幼兒STEAM教育是甚麼? 讓清大榮退教授周淑惠老師分享幼兒STEAM教育實戰經驗! 【2024年版】
關於幼兒STEM教育這件事情，其實網路上很多文章都在解釋，也有很多人認為，只要是做做科學實驗、玩玩雷射切割、練習編程，就叫做STEM。但實際上操作起來，加入了科技產品是否就是STEAM教育呢 ? 按照國內外的定義，真正的幼兒STEM教育的意義是甚麼呢? 在幼兒期實施STEAM教育有其必要性嗎? 實際上在幼稚園，STEAM又該如何切入或著手，以及第一線的老師可以運用的STEAM教材又有那些呢?
在搜尋了非常久的資料之後，玩具腦的腦爸看到一本《幼兒 STEM 教育：課程與教學指引》，看完文章喜歡的可以直接點擊連結購買。裡面有非常清楚對於STEM教育的定義，以及相關課程的實作，腦爸從來沒有看書看到血脈沸騰，居然看這本書一直讓腦爸感到 - 對對對這就是解開我心裡困惑的鑰匙! 於是大膽的打了電話給周老師，老師也非常親和地花了時間，向玩具腦團隊解釋並演示STEM該如何進行，以及精神是甚麼，實在非常感動 !
為了讓幼兒STEM教育能夠被更正確的推廣，腦爸邀請了周老師分享她書中的文章給大家，每個字都切中了要害，文章也有很多實作的範例，是一個STEM教育不可多得的一本書。以下就是周老師分享給大家的節錄內容。
幼兒STEM教育 是甚麼? 讓清大榮退教授周淑惠老師分享幼兒STEM教育實戰經驗!
目錄
幼兒STEM釋義及入門
周淑惠 台灣清華大學幼兒教育系 / 所教授(榮退教授)、博士生導師
此篇文章也發表於大陸人大幼兒教育導讀公眾號
近年來由科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四個英文字第一個字母所組成的「STEM 教育」，在國際教育界頗受青睞，它最早緣起於發現學子在數學科目等國際測評上落後的美國，遂投入大量人力與經費發展 STEM 教育，甚至教育部發布《STEM 2026：STEM 教育創新的一個願景》，將 STEM 教育延伸至學前嬰幼兒階段（US Department of Education, 2016），而且也確實落實在學前教育機構，甚而嬰幼兒中心，如收托0-6 歲嬰幼兒富有聲名的加州理工大學兒童中心（Children’s Center at CALTEC）。其後許多國家為因應人工智能新紀元與增進國家競爭力，也大力跟進推行 STEM 教育政策，如中國教育科學院（2017）曾發表《STEM 教育白皮書》，推展 STEM 教育；甚至有些國家也向下延伸至嬰幼兒階段，如澳洲於2019 年正式推動長達五年的幼兒 STEM 教育計畫－概念性遊戲實驗室（Conceptual PlayLab），目標是建立一個以遊戲與想像為基礎形塑幼兒 STEM概念並能推廣至全球的『概念性遊戲世界模型』（The Conceptual Play World Model）。
相信有很多讀者都聽過以上 STEM 教育，其實基於「探究」與強調「統整」精神的 STEM 教育也是台灣教育部（2017）所頒發《幼兒園教保活動課程大綱》的基本理念；甚而 108 學年度開始推動的 12 年國教其三大核心素養之一即為自主行動，且課程新設科技領域，並在部定課程（領域學習）外增加校訂課程（彈性學習），可跨領域實施統整性主題/專題/議題探究課程等多元形式，可以說 12 年國教提供 STEM 或自造者教育的發展空間與契機（方朝郁，2018；朱珮禎、曾淑惠，2018），讓幼兒階段的 STEM 教育可向上銜接。所以探討這些議題具有時代意義與研究重要性。
然而坊間 STEM 教育呈現不同樣貌，一般人對於 STEM 教育到底是甚麼及要如何實施，多半有所困惑，例如以下方框中現象是 STEM 教育嗎？本篇文章即是依據文獻與研究，針對這些疑惑或迷思解說並試圖開門一探究竟，希望能發揮撥雲見日之效，並起到在幼兒園嘗試施行的作用。
幼兒園於其園門展示可愛的機器人，從入園處、延伸的廊道到專科教室一路展現著 3D 列印機、平板電腦、插電與編程玩教具等，教室內各班也都配備一部機器人；或者是各班每星期兩三次進行材料包式的科學實驗活動；或者是全園啟動、花費時日於準備及舉辦 STEM 嘉年華或表演活動。
坊間 STEM 教育似乎多元，幼兒 STEM 教育的涵義到底是甚麼？
在 STEM 教育提倡之後，對於此種教育的稱謂有些異議。有學者主張在STEM 外，明白加入人文藝術（Arts, A）面向，使成「STEAM」，例如 Land（2013）、Sousa 與 Pilecki（2013）等人；也有主張加入閱讀（Reading, R）面向，使成「STREAM」，甚至有主張「STEM+」。筆者深深以為，幼兒教育一向重視各領域均重的全人教育，意欲培育完整兒童，若要特意加入任一領域於此一理工領域取向的 STEM 字詞中，實在有太多學科領域要加入如健康、情緒等領域，故仍使用 STEM 教育以回應此一教育政策之提倡初衷—提升理工相關學科能力，筆者衷心主張的是全人發展、各領域整合的幼兒 STEM 教育，即在原本各領域兼顧的探究性幼教課程基礎上稍加強化 S、T、E、M 等理工學科領域，因此使用「幼兒 STEM 教育」詞彙。
又筆者綜合各方文獻提出 STEM 教育的意涵為：針對生活中的問題，透過工程的設計、製作與精進的核心活動，以為課程與教學主軸，歷程中並整合運用科學與科學探究、數學與數學思考、以及技術與工具等，以產生製作物暨解決實際的問題（周淑惠，2018a，2018b，2020）。這是一個比較嚴謹的定義，在此定義中揭示 STEM 教育的起點或切入點是解決生活中問題或滿足生活中需求，核心活動與主要歷程是始於一個問題並歷經設計、製作與精進的「工程」程序；工程是 STEM 學習的觸媒，提供了各領域內容的理想整合工具（Kelly & Knowles, 2016），讓學生投入具挑戰性的工程設計是屬有品質、統整的 STEM教育經驗（Moore & Smith, 2014）。綜言之，STEM 教育的四個特徵是：解決問題、探究精神、工程活動、整合課程（周淑惠，2018a，2018b，2020），其實此四項特徵也可做為 STEM 課程設計之依歸，形同評量 STEM 課程的四個具體指標。
秉持以上定義，筆者認為 STEM 教育宜整合愈多的領域，然而坊間 STEM教育實務確實呈現不同樣貌，例如通常只代表一個學科，即科學一科也（English, 2016）；或科學與數學凌駕於其他兩個學科，很少關注到技術與工程（Bybee, 2010；Kelly & Knowles, 2016；Strimel & Grubbs, 2016），果若如此，何必將 S、T、E、M 四領域並置、提倡 STEM 教育呢？。又 Bybee（2013）綜合整理出當前坊間 STEM 教育的九種概況，顯然離學科領域整合的境界尚有距離：（1）STEM 等於科學（或數學 ），即單一學科；（2）STEM 意謂科學與數學，即分立的雙學科；（3）STEM 意謂納入技術、工程或數學的科學；（4）STEM 等於四個分立的學科；（5）STEM 意謂被科技或工程連結的數學與科學……；（9）STEM 意謂著一個跨學科課程。
篇頭方框中的幾種現象是幼兒 STEM 教育的體現嗎？
根據以上 STEM 教育定義與特徵，「幼兒園於其園門展示可愛的機器人，從入園處、延伸的廊道到專科教室一路展現著 3D 列印機、平板電腦、插電與編程玩教具等，甚至是教室內各班都配備一部機器人。」這無疑地是展現STEM 教育中的科技面向，但是若幼兒沒有實際地運用這些科技產品於解決問題上，以產生製作物或形成特定效果，並且於解決問題歷程中自然運用及整合各學科領域，則較不屬於以上所定義的 STEM 教育。也就是科技產品的展現是否就是 STEM 教育，吾人得從其實際運用加以評價。 又各班每星期一或兩次進行材料包式的科學實驗活動，若活動僅涉及STEM 教育中的科學面向而未整合其他學科領域，也非針對生活中的問題設法加以解決，則較非以上所定義之 STEM 教育；再且 STEM 教育強調整合性，與原本課程脫鉤僅每星期進行一兩次或兩三次，也非 STEM 教育本意。至於舉辦全園啟動、花費時日準備的 STEM 嘉年華展現或表演活動，固然可將學習成果讓家長、社會大眾知道，但重點還是要看在平日的課程與教學中，這些活動是如何進行的？例如有讓幼兒面對生活、遊戲中的問題，運用探究能力並歷經工程製作的程序加以解決嗎?
為何要大力地提倡幼兒 STEM 教育？
筆者從客觀的時代特性及所需能力、課程主體的幼兒階段特性與在幼兒期實施的可行性，來說明為何要提倡幼兒 STEM 教育。
(一)時代特性與能力需求
首先了解 STEM 教育的時代意義暨定位，有助吾人理解及推展。當代人類社會已經逐漸進入人工智能(Artificial Intelligence, AI)的時代，人工智能社會的特性是高速變遷與動盪不安，許多職業與工作會被人工智能或機器人取代，例如數百員工的工廠成為機器手臂操作的無人工廠，招致產業重組與洗牌，職場生存勢必愈發困難，因此具備 21 世紀技能聯盟所提出的批判思考與問題解決、創造與創新、溝通、合作「4C」能力，或筆者所提出的探究、創造與合作共構三項能力(周淑惠，2020)，無庸置疑地將成為逆境中生存與勝出的利器。很重要的是，今日的幼兒得要生存於明日的社會情境中，因此培養以上能力成為今日教育的重點。STEM 教育正可培養此三項能力：因為 STEM 教育乃以「探究」為主要精神（周淑惠，2017a，2018a；Barbre, 2017；Moomaw, 2013），其核心活動—運用工程設計產生製作物，即是一個強調「合作」的「創造」生產歷程，而在創造的歷程中，個體必須運用「探究」能力蒐集資料、尋求原因與測試以期解決問題，著實符合未來時代的三項能力需求。又根據實際調查，未來 5-10 年間，有 75%快速成長的職業將需要 STEM 相關技能與經驗（Chubb, 2013），可以說對 STEM 勞工的需求進入一個全球性短缺的爆炸性階段（Marrero, Gunning, & Germain-Williams, 2014）。此外，從國家在國際社會中的生存與競爭角度言，更必須著眼於 STEM 人才的培育，這在疫情發生的當今情勢已明白可見。
(二)幼兒階段特性與 STEM 教育實施可行性
每個園所在課程發展時都要根基於源自哲學觀的教育理念與歷史淵源，同時也要兼籌並顧未來社會需求與幼兒特性。以上時代特性及能力需求考量即是課程發展與決定四個基礎—哲學、心理學、社會學、歷史（歐用生，1993；Ornstein & Hunkins, 2017）中的「社會」基礎面向。再就幼兒特性言，他天生好奇出生後即以各種感官不斷地探索周遭世界，且五歲前正是大腦發展的關鍵期，實施以探究為精神的 STEM 教育，是極其合宜的。此外，諸多研究也確證實施幼兒 STEM 的可行性（McClure, 2017；Tippett & Milford, 2017；Campbell, Speldewinde, Howitt, & MacDanald, 2018），請參見拙著《幼兒 STEM 教育：課程與教學指引》（周淑惠，2020）中之論述。
可惜的是吾人經常發現，嬰幼兒的好奇心在小學或更高階段已被無趣與灌輸式的學校教育消磨殆盡。筆者堅信：知識、學習與習性是日積月累非一蹴可幾的，且誠如Lange 等人（2019）所言：幼兒有能力，也應有機會去思考、談論、閱讀與動手做 STEM，因此為及早培養幼兒對 STEM 的興趣、態度、知識與能力，開啟 STEM 大門，宜自幼開始實施 STEM 教育（周淑惠，2017b，2018b；張曉琪，2019；Barbre, 2017；McClure, et al., 2017；Zan, 2016），以培育能符應未來 AI 時代能力需求的公民。
STEM 教育似乎強調理工領域，它與幼教最高指導的課綱精神相吻合嗎？
誠如第一點所述，筆者一向認為幼兒 STEM 教育是立基於全人發展的教育，並不只是強調科學、數學、技術、工程等偏向理工的學科領域。又 STEM教育四個特徵是解決問題、探究精神、工程活動、整合課程，而統整與探究精神也是《幼兒園教保活動課程大綱》的主要理念：「幼兒天生喜歡遊戲，在遊戲中自發的探索、操弄與發現。」、「本課程大綱內涵…… 劃分為…… 六大領域…… 以統整方式實施。」（第四頁），並在實施通則中（第八頁）指出「……讓幼兒得以自主的探索、操弄與學習。」因此幼兒 STEM 教育與課綱崇尚的精神相當契合。
幼教界很早就重視不同領域間統整及提倡探究教學（Linder et al., 2016），可以說是實施 STEM 教育的有利場域。聞名國際具有探究精神的「項目教學」（Project Approach），其創始者 LiLian Katz 分析了項目教學實例，從中顯示項5目教學為 STEM 經驗提供良好的平台，它與 STEM 教育息息相關（Katz, 2010）。筆者推展幼教課程的多年經驗確實證明具統整與探究特性的「主題探究課程」是實施 STEM 教育的有利場域，二者間密切關連，只是主題探究課程講求各領域整合，並不刻意強調 S、T、E、M 諸領域或提出 STEM 口號(周淑惠，2020)。在主題探究課程中，幼兒不僅運用探究能力與相關知能，同時為了解決探究中的問題，也會歷經設計、製作與精進的工程歷程並自然產生成果，使得科學概念、數學知能、相關技術等學科領域自然易於匯合統整，課程裡充滿 STEM 教育重要特徵（周淑惠，2017a，2017b，2018a）。
STEM 教育似乎強調科技面向，它與自然教育的精神是背道而馳嗎？
新冠疫情發生後大家對自然教育、生命教育特別重視，有人就認為 STEM 教育似乎很強調科技面向，它與自然教育的精神好像背道而馳。筆者以為科技只是 STEM 教育的一個面向而已，而且要整合於 STEM 教育當中。其實 STEM 教育與自然教育並不悖離，反而極有關連，因為戶內、戶外遊戲都能體現探究精神，尤其是戶外環境中的自然元素如陽光、空氣、水、土、沙、石、動植物等是最棒的遊戲、探索元素；當幼兒漫步、跑跳、與自然環境中的動植物或事物互動時，可能會發現或遭遇某些問題，若允許幼兒深入探究，可從中體驗如何動手、思考與解決問題，與 STEM 教育密切連結。
例如戶外遊戲時如何運用植栽、樹枝搭蓋遮陽、休憩的的樹枝小屋？如何在樹枝間製作可擺盪的遊具(如鞦韆)？如何在大樹幹上製作可供攀爬用物(如繩梯)？為讓鳥兒常來如何製作可提供食物的器具(如餵食器)？扮演時如何運用各種自然物裝扮自己(如運用蔓藤、柳條、野花等)或裝扮所搭蓋的小屋(如運用芭蕉葉、蘆蒿、竹枝等)？在樹間穿梭遊戲時如何運用自然物製作發聲器(如葉笛、竹笛) ？如何運用自然物巧製好聽的風鈴？如何運用自然物幫小狗或小鴨子搭蓋免受曝曬雨淋的野外小屋(如運用石頭、泥土、樹枝等)？如何堆築穩固的沙堡、土厝、石頭屋以供扮演遊戲之用？如何將笨重的石頭、磚塊省力地運到土坡上(如製作有輪運輸工具手推車、繩拉車)？如何將沙坑的沙運到高聳的大型木平台遊具上去？如何運用飄落的自然物色染布料以供扮演之用？如何種植好吃的小黃瓜或蔬菜？如何就地搭灶燒烤地瓜或野菜？野炊時如何製作可測知風向的儀器(如風向儀、風籠等)？欲玩自製葉片小船時，如何挖渠引水至某處建蓋水塘(庫)？如何在小水流上搭蓋小橋聯繫兩岸等？
以搭建供休憩的樹枝小屋為例，本身就是個工程活動，它涉及穩固、平衡等原理(科學)，樹枝數量、承載量、空間推理與分配等(數學)；而技術層面包含手法(技法)、人類智慧產物如工具、材料、科技產品等，幼兒可能會運用戳入(泥土中)、結綁等手法，鏟子、繩子等工具或人為材料，甚至是平板電腦、手機(照相)等科技產物以查找或紀錄資料，自然地將技術面向整合於以上STEM 探索活動中。總之，以上這些在自然環境中探索、遊戲所遇到的問題，都可讓幼兒整合運用各領域知能，並歷經工程的設計、製作與精進程序加以解決，可以說 STEM 教育立基於自然教育與自然教育密切相關。因此幼兒園要有豐富的自然環境或者是半自然環境，尤其是要進行 STEM 探究的園所，如果擁有植栽、沙坑、土丘、隧道、生態池、小水道等，必定讓幼兒的遊戲、探索更為盡興與到位；然而更重要的是，要容許幼兒深入探究、動手操作、面對並解決問題，才能與 STEM 教育真正銜系。
在各園課程現狀下，幼兒 STEM 教育要如何切入或著手？
如果你的現有課程是依據課綱實施具遊戲、探究成分的整合性主題課程，那麼只要在此基礎上，進行一些能讓幼兒面對生活與遊戲中問題，並動手產生製作物以解決問題的活動即可；並建議你檢視課程的 STEM 各領域成分據以調修。即使是預先設計的主題與活動也沒關係，等你熟悉了 STEM 課程的運作並具有信心，再讓幼兒直接面對生活、遊戲或繪本情境中的問題設法動手加以解決，即實施生成性的 STEM 課程。但是如果你的現有課程尚未具有探究性或整合性，你就得先設法依據課綱走向主題課程，在課程基礎上從一周一、兩個STEM 探究活動開始實施，然後再加擴展。
不過無論你現在的課程狀態是甚麼，一定要先備好 STEM 探索的環境，包括室內區角、公共區域與戶外自然探索環境。因為環境是外顯可觀察的，它若具探索性能引發幼兒專注探索，自然就能激勵教師士氣並為探究性課程紮根，有利 STEM 教育的落實，正所謂「環境是第三位教師」。職是之故，室內每個區角都要有一些 STEM 元素，即涉及科學、數學、技術與工程層面的探索，例如豐富與多元材料的積木區可建蓋高樓、斜坡道、橋樑等，重思考與操作的益智操作區具備齒輪、坡軌組裝與編織等操作活動；也可以專設一個 STEM 探究區或與科學探究區適度結合，整體區角空間顯現吸引幼兒的 STEM 探索特性。
具有 STEM 探索特性的區角玩教材，大致可分三大類
(1)各類玩教具：一般性（建構性積木、涉及科學原理教具如齒輪、坡軌、磁力、電路組等）、編程玩教具(含插電的與不插電的桌、地遊)、運用 AR 與插電玩教具；
(2)供探究及製作的工具與材料：探究的工具（電腦、平板、手機、錄音、觀察暨紀錄等）、製作的工具（膠黏、固定、裁切等）與材料（黏土、冰棒棍、塑楞版、回收材料等）；
(3)運用科學原理的自製玩教具：如運用磁力原理製作的「跳舞娃娃」、電路原理製作的「迷宮小心走」、橡皮筋彈力與反作用力原理製作的「海盜船」等。
室內還有一些公共空間包括接待(聯誼)大廳、戶內轉換或觀賞空間、廊道(建築物內或半戶外)等。這些空間是幼兒早上來園或休憩時間必經之處，所以在做 STEM 探索的環境規劃時，一定要能吸引幼兒駐足徘迴，或願意投入遊戲、探索。因此一些牆面上涉及科學原理的操作或組裝設計，就顯得非常重要，因為牆面裝置比較不會阻擾交通動線，例如坡軌牆、鑲嵌積木牆、編織牆、齒輪牆、白板牆、叮咚牆等，這些牆面有市售現成的，幼兒園也可自行裝設，重點是幼兒可以一面探索、測試，一面操作或組裝，體驗科學、工程、技術、數學等整合領域。
至於戶外空間最明顯的是大型體能組合遊具，為促進 STEM 探索筆者建議：
(1)遊戲結構體向外延伸蹺蹺板(槓桿原理)、平衡木(重心)、旋轉設施(離心力)、音管(聲音傳送)等，並放置一些麻繩、木板、工具等附加零件，讓幼兒體驗科學原理或自己組裝鞦韆、小手推車、小屋等，甚至是製作、改裝其他遊戲需求的設施。
(2) 不同結構體橫向間或同一結構體上下間，設有滑輪裝置，或者是準備一些捲筒、麻繩、桶子等附加零件，讓幼兒自行組裝可運送物體的裝置；或者是製作繩梯、滑桿以聯繫不同階層；或者是織結繩網以保護平台空間。
(3) 遊戲結構體在適當處如平台、高台、側面等，鑲嵌或組裝涉及科學原理的觀察物與操作物，如輪軸方向盤、齒輪組、風鈴、音鐘、斜坡等；也可準備彩色玻璃紙、放大鏡、風車等附加零件讓幼兒探索並依遊戲需求而運用。
(4)沙土堆鄰近水源並提供容器、漏斗、竹子、樹枝、PVC 管等移動性附加零件，可以挖渠引水、建水庫、蓋沙堡、小屋等，增加遊戲的複雜性與多元性。
以上對組合遊戲結構體的建議涉及許多「附加零件」(Loose parts)，它可以是人造物，也可以自然物，甚至是回收物，可激發廣泛多樣的遊戲形式(Frost, 1992；Rivkin,1995)，在 STEM 教育上貢獻良多(註：這些原本是遊戲場外加的材料或零件，故筆者翻譯為附加零件)。此外，戶外遊戲環境有許多自然元素可資運用，如陽光、空氣、水、土、沙、動植物等，連同以上大型組合遊具是 STEM 探索活動的絕佳場所，已如以上第五點所述。
結語
人工智能的腳程已近在眼前並迫在眉睫，整個社會行業即將重組，亟須具探究力、創造力與合作共構能力的人才，STEM 教育正好可培育此等人才，而且整個社會對 STEM 人才的需求遽增，同時國家也必須強化其在國際社會的競爭力，因此實施以探究性主題課程為基礎的幼兒 STEM 課程，乃刻不容緩，況且它與課綱的遊戲、探究、領域整合等精神相吻，在研究上也具可行性。課程改革專家 Michael Fullan 曾指出，教育人員應具道德使命感，培養能生存與符應未來世代需求的公民；況且幼兒具備好奇心且處於大腦發展關鍵期。職是之故，教師應與嬰幼兒共同成長，自幼開始提供 STEM 探究機會，讓嬰幼兒逐漸積累知能並開啟 STEM 探究大門，即由個別的 STEM 探究活動擴展至以主題統整的 STEM 探究課程、由預設的 STEM 探究課程進展至生成的 STEM 探究課程、由區角 STEM 探究活動或偶爾實施進階到全面實施的 STEM 探究課程。
*本篇改寫自—周淑惠(2020)。幼兒 STEM 教育：課程與教學指引。新北市：心理。第一章與第二章。
