幼兒園STEM課程設計與實踐

譚偉紅 肖化

STEM教育是指科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）多門學科交叉融合的教育。STEM教育于上世紀八十年代起源于美國。目前，在美國及歐洲發達國家已上升為國家人才培養發展戰略。2018年美國聯邦政府推出了“北極星計劃”《制定成功課程：美國STEM教育戰略》，愿景是讓所有的美國公民都將終身受益于高質量的STEM教育。[1]近幾年我國的STEM教育也得到了高度重視和蓬勃發展。《中國STEM教育白皮書》指出，STEM教育不僅僅是培養科學、技術、工程等方面的人才，同時也是讓每個公民都具有STEM素養，能夠適應未來社會的發展。[2]幼兒園教育是基礎教育的重要組成部分，學前兒童早期STEM教育已經成為國際學前教育發展的重要趨勢。美國早期兒童STEM工作組發布的《早期STEM教育不容小覷：為所有幼兒提供高質量STEM學習經驗》指出，高質量的STEM教育能促進幼兒批判性思維、動手技能、解決問題能力發展。而這些跨學科能力的發展也能夠支持兒童后續的學習成功。[3]

一、我國幼兒園STEM教育的現狀及問題

目前STEM教育理念已在我國中小學獲廣泛認可，已經開展了一些 STEM 教育的研究、實踐和探索。[4]但STEM教育在我國幼兒園尚屬于起步階段，主要存在以下幾個方面的問題：

1. 對學前STEM教育的必要性和可行性認識不足

有些幼兒園教師沒有意識到開展學前STEM教育的必要性，也有一些教師認為學前兒童并不具備學習STEM的能力。

2. 對STEM教育存在認知上的誤區

有些幼兒園將科學教育與STEM教育混為一談，誤以為科學教育就是STEM教育，也有些幼兒園把STEM教育片面地理解成機器人教育。

3. 缺乏貫穿整個學年段的課程體系

比較規范和有條件的幼兒園都有較完整的科學教育課程體系，基本上可貫穿不同的學年段，但幼兒園STEM教育的完整課程體系尚未形成。

二、幼兒園STEM課程設計

幼兒園STEM教育可以說是STEM的啟蒙教育，它融合科學的知識、工程的思想、技術的技能和數學的思維來解決簡單的實際問題，讓兒童以STEM的視角認識多姿多彩的現實世界。

1. 教育目標

激發兒童對科學和工程技術的興趣和熱情，培養兒童具備終身學習的理念，為成為具有STEM素養的合格公民打下基礎。

STEM素養包括探究素養、科學素養、工程和技術素養、數學素養、數字素養等五個方面。

探究素養：初步具備針對事物提出問題和質疑的能力，以及運用理性方法處理和解決實際問題的能力。

科學素養：初步具備基本的理性思維和觀察、假設、驗證、推論的科學實驗能力;初步了解物質科學、生命科學、地球與宇宙科學的基本屬性、現象、特征和運動規律。

工程和技術素養：初步具備基本的系統思維，以及根據任務，運用科學知識，把構思變為現實的技術能力，并初步了解和掌握基本的實驗操作技能和操作方法。

數學素養：初步具備基本的邏輯思維、數字、形狀和空間概念。

數字素養：初步具備使用基本數字設備和數據解決問題的能力。

2. 課程設計原則

要包含S、T、E、M四個要素;要引導兒童在實驗過程中了解科學知識、原理及其在工程實踐中的應用;要注重兒童技能和方法的掌握;要以問題解決為核心，方法多樣，成果多元。

3. 課程設計依據

STEM課程與科學課程的知識內容具有高度相關性，幼兒園STEM課程的設計主要以科學課程標準為參考，主要依據中國《幼兒園教育指導綱要》（科學領域）、《3-6歲兒童學習與發展指南》（科學領域）、美國《新一代科學教育標準》（Next Generation Science Standards： For States， By States）（幼兒園）（2013版）。

4. 課程內容

STEM課程中的科學（S）涉及物質科學、生命科學和地球與宇宙科學三大領域;技術（T）包含簡單工具的使用、基本實驗方法的了解和基本技能的掌握;工程（E）包含根據任務選擇材料、設計方案、完成制作、進行檢驗、評價與反饋等;數學（M）包含簡單分類、排序、量的比較、認識空間方位等。

5. 課程設計

STEM課程以項目的形式體現，每個項目設計為四個環節，即問題啟發、體驗實驗、討論交流、創意實驗。

問題啟發：通過音頻、視頻、圖片等吸引兒童的注意力，從而引入主題，提出問題，引導他們開始STEM學習之旅。

體驗實驗：幫助兒童了解或學習這個項目或者解決這個問題所需要的科學知識，以及學習基本的實驗方法和操作技能。在體驗實驗中，兒童在教師的指導下逐步完成實驗探究，在實驗過程中加深對知識的理解。體驗實驗與手工課有本質的區別，注重培養兒童的實踐動手能力，為進入解決實際問題的創意實驗環節打下基礎。

討論交流：讓兒童就前面所學習的知識、實驗過程和結果進行討論，以加深對知識的理解并拓展自己的思維。這部分體現STEM教育的多元主體參與性，培養兒童的科技語言的表達能力。

創意實驗：STEM項目的核心部分，引導兒童針對要解決的問題，利用已學的科學知識，選擇合適的實驗材料，通過工程技術完成作品。

三、STEM課程設計實例

以《啟迪智慧的STEM課程（幼兒園）》中的“認識液體”項目為例。[5]

1. 項目說明

該項目以認識液體為主題，從液體與生活密切相關的情境開始，讓兒童通過感官感知并且描述液體的特征，認識到液體對于我們生活的重要性。體驗實驗環節讓兒童了解水的流動性及溶解性等特性。創意實驗環節以解決實際問題為導向，使兒童能夠利用液體的流動性、溶解性以及液體從高往低流等知識，圍繞澆灌花園這個問題，從工程上進行澆灌裝置的選材、設計、制作和檢驗。

2. 課程知識目標

S：知道液體是沒有固定形狀，可以流動的物質，它的形狀取決于裝它的容器的形狀;了解液體的流動原理是液體兩端的位置具有高度差;認識液體可以溶解某些固體。

T：了解實驗的基本操作和方法，會使用工具并利用合適的材料來完成裝置的制作。

E：會設計和構建一個能用山頂水池的水澆灌花園的裝置。

M：對花園和山頂的距離有基本了解后，會選取灌溉渠道的長度。

3. 項目設計

問題啟發：通過相關圖片和視頻吸引兒童的注意力，引入液體的主題，提出有關液體的問題，開始STEM探索之旅。

體驗實驗讓兒童通過動手實驗了解液體的形狀、流動性及溶解性等。

討論交流：讓兒童通過小組討論和交流鞏固有關液體的相關知識。

創意實驗：通過設置一個具體的情境，要求兒童能利用所學的液體相關知識來解決實際問題（見下頁圖1）。

兒童針對任務要求，根據所提供的材料，在設計環節把自己想要制作的裝置以圖畫的形式呈現出來。設計完成后，兒童開始制作完成灌溉裝置，并對裝置進行檢驗。檢驗存在問題時，重新進行設計和制作。經過不斷改進，兒童最終成功完成制作，并通過相互交流和評價進一步掌握了相關知識。

幼兒園STEM課程的設計對推進幼兒園STEM教育的開展起著舉足輕重的作用。幼兒園STEM課程設計中項目的選取十分重要，項目的內容應涉及物質科學、生命科學、地球與宇宙三大領域，其中的科學知識應符合該學齡段兒童的認知發展水平。項目要以解決簡單問題作為主導來進行科學知識、工程設計、技術操作以及數學概念等的學習和實踐，以達到STEM啟蒙教育的目的，進而從小培養兒童的STEM素養。

參考文獻：

[1]The committee on STEM education. Charting A Course For Success： Americas Strategy For STEM Education [EB/OL]. https：//www. whitehouse.gov/wp-content/uploads/2018/12/STEM-Education-Strategic-Plan-2018.pdf， 2019-01-10.

[2]田慧生，王素，曹培杰，康建朝，等. 中國STEM教育白皮書[R]. 北京：中國教育科學研究院STEM教育研究中心，2017.

[3]Early childhood STEM working group. Early STEM Matters： Providing High-Quality STEM Experiences for All Young Learners[R]. Uchicago， 2017.

[4]中國STEM教育2029行動計劃課題組. 我國中小學STEM教育現狀的調研與分析——基于STEM教育大型調研的主要發現與核心結論[J]. 中小學數字化教學，2019，（10）.

[5]肖化. 啟迪智慧的STEM課程（幼兒園）[M]. 濟南：明天出版社，2019.

注：本文系2018 年度教育部人文社會科學研究規劃基金項目“基于學習進階的小學STEM 課程分層整合模式研究”（項目編號： 18YJA880096）研究成果之一。