基于STEM教育提升幼兒園教師識別和運用科學原理能力的策略

【摘 要】教師是幼兒STEM教育的支持者、合作者和引導者，也是推動STEM教育順利開展的重要力量，直接影響著STEM教育的實踐和效果。2018年，中國教育科學研究院在《STEM教師能力等級標準（試行）》中提出教師要具備識別和運用科學原理的能力。文章圍繞學前教育階段STEM教師在識別和運用科學原理的基本特征、實施現狀和實施路徑三個方面展開討論，旨在有效提升教師的科學素養。

【關鍵詞】STEM教育 幼兒園教師 科學原理運用

【中圖分類號】G61 " 【文獻標識碼】A" 【文章編號】1002-3275（2024）07-87-05

習近平總書記在中國共產黨第二十次全國代表大會上的報告中指出：“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，開辟發展新領域新賽道，不斷塑造發展新動能新優勢。”開展學前教育階段的STEM教育，就要培養STEM教育人才；而培養STEM教育人才，就要培養學前教育階段的STEM教師。通過文獻法和調查法可以發現，學前教育階段的STEM研究和STEM教師的培養尚未形成體系，相關研究較少。而幼兒STEM教育旨在以探究為中心，通過解決生活中的真實問題，培養幼兒的科學思維、技術思維、工程思維、數學思維以及將四種思維緊密聯系起來的跨學科思維，因此，教師在STEM教育中識別和運用科學原理的重要性顯得尤為重要。

一、幼兒園教師在STEM教育中識別和運用科學原理的基本特征

2018年，中國教育科學研究院發布了《STEM教師能力等級標準（試行）》（本文簡稱《標準》），在STEM學科基礎的科學素養板塊中提到：“具備識別科學原理的能力，能夠理解科學的事實、概念、規律、定理和理論。具有運用科學原理的能力，能夠運用對科學的認識和理解去解釋或預測觀察到的現象。”在學前教育階段開展STEM教育，教師在識別和運用科學原理中具有特殊性，具體表現為以下四個方面：

（一）科學原理的啟蒙性

學前教育是為終身發展奠定素質基礎的重要階段，在此階段開展早期科學教育，可以有效培育幼兒科學探究精神，培養幼兒科學探究能力，進而為幼兒未來發展打下良好基礎。科學原理是自然科學和社會科學中具有普遍意義的基本規律，是在大量觀察、實踐的基礎上，經過歸納、概括而得出的，既能指導實踐，又能經受實踐的檢驗。

《3—6歲兒童學習與發展指南》（以下簡稱《指南》）強調：“幼兒科學學習的核心是激發探究興趣，體驗探究過程，發展初步的探究能力。”幼兒的學習是以直接經驗為基礎，通過直接感知、實際操作和親身體驗，在游戲和日常生活中獲取有益經驗的。因此，幼兒的年齡特征和學習方式決定了科學原理應該是啟蒙的、淺顯易懂的，來源于生活、便于理解的，是幼兒感興趣的。

（二）科學原理的整合性

《指南》指出：“兒童的發展是一個整體，要注重領域之間、目標之間的相互滲透和整合，促進幼兒身心全面協調發展。”“STEM教育高度關注了科學、技術、工程和數學學科教育，并將分散的學科教育集合成一個新的教育整體”［1］，而“STEM課程的評價也朝著綜合性、系統性的方向發展”［2］。因此，STEM教育從本質上而言，就是一種跨學科、重整合、重實踐的教育理念和學習方式。基于幼兒的學習方式和特點，學前階段的STEM教育更多是以主題活動、項目活動等形式開展。同時，幼兒在感知、識別和運用科學原理的過程需要調動多種經驗，如語言表達、符號表征、測量比較、動手操作等綜合能力的運用，體現科學原理具有整合性。

（三）在一日生活中識別

STEM教育旨在面對幼兒一日生活中的真實問題并嘗試解決，因此在一日生活中進行探究是課程不可或缺的部分。《指南》強調：“要珍視游戲和生活的獨特價值，創設豐富的教育環境，合理安排一日生活，最大限度地支持和滿足幼兒通過直接感知、實際操作和親身體驗獲取經驗的需要。”幼兒一日生活中的過渡環節、盥洗環節、午睡環節等都蘊含著STEM元素和科學原理，如洗手時水是從什么地方流過來的，肥皂泡是怎么產生的，午睡時為什么窗簾一拉上室內就很暗。這些生活中的科學原理都是課程的重要資源，需要教師和幼兒在一日生活中去觀察和識別。

（四）在真實情境中運用

幼兒的學習是以直接經驗為基礎，在游戲和日常生活中進行的。《指南》指出：“幼兒的科學學習是在探究具體事物和解決實際問題中，嘗試發現事物間的異同和聯系的過程。”有研究者指出：“STEM教育的起點或目標是解決生活中的問題或滿足生活中的需求。”［3］“STEM教育注重學生學習與實際生活之間的聯系，教育學生要立足于生活，從真實生活中的問題出發，強調‘做中學’‘學中做’的教學理念，開展基于真實問題情境的探索式學習。”［4］因此，真實問題應該貫穿于幼兒的整個學習過程，在教師與幼兒回歸生活、識別和運用科學原理過程中，把核心問題轉化為探究歷程十分有益。

二、幼兒園教師在STEM教育中識別和運用科學原理的現狀

根據《標準》中STEM學科基礎教師科學素養板塊提到的四個內容，對區域內學前教育STEM教師科學素養展開問卷調查，發現制約教師識別和運用科學原理的因素主要有：

（一）結構性質量的影響

1．辦園條件對開展STEM教育的影響

目前，STEM教育還處在起步階段，雖然中小學已經在2019年底啟動STEM教育，但是研究仍然不深入，尚未成體系。而學前教育階段開展STEM教育更是一片空白。部分園長、教師對于幼兒STEM教育缺乏敏銳性，STEM思維和意識薄弱，因此，在辦園經費方面，對STEM專項教育經費投入不足或根本沒有相關投入；在辦園環境方面，對于室內外游戲環境、功能室打造、設施設備采購、玩教具投放等缺乏相應規劃和支持，嚴重阻礙了STEM教育在學前教育階段的推廣。

2．師資結構對開展STEM教育的影響

在學歷結構方面，區域內幼兒園專任教師多為學前教育大專及以上學歷，大專學歷仍然占比較大。通過調查和訪談，絕大多數教師在職前未接觸過STEM教育或參加過相關培訓，對STEM教育十分陌生。另外，大多數園所在教師學歷提升機制上不健全，導致在職教師學歷提升存在困難。在師資培訓方面，由于區域內部分民辦幼兒園教師配備不足，流動性較大，導致教師外出培訓機會較少，對學前教育前沿咨訊和最新理念了解不足。在班級規模方面，區域內呈現兩極分化，一方面，優質幼兒園學位緊張，生源充足，班額較大，教師工作量大，沒有更多精力開展教育教學研究；另一方面，個別幼兒園生源較少，園長和教師把更多精力放在招生和宣傳上面，以確保幼兒園正常運轉，根本無暇顧及教育質量的提升。因此，師資結構對STEM教育的開展影響較大。

（二）過程性質量的影響

1．教師STEM意識和素養亟待提升

通過調查和訪談顯示，大多數教師非常認同在學前教育階段開展STEM教育，認為幼兒STEM學習的機會無處不在，但在實踐的過程中仍然存在部分教師無法正確地理解STEM理念的現象，如缺乏與STEM課程一致的教學觀、STEM理念無法融入科學活動中、科學原理不能轉化為幼兒能理解的方式呈現、材料投放隨意等。在活動后的教研或者評價過程中，部分教師不能有效捕捉問題，缺乏STEM思維和意識，科學素養亟待提升。

2．教師在開展STEM活動中識別和運用科學原理能力不足

“STEM教育就是科學、技術、工程、數學的教育”［5］，它將知識的獲取、方法與工具的利用以及創新生產的過程進行了有機統一。在開展STEM教育之初，如何將幼兒生活中的科學原理進行識別并運用是教師認為最困難的地方。如夏天來了，一場大雨過后，幼兒園種植區里的荷葉上有亮晶晶的露珠在滾動，教師應如何敏銳地去發現這一現象，如何站在兒童的立場去解釋這一科學原理，如何將這一科學原理運用到實踐當中去制作防水材料，做好的防水材料可以用到幼兒園的什么地方。這些問題對于教師來說是一個巨大的挑戰，沒有STEM意識、沒有足夠的識別和運用科學原理的能力是無法完成預設或生成的相關活動的。

3．STEM主題或項目活動缺乏探究性和系統性

首先，STEM探究主題不是來源于幼兒生活，甚至遠離幼兒生活，導致幼兒經驗不足，興趣不濃厚，探究無法深入；主題下的活動安排隨性為之，缺乏統整性、序列性和系統性。其次，STEM沒有真正納入幼兒園園本課程之中，常常作為科學活動的一種補充形式，在課程理念、課程目標、課程架構和課程實施中沒有真正體現STEM活動的價值，在課程內容的安排上與幼兒的游戲、生活、運動、學習無法整合。最后，STEM主題或項目活動的開展高度依賴于幼兒園科學教師或STEM教師，活動空間也常常局限在STEM功能室。當幼兒園面臨其他重要任務時，STEM主題或項目活動就會被忽視。當師資、時間、空間、材料等無法保證時，幼兒的深入探究也就形同虛設。

三、提高幼兒園教師在STEM教育中識別和運用科學原理能力的策略

學前教育階段要開展STEM教育，對教師識別和運用科學原理提出了更高的要求。通過以下途徑可幫助幼兒園一線教師提升STEM學科基礎科學素養，在STEM教育中具有更好的適應力和勝任力。

（一）加強學前教育階段STEM教師的專業化及其培養

推動幼兒園教師STEM專業發展，當下最迫切的是改善和提升幼兒園教師的科學素養，構建科學合理的學前教育課程體系。

1．開展職前幼兒園教師STEM系統培訓

首先，應提升STEM課程在學前教育課程體系中的比例，豐富自然科學、物質科學、生命科學等知識，為準教師開展幼兒STEM教育打下良好的基礎。其次，基于學前教育的特殊性，在職前培訓中，準教師應成為通曉自然、人文、歷史、科學、藝術和幼兒生理、心理等的綜合性人才，以滿足和支持幼兒的持續發展。最后，應完善學前教育教師的準入機制和分層培養機制，加強科學素養的培訓和考核，豐富科學知識，獲得科學方法，樹立正確的科學觀。

2．加強職后幼兒園教師科學素養提升

本文參考張文玲編制的幼兒園教師科學素養調查問卷，將幼兒園教師科學素養分為三個構成要素來考量：科學知識、科學過程和方法、科學情感與態度。［6］通過調查問卷，發現部分教師在科學態度和情感上比較積極，但科學方法運用較為單一，科學知識比較欠缺，甚至存在偏差。根據《標準》對STEM教師專業發展的要求，本文認為加強職后幼兒園教師科學素養提升非常關鍵。第一，應建立健全發展性教師評價機制，將科學素養的提升納入職稱和績效考核中，促使教師不斷提升科學素養。第二，幼兒園應把STEM教育納入園本課程之中，讓課程助推教師的專業發展和STEM教育的落地。第三，加強“校地”合作，將高等學校、社區、科研機構等資源有效整合，邀請高等學校教師、科研機構人員進園宣講，同時選派教師外出參觀和交流，豐富STEM經驗，獲得更高更快發展。第四，開展以“賽”代“培”活動。通過組織各級各類比賽，如STEM教師微課大賽、STEM編程玩具開發、樂高大比拼、機器人大賽等，推動教師科學素養全面提升。第五，幼兒園應積極參與STEM教育教學改革，開展STEM課題研究和專題教研，讓教師在研究中成長，從“專職”走向“專業”，促進STEM教育的全面提質。第六，教師應樹立終身發展的理念。從“外部驅動”轉化為“內部驅動+外部驅動”，加強科學閱讀，豐富科學知識，打通知識獲取與識別、運用的瓶頸，勇于探索，敢于實踐，形成科學素養提升合力。

（二）加強科學原理的普及與幼兒年齡特點的融合研究

以往部分幼兒園科學教育或STEM教育以知識本位為中心，活動看似豐富多彩，但往往停留在常識層面。在教學實踐中，部分教師往往聚焦具體概念，然后再隨意添加相關內容，使有用的知識與羅列出的無關事實相聯系，無法開展有深度的科學探究活動或STEM活動。

1．堅持幼兒為本開展STEM教育

《幼兒園保育教育質量評估指南》指出：“尊重幼兒年齡特點和成長規律，注重幼兒發展的整體性和連續性，堅持保教結合，以游戲為基本活動，有效促進幼兒身心健康發展。”因此，STEM教育必須尊重幼兒身心發展特點和現有發展水平，以解決幼兒生活中的真實問題為導向，科學制訂活動目標，根據幼兒需求和興趣預設或生成活動內容，用良好的科學素養支撐師幼互動和支架科學探究。同時，通過豐富有趣的游戲讓科學原理變得淺顯易懂，并與幼兒產生連接，獲得有益經驗。

2．開展幼兒STEM課程審議

課程審議是幼兒園課程建設及園本課程開發的重要環節和必然手段，也是幼兒園課程改革堅持質量導向的重要方式。課程審議能促使幼兒園教師專業發展從自發走向自主，最終走向專業自覺。本文主要針對STEM課程內容的審議闡釋。在STEM課程審議中，教師必須堅持幼兒立場，將活動內容由“具體概念”轉為“核心概念”。“‘核心概念’是各學科之間或學科內部之間的普遍意義上的聯系。教學內容由‘具體概念’向聚焦‘核心概念’逐步過渡，可以統整科學、技術、工程和數學等多領域內容，有助于幼兒跨學科思維的發展，實現綜合素養的提升。”［7］這樣的轉變有助于扭轉教師“知識本位”現狀，讓教師從關注STEM活動中如何“教”，轉向研究幼兒如何“學”，從而發現幼兒、支持幼兒。

3．讓STEM學習機會無處不在

幼兒的生活中有很多自發的與SETM相關的經驗。然而，在部分幼兒園中，只針對STEM某一特殊內容，在STEM活動中心（或功能室）進行每周1—2次的集體教學活動。這樣的安排最終會導致STEM活動與園本課程脫節，無法與幼兒一日生活產生連接。《指南》指出：“幼兒的思維特點是以具體形象思維為主，應注重引導幼兒通過直接感知、親身體驗和實際操作進行科學學習，不應為追求知識和技能的掌握。”幼兒的科學學習是在探究具體事物和解決實際問題中，嘗試發現事物間的異同和聯系的過程。因此，解決生活中的問題或滿足生活中的需求是STEM教育的重要起點或切入點，教師應把識別、運用、普及科學原理融入到幼兒一日生活各環節之中，利用身邊的事物與現象作為STEM教育的對象，解決生活中的真問題。如春天來了，柳絮飄得滿地都是，如何自制吸塵器吸走柳絮；種植區栽了一顆葡萄樹，如何給它搭建架子；天氣熱了，可以在草地上搭建一個涼棚嗎？將科學原理、幼兒年齡特點和真實需求相結合，就能讓STEM學習機會無處不在。

（三）增強教師識別和運用科學原理的意識和敏銳性

幼兒一日生活中的STEM機會常常稍縱即逝，需要教師具備較高的科學素養，能夠快速、準確、靈敏地識別和運用科學原理。

首先，熟悉科學原理，能夠理解科學的事實、概念、規律、定理和理論，以便在日常教育活動中捕捉到STEM教育的機會。例如幼兒在操場上玩追逐游戲，當聽到口令后發現身體總是不能在一瞬間停下來，教師根據這一現象產生的科學原理（牛頓第一運動定律——慣性），在科學區開展了“慣性小實驗：雞蛋掉進杯子里”的系列探究活動。又如幼兒園種植區的植物缺水了，幼兒會往返多次從不遠處的水龍頭用小水桶接水，然后澆灌植物。但大部分幼兒不會考慮如何澆水更省力省時，這時需要教師的識別和介入。教師要有STEM意識，能夠敏銳地將“虹吸原理”或“杠桿原理”等運用到活動當中，開展“引水灌溉”等主題下的STEM活動，引發幼兒新一輪的探究，提升幼兒科學、技術、工程、數學等新的有益經驗。

其次，運用科學原理，將幼兒的學習內容與生活、運動、游戲產生關聯。當教師發現STEM的教育契機時，應運用科學原理幫助幼兒去解釋或預測觀察到的現象，讓科學原理和幼兒的生活、學習、運動、游戲等產生關聯，轉化為幼兒的實踐操作。在運用科學原理的過程中，可采取以下方法：第一，投入積極情感，為自己賦能。在STEM教育中，理論與實踐結合是擋在教師面前的難題，“科學知識的匱乏及教學方法的不當是影響幼兒園科學教育實踐的因素”［8］。因此，教師必須相信自己，勇于挑戰，克服畏難情緒，同時擁有識別及轉化科學原理的行動力。第二，做好運用科學原理的全方位準備。包括科學概念的理解、查找閱讀相關文獻資料、了解幼兒需求和興趣點、創設環境和篩選材料、挖掘和整合課程資源、家園達成一致等。第三，著力構建師幼學習共同體。教師應根據幼兒需求預設或生成活動目標和內容，在STEM活動中成為幼兒的支持者、合作者和引導者。在活動中以科學和數學為內容核心，同時融入工程和技術，讓幼兒在問題的解決中體驗STEM活動的樂趣，建構STEM概念并將其遷移到新的問題情境中解決新的問題，最終理解STEM與一日生活的聯系。

（四）提升一日生活中整合和運用科學原理的能力

課程整合性是幼兒STEM教育的突出特征。第一，課程內容的整合。從橫向上看，幼兒STEM課程整合了健康、社會、語言、科學、藝術五大領域內容；從縱向上看，一個完整的STEM活動持續時間長，是一種深度學習和探究。它將幼兒持續置于現實問題情境中，促使其在實踐中建立起科學、技術、工程和數學的內在聯系，是超越學科知識的思維和理念的深入跨學科整合。第二，課程教學方式的整合。它既可以是解決真實問題的模式，也可以是基于項目的模式。第三，課程評價的整合。首先是評價的多主體結構。《幼兒園教育指導綱要（試行）》規定：“管理人員、教師、幼兒及其家長均是幼兒園教育評價工作的參與者。”因此，評價必須綜合考量管理人員、教師、幼兒和家長等的意見。其次評價內容也是多元的，幼兒園常常采用學習故事、檢核表、檔案袋和作品取樣等發展性綜合評價。

STEM課程整合性特點要求教師在活動中將科學原理的識別和運用能力貫穿到每一個領域和環節。例如班上某幼兒和父母一起在假期開展了露營活動，于是班上掀起了制作露營小屋的高潮。通過挖掘幼兒園和家庭資源，發現麻繩和竹竿最容易獲取，可以充分滿足幼兒搭建露營小屋的需求。于是，“我們的露營地——繩索小屋”STEM主題活動誕生了。首先，教師與幼兒共同繪制繩索小屋的設計圖，尋找搭建繩索小屋的科學原理，即平衡原理（三角鼎立穩固結構）和力學動態平衡原理（繩子的拉緊、纏繞與打結）。其次，整合一日生活各種資源，利用問題+項目的方式序列化、持續化推進活動。最后，進行作品展示和經驗梳理，并開展繩索小屋的露營大聚會。整個STEM過程就是教師在一日活動中不斷識別和回應，不斷預設和生成，不斷運用科學原理、工程思維、搭建技巧、空間測量、觀察比較、合作交往、符號表征（繪畫、記錄等）、藝術表達（繩索纏繞規律性、對稱和美感的小屋）等來支持幼兒探究的過程。

【參考文獻】

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［6］張文玲．幼兒園教師科學素養的調查研究［D］．大連：遼寧師范大學，2007：19．

［7］韋倩倩，陳時見．幼兒園STEM教育的基本特征與實施策略［J］．河北師范大學學報（教育科學版），2021，23（6）：125．

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