两名二年级学生安静地跪在地上,把积木堆在一座宽塔上,越堆越高。一个不经意的观察者可能会认为他们只是享受他们项目的规模,并期待着把它打倒。他们的老师可能会看到更多,明白他们的活动是为重要的空间技能和物理概念奠定基础。其中一个孩子把手伸得尽可能高,把一颗大理石扔进了塔顶,现在塔顶已经有五英尺多高了。两个孩子都专注地观察着这座塔。他们听到咔嚓、咔嚓、咔嚓、咔嚓的声音,但是没有看到弹珠。大理石最终从塔底出来,滚下斜坡,落在地毯上。两个孩子上蹿下跳,拍手叫道:“耶!(开篇的小插曲摘自贝丝·范·米特伦和贝蒂·赞在《揭示青年工程师在童年早期的工作》一书中嵌入的视频,可在http://ecrp.uiuc.edu/beyond/seed/zan.html)。
在这种情况下很容易忽略的是工程能力已经存在在这两个小孩身上。孩子们在他们的塔里藏了一系列锯齿形的坡道——就像停车场的坡道一样——每个坡道都与前一个坡道保持着精确的距离,并小心翼翼地交替堆叠在高度上。事实上,孩子们已经建造并测试了几个较小的原型塔,以确定合适的斜坡距离。他们的一个重要发现是,坡道靠得太近会导致大理石速度过快(大理石会从塔的侧面射出去),但坡道相隔太远会导致大理石直接从塔的中心掉下来。他们合作完成了正确的设计,然后他们用一个复杂的、无形的内部结构在更大的规模上建造了看似简单的塔(Van Meeteren & Zan 2010)。
在这些孩子的头脑中,也有一个复杂的内在过程——一个很难看到的过程,它经常导致成年人低估了幼儿目前的能力。新的研究表明,许多人认为,“真正的”科学、技术、工程和数学(STEM)学习直到孩子长大了才会发生,在儿童早期(出生到8岁)接触STEM概念只是为以后的严肃STEM学习奠定基础(McClure et al. 2017)。
许多人认为,“真正的”STEM学习直到孩子长大了才会发生。
这与事实相去甚远。最近一项为期两年的研究分析发现,幼儿能够在发育适当的水平上参与高中生进行的科学实践(McClure et al. 2017)。正如一位研究人员解释的那样,年幼的孩子“可以进行观察和预测,进行简单的实验和调查,收集数据,并开始理解他们的发现”(16)。即使在出生后的第一年,当婴儿看到不符合他们预期的东西时,他们也会系统地测试物理假设(McClure et al. 2017)。例如,研究人员向11个月大的婴儿展示了一辆玩具汽车,它从桌子的一侧飞了出去,似乎漂浮在水面上;相比正常运行的玩具车,婴儿更有可能观察奇怪的汽车更长时间,并尝试自己探索和丢弃汽车(Stahl & Feigenson 2015)。而且,正如孩子们建造塔所展示的那样,年幼的孩子能够在他们的自由游戏活动中使用工程思维习惯(例如,系统思维、创造力、乐观、沟通、协作、支持的坚持和对道德思维的关注)(Van Meeteren & Zan 2010)。
研究很清楚:当我们说孩子是“天生的科学家”时,我们不仅仅是在装傻;他们真的是活跃的科学家,现在,系统地和有意地探索他们的环境,甚至从他们出生的那一天起。
对于STEM来说,永远都不嫌年轻
认为STEM对年龄较大的学生更有意义的误解是很重要的,有几个原因。首先,早期接触STEM对以后的教育结果至关重要;当成年人在早年忽视它的重要性时,他们也削弱了幼儿目前和未来的潜力。研究表明,在学龄前儿童中,数学知识比早期阅读或注意力技能更能预测未来的学术成就(Duncan et al. 2007)。一些人认为,在今天,早期的STEM与早期的识字接触一样重要(McClure et al. 2017)。思维的STEM习惯,如批判性思维、坚持不懈和系统实验,在所有学科领域都很重要,可能对孩子如何学习至关重要(Duncan & Magnuson 2011)。这种发展不仅仅是像数数和词汇这样的基础知识,尽管这些技能和背景知识也很重要;它是关于解决问题和其他跨越许多领域的更高层次的技能。
可以这样想:当我们学习新技能时,我们的大脑会将技能编织成绳索,用来解决问题、迎接挑战,进而获得新技能。当孩子们有机会练习提出问题、收集数据和解决科学问题时,他们就会建立起强大的绳索,可以在现在和一生中以多种方式使用(McClure et al. 2017)。
以STEM学习和语言学习之间的深刻联系为例。早期STEM教学可以带来更好的语言和读写能力(Sarama et al. 2012),在婴儿期和幼儿期的积木游戏中接触更多的空间语言可以提高空间思维能力(Pruden, Levine, & Huttenlocher 2011)。此外,幼儿园入学时的数学技能和阅读技能同样可以预测八年级的阅读技能(商业圆桌会议2016年),关于世界及其运作方式的背景知识(其中大部分属于STEM概念领域)对于一生的听力理解至关重要,一旦孩子能够读出单词,则对阅读理解至关重要(Guernsey & Levine 2015年)。因此,当成年人没有充分认识到儿童早期STEM学习的重要性时,他们就会对儿童造成严重伤害,削弱他们在许多其他领域的潜在发展,如识字和执行功能。
但仅仅因为孩子天生就是科学家并不意味着他们可以独自完成这一切;他们需要成年人帮助他们实现和扩大他们的STEM能力(幼儿STEM工作组2017年)。这就导致了这种误解如此重要的第二个原因:成年人对STEM学习的态度和信念往往会转移到孩子身上。例如,最近的一项研究发现,学龄前儿童数学学习的最强预测因素是他们的老师认为数学教育适合他们的年龄(Seker & Alisinanoglu 2015)。这些信念也导致了教师在STEM主题上花费的方法和时间的具体变化:例如,当教师对早期数学持消极态度时,这些感觉会导致他们避免数学教学,并以无效的方式教授数学(McClure et al. 2017)。
当我们说孩子是“天生的科学家”时,我们不仅仅是在装傻。孩子们真的是在有意识地探索他们的环境。
老师们诚实地接受这些感受,甚至可能把他们自己学到的东西传递出去。最近一项对加州和内布拉斯加州教师培训教师的研究报告称,他们认为在幼儿教师培训中,早期数学的重要性低于其他领域。这种循环可能不会就此结束——教师们还表示,他们自己觉得教数学比教其他科目准备得更少(Austin, Sakai, et al. 2015;Austin, Whitebook,等。2015)。换句话说,对于STEM主题对幼儿的适用性存在误解,这种误解从一代教师和教师教育者传递给下一代。是时候打破这个循环了。
父母的信念在孩子的STEM成功中也起着关键作用。例如,父母对孩子数学能力的信念比孩子之前的数学成绩更能预测孩子的数学自我认知分数(Gunderson et al. 2012)。换句话说,当老师和家长认为幼儿没有能力进行真正的STEM学习时,孩子们相信他们.这导致了一个自我实现和有害的STEM预言。但我们有理由抱有希望:当孩子生活中的成年人相信并支持孩子的STEM能力时,孩子的自然能力就会得到承认,然后得到扩展(McClure et al. 2017)。
将STEM纳入早期学习
为了适当地将STEM引入早期学习,教师需要支持,包括高质量、适当的职前培训和持续的专业发展。这将需要大学、学校系统、资助者和整个社会的巨大投资。在孩子复杂生态系统的每个层次上,成年人都需要认识到早期学习的重要性,尤其是早期STEM学习的重要性(关于描述每个层次所需承诺的框架,请参见McClure et al. 2017)。
优秀的STEM教师的角色通常是拒绝直接回答孩子们的问题。
与此同时,教师可以做些什么,而不必等待他们所工作的更广泛的系统发生系统性变化?现在意识到年幼的孩子有巨大的STEM学习能力是很有帮助的。理解支持儿童成长就是鼓励STEM思维习惯,教育工作者可以在课堂上以简单的方式融入STEM实践。教育工作者可以从认识三个研究支持的事实开始,每一个都在以下部分进行解释:你不必是专家;你并不孤单;教STEM不是一个非此即彼的练习。
你不需要成为专家
许多人认为,支持STEM学习意味着为学生提供STEM专业知识。考虑到其他常见的误解,这是有道理的:当成年人没有意识到幼儿参与真正STEM实践的能力时,他们往往会专注于扩展儿童的内容知识。但是,与其他学术领域一样,STEM知识和技能是共同成长的。通过体验式学习(将实际调查与信息丰富的朗读和讨论相结合),幼儿可以发展他们的概念理解,获得新的事实,并参与基本技能,如观察,形成假设,收集证据,修改假设,设计实验等(NSTA 2014)。他们还在老师和其他成年人的支持下,以好奇心驱动的方式与日常环境互动,培养STEM的理解和思维习惯。
优秀的STEM教师的角色通常是拒绝直接回答孩子们的问题。教师可以鼓励STEM思维习惯,并通过提出有目的的问题来促进学习,然后支持孩子们自己进行研究。主要依赖讲座教学的课堂,在这种课堂中,教师控制决策和讨论,在培养自力更生和弹性方面是最不有效的,这两个特征是STEM探究和实践的基础(Van Meeteren & Zan 2010)。
支持孩子的好奇心和自我导向需要意图和实践。教师必须学会促进儿童的开放和集中的探索,并通过表现和对话促进儿童的反思(Hoisington 2010)。在鼓励孩子天生的STEM能力方面,教师最重要的角色之一是帮助孩子坚持下去,否则他们可能会放弃。当孩子遇到挫折时,老师不应该用答案来化解紧张。相反,老师可以通过对手头的挑战表现出热情,表现出好奇和好奇来帮助孩子培养毅力。他们可以提出问题,重新激发孩子理解问题的内在欲望。问问题例如,“你认为如果……会发生什么?”——而不是暗示一个单一的正确答案(例如,“球是向上还是向下?”),帮助孩子坚持并体验STEM发现的奇迹(Hoisington 2010)。当老师们养成了问这样问题的习惯时,他们可能会发现,他们自己在提问的时候也会感到最快乐不知道问题的答案。当教师被拉入探索的奇迹时,他们会沉浸在与学生的学习体验中,这表明STEM探索具有终身价值。
你并不孤单
一些成年人有一种误解,认为真正的STEM学习只发生在教室里,这可能会让教师感到孤立和不受支持。但是,当成年人意识到即使是很小的孩子也能够随时随地有意义地参与STEM研究时,他们就可以以多种方式将STEM学习扩展到儿童生活的许多方面。就像学习一门新语言一样,孩子们会变得流利的在STEM习惯和对STEM主题更了解的时候沉浸(McClure et al. 2017)。他们在博物馆、图书馆和家里探索stem的机会越多,他们就会变得越流利。
当孩子们沉浸在STEM主题中时,他们会对这些主题更加了解。
以这种方式理解,早期STEM学习是一项社区范围内的努力,学校之外的许多人都可以获得指导和想法。理想情况下,社区形成一个学习网络,让幼儿参与各种STEM体验,并根据需要,为教师和家长提供各种概念的评论,如杠杆和滑轮的属性,为什么模具形成,或者为什么彩虹出现。像博物馆这样的非正式学习环境非常有效地帮助成年人通过深思熟虑的问题和对话吸引儿童对STEM的兴趣(Haden et al. 2014)。事实上,许多博物馆和图书馆为教师提供免费资源,有时甚至包括STEM专业发展项目。
教师可以通过与家长分享当地的STEM资源来鼓励家庭参与。由于父母可能会对支持孩子的STEM学习感到焦虑,所以向他们传达孩子对STEM探究的巨大能力,以及父母通过塑造好奇心和提问可以产生的影响是很重要的wh问题- - - - - -谁,什么,当,在哪里,为什么-一整天。当孩子在家学习时,技术可以成为一个强有力的伙伴。例如,老师可以鼓励家长使用睡前数学应用程序(http://bedtimemath.org/apps/),旨在让数学成为家庭日常生活的一部分,就像睡前故事一样。研究表明,在家里使用这款应用程序,即使每周只使用一次,到学年结束时,孩子们的数学成绩也会提高相当于三个月;对于父母对数学焦虑的孩子来说,这是最有效的(Berkowitz et al. 2015)。
STEM教学不是一个非此即彼的练习
许多教师对繁重的课程要求感到负担沉重,对在日常教学中增加教学单元持怀疑态度。但请记住,STEM思维习惯是可转移的,STEM知识包含基本概念和词汇;他们加强了各种技能,包括读写能力和注意力的发展。当早期的STEM学习被理解为知识和基于探究的思维习惯的发展时,教师就可以开始发现将STEM实践和概念注入现有课程的方法。例如,一位老师可能会注意到,她大声朗读的许多书都包含这些stem类的特征:要解决的问题,尝试的证据驱动的解决方案(经常重复和重新尝试),以及发现有效的方法。即使是简单的书,比如折叠板书地点在哪里?,其中包含了这样的过程:狗妈妈在很多地方寻找她的小狗,让和她一起寻找的孩子们高兴的是,她发现了其他愚蠢的生物隐藏在路上——门后的熊,壁橱里的猴子。通过注意和强调狗妈妈对科学方法的使用,老师可以展示STEM无处不在,STEM探索有一种内在的戏剧性。她还能突出狗妈妈在她系统的寻找中的坚持,在寻找中的快乐错误孩子们喜欢在每扇门后发现错误的动物,以及妈妈收集并最终找到点点的证据。
教师可以开始探索将STEM实践和概念注入现有课程的方法。
明确的基于stem的活动也可以用来增强其他课程块。例如,一个学前班参与了奥利弗·杰弗斯(Oliver Jeffers)的《失物招领》(Lost and Found)一书的一个环节,讲的是一只迷路的企鹅在船上找到回家的路。老师们让这些三岁的孩子们用铝箔制作并测试船,用船载着一只小企鹅穿过地下水位。孩子们深入参与了活动,这增强了他们对书籍的体验,并鼓励他们详细地谈论故事,同时提供了沉浸式和有意义的STEM体验(Draper & Wood 2017)。
结论
充分接受幼儿参与真正STEM学习的巨大能力需要时间和专注的努力。幼儿项目负责人和小学校长需要为他们的教育工作者提供空间和灵活性,让他们与幼儿一起尝试研究STEM概念的新方法。但是,一旦早期教育者开始将这些方法嵌入到教学中,他们将处于一个相互帮助的主要位置——广泛的公众——看到目前幼儿非常复杂,而且往往是隐藏的STEM能力,并看到早期STEM经验在塑造下一代思想方面的强大作用。
资源
专业发展信息
- 科学素养基础http://foundationsofscienceliteracy.org
- 早期儿童STEM会议(年度)www.ecstem.org
- PBS STEM Alivehttps://whut.pbslearningmedia.org/collection/stemalive/#.WYR8odPyui4
课程信息和STEM活动
- 斜坡及小径https://regentsctr.uni.edu/ramps-pathways
- 从一开始http://stemfromthestart.org
- PEEP和大千世界www.peepandthebigwideworld.com/en
- 波士顿儿童博物馆,STEM芽苗菜(教学指南和家长提示单)www.bostonchildrensmuseum.org/stem-sprouts
- 美国科学教师协会博客“早年”http://nstacommunities.org/blog/category/earlyyears/
茎的书
- 《科学很简单:学龄前儿童的250多项活动》,作者:佩吉·阿什布鲁克(鹰头狮之家)
- 青年科学家系列课程指南:与幼儿一起探索水,与幼儿一起发现自然,与幼儿一起建造结构(Redleaf)
- 制作和修补STEM:与幼儿一起解决设计挑战,作者:Cate Heroman (NAEYC)
- 《坡道与路径:儿童物理的建构主义方法》,作者:Rheta DeVries和Christina Sales (NAEYC)
参考文献
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图片:第83,84,85,87页,由Beth D. Van Meeteren提供
Elisabeth McClure,博士,乐高基金会创意和学习研究专家。她是芝麻街工作室琼·甘茨·库尼中心的前研究员,也是2017年报告《STEM早开始:在儿童早期建立科学、技术、工程和数学教育》的主要作者。伊丽莎白对家庭、幼儿和数字媒体进行研究。(电子邮件保护)