基于STEM教育理念的沙水游戲

沙水游戲以其開放性、自主性特征成為幼兒探究自然的重要載體，《3-6歲兒童學習與發展指南》強調通過游戲激發幼兒探究能力，這與STEM教育“以現實問題為導向，通過探究、體驗解決真實問題”的理念高度契合。作為區域高質量游戲研究試點園，我們在實踐中發現：傳統沙水游戲中幼兒常因材料特性（如沙土松散、透水性強）陷入操作困境（如沙水滲透、結構坍塌），而STEM教育的工程思維與問題解決框架，能有效引導幼幾將偶發游戲轉化為系統性探究。

本研究以“沙池轱輾井”游戲為載體，嘗試構建“問題識別一方案設計一協作驗證 -創新改良”的融合實踐模型，旨在通過STEM教育理念提升沙水游戲的探究深度，為幼兒在真實問題解決中實現深度學習提供路徑參考。

一、核心概念闡述

STEM教育是一種將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）多學科融合的教育理念和教學方法，強調打破學科界限，注重讓兒童通過實際操作和項自實踐來學習和應用知識，在實踐中發現問題、解決問題，培養動手能力、問題解決能力、團隊協作能力、溝通能力、創新能力及批判性思維等。

沙水游戲是幼兒以沙、土、水為基本材料，借助輔助工具開展的操作游戲。本研究特別將其界定為：幼兒圍繞感興趣的主題，以沙、土、水為載體，通過與材料互動發現問題并解決問題的探究性活動。

二、課程起源與問題診斷

沙水游戲的主題源自幼兒的自發性探索，開放的環境能有效激發幼兒發現新的探索主題。

辰辰在沙坑中嘗試壘建水井，這一行為吸引了同伴關注。他將沙子捧至坑邊，反復拍打按壓以圍成井壁，但因沙子松軟一直無法筑高。此時琦琦將一小桶水倒入沙坑，水迅速滲透消失，于是辰辰改用濕沙繼續壘高井壁，同時將沙坑越挖越深。隨著琦琦持續倒水，井壁逐漸無法承重，出現噴水現象，兩人雖多次用沙子按壓補救，但水仍不斷滲漏，最終水井坍塌。

在觀察幼兒搭建水井的過程中，我們發現辰辰與同伴遭遇了雙重挑戰：當琦琦將水倒入沙坑時，水迅速滲入沙子中，而用濕沙堆砌的井口在反復加水后逐漸坍塌。這一現象本質上反映了沙水材料的物理特性與幼兒工程構想之間的矛盾一一沙子的透水性導致儲水功能失效，而沙水混合物的松散結構難以承受重力負荷。

面對這一情境，教師沒有直接提供解決方案，而是嘗試將STEM教育的核心要素融入游戲指導，通過遞進式提問引導幼兒聚焦問題本質：“為什么干沙子無法筑高？”“水滲下去后能不能想辦法留住？”并基于幼兒的生活經驗和興趣點，支持他們在探究中解決問題，將自發游戲引向有目的的探究。

三、實踐探索與教師支持

1.問題驅動的材料嘗試

在回顧搭建水井的操作過程時，有幼兒指出水在沙子里會很快滲下去，而且周圍用沙子埋下的井口并不牢固，幼兒根據發現的問題開始尋找解決辦法。因為大家想法很多，為了驗證哪種方式具備可行性，幼兒分別以倒扣水桶制作的沙堆、萬能工匠圓柱、水桶、塑料盤子、輪胎以及沙水池旁邊撿到的黑色大垃圾袋為材料，展開了以“保護水寶寶”和“保衛水井”為主題的探索。

當幼兒帶著“保護水寶寶”的探究愿望展開材料探索時，教師觀察到他們在試錯中展現出的工程思維雛形：用倒扣的水桶圍合沙坑時，幼兒發現弧形結構難以承重；嘗試萬能工匠圓柱時，又意識到光滑材質與沙土的摩擦力不足。這些嘗試并非無意義的試錯，而是幼兒對材料物理特性（如摩擦力、承重能力）的直觀體驗。

2.經驗遷移的材料優化

經過一番試驗后，幼兒最終決定用黑色大塑料袋作為儲水介質，卻面臨邊緣固定的難題：幼兒先是嘗試用沙子埋住塑料袋的邊緣進行固定，但倒水后塑料袋還是跑了出來；于是，他們將塑料袋埋深，并在邊緣壓上石頭，這一次成功解決了滲漏問題，實現了水井的儲水功能（見圖1）。

解決儲水問題后，幼兒將精力轉向井身建造。他們從沙池各處運來沙子，用小鏟子在塑料袋外圍堆砌井壁，試圖通過拍打按壓形成規整的圓柱形狀，但沒想到邊壘邊塌，始終無法壘出理想的井身高度。于是，幼兒嘗試用木制積木在井的周圍加固，但由于積木重量不足，輕輕一碰就倒了，導致井身再次坍塌。多多發現沙水區一些備用輪胎的內圈大小與他們挖的井口大小相近，便將輪胎蓋在水井上方。輪胎的圓形內圈為井身提供了支撐框架，幼兒見狀便四處運來沙子，將其填入輪胎與水井之間的縫隙，試圖用沙子將輪胎固定在井口周圍。經過一番忙碌，水井的井身逐漸成形，初步具備了穩定的結構。

在選用建井材料時，幼兒結合“玩風游戲”中使用空調擋風袋的經驗，主動遷移至沙池場景一一將塑料袋鋪設于水坑內實現儲水，教師通過圖文記錄完整保留這一游戲亮點。針對部分幼兒在小鎮古跡旅行中見過老式水井的生活經驗，教師組織開展了“水井外形與使用方式”專題討論，并借助“水井的演變”主題活動，引導幼兒了解不同歷史時期的水井構造及打水工藝，促進生活經驗向游戲經驗的轉化。

3.合作建構的井架研發

在教師引導下，幼兒觀察到傳統水井兩側的支架結構，發現通過支架橫桿旋轉可實現繩索吊桶的升降打水，由此產生了搭建轱輾井架的需求。起初，他們選用班級中的小型萬能工匠材料嘗試搭建，卻在沙水池實操中遭遇挑戰。

圖1

當沙水池旁備好不同長度的萬能工匠構件后，幼兒開始搭建井架：肉肉將一根方能工匠棍斜插進水井一側的沙子中，頂端連接橫向構件，剛完成固定就轟然倒塌。一旁的開鑫指出問題：“埋得太淺了，上面的架子太重！”經過多次調整埋深與構件連接方式，井架仍因底部承重不足無法穩定站立。

圖2

經過多次嘗試，幼兒決定在萬能工匠圓柱兩端各連接一個節點，以此確保與沙池地面接觸部分的結構平衡（見圖2）。然而，隨著構件與沙池的接觸面積增大，單憑一名幼兒的力量已無法將拼好的構件埋入沙中，因此需要同伴的相互合作，共同完成井架的搭建工作。

在水井建造過程中，幼兒儼然小小工程師團隊，圍繞水井的外形設計與功能實現展開系統性探索：從材料承重能力角度對比塑料袋與輪胎的差異，從結構穩定性維度嘗試不同的井架連接方式。這種將生活經驗（如見過的老式水井）轉化為工程實踐的過程，本質上是幼兒通過“做中學”建構物理概念（如穩定性、摩擦力）與工程思維的認知歷程。

4.創新驅動的轱輔井改良

轱毓井架逐步成形后，幼兒在架上系繩掛桶，嘗試模擬真實水井的汲水操作。然而在使用中發現關鍵問題：轱轆架轉動困難，肉肉觀察后指出：“構件卡在萬能工匠的小孔里了，得拔出來才能轉。”但喬喬立刻提出質疑：“拔出來架子會倒啊！”

面對這一矛盾，幼兒展開了創新改良：他們將兩根萬能工匠構件交叉固定，在交叉點上方連接較長的橫梁作為轉動軸，最后在教師協助下完成結構加固。改良后的轱輾架不僅保持了穩定性，還實現了靈活轉動的汲水功能（見圖3）。

在轱輾井架改良中，幼兒發現轉動卡頓問題，肉肉指出“構件插在小孔里導致轉不動”，喬喬則擔憂結構的穩定性。他們通過交叉固定萬能工匠并連接長構件，在教師輔助下制作成了可轉動井架，經歷了“問題識別 - 方案設計 -實踐驗證”的流程，發展了工程思維與動手能力。教師通過復盤引導幼兒在試錯中構建力學認知，體現了STEM教育“做中學”的理念。

圖3

四、啟發與反思

1.幼兒在主動探索中實現多維能力發展

在“沙池轱輾井”游戲中，幼兒從自發挖井的興趣出發，經歷了“問題發現 $$ 方案設計→材料嘗試 $$ 合作優化”的完整探索鏈條。他們在井身塌陷時調整沙水比例，在儲水失敗后遷移“玩風游戲”中的經驗，選用塑料袋儲水，在井架轉動失靈時創造性地交叉固定萬能工匠構件，每一次試錯都伴隨著對材料特性和結構穩定性的直觀認知。這種在真實問題驅動下的“做中學”，不僅提升了他們的動手操作與問題解決能力，更讓幼兒在反復驗證中建構起初步的工程思維。

2.游戲設計需堅守“兒童本位”的生成邏輯

游戲主題的生命力源于幼兒的即時體驗：辰辰水井坍塌的偶發事件，因教師捕捉到幼兒“讓水不滲漏”的興趣點，才演變為系統性的轱輾井項目。這啟示教師需摒棄預設課程的慣性思維，通過觀察傾聽、對話互動和材料支持，讓游戲主題從幼兒經驗中自然生長，將生活經驗轉化為游戲探究的關鍵紐帶。

3.材料投放與問題解決形成動態呼應機制

幼兒在不同階段的材料選擇呈現清晰的問題導向：儲水階段選用塑料袋與石頭，對應“防滲漏”需求；井身壘造階段啟用輪胎，解決“結構穩定性”問題；轱輾架改良時使用交叉連接的萬能工匠構件，回應“轉動與固定”的矛盾。教師在此過程中并非盲目提供材料，而是通過“問題討論”引導幼兒明確需求，使材料成為延伸探究的思維工具，而非被動操作的道具。

4.STEM教育理念在游戲中的自然滲透

整個活動貫穿“現實問題 - 科學探究 -工程設計-創新應用”的STEM內核。例如在解決“轉動軸卡頓問題時，幼兒通過“交叉支撐”方案實現拼插結構優化，這種將直覺經驗升華為結構化設計的過程，生動詮釋了STEM教育中“深度學習”的本質一不是知識的機械灌輸，而是通過真實問題的解決，幫助幼兒實現認知與能力的協同發展。