STEM教育理念在幼兒園科學(xué)教育活動中的實踐運用

廖娟 李永才

【摘 要】STEM教育理念指導(dǎo)下的科學(xué)教育活動起源于問題情境、活動內(nèi)容具有整合性、活動目標(biāo)具有綜合性、活動方式具有操作性與實踐性。文章以STEM教育理念為指導(dǎo)對M園的科學(xué)教育主題活動“磁力”進行分析，發(fā)現(xiàn)M園科學(xué)教育活動以獲取靜態(tài)知識經(jīng)驗為主，缺乏探究過程；活動內(nèi)容被簡化割裂，缺乏內(nèi)在邏輯聯(lián)系；活動過程以被動學(xué)習(xí)為主，缺乏操作性。據(jù)此，文章提出改善策略：開展集體教研活動，提高教師對STEM教育活動的認識；精心設(shè)計項目學(xué)習(xí)活動，系統(tǒng)梳理探究任務(wù)；開展動手動腦的操作活動，提高探究趣味。

【關(guān)鍵詞】STEM教育 幼兒園科學(xué)教育 主題活動

【中圖分類號】G61? ? 【文獻標(biāo)識碼】A? 【文章編號】1002-3275（2024）03-86-04

一、問題提出

STEM是科學(xué)（science）、技術(shù)（technology）、工程（engineering）和數(shù)學(xué)（mathematics）四個學(xué)科的簡稱，但并不是四門學(xué)科教育的簡單重疊，而是將四門學(xué)科內(nèi)容組合成為有機整體，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力，提高學(xué)生的STEM素養(yǎng)。STEM教育源于美國，并得到廣泛認可。2015年在教育部辦公廳發(fā)布的《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導(dǎo)意見》中首次提出了“探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式，使學(xué)生具有較強的信息意識與創(chuàng)新意識，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)習(xí)慣，具備重視信息安全、遵守信息社會倫理道德與法律法規(guī)的素養(yǎng)”，此后，各地政府、社會機構(gòu)和學(xué)校加大了資源投入力度，進一步推動了STEM教育的發(fā)展。2017年6月，中國教育科學(xué)研究院正式成立STEM教育研究中心。該中心發(fā)布了《中國STEM教育白皮書》和《STEM教師能力等級標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，并啟動了“中國STEM教育2029行動計劃”。隨著中國STEM教育發(fā)展大會的開展，我國STEM教育走向?qū)嵺`化探索之路。2023年11月9日，聯(lián)合國教科文組織第42屆大會通過了在中國上海設(shè)立教科文組織國際STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）教育研究所的決議，推動STEM教育不斷邁上新臺階。

隨著STEM教育的進一步研究發(fā)展，我國近年來也出現(xiàn)了很多對于學(xué)前階段科學(xué)教育領(lǐng)域應(yīng)用STEM教育的研究。主要集中于學(xué)前兒童STEM素養(yǎng)的結(jié)構(gòu)框架及提升路徑、幼兒園STEM教學(xué)活動的模式探究、課程開發(fā)和實踐運用、STEM教育活動與其他活動的關(guān)系研究，例如科學(xué)活動、繪本教學(xué)、區(qū)域活動、戶外建構(gòu)活動等。有研究者認為，學(xué)前兒童STEM素養(yǎng)包含經(jīng)驗層面的知識整合與應(yīng)用、工具層面的技術(shù)設(shè)計與創(chuàng)新、行為層面的科學(xué)思維與表達以及態(tài)度層面的主動學(xué)習(xí)與探究四個維度，它們共同構(gòu)成支撐幼兒開展跨學(xué)科探究活動的核心素養(yǎng)。［1］有研究者認為學(xué)前兒童STEM早期素養(yǎng)包括STEM知識、STEM技能以及STEM學(xué)習(xí)品質(zhì)三個部分。［2］有研究者建構(gòu)了基于幼兒深度學(xué)習(xí)的STEM教育模型。［3］對學(xué)前兒童STEM素養(yǎng)進行研究為STEM教育課程研究指引方向。有研究者從張雪門行為課程的視角發(fā)現(xiàn)目前幼兒園STEM教育課程存在內(nèi)容單一，忽視幼兒行為的整體性；課程內(nèi)容市場化，脫離幼兒生活經(jīng)驗；教師課程支持能力不足等問題。［4］在STEM教育與科學(xué)教育活動的關(guān)系方面，有研究者以自身教學(xué)經(jīng)歷為依據(jù)，認為STEM教育理念可以延伸應(yīng)用于科學(xué)區(qū)角活動，依據(jù)STEM教育理念來設(shè)計和準(zhǔn)備材料，以此可以促進STEM教育學(xué)習(xí)。［5］有研究者通過對STEM教育在幼兒園科學(xué)教育中的運用研究，指出了當(dāng)前STEM幼兒園科學(xué)教育活動中存在的不足，并且針對性地指出了如何更好地將STEM應(yīng)用于幼兒園科學(xué)教育活動，進一步推進了STEM教育如何更好地開展科學(xué)教育教學(xué)。［6］

對STEM教育研究發(fā)展較晚的學(xué)前教育階段，采用靈活并且適用的方式開展STEM教育活動是促進STEM教育園本化的有效策略。本文闡述的幼兒園STEM教育活動是幼兒園開展的一種整合活動。以幼兒自主探索為核心，在學(xué)科融合的基礎(chǔ)上，促進幼兒開放性思維的培養(yǎng)，進一步提高幼兒的科學(xué)素養(yǎng)和解決問題的能力。研究將利用觀察法，結(jié)合實際案例，分析STEM教育理念在M幼兒園科學(xué)教育活動中的運用情況，為幼兒開展科學(xué)探究活動增加針對性，為幼兒園教師設(shè)計與開發(fā)更多優(yōu)秀STEM教育活動提供借鑒。

二、STEM教育理念下幼兒園科學(xué)教育活動的特征

STEM教育理念的核心是培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，這一素養(yǎng)是個體在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域中運用個人關(guān)于現(xiàn)實世界運行方式的知識的能力。有研究者認為STEM教育的特點是基于真實的問題情境、凸顯整合性思維、強調(diào)知識與實踐的協(xié)同發(fā)展。［7］有研究者認為整合是STEM教育最突出的特征、STEM教育以培養(yǎng)21世紀核心素養(yǎng)為目標(biāo)、以真實問題情境和項目學(xué)習(xí)形式為課程設(shè)計的主軸、重視邏輯思考和創(chuàng)新能力等思維的培育。［8］融合的STEM教育具備以下的核心特征：跨學(xué)科性、趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性、藝術(shù)性、實證性和技術(shù)增強性等。［9］STEM教育理念強調(diào)探究精神和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，將這一理念滲透于幼兒園科學(xué)教育活動中，能夠提高幼兒園科學(xué)教育質(zhì)量，更加契合新時代對于幼兒的培養(yǎng)要求。有研究者認為STEM教育在學(xué)前教育階段比較突出的特點是學(xué)習(xí)內(nèi)容的整合性、跨學(xué)科性，學(xué)習(xí)方式的實踐性、過程性和學(xué)習(xí)背景的情境性、生活化等。［10］有研究者認為幼兒園STEM課程的核心要素有五個：跨學(xué)科整合、真實情境、問題驅(qū)動、游戲化學(xué)習(xí)、公開的成果。［11］結(jié)合幼兒園科學(xué)教育活動的特點，STEM教育理念下幼兒園科學(xué)教育活動具有以下三個特征：

（一）活動起源于問題情境

STEM教育過程起源于真實的問題情境，是一個解決實際問題的過程。幼兒親身體驗、動手操作尋找解決辦法，親身經(jīng)歷探究過程：提出問題—進行假設(shè)—驗證假設(shè)—分析與記錄—分享與交流。在不斷提出假設(shè)、反復(fù)驗證中獲得新經(jīng)驗，掌握新技能，并運用于問題解決。例如在幼兒解決給小雞打窩這一實際問題中，問題本身的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)性可以激發(fā)幼兒探索的興趣，使幼兒積極思考。幼兒在解決問題之后體驗到成功感，激發(fā)成就動機。在此過程中伴隨著批判、反思、遷移等高階思維的發(fā)展。幼兒對問題進行表征、分析、驗證、評價都離不開高階思維。作為深度學(xué)習(xí)的核心，高階思維的建立貫穿于早期STEM教育的整個過程。

（二）活動內(nèi)容的整合性與目標(biāo)的綜合性

STEM教育活動是以工程設(shè)計為基石，將科學(xué)、技術(shù)與數(shù)學(xué)等連接在一起的綜合性活動。這種連接并不像首尾相接的圖形，可以將一個完整的活動割裂為四個部分，而是像一座山的各個側(cè)面，缺少哪個側(cè)面都無法組成完整的山體。例如在搭建橋梁的活動中，幼兒關(guān)注橋梁的高與直，就是在體驗平衡的穩(wěn)定性；幼兒關(guān)注橋梁的STEM教育活動的整體性，意味著幼兒園科學(xué)教育不能簡單地以獲取科學(xué)知識為目標(biāo)，而要強調(diào)科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)、探究精神的形成以及良好學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)品質(zhì)的建立，引導(dǎo)幼兒科學(xué)思維和情感的全面發(fā)展。

（三）活動方式的操作性與實踐性

基于問題驅(qū)動的STEM教育活動，最終以生產(chǎn)產(chǎn)品、促進問題解決為活動終點。例如從繪本故事《金發(fā)姑娘和三只小熊》中引發(fā)的問題：三只熊是怎么處理壞椅子的？為解答這一問題，幼兒需要完成設(shè)計挑戰(zhàn)：利用可重復(fù)使用的資源制作一把穩(wěn)固的椅子，要求椅子不能搖晃。［12］幼兒在STEM教育活動中動手實踐自己對問題的思考，將想法變成現(xiàn)實（做一本可以翻動的書、做一個可以喝水的紙杯等）。通過制作、測試、改進并分享，完成項目任務(wù)，解決問題。STEM教育理念指引下的科學(xué)教育活動就是動手操作完成工程任務(wù)、設(shè)計活動，發(fā)展實踐智慧。這就要求教師重新規(guī)劃科學(xué)教育活動的設(shè)計思路，摒棄以往表演式、夸張式、練習(xí)式的設(shè)計傾向，建立探究式、發(fā)現(xiàn)式、體驗式的活動框架，注重探究過程，著眼于終身發(fā)展的價值傾向，提升活動品質(zhì)。

三、STEM教育在幼兒園科學(xué)教育活動中運用的問題分析

“神奇的磁力”是M園的STEM系列活動，本研究僅選取中班開展的STEM系列活動中的一次集體活動——“磁鐵”為例進行分析，活動分為教師講授與幼兒體驗兩個部分。教師先進行課前導(dǎo)入，通過幼兒的討論將磁力主題帶入課堂。在導(dǎo)入完成后，教師講授磁鐵的屬性以及在生活中常見的應(yīng)用方式，此部分時間占比最大。在講授完成后，幼兒實踐體驗。在此環(huán)節(jié)，教師將幼兒分成六人一組，每組發(fā)放一份實驗用具（磁鐵、各類金屬）。幼兒操作完成后，教師進行總結(jié)，活動結(jié)束。活動過程中的突出問題如下：

（一）活動目的以獲取靜態(tài)知識經(jīng)驗為主，缺乏探究過程

本次科學(xué)活動在教師對磁鐵的相關(guān)特性進行總結(jié)后草草結(jié)束，幼兒對磁鐵的實踐體驗僅限于感知磁鐵的基本屬性，缺乏磁鐵屬性在生活中的實際運用探究。在《兒童像科學(xué)家一樣——兒童科學(xué)教育的建構(gòu)主義方法》這本書中提到皮亞杰提出的知識的三種類型：物理知識、邏輯—數(shù)理知識和社會知識。物理知識包含著個體對物理世界的理解：由自身特點、性質(zhì)所導(dǎo)致的物體和材料的運動方式。邏輯—數(shù)理知識是個體通過比較而形成的有關(guān)物體間關(guān)系的知識建構(gòu)。社會知識是只能通過社會性活動進行傳遞的知識。［13］物理知識與邏輯—數(shù)理知識都是通過兒童自身的心理活動與身體活動構(gòu)建的。探究磁鐵可以吸引物品這一基本屬性屬于物理知識，探究磁鐵兩極的關(guān)系這一知識屬于邏輯—數(shù)理知識。獲得磁鐵的名稱、基本屬性等靜態(tài)知識屬于社會知識，靠傳遞獲得。建構(gòu)主義更強調(diào)知識的建構(gòu)，不主張傳遞式學(xué)習(xí)。然而，在這一活動中幼兒僅獲得了“磁鐵可以吸引物品”這一靜態(tài)知識，沒有建構(gòu)的過程，獲得的知識經(jīng)驗難以遷移和內(nèi)化。

（二）活動內(nèi)容被簡化割裂，缺乏內(nèi)在邏輯聯(lián)系

教師在設(shè)計主題活動時僅以內(nèi)容的表面屬性區(qū)分主題的類型，缺乏主題內(nèi)容之間的有機整合，且子主題之間的邏輯關(guān)系混亂，“游戲活動”被語言、科學(xué)與社會三個領(lǐng)域單列出來有失合理性。教師并未從探究問題出發(fā)設(shè)計探究過程，活動起源于教師預(yù)設(shè)的活動結(jié)果，學(xué)習(xí)過程就是復(fù)演教師的設(shè)計過程。探究變成了練習(xí)與灌輸，影響了幼兒在探究過程中的主動性與積極性，這將導(dǎo)致幼兒無法體驗探究未知的樂趣，更難以獲得科學(xué)探究過程中的“哇”時刻。此外，教師僅關(guān)注內(nèi)容所屬類型，而對探究內(nèi)容本身——磁鐵的完整性關(guān)注不夠。幼兒園“磁力”主題網(wǎng)絡(luò)圖見圖1。

（三）活動過程以被動學(xué)習(xí)為主，缺乏操作性

該活動并未設(shè)置應(yīng)解決的問題情境，教師主要通過教師教、幼兒學(xué)的方式組織活動。STEM教育的核心特征便是體驗性、操作性與實踐性，對于以獲取直接知識為經(jīng)驗特征的幼兒來說，教師講解并非探究的主要方式。設(shè)置完善的課程情境是保障STEM課程體驗性的前提，幼兒通過情境體驗激發(fā)探索學(xué)習(xí)的興趣，提高活動的專注度。在本活動中，幼兒的操作缺乏情境性與目的性，教師僅教會了幼兒如何擺弄實驗材料，幼兒缺乏對實驗材料本身內(nèi)在核心經(jīng)驗的認知，操作的教育價值不大。STEM教育注重學(xué)生學(xué)習(xí)與實際生活之間的聯(lián)系，教育要立足于生活，強調(diào)“做中學(xué)”的教育理念，開展基于真實問題情境下的探索式學(xué)習(xí)。

四、幼兒園開展STEM教育活動的有效策略

（一）開展集體教研活動，提高教師對STEM教育活動的認識

從“磁力”這一案例不難發(fā)現(xiàn)，教師對STEM教育活動開展目的、開展途徑、教師角色意識、幼兒參與度等問題并不了解。集體教研活動是有效提升教師認識的主要策略。集體教研活動是教師共讀一本書或者共研同一個案例，將STEM教育的相關(guān)理念與實踐活動相互結(jié)合，提升教師的課程引導(dǎo)水平，相似案例的共同性也會帶給教師不同的思考。不同專業(yè)層次的教師都可以在研討過程中發(fā)揮作用。專業(yè)水平較高的教師將自己的收獲與思考問題的方式清晰地展示出來。新手教師不斷汲取新觀點、新看法與新理念，與自己的實踐活動相對照，找到自己活動的問題癥結(jié)，不斷優(yōu)化活動本身。多樣化的教研活動可以將教師原本的困惑與不解變成活動開展的思路與想法，生成更多有生命力的活動內(nèi)容。例如教師就“STEM教育活動中的內(nèi)容較多，無法把握活動重點”的問題展開研討。研討過程充分體現(xiàn)出氛圍的輕松感，不同觀點與看法交織，最終將問題轉(zhuǎn)為活動是否具有清晰的線索、教師是否對活動有清晰的規(guī)劃等。研討結(jié)束后，教師明確了問題，知道整改的思路，達到研討的目的。

（二）精心設(shè)計項目學(xué)習(xí)活動，系統(tǒng)梳理探究任務(wù)

在觀察幼兒行為、熟悉幼兒已有經(jīng)驗并掌握幼兒探究興趣的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)該根據(jù)核心經(jīng)驗精心設(shè)計主題課程。圖2為“磁力”這一主題課程思路圖的部分例舉，教師可以結(jié)合班級實際情況，開展多領(lǐng)域融合的教育活動，不拘泥于活動形式，以幼兒的已有經(jīng)驗與磁力本身的核心經(jīng)驗相結(jié)合，構(gòu)成活動探究的主要脈絡(luò)與線索。活動開展過程中將教師的預(yù)設(shè)活動與生成活動相互結(jié)合，重視幼兒在活動進行中的主體地位，時刻關(guān)注幼兒的興趣導(dǎo)向與活動意愿。例如通過閱讀磁力主題相關(guān)的繪本故事，引發(fā)幼兒思考生活中的磁力現(xiàn)象，激發(fā)對磁力現(xiàn)象的興趣。教師可以引導(dǎo)幼兒觀察生活中更多有趣的磁力現(xiàn)象并開展相應(yīng)的科學(xué)探究活動，鼓勵幼兒動手操作，發(fā)現(xiàn)磁力的基本特性，解決實際問題。此外，教師可以利用區(qū)角活動，讓幼兒體驗磁力的樂趣，鼓勵幼兒進行“頭腦風(fēng)暴”，發(fā)現(xiàn)或者設(shè)計更多有趣的磁力游戲。

（三）開展動手動腦的操作活動，提高探究趣味

《3—6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南》中提到科學(xué)領(lǐng)域?qū)?～6歲幼兒的目標(biāo)之一是“能經(jīng)常動手動腦尋找問題的答案”。在“磁力”這一活動中，教師請幼兒操作磁力相關(guān)材料，只停留于動手的層面，并未涉及動腦。動手不動腦，幼兒僅僅在擺弄材料，獲得的也只是簡單的物理屬性知識（即磁鐵可以吸引物品），并沒有對活動中的探究經(jīng)驗進行思考與總結(jié)，難以獲得聯(lián)系性的、邏輯性的、遷移性的經(jīng)驗（例如知道磁鐵可以吸引哪些物品、磁鐵的磁力有什么作用）。動手與動腦相互結(jié)合的探究過程需要教師向幼兒說明待解決的探究問題，明確探究任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，幼兒猜測探究結(jié)果并使用自己的探究方法驗證自己的猜測。親身經(jīng)歷探究過程以后，幼兒向同伴或者教師說出探究過程及探究發(fā)現(xiàn)，梳理探究過程，提升探究經(jīng)驗。這樣的探究過程是教師引導(dǎo)下具有探究意味的操作過程，而非單純重復(fù)枯燥實驗，能夠有效提高科學(xué)探究的教育意義。

本研究依據(jù)STEM教育在活動起源、活動內(nèi)容、活動操作方式等方面的特點分析M園教師開展的磁力活動，試圖借助STEM教育理念改革目前幼兒園科學(xué)教育活動的突出問題，體現(xiàn)科學(xué)教育活動的探究性與發(fā)展價值，能夠為相關(guān)活動的開展提供借鑒意義。但是受樣本限制，未能觸及所有現(xiàn)實問題，未來研究將繼續(xù)著眼于解決更多幼兒園科學(xué)教育活動中的現(xiàn)實問題。

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