美国马萨诸塞州小学STEM教育活动设计的理念及其启示

摘 要 重视STEM教育已成为国际教育界的共识，各个国家都在积极探索实施STEM教育的方法与路径。美国马萨诸塞州的STEM教育颇具特色，尤其是其小学阶段基于“修补”理念设计了一系列主题活动。与其他STEM教育方法相比，“修补”具有低门槛、高包容性、完全开放性及生活性等特点，尤其符合学习者，特别是低龄段学习者的认知规律。借鉴马萨诸塞州基于“修补”理念的STEM教育活动的设计与实施，可为我国STEM教育的有效开展提供新的思路与启示。

关键词 美国 小学教育 STEM 创客运动

STEM教育掀起了国际教育改革的热潮，成为培养创新人才、提高国家竞争力的重要手段。作为风向标的美国STEM教育的实施路径与方法，成为各国参考的重要依据。美国马萨诸塞州小学阶段的STEM教育基于“修补”理念设计了一系列主题活动，为我国STEM教育的有效实施提供了新的方向与思路。

一、美国推进STEM教育的有效方法——“修补”

1.“修补”的涵义

“修补”（Tinkering）一词最早出现于13世纪，用于形容那些四处修理各种家用小器具的铁匠[1]。牛津词典中对“修补”的解释是“试图以随意或无意识的方式修复或改进某些东西”，表明“修补”活动开始时不必遵循一套固定的规则或寻求一个已知的最终目标[2]，它鼓励学习者自发地、即兴地使用随处可见的、日常的、真实的工具和材料（如，木头、钳子等），通过“现物利用”，即兴地创造新的“东西”来探索STEM现象。“修补”与创客文化中的各种活动非常接近，然而在实践中又与其他探究式学习方法存在区别，如表1所示。

学习者观看预先准备的实际演示 传达内容知识。 活动由固定和预先确定的目标来定义。学习者没有目标所有权。 结果是固定的。学习者只是倾听和观察，处于被动状态。 为学习者选择材料和资源以及使用方式。

学习者试图解决一个特定的问题 通过解决问题的方式传递知识，促进理解工程的关键特征，须遵循特定规则。 活动由固定和预先确定的外部目标来定义。学习者没有目标所有权。 结果是固定的。学习者将构建执行特定功能或解决特定问题的对象。 学习者可从一系列材料中选择。他们将仔细规划可用材料的类型。这些材料通常有助于引导学习者做出具体的设计选择。

学习者提出问题并试图用科学的流程找到答案* 促进学习者培养科学的解决问题能力和工作方式。 学习者参与创造和塑造目标。通过预先确定的目标形成活动。 结果是基于个人选择的问题来解决的。 学习者根据他们选择调查的内容，选择材料和资源。最终结果是开放式的。

学习者探索和使用材料来创造、发明一个物体或产品 帮助学生使用工具和材料来创建预先确定的对象。 无固定的外部目标。目标是个人的。 根据活动的结构，结果可能是高度可变的。 材料和工具是多样化的。学习者可自由选择。材料可能没有提前计划。

学习者以一种即兴的方式探索和使用材料，以便体验和更好地理解一种科学现象 帮助学习者发展对材料和现象的直观理解。

指导者提出最初的长期目标，该目标被学习者个性化、转移或复杂化。 结果是基于个人选择的问题来解决的。 材料和工具通常是多样的，经过精心策划，帮助学习者体验一种特殊的科学现象。学习者对材料、工具和方法拥有高度的选择权。

“修补”与其他STEM方法的关键不同点在于学习者个人角色的重要性和目标的所有权。在“修补”活动中，学习者具有高度的目标所有权。指导者只需在开始时设定一个广泛的长期目标，作为学习者个人活动的起点或“跳板”，随着活动的进行，学习者可自由地改变、发展或个性化目标，并根据自己的兴趣设定短期目标。

2.“修补”理念下马萨诸塞州小学STEM活动设计案例

“修补”活动的完全开放性、高度自由性以及高包容性的特点，使得该项活动易于普及，尤其适合低年龄段儿童的创造性发挥。下面以“搭建”项目中“搭建社区”为例，分析其设计与实施过程。

（1）“搭建社区”案例的设计与实施

①准备阶段。准备一张桌子或平稳的表面（如地板）作为儿童搭建的基础。为每个孩子准备建筑纸、胶棒和剪刀。

②实施阶段。对年龄较小的孩子，提供预先裁切好的正方形纸和长方形纸，向他们演示如何折纸。让他们练习并探索把纸折叠成不同的形状，看看是否有一些形状可以垂直于桌子或地板使用。让他们尝试将一张折叠的纸粘贴到另一张纸上，以创建“建筑物”。对年龄稍大的儿童，则演示裁剪技术，让他们自己剪切折叠纸张，鼓励他们用多种方式来创造。在儿童操作过程中，鼓励他们试验所有材料，以创建其他类型的建筑物或添加到正搭建的建筑物中。

③反思階段。让孩子们谈谈探索过程。如，他们从哪种建筑开始的？采用了哪些材料，效果如何？

④拓展阶段。有实践拓展和阅读拓展。实践拓展，要求儿童在可回收的海报板或厚纸板上创建建筑物，添加马路、人行道，并融入人物、动物或汽车等元素，搭建一个繁忙的社区，然后在家、社区或公园进行一次“收集”之旅，给自己的作品添加装饰。阅读拓展Byron Barton编著的《Building a House》一书。

（2）“搭建社区”案例的分析

①宽松的创新氛围。“修补”活动鼓励学习者在玩耍和使用材料的过程中产生创意，进而尝试各种可能性。这种探究方式被视为提高工程类课程学习兴趣的一种方式，也是学科工作的典范[4]。

②感性的学习体验。学习者在运用日常的真实材料，使用真实工具（如，螺丝刀、钳子等）的过程中所产生的体验是传统课程所不能给予的。学习者可亲手触碰各种原材料，在不断的对比体验中选择最符合自己要求的材料。它不仅能达到STEM教学的目标，而且能够更深层次地培养学习者的实践能力和思考能力，丰富学习者的情感体验。

③自由的学习路径。“修补”降低了儿童进入STEM教育领域的门槛，同时创造了具有审美和自我表达维度的物体，从而有利于学习者创建自己的学习路径[5]。在“修补”活动中，学习者可制作任何感兴趣的东西，将特长与兴趣发挥到极致。

④灵活且个性化的学习目标。在“修补”实践活动中，使用何种材料和工具、完成何种任务，均由学习者根据自己的想法来决定。学习者拥有高度自主权，可尽情发挥自己的创意，拉近了科学与实践的距离。

二、借鉴与启示

“修补”所提倡的“使用真实的工具和材料，投入真实的世界，动手解决真实的问题”，允许学生以“玩耍、探索、迭代的方式去解决问题或参与到项目中”“使用既有的材料即兴发挥”[3]等理念，表明“修补”为学习者的创新提供了更低的门槛，它应被纳入我国的STEM教育体系。

1.以“修补”主题项目为依托，将STEM概念置于多学科实践及儿童的日常生活中

使用熟悉的材料将STEM概念与日常生活联系起来，能有效支持学习者跨越环境建立联系，并推动发明和创造的实践[6]。“修补”活动完全满足了STEM教育的价值诉求。因此，可以基于“修补”教学方法，通过物理探索、协同游戏和引发对周围世界的好奇心等方式来实施STEM教育。比如，当儿童在探索一些简单的工具或器械（如，钳子、扳手等）是如何操作的时候，他们就在学习和理解技术的概念。

2.以引导式提问和游戏实验为途径，支撑儿童的STEM教学

创新是人类的本性。从这个视角来看，“修补”作为实现人类创新的一种手段可以被教授，但不能以直接和线性的方式去教授。“修补”不是课程计划，最好创造一个有利于创新活动开展的环境。而要创设这样的创新文化氛围，首先要鼓励动手操作或物理探索，鼓励学习者通过建立模型或发现问题来解释他们的概念。其次，要创造一种实验、发现和游戏的文化与刺激，强调对真实世界的观察，让学习者在现实世界中证明他们的理论。再次，鼓励学习者重视先行的或外部的影响。因为创意是从不同的影响中获得的，并通过使用新的方式与旧的想法加以整合，最终变成自己的想法[7]。最后，鼓励参与者提出有见地的问题。在不断反思问题的过程中，允许他们寻找探究方向，直到找到自己的“修补”项目并投入其中。

3.以“家校互动、合力共育”为纽带，延伸儿童STEM教育主题项目的学习深度

家校携手共育是形成STEM教育合力、巩固STEM教育效果的重要保障。教师除了在校内实施STEM教育项目之外，还要围绕儿童探究的STEM主题活动项目，与家长进行有效协作与交流，引导家长在家里继续针对这些主题活动进行延伸，拓展STEM教育项目的学习深度。延伸学习深度，不但可以让儿童有更长的时间去反复思考同一个概念，而且还有利于帮助儿童形成知识网络，学会知识的迁移。

STEM教育是一场关乎国家前途的终身学习运动，我们既要关注高等教育阶段的STEM教育，还要关注中小学教育阶段的STEM教育;既要关注STEM教育的意涵和价值，还要关注STEM教育在实施方法和路径方面的创新之处。

参考文献

[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] 周静，潘洪建.美国探客教育的内涵、发展与价值探析[J].比较教育研究，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.科技创新与体制机制创新“双轮驱动”下的制度供给[J].扬州大学学报：人文社会科学版，2017（06）：6.

[责任编辑：白文军]