美國(guó)馬薩諸塞州小學(xué)STEM教育活動(dòng)設(shè)計(jì)的理念及其啟示

摘 要 重視STEM教育已成為國(guó)際教育界的共識(shí)，各個(gè)國(guó)家都在積極探索實(shí)施STEM教育的方法與路徑。美國(guó)馬薩諸塞州的STEM教育頗具特色，尤其是其小學(xué)階段基于“修補(bǔ)”理念設(shè)計(jì)了一系列主題活動(dòng)。與其他STEM教育方法相比，“修補(bǔ)”具有低門(mén)檻、高包容性、完全開(kāi)放性及生活性等特點(diǎn)，尤其符合學(xué)習(xí)者，特別是低齡段學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律。借鑒馬薩諸塞州基于“修補(bǔ)”理念的STEM教育活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，可為我國(guó)STEM教育的有效開(kāi)展提供新的思路與啟示。

關(guān)鍵詞 美國(guó) 小學(xué)教育 STEM 創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)

STEM教育掀起了國(guó)際教育改革的熱潮，成為培養(yǎng)創(chuàng)新人才、提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。作為風(fēng)向標(biāo)的美國(guó)STEM教育的實(shí)施路徑與方法，成為各國(guó)參考的重要依據(jù)。美國(guó)馬薩諸塞州小學(xué)階段的STEM教育基于“修補(bǔ)”理念設(shè)計(jì)了一系列主題活動(dòng)，為我國(guó)STEM教育的有效實(shí)施提供了新的方向與思路。

一、美國(guó)推進(jìn)STEM教育的有效方法——“修補(bǔ)”

1.“修補(bǔ)”的涵義

“修補(bǔ)”（Tinkering）一詞最早出現(xiàn)于13世紀(jì)，用于形容那些四處修理各種家用小器具的鐵匠[1]。牛津詞典中對(duì)“修補(bǔ)”的解釋是“試圖以隨意或無(wú)意識(shí)的方式修復(fù)或改進(jìn)某些東西”，表明“修補(bǔ)”活動(dòng)開(kāi)始時(shí)不必遵循一套固定的規(guī)則或?qū)で笠粋€(gè)已知的最終目標(biāo)[2]，它鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者自發(fā)地、即興地使用隨處可見(jiàn)的、日常的、真實(shí)的工具和材料（如，木頭、鉗子等），通過(guò)“現(xiàn)物利用”，即興地創(chuàng)造新的“東西”來(lái)探索STEM現(xiàn)象。“修補(bǔ)”與創(chuàng)客文化中的各種活動(dòng)非常接近，然而在實(shí)踐中又與其他探究式學(xué)習(xí)方法存在區(qū)別，如表1所示。

學(xué)習(xí)者觀看預(yù)先準(zhǔn)備的實(shí)際演示 傳達(dá)內(nèi)容知識(shí)。 活動(dòng)由固定和預(yù)先確定的目標(biāo)來(lái)定義。學(xué)習(xí)者沒(méi)有目標(biāo)所有權(quán)。 結(jié)果是固定的。學(xué)習(xí)者只是傾聽(tīng)和觀察，處于被動(dòng)狀態(tài)。 為學(xué)習(xí)者選擇材料和資源以及使用方式。

學(xué)習(xí)者試圖解決一個(gè)特定的問(wèn)題 通過(guò)解決問(wèn)題的方式傳遞知識(shí)，促進(jìn)理解工程的關(guān)鍵特征，須遵循特定規(guī)則。 活動(dòng)由固定和預(yù)先確定的外部目標(biāo)來(lái)定義。學(xué)習(xí)者沒(méi)有目標(biāo)所有權(quán)。 結(jié)果是固定的。學(xué)習(xí)者將構(gòu)建執(zhí)行特定功能或解決特定問(wèn)題的對(duì)象。 學(xué)習(xí)者可從一系列材料中選擇。他們將仔細(xì)規(guī)劃可用材料的類(lèi)型。這些材料通常有助于引導(dǎo)學(xué)習(xí)者做出具體的設(shè)計(jì)選擇。

學(xué)習(xí)者提出問(wèn)題并試圖用科學(xué)的流程找到答案* 促進(jìn)學(xué)習(xí)者培養(yǎng)科學(xué)的解決問(wèn)題能力和工作方式。 學(xué)習(xí)者參與創(chuàng)造和塑造目標(biāo)。通過(guò)預(yù)先確定的目標(biāo)形成活動(dòng)。 結(jié)果是基于個(gè)人選擇的問(wèn)題來(lái)解決的。 學(xué)習(xí)者根據(jù)他們選擇調(diào)查的內(nèi)容，選擇材料和資源。最終結(jié)果是開(kāi)放式的。

學(xué)習(xí)者探索和使用材料來(lái)創(chuàng)造、發(fā)明一個(gè)物體或產(chǎn)品 幫助學(xué)生使用工具和材料來(lái)創(chuàng)建預(yù)先確定的對(duì)象。 無(wú)固定的外部目標(biāo)。目標(biāo)是個(gè)人的。 根據(jù)活動(dòng)的結(jié)構(gòu)，結(jié)果可能是高度可變的。 材料和工具是多樣化的。學(xué)習(xí)者可自由選擇。材料可能沒(méi)有提前計(jì)劃。

學(xué)習(xí)者以一種即興的方式探索和使用材料，以便體驗(yàn)和更好地理解一種科學(xué)現(xiàn)象 幫助學(xué)習(xí)者發(fā)展對(duì)材料和現(xiàn)象的直觀理解。

指導(dǎo)者提出最初的長(zhǎng)期目標(biāo)，該目標(biāo)被學(xué)習(xí)者個(gè)性化、轉(zhuǎn)移或復(fù)雜化。 結(jié)果是基于個(gè)人選擇的問(wèn)題來(lái)解決的。 材料和工具通常是多樣的，經(jīng)過(guò)精心策劃，幫助學(xué)習(xí)者體驗(yàn)一種特殊的科學(xué)現(xiàn)象。學(xué)習(xí)者對(duì)材料、工具和方法擁有高度的選擇權(quán)。

“修補(bǔ)”與其他STEM方法的關(guān)鍵不同點(diǎn)在于學(xué)習(xí)者個(gè)人角色的重要性和目標(biāo)的所有權(quán)。在“修補(bǔ)”活動(dòng)中，學(xué)習(xí)者具有高度的目標(biāo)所有權(quán)。指導(dǎo)者只需在開(kāi)始時(shí)設(shè)定一個(gè)廣泛的長(zhǎng)期目標(biāo)，作為學(xué)習(xí)者個(gè)人活動(dòng)的起點(diǎn)或“跳板”，隨著活動(dòng)的進(jìn)行，學(xué)習(xí)者可自由地改變、發(fā)展或個(gè)性化目標(biāo)，并根據(jù)自己的興趣設(shè)定短期目標(biāo)。

2.“修補(bǔ)”理念下馬薩諸塞州小學(xué)STEM活動(dòng)設(shè)計(jì)案例

“修補(bǔ)”活動(dòng)的完全開(kāi)放性、高度自由性以及高包容性的特點(diǎn)，使得該項(xiàng)活動(dòng)易于普及，尤其適合低年齡段兒童的創(chuàng)造性發(fā)揮。下面以“搭建”項(xiàng)目中“搭建社區(qū)”為例，分析其設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程。

（1）“搭建社區(qū)”案例的設(shè)計(jì)與實(shí)施

①準(zhǔn)備階段。準(zhǔn)備一張桌子或平穩(wěn)的表面（如地板）作為兒童搭建的基礎(chǔ)。為每個(gè)孩子準(zhǔn)備建筑紙、膠棒和剪刀。

②實(shí)施階段。對(duì)年齡較小的孩子，提供預(yù)先裁切好的正方形紙和長(zhǎng)方形紙，向他們演示如何折紙。讓他們練習(xí)并探索把紙折疊成不同的形狀，看看是否有一些形狀可以垂直于桌子或地板使用。讓他們嘗試將一張折疊的紙粘貼到另一張紙上，以創(chuàng)建“建筑物”。對(duì)年齡稍大的兒童，則演示裁剪技術(shù)，讓他們自己剪切折疊紙張，鼓勵(lì)他們用多種方式來(lái)創(chuàng)造。在兒童操作過(guò)程中，鼓勵(lì)他們?cè)囼?yàn)所有材料，以創(chuàng)建其他類(lèi)型的建筑物或添加到正搭建的建筑物中。

③反思階段。讓孩子們談?wù)勌剿鬟^(guò)程。如，他們從哪種建筑開(kāi)始的？采用了哪些材料，效果如何？

④拓展階段。有實(shí)踐拓展和閱讀拓展。實(shí)踐拓展，要求兒童在可回收的海報(bào)板或厚紙板上創(chuàng)建建筑物，添加馬路、人行道，并融入人物、動(dòng)物或汽車(chē)等元素，搭建一個(gè)繁忙的社區(qū)，然后在家、社區(qū)或公園進(jìn)行一次“收集”之旅，給自己的作品添加裝飾。閱讀拓展Byron Barton編著的《Building a House》一書(shū)。

（2）“搭建社區(qū)”案例的分析

①寬松的創(chuàng)新氛圍?！靶扪a(bǔ)”活動(dòng)鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者在玩耍和使用材料的過(guò)程中產(chǎn)生創(chuàng)意，進(jìn)而嘗試各種可能性。這種探究方式被視為提高工程類(lèi)課程學(xué)習(xí)興趣的一種方式，也是學(xué)科工作的典范[4]。

②感性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。學(xué)習(xí)者在運(yùn)用日常的真實(shí)材料，使用真實(shí)工具（如，螺絲刀、鉗子等）的過(guò)程中所產(chǎn)生的體驗(yàn)是傳統(tǒng)課程所不能給予的。學(xué)習(xí)者可親手觸碰各種原材料，在不斷的對(duì)比體驗(yàn)中選擇最符合自己要求的材料。它不僅能達(dá)到STEM教學(xué)的目標(biāo)，而且能夠更深層次地培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的實(shí)踐能力和思考能力，豐富學(xué)習(xí)者的情感體驗(yàn)。

③自由的學(xué)習(xí)路徑?！靶扪a(bǔ)”降低了兒童進(jìn)入STEM教育領(lǐng)域的門(mén)檻，同時(shí)創(chuàng)造了具有審美和自我表達(dá)維度的物體，從而有利于學(xué)習(xí)者創(chuàng)建自己的學(xué)習(xí)路徑[5]。在“修補(bǔ)”活動(dòng)中，學(xué)習(xí)者可制作任何感興趣的東西，將特長(zhǎng)與興趣發(fā)揮到極致。

④靈活且個(gè)性化的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在“修補(bǔ)”實(shí)踐活動(dòng)中，使用何種材料和工具、完成何種任務(wù)，均由學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的想法來(lái)決定。學(xué)習(xí)者擁有高度自主權(quán)，可盡情發(fā)揮自己的創(chuàng)意，拉近了科學(xué)與實(shí)踐的距離。

二、借鑒與啟示

“修補(bǔ)”所提倡的“使用真實(shí)的工具和材料，投入真實(shí)的世界，動(dòng)手解決真實(shí)的問(wèn)題”，允許學(xué)生以“玩耍、探索、迭代的方式去解決問(wèn)題或參與到項(xiàng)目中”“使用既有的材料即興發(fā)揮”[3]等理念，表明“修補(bǔ)”為學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新提供了更低的門(mén)檻，它應(yīng)被納入我國(guó)的STEM教育體系。

1.以“修補(bǔ)”主題項(xiàng)目為依托，將STEM概念置于多學(xué)科實(shí)踐及兒童的日常生活中

使用熟悉的材料將STEM概念與日常生活聯(lián)系起來(lái)，能有效支持學(xué)習(xí)者跨越環(huán)境建立聯(lián)系，并推動(dòng)發(fā)明和創(chuàng)造的實(shí)踐[6]。“修補(bǔ)”活動(dòng)完全滿(mǎn)足了STEM教育的價(jià)值訴求。因此，可以基于“修補(bǔ)”教學(xué)方法，通過(guò)物理探索、協(xié)同游戲和引發(fā)對(duì)周?chē)澜绲暮闷嫘牡确绞絹?lái)實(shí)施STEM教育。比如，當(dāng)兒童在探索一些簡(jiǎn)單的工具或器械（如，鉗子、扳手等）是如何操作的時(shí)候，他們就在學(xué)習(xí)和理解技術(shù)的概念。

2.以引導(dǎo)式提問(wèn)和游戲?qū)嶒?yàn)為途徑，支撐兒童的STEM教學(xué)

創(chuàng)新是人類(lèi)的本性。從這個(gè)視角來(lái)看，“修補(bǔ)”作為實(shí)現(xiàn)人類(lèi)創(chuàng)新的一種手段可以被教授，但不能以直接和線(xiàn)性的方式去教授?！靶扪a(bǔ)”不是課程計(jì)劃，最好創(chuàng)造一個(gè)有利于創(chuàng)新活動(dòng)開(kāi)展的環(huán)境。而要?jiǎng)?chuàng)設(shè)這樣的創(chuàng)新文化氛圍，首先要鼓勵(lì)動(dòng)手操作或物理探索，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者通過(guò)建立模型或發(fā)現(xiàn)問(wèn)題來(lái)解釋他們的概念。其次，要?jiǎng)?chuàng)造一種實(shí)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)和游戲的文化與刺激，強(qiáng)調(diào)對(duì)真實(shí)世界的觀察，讓學(xué)習(xí)者在現(xiàn)實(shí)世界中證明他們的理論。再次，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者重視先行的或外部的影響。因?yàn)閯?chuàng)意是從不同的影響中獲得的，并通過(guò)使用新的方式與舊的想法加以整合，最終變成自己的想法[7]。最后，鼓勵(lì)參與者提出有見(jiàn)地的問(wèn)題。在不斷反思問(wèn)題的過(guò)程中，允許他們尋找探究方向，直到找到自己的“修補(bǔ)”項(xiàng)目并投入其中。

3.以“家?；?dòng)、合力共育”為紐帶，延伸兒童STEM教育主題項(xiàng)目的學(xué)習(xí)深度

家校攜手共育是形成STEM教育合力、鞏固STEM教育效果的重要保障。教師除了在校內(nèi)實(shí)施STEM教育項(xiàng)目之外，還要圍繞兒童探究的STEM主題活動(dòng)項(xiàng)目，與家長(zhǎng)進(jìn)行有效協(xié)作與交流，引導(dǎo)家長(zhǎng)在家里繼續(xù)針對(duì)這些主題活動(dòng)進(jìn)行延伸，拓展STEM教育項(xiàng)目的學(xué)習(xí)深度。延伸學(xué)習(xí)深度，不但可以讓兒童有更長(zhǎng)的時(shí)間去反復(fù)思考同一個(gè)概念，而且還有利于幫助兒童形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)會(huì)知識(shí)的遷移。

STEM教育是一場(chǎng)關(guān)乎國(guó)家前途的終身學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)，我們既要關(guān)注高等教育階段的STEM教育，還要關(guān)注中小學(xué)教育階段的STEM教育;既要關(guān)注STEM教育的意涵和價(jià)值，還要關(guān)注STEM教育在實(shí)施方法和路徑方面的創(chuàng)新之處。

參考文獻(xiàn)

[1] Karen Wilkinson & Mike Petrich.The Art of Tinkering： Meet 150 Makers Working at the Intersection of Art， science & technology [EB/OL].

https：//www.mendeley.com/research-papers/art-tinkering-meet-150-makers-working-intersection-art-science-technology/. 2019-5-15.

[2] 周靜，潘洪建.美國(guó)探客教育的內(nèi)涵、發(fā)展與價(jià)值探析[J].比較教育研究，2019（07）：45.

[3] Emily Harris， Mark Winterbottom， Maria Xanthoudaki， Inka de Pijer. Tinkering-A Practitioner Guide for Developing and Implementing Tinkering Activities [EB/OL].https：//ec.europa.eu/epale/it/node/40449.2019-9-19.

[4] Steven Worker，Andrea Ambrose，Richard Mahacek.Making and Tinkering in Robotics [EB/OL].

http：//www.docin.com/p-1475586301.html. 2019-01-09.

[5] Jean J.Ryoo，Nicole Bulalacao，Linda Kekelis，Emily McLeod Henriquez. Tinkering with“Failure”：Equity， Learning，and the Iterative Design Process [EB/OL].http：//ucla.academia.edu/JeanRyoo.2019-04-12.

[6] M.Honey & D.E.Kanter（Eds.），Design，Make，play：Growing the Next Generation of STEM Innovators[J].Teachers College Record，2013（03）：163-181.

[7] 盧彪.科技創(chuàng)新與體制機(jī)制創(chuàng)新“雙輪驅(qū)動(dòng)”下的制度供給[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)：人文社會(huì)科學(xué)版，2017（06）：6.

[責(zé)任編輯：白文軍]