儿童早期教育研究系列 | 美国幼儿STEM教育研究报告

本文内容来自三份幼儿STEM教育研究报告——《早期STEM至关重要——为所有幼儿提供高质量的STEM学习体验》、《STEM成功的根基——改变早期学习经验以建立终身思维能力》及《STEM萌芽》,并收录于中国儿童博物馆教育研究中心学术内刊《儿童·博物馆·教育》2020年第3期(总第3期)。
 
随着STEM教育在幼儿阶段的普及,美国很多教育部门、组织及包括博物馆在内的社会机构都开始关注幼儿STEM教育,并发布了关于幼儿STEM教育的研究报告,以更好地推动公众来支持幼儿STEM学习。通过这些报告,我们不仅可以更清楚地了解美国现阶段幼儿STEM教育的理念架构、基本原则和发展方向,更可以将研究报告中的具体教学建议运用到博物馆教育活动的设计中来,让STEM学习在博物馆中自然而然地发生。
 
《早期STEM至关重要——为所有幼儿提供高质量的STEM学习体验》
 
《早期STEM至关重要——为所有幼儿提供高质量的STEM学习体验》是由芝加哥大学和埃里克森发展研究院的教育专家们组成的“早期STEM工作小组(Early STEM Working Group)”于2017年1月发布的研究报告。这份报告主要阐述了幼儿STEM教育的四个原则及六条建议,旨在指出一些幼儿STEM教育存在的误区,为幼儿STEM教育的未来发展指明方向。这份报告也成为了其他教育部门和博物馆研究幼儿STEM教育的基石之一。
 
01
幼儿STEM教育的四个原则
 
感性游戏《我的声音世界》展览通过各种声音体验,鼓励孩子与周围的世界沟通交流。在这里,孩子们可以录制和播放自己的声音,利用工具和设施制造美妙的声音,观赏随着音乐变幻的光影和图画,然后随之起舞。声音即使看不到也摸不着,但是通过有趣的游戏体验, 孩子们的创意性思维和对周围世界的感悟力都将得到提升。
 
幼儿需要成人帮助他们提升对STEM的兴趣
 
虽然我们经常说孩子都是天生的科学家,对任何事物都感到好奇,但并不意味着成人完全不需要介入幼儿的探究。许多研究已经证明,成人对幼儿适当的指导和支持有助于加深他们的STEM体验。例如,在恰当的时候向孩子提出开放性问题,就他们感兴趣的主题提供更多相关材料,帮助他们在不同学科之间建立联系等。
 
表达和交流是STEM学习的关键
 
在幼儿进行STEM学习和探索时,鼓励他们将想法表达出来至关重要。比如通过绘画、文字、口述的形式将想法记录下来,或者和同伴进行语言交流。许多时候,新的想法就能在交流碰撞中产生。
 
成人对待STEM的态度和看法会影响幼儿
 
研究已经表明,幼儿STEM学习的能力并不是与生俱来的,而是可以通过后天的努力获得的。公众常抱有对STEM教育的偏见,认为一些特定群体(例如女性或者经济地位较低的人群)学不好STEM学科。其实这并不是因为他们本身的能力不行,而是在他们成长过程中受到了成人太多消极的评价和负面影响。比如很多父母觉得自己不是理科背景出身的,就会潜意识地惧怕辅导孩子数学、科学等学科,给孩子传递出了“STEM学科很难学”的信号。
 
STEM教育应该具有文化多元性
 
STEM学科应该和其他学科一样,具有文化多元性,成人在为幼儿设计STEM探索经验的时候应该充分考虑到幼儿的知识背景、文化、种族、家庭因素等。同时,STEM材料的设计也应该具有包容性,无论男孩女孩、无论任何种族肤色,都应该享有探索STEM材料的权利。
 
02
关于幼儿STEM教育的六个建议
 
感性游戏《我的声音世界》展览通过各种声音体验,鼓励孩子与周围的世界沟通交流。在这里,孩子们可以录制和播放自己的声音,利用工具和设施制造美妙的声音,观赏随着音乐变幻的光影和图画,然后随之起舞。声音即使看不到也摸不着,但是通过有趣的游戏体验, 孩子们的创意性思维和对周围世界的感悟力都将得到提升。
 
信息传播
 
· 为幼儿STEM教育设立推行全国的政策
· 号召媒体加强对幼儿STEM教育的宣传
· 制作关于幼儿STEM教育的宣传资料,以供利益相关者了解STEM教育的内涵
 
教师培训
 
· 为在职教师提供STEM培训支持,包括提供培训师、资源、材料、参观机会等
· 将STEM教学纳入国家级教师资质鉴定标准
· 向教师提供STEM培训资金支持
· 鼓励大学和师范教育机构开设幼儿STEM教学的方法课,为职前教师提供指导
 
家庭教育
 
· 让家长了解他们在支持幼儿STEM学习中扮演的角色
· 为家长和家庭提供社区支持(博物馆、图书馆等社区机构可加强关于幼儿STEM教育的宣传)
· 支持家长动员幼儿园开展STEM教育活动
 
学校资源
 
 · 明确高质量STEM教学资源的标准
· 将高质量的教学资源切实交予老师手中
· 不断开发新的STEM教学资源
 
课程标准
 
· 明确幼儿STEM教育的指导方针
· 重新审视各个州现有的STEM课程标准
· 起草高质量的STEM课程标准
· 鼓励各州启用新的STEM课程标准
 
研究支持
 
· 就幼儿STEM教育方面的研究进行全面梳理
· 支持理论与实践相结合的幼儿STEM教育相关
· 研究
· 为幼儿STEM教育的研究提供资金支持
 
《STEM成功的根基——改变早期学习经验以建立终身思维能力》
 
《STEM成功的根基改变早期学习经验以建立终身思维能力》是由旧金山湾区探索博物馆(Bay Area Discovery Museum,BADM)于2018年发布的研究报告。湾区探索博物馆位于美国加利福尼亚州金门大桥下的国家公园中,以“将研究转化为启发孩子创造性解决问题的早期学习体验”为使命。馆内共有七个展区,每个展区均以研究为基础,以探究为驱动,提供专注于儿童STEM技能发展的体验,以此来培养孩子的创造力和问题解决能力。
 
《STEM成功的根基——改变早期学习经验以建立终身思维能力》面向所有想要了解幼儿STEM的成人,分享了六个幼儿STEM教育的发现。每项发现不仅有研究理论的支持,还提出了一些可操作的建议。
 
幼儿STEM教育的六个发现:
 
01
STEM学习始于婴幼儿时期
 
· 了解事物之间的因果关系、作出假设、寻找问题解决办法是STEM学习的关键,而婴幼儿其实已经具备了探索因果关系的能力。
· 为婴幼儿选择可以上手操作的玩具或材料,例如沙锤、积木、斜坡轨道等;
· 邀请幼儿观察、探索生活中常见的工具,例如开瓶器、剪刀、门把手等;
· 鼓励幼儿发现生活中的规律和模式,例如昼夜交替、四季变化等;
· 在幼儿不断重复进行同一个动作时,耐心地等待他们。
 
02
想具备较强的STEM思维能力,游戏必不可少
 
游戏是目前公认的最适合幼儿的学习方式,可以促进幼儿科学思维的形成。同时,研究表明,相较于完全自主的游戏(free play),引导式游戏(guided play)更有助于幼儿进行深度思考、探索事物之间的关联。
 
· 给予幼儿足够的时间去尝试角色扮演和探索式游戏(exploratory play);
· 当幼儿阐述错误的科学观念和想法时,成人不需要直接纠正,而是可以通过向幼儿展示与他们的观察相悖的现象来引导他们重新思考;
· 在和幼儿一起游戏时,明确地引导他们就某一现象进行思考。
 
03
 
STEM学习有助于幼儿的语言发展;幼儿的语言发展也会促进STEM相关的思考
 
与幼儿进行STEM相关的对话有助于他们理解科学概念。研究显示,家长经常使用开放性问题与幼儿互动,可以极大地提升幼儿的逻辑推理能力和探究STEM的兴趣。
 
· 经常问幼儿开放性的WH问题,例如“为什么冰淇淋会融化呢?”
· 同幼儿使用丰富和专业的词汇,例如“这个建筑物很稳定,水变少了是因为蒸发了。”
· 帮助幼儿将新的概念与前期经验结合,例如,“你知道灯可以开关,电脑也是如此,有很多藏在它机身中的小开关帮助它打开和关闭。”
 
04
 
积极自主的学习有助于提升STEM技能和兴趣
 
研究已经表明,当幼儿能够动手操作且自发想要学习时,学习的效果最好。所以,非正式的学习环境(博物馆、公园、科技馆等)其实能在很大程度上促进幼儿STEM技能和兴趣的提升,因为在这里,孩子能够自主选择想要探索的对象。
 
· 利用生活中常见的机会和地点鼓励幼儿进行STEM探索;
· 鼓励幼儿动手、甚至动用整个身体来操作材料;
· 和幼儿一起使用科技及多媒体资源,帮助他们认识科技和多媒体资源的价值。
 
05
对待STEM的心态和理念至关重要
 
在面对挑战时,具有成长型思维(growth mindset)的孩子往往能够迅速调整方向,适应并迎接挑战,而固定型思维(fixed mindset)的孩子则会自视能力不够而选择逃避挑战。在幼儿阶段推行STEM的原因之一就是鼓励更多孩子拥有成长型思维,使他们具备韧性、敢于面对困难、勇于解决问题。
 
· 明确告诉幼儿不要害怕犯错,并将失败当作学习的机会;
· 告诉幼儿我们还在成长,遇到不会做的事情是很正常的;
· 表扬幼儿进行探索的过程而不是结果:“你今天用笔和图画帮助自己解决了问题,我太为你骄傲了!”
 
06
幼儿抽象思维的发展得益于成人的支持以及大脑执行功能的发展
 
执行功能(executive function)由自我控制能力(inhibit responses)、工作记忆(working memory)和认知灵活性(cognitive flexibility)三部分组成。幼儿大脑执行功能的发展对于他们的认知发展,特别是抽象思维能力的发展至关重要,成人可以通过与幼儿的日常互动有意识地促进幼儿大脑执行功能的发展。
 
· 让幼儿依据不同标准对同一组物体进行分类,例如,按颜色分、按形状分、按材质分等;
· 鼓励幼儿制定计划、实施计划并反省实践,以此促进大脑执行功能的发展;
· 使用类比和比喻(analogy)来帮助幼儿了解不熟悉的概念,例如:“火车需要沿着轨道开往各个地方,我们的血液也是这样顺着血管流向身体各个角落的。”
 
《STEM萌芽》
 
《STEM萌芽》从严格意义上来讲并不是一份研究报告,而是由波士顿儿童博物馆专门面向幼儿教育工作者发布的一份基于研究的STEM教学指南。《STEM萌芽》开篇基于STEM的定义和脑科学研究,向读者阐述幼儿接触STEM教育的重要性,其后介绍了波士顿儿童博物馆所在地马萨诸塞州的科学、技术和工程课程标准框架,最后分别从科学、技术、工程、数学和感官五个方面为教育者提供了具体的教学建议。
 
01
科学
 
实验可以帮助孩子发展基本的科学技能,比如观察、描述、重复试验以比较结果、提问等。可以和孩子试试以下的活动:
 
· 让孩子向手心吹气或者在空中挥舞手掌,问问他们:“你感受到了什么?”;还可以在水中放一些可以浮在水面的玩具,用一根管子对着玩具吹气,观察玩具的运动轨迹。
· 在容器中准备一些泡泡液,用各种形状的工具来吹泡泡。问问孩子:“你觉得用什么工具吹泡泡最好?”还可以让孩子在吹泡泡之前预测不同形状的工具是否会吹出不同形状的泡泡。
· 在一个晴朗的午后或者一个黑暗的空间里“制造”影子,并问问孩子:“你觉得影子是怎么来的?”还可以变化光源和物体之间的距离来改变影子的大小,并让孩子在地上描画出影子的轮廓。
 
02
技术
 
一般来说,人们听到“技术”这个词,首先想到的就是诸如智能电话、电脑等“高科技”技术。其实对于幼儿来说,“技术”也指代简单的工具。这些工具帮助幼儿锻炼大小肌肉能力和手眼协调能力,为之后书写、打字、绘画打下基础。可以和孩子试试以下活动:
 
· 在纸上画一条线让孩子练习用剪刀沿着线剪;
· 准备几个塑料杯子让孩子练习倾倒液体;
· 让孩子练习将沙子从一个容器舀到另一个容器中,在此过程中尽量保证没有沙子被洒出来。
 
03
工程
 
搭积木或使用不同材料进行搭建可以帮助幼儿发展数学和科学技能,在此过程中学习重力、平衡、形状概念以及解决问题的方法。可以和孩子试试以下活动:
 
· 将不同种类的建构材料混合起来(如乐高和泡沫积木),看看孩子会有什么新的搭建创意;
· 使用可回收的材料作为搭建材料,例如纸箱、塑料瓶、纸杯等;
· 给孩子一些搭建的挑战,例如:你最多可以搭多高?你能搭建一个能让人爬行穿越过去的隧道吗?给你五分钟,你能搭出什么?
 
04
数学
 
分类和计数是锻炼幼儿逻辑思维和基本数学技能的好方法。通过探索积木、颜色和形状,幼儿可以学习分类、排序等基本数学技能。可以和孩子试试以下活动:
 
· 给孩子一组玩具,让他们进行配对或分类,并且不断变换分类的标准,例如按颜色分、按形状分或者按尺寸分;
· 用碎布或者各种形状的碎卡纸设计一块蕴含模式和规律(pattern)的“小被子”;
· 鼓励幼儿用自己的身体作为度量工具进行测量,例如:“这间屋子有几个小明那么长呢?”;
· 让几个孩子躺在地上,比较各自的身高和手臂长短。
 
05
感官活动
 
对于年龄较小的幼儿来说,STEM探索的基础其实就是运用各种感官来观察和描述事物。感官活动是幼儿探索、分析、建构知识最基础的方式。可以和孩子试试以下活动:
 
· 让孩子通过一个特定的物体(如纸卷芯)来“看”周围的物体,锻炼聚焦观察的能力;
· 准备几个不透明罐子,里面分别装入不同材料,让孩子通过“听”来配对;
· 在一个不透明容器里装上各种物体,让孩子通过“触摸”猜一猜每个物体分别是什么;
· 让孩子捏住鼻子,放一块橘子在嘴里,试试能不能“尝”出味道;再放开鼻子,说说橘子的味道有什么不一样。
 
由上述活动可以看出,《STEM萌芽》所倡导的其实是在日常生活中运用STEM教育的理念、丰富幼儿的探究经验。值得一提的还有,作为对《STEM萌芽》的补充,波士顿儿童博物馆也同时发布了给家长的STEM教学指南。家长可以免费得到《STEM萌芽》中提及的STEM活动在家操作的建议,形成一个学校、博物馆和家的联动学习系统。
 
如果您想阅读内刊中更多关于儿童博物馆教育的文章,请点击下方链接,申请成为研究中心合作伙伴,免费获得本期内刊,并享受其他伙伴权益。(点击了解详情)