Findings from a Pre-kindergarten Classroom:Making the Case for STEM in Early Childhood Education

原文作者：Christine D. Tippett1 amp; Todd M. Milford2

单位：¹University of Ottawa ²University of Victoria

Ministry of Science and Technology, Taiwan 2017

摘要：

幼儿教育中的科学，技术，工程和数学（STEM）是目前在文献中很少受到关注的领域，这是不幸的，因为幼儿是自然科学家和工程师。在这里，我们概述了基于混合方法设计的幼儿园前（Pre-K）教室的研究调查，其中两个幼儿教育者正在参与STEM活动。我们使用了一个协议，其中包括一系列有效和适当的STEM课程的潜在特征，以供幼儿建构我们的课堂观察结果。我们还使用半结构化访谈，焦点小组和调查表从多个利益相关者（老师，学生和父母）收集数据，检查STEM活动如何纳入Pre-K，探索学生对STEM概念的参与，并调查父母对STEM的总体看法以及孩子所经历的STEM看法。我们的发现为为幼儿提供基于STEM的学习经验提供了支持。

关键词：基于设计的研究 .幼儿教育 .科学教育 .STEM

介绍

幼儿教育中的科学，技术，工程和数学（STEM）是目前在文献中很少受到关注的领域，这是不幸的，因为幼儿是自然科学家和工程师（例如Brophy，Klein，Portsmore和Rogers，2008;彼得罗斯基，2003).本文介绍了正在进行的基于设计的研究的第一阶段（DBR，Barab＆Squire，2004）我们正在进行的项目

*托德·米尔福德

1 渥太华大学，加拿大安大略省渥太华

2 维多利亚大学，加拿大不列颠哥伦比亚省维多利亚

与幼儿教育工作者（ECE）合作，他们致力于幼儿园前阶段（Pre-K）中STEM的开发，实施和完善。STEM是一种跨学科的学习方法，在学生将科学，技术，工程和数学应用到能够将生活的各个方面联系起来的背景下，内容与现实世界的课程相结合。2009).尽管在美国，特别是在中学和高等教育后，STEM教育引起了广泛的关注，但加拿大对STEM的方法却不太清楚。即使在美国，相对于幼儿教育阶段而言，STEM的可能性也尚未得到开发，加拿大的幼儿STEM倡议也很少且相差甚远。整个北美方法的含混不清，首字母缩写词本身的用法不准确；STEM可以指这四个学科中的任何一个，它可以表示所有四个学科的整合，有时，它表示两个或多个学科的组合（国家工程院和国家研究委员会，2014).在工作中，我们采用了其他幼儿专家（例如Moomaw，2013），如果有意强调这四个学科中的任何两个学科，那么可以将一项活动视为STEM。

尽管在定义上缺乏统一性，国家研究委员会（2011）确定了STEM教育的三大成果：增加STEM领域的高级培训和职业，增加具有STEM能力的劳动力，以及提高公众的科学素养。尽管前两个目标的经济意义引起了教育工作者的争论，但我们的重点牢牢地固定在后一个目标上，即提高了科学素养。在加拿大，《科学学习成果的通用框架》第K至12条指出，所有学生都有机会发展科学素养，并将科学素养定义为“禁止进化”。

学生需要与科学相关的态度，技能和知识相结合

发展探究，解决问题和决策的能力，成为终身学习者，并对周围的世界保持奇心 （加拿大教育部长理事会（CMEC），1997，BAvision科学素养，段1）。

如果STEM教育的成果是增强科学素养和科学素养

这是早在幼儿园就进行教育的正式目标，那么为学前班学生提供参加STEM活动的机会似乎是值得的。6岁之前儿童的学习环境质量会影响以后的学业成就（例如，坎贝尔，庞格洛，米勒·约翰逊，伯钦纳尔和拉米，2001;哈齐格奥尔乔，2002）.因此，适当的幼儿STEM经验可以作为支持儿童在小学，中学和中学后阶段在STEM中继续取得成功的起点。此外，美国国家科学教师协会（NSTA）（2014）指出，幼儿教育可能会为教师提供机会，让他们与幼儿一起从事科学和工程活动，这些活动可以利用学生的兴趣，经验和有目的的游戏自然延伸的先验知识。

但是，最近的报道表明，在幼儿教育中很少花费时间来教授STEM学科。一项美国研究发现，在典型的幼儿园至3年级水平的一天中，语言艺术占89分钟的授课时间，数学占54分钟，而科学仅占19分钟（Horizo​​n Research，2013），则表明类似STEM的可能性很小。在其他地方，情况已经提出更明显的是：BPre-K老师很少教授科学，探索工程思想很少是Pre-K学习的一部分^（成功的STEM教育，2013, p.3）.尽管如此，一些ECE正在积极地教授STEM，有些甚至通过有针对性的重点研究来寻求更频繁，更有效地教授STEM的方法。本文介绍了我们与两名这样的教育者进行DBR合作的开始，他们邀请我们支持他们在Pre-K教室中加强STEM教育的努力。迄今为止，我们的合作涉及设计数据收集工具并从多个利益相关者那里收集基线数据，以为后续阶段做准备，在这些阶段中，可以检查更正式的干预措施，并且教育工作者可以调查自己的问题。

概念框架

我们的研究基于对幼儿的适当教育经历的特征。卡兹（2010）明确区分了幼儿教育的学术目标和智力目标，这表明适当的课程是一种鼓励和激励儿童在追求智力的过程中掌握基本学术技能的课程。与其以记忆的形式提供教育，我们更有可能通过提供有益于幼儿的机会来支持儿童的学习。

建议幼儿科学教学应针对儿童所学知识和学习内容，采用探究方法，并提供适当的支架以促进概念理解和推理（Furtak，Seidel，Iverson和Briggs，2012; Hardy, Jonen, Mouml;ller amp; Stern, 2006;Leuchter，Saalback和Hardy，2014;罗斯，古拉特和普拉基西2013; Trundle amp; Saccedil;kes, 2012）.埃沙赫和弗里德（2005）认为科学是幼儿教育的重要组成部分，甚至是当务之急，因为它建立在学生对自然界的天生兴趣之上，可以帮助发展对学科的积极态度，并可以为进一步学习和理解提供基础可以建造。摘自《幼儿科学教育声明》（NSTA，2014, p. 2）:

日常生活中有丰富的科学经验，但是当成年人为科学探索的环境做好准备，关注孩子的观察并提供时间谈论所做的和所见的事情时，这些经验可以最有助于科学学习（国家青年教育协会儿童（NAEYC），2013, p.18）.重要的是，成年人必须支持儿童的游戏，并引导他们的注意力，安排他们的经历，支持他们的学习尝试并调节信息水平的复杂性和难度（国家研究委员会（NRC）2007, p.3）.对于成年人来说，寻找儿童的信号并调整学习经验以支持他们的好奇心，学习和理解同样重要。

在考虑适当的幼儿STEM教育时，我们对智力追求，游戏和学生兴趣的重要性持相同观点。儿童的早期STEM经验应亲身实践，并允许他们以有意义的方式使用安全的日常材料进行实验和探索；这些类型的经验与以后的学术和社会成就有关（安大略省教育部（OME），2010;拉米和拉米，1998）。在儿童早期阶段包括STEM的想法是相对较新的，并且可用文献有限。但是，关于有效的科学教学的面貌有大量而全面的文献，有一小节专门论述了有效的科学教学在幼儿教育中可能包括的内容（Leuchter等，2014;罗斯等人，2013; Trundle amp; Saccedil;kes, 2015）.有建议表明，STEM的有效做法在很多方面与一般教育的有效做法密切相关（NRC，2011）.例如，加拿大省级指南（例如不列颠哥伦比亚省早期学习框架（不列颠哥伦比亚省教育部（BCME）），2008）和安大略省的全日制早期学习幼儿园计划（OME，2010）是相似的，包括与STEM相关的方面，例如提问，探索和观察，发展技能和过程，交流和玩耍。下一代科学标准（NGSS，Achieve，Inc，2013），这是北美最新的全面改革文件，其中列出了K-12的性能期望和实践。NGSS的相关K-2做法（Achieve，Inc，2013），以及上面确定的与STEM相关的方面，有助于我们构想适当的幼儿STEM教育的特征。

方法

我们作为研究者的立场是务实的，因此，我们在混合方法研究范式下运作。混合方法非常适合于复杂的课堂研究环境，因为与单独使用定性或定量方法相比，混合方法可能更全面地了解正在研究的现象（Creswell，2014).在这里，我们采用了一种融合的混合方法，该方法既收集定性数据又收集定量数据，分别分析这些数据集，然后合并结果进行比较（Creswell，2014).此外，采用混合方法的方法非常适合DBR（Anderson＆Shattuck，2012），这是我们在特殊的幼儿教育环境中对STEM进行的长期调查所采用的方法。DBR既务实又理论（例如Cobb，Confrey，diSessa，Lehrer＆Schauble，2003），适合我们的研究立场和研究目标。

结合DBR方法，我们的长期研究议程探讨了是否以及如何将STEM教育适当地整合到Pre-K课堂中。在这项更大的研究计划中，我们首先需要了解环境的本质（即ECE教室中的STEM），然后再进行创新。这里描述的工作是一项初步研究，旨在最终导致创新，包括开发幼儿STEM最佳实践，这将通过一系列迭代来构建。考虑到这些意图，我们与参与的ECE合作开发了一个指导性问题：从多个利益相关者那里收集的数据如何为我们对幼儿STEM教育的理解提供帮助？在DBR中，研究是在真实的教室环境中进行的，并检查由教育者和研究人员共同开发的干预措施（Anderson和Shattuck，2012），并且我们的研究满足了这两个要求。可以将DBR概念化为一个反复的调查过程，其中涉及某种干预，并产生了可能影响课堂学习和教学的理论和/或实践（Barab＆Squire，2004）.我们的研究，第一阶段本文所报道的内容是有计划地反复进行的，将在下一阶段进行干预，并且应在将STEM纳入幼儿期时提出最佳实践的建议，从而满足这些附加要求。最后，我们研究的最初阶段体现了Collins等人阐明的DBR的七个特征。（2004），如表所示1.我们研究计划的最终目标与安德森和沙特克（2012, p.22）对研究进行的背景，实施的挑战，创建和管理干预措施所涉及的开发过程以及出现的设计原则进行Brich描述。在本文中，我们介绍了来自多个利益相关者的数据，并提供了未来研究更多正式干预措施的背景。

方法

由于我们在Pre-K期间对STEM的调查受到时间和空间的限制，因此在一个学年的时间里，它是在单个教室中进行的，因此可以将其视为案例研究（Yin，

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