10）教师可以通过阅读/提问来评估幼儿的理解状况。
　　4.以移动设备为载体
　　幼兒能否使用电子移动设备一直是幼教领域的热门话题之一。不少家长和教师认为电子移动设备有害无益。然而，最新的STEM教育研究发现，在使用手机和iPad等移动设备时，幼儿的亲社会分享行为显著增加。拉尔夫等人（Ralph et al.， 2018）研究发现，幼儿在使用移动设备时，与非社会或反社会行为相比，亲社会行为的频率更高，互动性更强。当然，以移动设备为载体的关键是怎么合理使用这些设备。
　　5.用艺术丰富STEM教育
　　STEM教育比较偏向理工科范畴。那么，幼儿的语言发展、文学修养、艺术审美怎么办呢？弗纳提议将艺术（Art）添加到STEM中，变成STEAM。〔9〕他们重点研究早期STEAM教育的必要性和可行性。他们观察了幼儿接受STEAM教育的情况，也研究了相关幼儿园教师的专业发展情况，发现实施STEAM教育有助于提高教师的自我效能感，使教师态度更加积极，且教师和幼儿的参与和合作程度均很高，有助于满足幼儿对STEAM教育的需求。正如皮亚杰所言，“儿童天生就是科学家”，因为他们的每一个问题都关乎到大自然，关乎到宇宙的本质。在接受增加了艺术元素的STEAM教育后，幼儿的参与度和合作度更高。因此，弗纳认为，在幼儿园阶段，甚至到小学阶段，应该开展更多的STEAM教育。
　　上述美国幼儿园STEM教育的最新研究成果显示，在幼儿园阶段，STEM或STEAM教育是可行的，然而关于STEM或STEAM教育的模式仍需深入探索，需要更多的研究支持。上述研究均为相关研究者在幼儿园开展的现场研究，属于开创性研究，可供中国幼儿园STEM教育的理论研究者和实践工作者参考。当前中国许多幼儿园在开展零星的、自发的STEM教育尝试，但苦于无法获得有效的理论支持，缺乏扎实的理论框架和有效性保证。幼儿园和高等院校之间应该开展密切合作，在STEM教育的各个领域进行实证研究，尤其是需要制订基于国情的全国性研究发展规划方案，得出科学结论，从而为教学实践和政府决策提供参考依据。中国幅员辽阔，全国各地的文化风俗和教育现实有许多差异。制订全国性的研究发展规划方案有助于为幼儿园STEM教育实践及相关研究项目提供更多支持。 　　參考文献：
　　〔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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