三岁的杰西和米凯拉一上午都在探索昨晚的降雨对操场沙箱的影响。太阳晒干沙子后,他们向老师Stefanie女士要水让沙子再次湿润。斯蒂芬妮把这当成了一个问题,问他们,“我们怎么才能把水从门廊运到沙箱里?”Stefanie女士帮助一小群感兴趣的学龄前儿童想象解决方案,她提供了关于水运系统的照片和非虚构文本,比如管道、引水渠和滑轮,向他们介绍其他人解决类似问题的方法。
几天来,孩子们研究可能的解决方案,意识到节约用水应该是他们最关心的问题之一。当他们考虑为什么保护和再生水很重要时,他们制定了计划,并讨论了各种模型的优点和限制。最终,他们同意设计一个输水管道系统。燕姿提供了一份操场蓝图的复印件,孩子们用它来画管道图。她要求他们考虑制作原型所需的材料。孩子们列出了管子、水、沙子、水桶、胶带、粘土、麻绳和木棍。他们对这个项目的热情依然很高,斯蒂芬妮期待着引导孩子们完成几个设计过程的循环,这样他们就可以改进原型,建造一个管道系统。
Stefanie女士(第二作者)为孩子们提供的解决问题的经验展示了如何将工程实践融入学前课堂。在燕姿足够的支持下,孩子们发现了一个问题,想象了可能的解决方案,并选择了一个设计来建模和测试。在这篇文章中,我们解释了为什么工程实践是早期STEM(科学、技术、工程和数学)学习的重要组成部分,并分享了Stefanie女士课堂上最近对工程实践的探索。
STEM是幼儿教育的重要组成部分,因为它将内容的有意整合与深入探究有意地嵌入到儿童的现实世界背景中(Linder et al. 2016)。虽然工程实践(STEM学习的一个方面)与探究过程相似,但也有一些显著的区别。“科学探究涉及到一个可以通过调查来回答的问题的制定,而工程设计涉及到一个可以通过设计来解决的问题的制定”(NGSS Lead States 2013)。我们开始更好地理解在学龄前通过设计解决问题是什么样子的。我们批判性地思考了工程实践的潜力,以真实的方式吸引儿童的智力,并解决“最充分意义上的思想生活”(Katz 2010)。
设计过程
在幼儿园课堂中加入工程实践正式地向幼儿介绍了设计过程。设计是“对美学和日常生活中物品效用的研究”(Bequette & Bequette 2012, 40)。虽然专业设计师通常有一个复杂的多步骤过程来创建和改进他们的计划来解决问题,但我们需要一个简化的方法来帮助新手设计师。“工程是基础”为小学生开发了一个五步工程设计过程(科学博物馆,波士顿2018),我们在这里转述:
- 问-找出问题和其他人的解决方案
- 想象一下-头脑风暴并选择一个解决方案进行测试
- 计划-指定设计和材料
- 创建-制作并测试一个模型
- 改善-询问如何才能设计得更好,然后重新开始这个循环
基于博物馆的设计流程,我们为学龄前儿童设计了以下稍作修改的四步设计流程:
- 发现问题:找出问题或需求。问问自己:为什么这很重要?其他人是如何处理这个问题的?
- 想象和计划头脑风暴解决方案。勾勒出可能的计划。选择一个来构建。列出并收集所需材料。
- 创建:参考计划并建立一个模型或原型。分享模型以获得反馈或测试原型。
- 改善:与他人一起分析模型或原型。如何改进呢?根据反馈重新设计。
发现问题
教师引导的游戏,包括发现问题,鼓励孩子成为他们周围环境的批判性观察者。目的是加强孩子们寻求和接受复杂挑战的能力。在学前班,孩子们可能需要帮助来发现问题。正如燕姿在开篇的小插曲中所做的那样,提问可以引导孩子们认识到他们可以接受的挑战。
为了帮助孩子们将自己视为问题解决者,燕姿经常寻找机会让孩子们参与真正的设计挑战。有一次,我们同事在讨论翻新操场的事。燕姿认为这是一个很好的潜在设计问题,可以让孩子们去解决,因为这与他们的生活息息相关,而且孩子们可以把他们的设计展示给真正的观众。
在向全班同学介绍了这个想法后,燕姿展示了各种操场设计的图片。一个特别有趣的几何形状的攀爬圆顶,不同于我们幼儿园操场上的任何东西,引起了一阵反响。斯蒂芬妮问,“你觉得我们的操场上应该有什么样的攀岩者?”根据孩子们渴望设计解决方案的渴望,她知道他们已经找到了下一个工程问题。
为了加深孩子们对这个问题的理解,燕姿帮助他们探索其他人是如何解决类似问题的。例如,燕姿和孩子们分享了他们自己的游乐场经验,研究了其他地方游乐场的图片,检查了游乐场建筑师的蓝图,收集了他们自己学校操场的数据,并与幼儿园操场改造委员会的一些人(教师、家长和大学附属的其他志愿者)谈论了他们社区的操场。
想象和计划
四岁的安德鲁开始画一些设计想法。他建议Magnolia教室(3岁和4岁)的结构包括“跳跃的踏板”,但Willow教室(2岁)的结构应该有所不同。当他在柳树的设计中加入一个拱门时,他解释说:“这样它们就可以爬过去,因为它们的腿没有那么长。”安德鲁指出,“我给他们做了一个凳子,让他们站起来。你把脚放在这里,然后摇摆,跳过去。”他停下来考虑他的草图,改变了他的想法。“这实际上是为Holly房间(4岁和5岁的孩子)准备的,因为它对木兰和柳树来说可能有点太可怕了。我可以给木兰树建一个中号的,给柳树树建一个小的。这样每个人都能有个攀登者来攀爬。我要加一个起来的凳子和下来的滑梯。”
想法是不可靠的。表现——比如安德鲁的图画——稳定了想法,这样它们就可以被检查(Eisner 2002)。想象可能性并赋予它们形式,挑战孩子们感知微妙的差异并描绘他们设计的本质(Katz, Chard, & Kogan 2014)。
教师可以通过明确地教授孩子们可以用来象征性地代表他们的思维的概念和技术来培养创造性的工程实践。例子包括演示线条的类型(例如,直线,曲线,锯齿线和螺旋线),邀请孩子们尝试,并讨论如何画长线,短线,快线和其他类型的线。类似的演示也可以用于构图(即页面空间的使用),以帮助孩子们规划他们的设计。
移情是另一种根植于想象和计划中的技能。它包括“学习通过他人的思想和身体来感知世界”(Costantino et al. 2015, 17)。一个真实的设计问题,在孩子们的日常经历中,不能不考虑谁会受到不同的潜在解决方案的影响。其中涉及到真实的人和限制——安德鲁在修改他的攀岩者设计以适应不同年龄组时考虑到了这一点。是否根据与年龄相关的能力来设计不同的游戏空间,在斯蒂芬妮的同事中是一个有争议的问题。虽然她没有向孩子们提出这个问题,但他们对年幼孩子可能的需求(和潜在的恐惧)感同身受。
在想象和描绘多种可能性之后,下一步是选择其中一个计划来构建模型。这就需要分析设计的优点和缺点。燕姿和一小群孩子一起工作,他们选择进行头脑风暴,并草拟设计方案。她邀请他们每个人解释他们的设计中最重要的是什么,对每幅画的具体方面进行评论,并提出诸如“你认为这是一个好的设计是什么?”或者“为什么你认为这样会更好?”每个孩子选择一个他或她自己的设计,然后创建一个模型。
创建
杰拉尼在用小木块构建3d模型时引用了他的画作。意识到这些积木不能让他创造出他的计划所要求的圆形,他说,“我不能做圆,没有圆。”杰拉尼无法为他的长方形攀爬者找到弯曲的石块,他停顿了一会儿,显得很困惑。然后他重新审视他的设计,编辑它以表示他的新块模型。
将计划转化为模型需要空间思维,设计师在2-D和3-D之间来回切换(Root-Bernstein & Root-Bernstein 1999)。考虑绘图和用积木建造:在纸上画画提供了可视化不可能的结构的自由,而用积木建造限制了结构的可能性,因为许多设计会倒塌。粘土和铁丝等其他建筑材料提供了更大的灵活性,但仍然比草图有更多的限制。“媒介的限制使其难以象征某些意义。用来象征大象的纸张很难捕捉到沉重、笨拙的行走或喇叭声”(Forman 1994,44)。
教师可以通过给孩子们探索多种建模媒介的机会来培养维度思维——比如雕刻材料、麻绳、毛毡和找到的物品——然后用它们来创建模型,并呈现给他人。燕姿鼓励孩子们摆弄粘土,用水把它弄平,把它压平,然后卷起来。通过这种方式,她邀请他们玩粘土无限的塑造和重塑能力。她还提供了擀面杖和基本的木制造型棒,孩子们可以用它们来增加形状或纹理。当孩子们探索粘土和工具的特性时,斯蒂芬妮通过叙述她的观察,明确了这些特性和品质。
一旦孩子们对这些材料有了经验,斯蒂芬妮就会帮助孩子们建立他们攀爬的模型,从而增加活动的复杂性。这对学龄前儿童来说是一个相当具有代表性的挑战。使用粘土和其他材料,他们必须解决垂直稳定的问题:他们如何让攀登者站起来?
改善
学习评估和改进自己的工作是一项具有挑战性的任务,需要大量的练习(Isbell & Yoshizawa 2016)。“当孩子们能够返回并继续他们的工作时,细节和表达都得到了显著的扩展”(86)。创建模型自然会导致识别修改和增强设计的机会。在这个阶段,教师支持和拓展孩子的思维是很重要的。在通过观察和描述孩子们所做的事情来验证孩子们的努力之后(Swartz & Copeland 2010),教师可以
- 为了更清楚地问问题(例如,“你打算用___做什么?”)
- 找出下一组动作(例如,“你打算增加更多___吗?”)
- 共享信息或资源(例如,“有不同种类的桥……”)
- 提出建议(例如,“你可能想试试___”或“我想知道如果___会发生什么”)
在每天的选择时间里,燕姿为孩子们提供时间和空间,让他们重新审视自己的设计,从而培养了孩子们改进工作的能力。在设计空间里,孩子们可以参考燕姿向他们展示的操场图片、现有操场的照片、他们最初的设计草图和3d模型。斯蒂芬妮女士还提供了多种材料(如纸张、铅笔、粘土、金属丝、积木和捡到的物品),让孩子们可以用它们来构建和重建他们的二维和三维设计。
燕姿与孩子们一起参与设计空间,鼓励他们重新思考和修改自己的想法。这种合作设计使她能够指出儿童作品中明显存在的特定品质或策略,这些品质或策略对其他人有用。例如,燕姿评论说,“安德鲁的跳楼想法可行,但他也想要一种不跳跃的上升方式。你觉得他还能怎么做?”她还问:“佩兴斯是如何显示台阶与攀登者底部的连接方式的?”燕姿的言论帮助孩子们学会仔细观察和注意自己或同龄人形象中的特殊品质。这鼓励他们将同行视为协作设计策略的资源。
通过提供真实的观众,燕姿明确了自己对修改作品的重视。她邀请孩子们与学校主任分享他们的设计,并向操场改造委员会提出建议。在准备阶段,燕姿举行了一次班会,重新讲述了她观察到的设计过程。她展示了记录孩子们设计过程的照片,并读了一些她在观察孩子们时写的笔记,承认并赞赏孩子们重新审视和改进设计的努力。然后,斯蒂芬妮问孩子们,他们认为应该把哪种或哪种设计带到幼儿园主任那里,为他们的游乐场推荐。孩子们并没有只选择一种设计来建造,而是建议包括多种攀岩设备,这样孩子们就可以以不同的方式参与其中。他们的建议得到了采纳,游乐场翻新的初始阶段包括了各种大小的攀岩者。
结论
支持孩子们完成设计过程——包括改进他们的计划和模型的几个周期——对他们来说是一份很棒的礼物。正如一位学者解释的那样:
让孩子们在成长过程中认为他们必须第一次就把事情做对是残酷和具有欺骗性的。甚至教他们可以第一次就把事情做好是不公平的。如果把事情做好很容易,我们就会给孩子们一个美丽、功能齐全的世界。考虑到摆在他们面前的工作,我们必须给予孩子们我们的支持和这样做的自由错误的在第一位。(克莱门斯1999,7)
工程设计过程——发现问题、想象和计划、创造和改进——使教育工作者能够调动幼儿的思维来解决实际问题,证明学习包括测试和修改,并帮助儿童探索广泛的STEM主题。
燕姿的学前班已经融入了工程实践。当一个设计不能很好地工作或可以做得更好时,他们喜欢修改和改进他们的想法和计划。他们认为自己是解决问题的人,这种身份将在他们的教育和生活中很好地帮助他们。
参考文献
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施瓦兹,s.l., S.M.科普兰,2010。衔接幼儿课堂涌现课程与标准:强化内容与教学实践.幼儿教育系列。纽约:师范学院出版社。
关于编辑
桑德拉·m·林德博士,克莱姆森大学幼儿数学教育副教授。她的研究重点是支持教师实践和学生对幼儿数学的理解。
安吉拉Eckhoff她是早期儿童教育项目的教学和学习副教授,也是老道明尼大学弗吉尼亚早期儿童政策中心的联合主任。她的专业领域包括儿童早期的创造力和探究性教学实践。
摄影:©Getty Images
Jolyn空白他是南佛罗里达大学的副教授。她的研究主要集中在职业发展和艺术在早期学习中的作用。她以前是学前班、幼儿园和一年级的老师。
斯蒂芬妮(merrill Lynch)她是一名幼儿教育博士候选人,也是南佛罗里达大学创造性学习学前教育的一名教师。她对教师提高幼儿科学思维复杂性的方法很感兴趣。(电子邮件保护)