STEAM在幼儿教育中的应用：一项范围调查

【摘要】：本研究通过总结关于STEAM(科学、技术、工程、艺术和数学)教育在幼儿教育(ECE)中的特点的文献综述，综合ECE中STEAM的实证研究，以了解STEAM在幼儿层面是如何进行教育的，为未来的STEAM课程开发提供信息帮助。本文文献检索采用电子数据库Scopus和Web of Science，通过选取库中2017 - 2023年共发表的关于STEAM在幼儿教育中的应用的文章26篇进行研究。本研究通过分析26篇文章发现：(1)大多数研究通过采用全球教育倡议或地方教育政策提供的框架来表述其研究目的和设计，通过STEAM发展学生的学习技能;(2)大多数研究使用技术-逻辑层面增强学习，例如基于探究项目的学习;(3)学习成果包括幼儿的知识获取、技能习得、教师和家长的态度改变等;(4)混合研究设计最常用，定性设计次之;(5) STEAM教育在幼儿教育环境中的重大挑战包括教师教学内容知识有限，幼儿对STEAM教学的消极态度，以及教师教学资源不足等。本研究同时为教育工作者提供建议，并为研究者提供未来的研究方向。

【关键词】:STEAM;幼儿教育;建构式;学习活动;挑战

关于STEAM(科学、技术、工程、艺术和数学)教育的研究文献数量正在激增，而STEAM教育侧重于从幼儿园到大学的学校环境，包括幼儿教育(ECE)，大量研究认识到STEAM教育应该在早期进行，以支持未来的学习和个人发展。ECE阶段的STEAM学习包括认知力、好奇心、探索力、自信心等几个方面。例如，就认知能力发展而言，儿童早期是大脑快速发育的时期。在此期间引入STEAM学习概念可以促进儿童关键认知技能的发展，如逻辑推理、空间意识和抽象思维等。另几项研究表明，在ECE中实施STEAM教育可以显著提高一系列技能和能力，包括解决问题的能力、创造力以及其他社交和认知能力等。虽然以前的研究报告为我们对于STEAM的研究提供了帮助，但仍需要更多地了解与这些研究结果相关的理论框架。

更多全球倡议和地方教育政策的发布近年来推动了在幼儿教育中进行STEAM教育;然而，他们是基于特定的假设，即教育工作者具有跨STEAM不同学科的内容知识，以设计适当的学习活动。尽管STEAM教育在学前教育阶段的重要性已经引起重视，但其在幼儿教育中的真正实践仍未被注意，这一现象引起了人们对教什么、如何整合不同学科、如何设计学习活动和评估学习成果以及STEAM实践中的挑战的关注。

近期针对教育的研究证实了人们对技术教育的兴趣日益浓厚，特别是学前教育中的STEAM教育。没有一个详细的理论框架和儿童的学习活动的细节与评估方法去获得教育研究成果是当前教育者遇到的挑战。因此，本研究旨在幼儿教育背景下进行实证研究，这些研究对未来STEAM课程的开发和实施具有理论和实践双重意义。

在幼儿教育的背景下，正如美国国家科学基金会在20世纪90年代的政策所提出的那样，STEAM已被推广为幼儿教育的前沿学习目标；澳大利亚维多利亚州指南、澳大利亚国家STEM学校教育战略2016-2026、联合国教科文组织可持续发展目标对STEAM学习标准均有涉及。Johnston等人论述了STEAM教育活动中的的元素，包括游戏、探究和学习等。他们的文章集中在STEAM的几个关键教育要素:(1)创意艺术；(2)实践经验；(3)问题解决探究；(4)语言和文化；(5)创新与设计思维；(6)发展区域；(7)主动学习者而非接受者；(8)与艺术、音乐和故事的联系。Ng等人得出结论，在幼儿教育中实施STEAM应该包括有意义的游戏体验、解决问题的任务和适合当前年龄的活动。此外，STEAM教育还被推广为培养学生知识、价值观、能动性和行动力的活动，从而实现可持续发展的社会性教育。

特定范围的调查遵循Arksey和O 'Malley开发的五阶段框架。Arksey和O 'Malley框架的五个阶段：(1)确定最初的研究问题；(2)确定相关研究；(3)研究选择；(4)绘制数据图表；(5)整理、总结和报告结果。这些方法被用于对早期儿童教育文献中的STEAM元素进行探究。

3.1 确定最初的研究问题

本研究旨在从目的、框架、学习活动、结果、评估方法和挑战等方面概述幼儿教育中进行STEAM教育的文献。

研究问题1:STEAM在ECE研究中的目的是什么?

研究问题2:在ECE研究中使用的STEAM理论框架是什么?

研究问题3:在ECE研究中，STEAM有哪些学习活动?

研究问题4: STEAM在ECE研究中的研究成果是什么?

研究问题5:在ECE研究中，STEAM发现了哪些挑战?

3.2 确定相关研究

相关文献搜索基于Web of Science和Scopus数据库，因为其包括幼儿教育背景下的STEAM相关的期刊。本研究使用的搜索字符串是“STEAM”和“幼儿”或“幼儿*”或“学前”或“幼儿园- 10 ”或“学前教育*”或“托儿服务”或“儿童关怀”或“每日儿童服务”。这项研究基于2023年8月前的同行文章。

3.3研究选择

设置排除标准以完善最初获得的31个结果。首先，通过阅读他们的标题和摘要，我们排除了一个结果，因为与研究主题无关。其次，排除一个报告重复研究的结果。然后，通过仔细检查全文，我们排除了(a)参与者年龄不是3-8岁的文章(n = 1)；(b)非英文文章(n = 1)；(c)非期刊文章(n = 1)。最后，26项研究被纳入本综述(图1)。

图1 所需纳入文章探究范围中的PRISMA图表

3.4 数据制图和整理

在Arksey和O 'Malley的范围调查框架中，第四阶段涉及绘制纳入文章的图表。每篇文章的摘要与作者、年份、国家和纳入研究的个体的研究设计相关(见附录)。

3.5 总结和报告调查结果

Arksey和O 'Malley的范围调查框架的最后一个阶段总结了研究结果。

表2 应用于幼儿教育中STEAM教育的目的和理论框架

4.1  STEAM在ECE研究中的目的是什么?

如表2所示，研究的目的是(1)通过学习过程评估STEAM教育的整体学习成果(n = 9)；(2)检验教学策略和教育工具的有效性(n = 9)；(3)探索教师对STEAM教育的准备和认知(n = 7)；(4)调查使用移动应用程序进行STEAM学习的适当性(n = 1)。9项选定的研究主要侧重于评估教师、儿童和家长的学习成果，如教师的数字技能和知识、创造力、视觉空间推理能力、思维过程、儿童的水果和蔬菜摄入量以及父母的技术知识对孩子学习和动机的影响。另外九项选定的研究旨在检查教学策略的有效性，例如基于探究的教学策略，基于项目以及使用机器人等教育工具对STEAM在幼儿教育中的研究设计。还有一些旨在探索教师的态度、知识、准备情况以及他们对STEAM实施的潜在挑战和障碍。有人也调查了使用Android和IOS STEAM应用程序进行STEAM学习的适当性。

4.2 在ECE研究中使用的STEAM理论框架是什么?

许多研究人员采用了全球教育倡议提供的框架或更多的地方教育政策框架来确定他们的研究目的和设计，以促进利用STEAM教育来发展学生的学习技能。其中包括可持续发展目标、沙特早期学习课程标准、马来西亚教育发展计划、泰国国民经济和社会发展计划第12条、新加坡国家学前标准课程(NPSC) 和美国的NRC框架与资产科学课程。除了全球和地方教育政策法规框架外，幼儿教育研究中的STEAM还使用了其他框架，即技术发展框架。

4.3在ECE研究中，STEAM有哪些学习活动?

总的来说，有12项选定的研究是针对儿童的，13项研究侧重于教师和他们的看法，而只有一项研究是通过基于STEAM的教学来调查。总体而言，儿童参与者年龄为3至6.5岁。研究确定了多种类型的学习活动，即技术增强学习(n = 6)、基于探究项目的学习(n = 6)、基于艺术的学习(n = 3)、主动学习(n = 2)、基于问题的学习(n = 2)、沉浸式学习(n = 1)和在线学习(n = 1)(表3)。四项研究主要探讨教师对STEAM教育的看法，另一个专注于STEAM移动应用程序，但没有提到儿童的学习活动。本节讨论了三种主要类型的学习活动(表3)。

尽管幼儿可能不理解STEAM教育跨学科性质背后的工作原理，但许多研究人员设计了他们的学习活动，通过技术学习活动来支撑这些概念。教育机器人经常用于玩耍，例如Bee-Bot 和KIBO舞蹈机器人。Bureekhampun和Mungmee设计了一个名为Beagle的可移动机器人的学习活动，它允许学生使用菜单卡、动物卡、故事手册和手工活动来发展他们的思维过程。同样，Chaldi和Mantzanidou让儿童参与体验和技术体验，以理解排序和重复等编程概念。这些活动包括学生向机器人发出指令。开发者还设计了探究性和基于项目的学习活动，以模拟专业培训的教学计划，并在STEAM教育中促进儿童的主动学习。Awang等人在STEAM教学中探索了Fred Rogers教学法的研究性学习活动。Hong等人设计了CUP DO REI MI和清洁布项目，以提高教师的教学内容知识。Mercan和Kandır推出了24个与教育环境的可用性密切相关的STEAM项目和活动。设计规划过程和STEAM的跨学科性质，同时也促进儿童的积极参与。部分研究使用了基于艺术的学习活动，如创造性游戏、故事和儿童书籍，以及戏剧、故事和声音活动。例如，Erol等人进行设计活动，以提高儿童的创造力和解决问题的能力。STEAM课程以一系列以故事为基础的活动呈现，包括猜测故事的标题、总结未完成的故事、故事中的实验、数学练习(如配对和比较)、游戏和现实动作活动等。

表3  STEAM研究中的学习活动

4.4 STEAM在ECE研究中的研究成果是什么?

研究成果包括儿童的知识获取(9篇)、技能习得(11篇)、教师和家长的态度变化(13篇)。值得注意的是，一项研究可能涉及多个结果。在知识获取方面，多项研究发现，学习STEAM提高了儿童的知识，如数学、计算机和算法思维概念以及编程知识。例如，在学习STEAM后，孩子们理解了数学中的距离、方向、转换、测量和排序的概念，以及计算机化和编程命令。进行STEAM教育后，儿童可以发展和提高多项技能，如儿童的视觉空间推理、社会和认知技能、思维过程、工程技能、创造力和解决问题的技能。例如，Sullivan和Bers报告说，在最终的STEAM项目中，儿童表现出对使用电机和传感器的平台、建筑和施工技能的工程的高水平掌握。孩子们成功地将可回收材料融入到成品和可操作的机器人中。在态度方面，孩子们经常报告喜欢这些活动，并在这些活动中变得更自信和更投入。DeJarnette报告说，学生们充分参与，积极参与，轮流实验，在课后甚至不愿离开学习中心。其他专注于专业STEAM培训的研究也发现，基于项目的教学法可以有效地进行教学。

表4 幼儿教育课堂中STEAM教育面临的挑战

4.5 STEAM研究中发现了哪些挑战?

本节概述了STEAM教育在幼儿教育过程中面临的重大挑战，即教师的教学内容知识有限(15篇文章)，对STEAM教学的消极态度(7篇文章)，以及教学指南和资源不足(7篇文章)，如表4所示。

在教学内容知识有限方面，许多研究表明，教师经常报告难以掌握STEAM教学内容知识。例如，两项研究提到他们对STEAM的知识有限，不确定如何具体教授。Awang指出，人们对STEAM的概念理解不足，导致STEAM在教学实践中难以实施。一些研究发现，部分教师对STEAM教学的信心较低，对STEAM教学持有消极态度，并且可能无法根据学生的需求定制他们的方法。在教学指导和资源不足方面，一些研究发现，没有足够的资源和证据来概念化STEAM的定义，也缺乏完整的实施指南和学习材料。

5.1 结论

近年来，越来越多的研究关注STEAM在幼儿教育中的应用。然而，没有研究具体总结目的、框架、学习活动、结果、评估方法和挑战，供教育工作者和研究人员参考。本研究的结果从框架、学习活动、结果、评估方法和挑战等方面概述了ECE中STEAM的文献。根据调查结果，在幼儿教育范围内，全球和地方教育政策法律框架是STEAM教育研究中最常用的。根据以往的研究，本研究表明，政策制定者和教育工作者有强烈意向将STEAM教育纳入当地现有的教育政策和实践。然而，必须注意的是，其他理论框架也可能与幼儿教育中的STEAM教育相关，如多样化创造力的生态框架、根源探究和衍射框架以及早期和基础阶段框架。未来的研究可以探索在这种情况下使用不同的框架来为STEAM教育计划的设计和实施提供信息。

尽管人们认识到艺术和科学往往交织在一起，不易分离，但在跨学科教育中扩大对人性及其局限性的认识以及将人类和非人类视角纳入其中的重要性往往被忽视。因此，有必要进一步调查跨学科STEAM教育对教育环境中公平和包容的影响。此外，探索有效利用新兴技术，如虚拟现实，增强现实和人工智能，以支持STEAM教育值得关注。就研究成果而言，学习STEAM科目可以为儿童带来显着的知识优势，增加对数学、计算机和算法思维概念的理解，以及关于机器人概念的理解。除了知识之外，学习STEAM科目还提高了儿童的技能，包括工程技能、创造力和解决问题的能力，这对于在现代社会中取得成功至关重要。STEAM教育还可以激励学生为社会做出积极的贡献。

混合研究设计是研究人员在幼儿教育中调查STEAM教育有效性时最常用的方法。本研究表明，有必要将定性和定量方法相结合，以了解STEAM教育对幼儿教育的影响。定性研究也经常用于探讨幼儿教育STEAM教育方案中教师和学生的经验。这种方法可以为学习过程提供有价值的见解，并有助于确定在幼儿教育中实施STEAM教育的任何挑战或障碍。另一方面，定量方法也有助于衡量具体的STEAM干预措施或规划的有效性。未来的研究可能受益于一种更平衡的方法，包括定性和定量方法。尽管使用定量方法的研究数量有限，但结果表明，STEAM教育可以对幼儿的学习成果产生积极影响。例如，研究发现STEAM活动可以提高儿童的社交和认知技能、视觉空间推理以及解决问题和创造力。这项审查的结果表明，STEAM教育有可能成为幼儿课程的一个有价值的补充。然而，需要更多的研究来充分了解STEAM教育对幼儿教育过程的影响，并确定最有效的教学方法。未来的研究还可以探索STEAM教育对儿童学习成果的长期影响。

5.2 教学意义

本研究的第一个教学意义是有效的STEAM教育学习活动。希望在幼儿教育中推广STEAM教育的教育工作者可以从这篇综述文章中学习。此外，本研究总结了幼儿教育中STEAM教育的目的、框架和挑战。研究人员可以将此内容作为参考。进一步验证了在幼儿教育中学习STEAM的有效性。大多数研究表明，学习STEAM可以显著提高儿童对数学、计算机和算法思维概念的理解。最后，本文通过介绍不同研究中使用的不同评估工具，包括用于检查儿童学习成果的定量和定性评估，为幼儿教育研究中的STEAM教育做出了贡献。

5.3 给教育工作者的建议

可提供一系列适合幼儿发展的STEAM实践体验，这些可以包括用积木进行建造、用艺术材料探索以及用简单机器进行实验。为孩子们提供在STEAM项目上合作的机会，这有助于培养他们的社交和沟通技巧，以及他们批判性和创造性思考的能力。科技教育研究使用技术和数字工具作为STEAM学习过程的一部分，包括使用编码应用程序，交互式白板和其他数字资源来增强儿童对STEAM概念的理解。

为教师提供专业发展机会，让他们了解STEAM教育以及如何将其融入课堂实践，这有助于他们建立教学STEAM的信心和能力，并确保他们在教学时达到最佳实践效果。通过分享STEAM教育的信息，并为他们提供参与孩子学习的机会，在父母和儿童照顾者中培养对STEAM教育的积极态度。

5.4 局限性及未来研究方向

这项研究有几个局限性。首先，我们只调查了英文文章。其次，调查研究的数量相对有限。第三，本研究仅关注幼儿教育中关于STEAM教学的文章。未来的研究可探索文化和情境因素对STEAM教育的潜在影响。这可能涉及比较不同文化的研究结果，或探究文化变量在教育干预结果中的作用。研究潜在的调节过程可能会影响STEAM教育中的变量之间的关系，如年龄、性别、社会经济地位和其他个人层面的因素等。