STEM融合教学在学前教育中的探索和实践

    区楚瑜 肖化 谭伟红

    

    

    

    [摘? ?要]研究者开发并实施了面向幼儿的STEM项目，通过前后测及对幼儿作品的综合分析发现，STEM融合教学对幼儿科学知识点的学习和记忆有积极的影响，过程性知识和工程设计步骤在STEM融合教学中对幼儿记忆科学概念和综合运用知识技能解决问题有较大帮助。

    [关键词]STEM;学前教育;融合教学;项目式学习

    STEM教育发展至今已三十余年，逐渐成为了各国实施教育变革的战略选择，STEM人才也成为了各国抢占第四次工业革命先机，促进制造业技能升级的关键[1]。近年来，STEM教育的实施对象逐渐向低年龄层发展。美国早期儿童STEM工作组在2017年提倡要提高对早期STEM教育的关注，制定相应的幼儿STEM教育学习标准[2]。澳大利亚政府承诺拨款四百万以扩大早期幼儿STEM教育实践范围[3]。这是因为各国年轻人对STEM学科的兴趣和接受度在不断下降。经济合作与发展组织（OECD）在2006年的报告中提到，在许多发达国家，STEM领域的入學率在所有入学率中的占比长期下降，这种下降将从小学持续至高等教育[4]。

    尽早引入STEM教育是提高学生对STEM学科兴趣的重要途径之一。大量研究表明，幼儿具有复杂的科学思维能力，能够进行复杂的科学探究。STEM经验正是缘起于儿童观察与投入周边环境之时。高质量的STEM经验为幼儿提供了发展批判思维、执行能力和跨学科解决问题技能的机会，也能为他们将来的STEM学习奠定基础[5]。这意味着，越早开始STEM教育就越有效。在我国，尽管对STEM教育研究的关注度很高，但研究内容更多侧重理论，学前阶段的实证研究较少。鉴于此，本研究以项目式学习为主要方法，基于融合教学理念开发并实施学前STEM项目。在此将以“植物有器官吗”为例，分析其实践效果。

    一、STEM项目开发与设计

    1.三段式STEM项目框架设计

    该STEM项目的实施分为三个阶段（见表1）。第一阶段为以教师为中心的基于问题的导入教学。教师以真实生活为背景，提出相关问题，通过演示实验、实物观察或视频等形式，使幼儿初步了解相关现象和概念，并鼓励幼儿思考解决问题的方法。第二阶段是以幼儿为中心的体验活动，幼儿在教师的辅助下完成探究实验、建模制作或生活调查等形式的活动并汇报，以加深对主题知识的认识。第三阶段，幼儿根据前期学到的知识，通过理解问题、制定方案、制作模型、模拟试验、评价汇报等一系列工程设计流程，解决教师所提出的假设问题或任务。

    2.STEM项目教学目标设定

    STEM项目教学目标要凸显融合教学的特点，可划分为知识目标和探究目标（见表2）。在知识教授中着重体现科学知识（S），在实验和活动中渗透数学（M）、技术（T）和工程（E）方面的知识和技能。

    二、STEM项目的实施

    本课程的实施对象是广东省发达地区某幼儿园大班共35名幼儿，年龄为5-6岁。在项目实施前后，分别对幼儿进行了连线和判断题形式的测试，检验他们对科学知识的吸收程度。本研究在剔除无效问卷和缺失数据后，最终获得有效数据30份，其中男孩16份，女孩14份，所有数据处理均采用SPSS软件进行。

    1.前后测试题数据分析

    采用配对样本T检验探究前后测试成绩是否具有显著的差异（见表3）。结果表明，全体幼儿后测成绩显著高于前测成绩（p=0.001）。这说明STEM融合教学对幼儿掌握科学知识具有一定的促进作用。分性别来看，女孩前后测成绩之间存在显著差异（p=0.003），男孩前后测成绩之间的差异并不显著（p=0.066）。这说明女生在学习表现上有更大的进步。

    采用独立样本T检验分别检验前测和后测中男女幼儿的成绩是否具有差异性。结果表明，无论是在前测还是后测中，成绩均不存在性别差异（前测：p=0.642;后测：p=0.076），这说明STEM项目的内容设置无性别偏见。

    对每道题目的前后测试得分进行配对样本T检验，发现对于判断题“枯叶是植物吗”，前测和后测得分存在显著差异（p=0.003），说明大部分幼儿在STEM学习前，不清楚枯木是否是植物，在学习后对该问题有了更清晰和准确的认识。

    2.植物贴画作品及植物模型作品分析

    在植物贴画游戏中，幼儿需要利用教师发放的各种植物器官材料粘贴出完整的植株并为其画上适宜的生存环境。大部分幼儿作品中都呈现了完整的植株，并画有土地、太阳、水源等植物生长所需的条件。多数幼儿作品也展示了植物根部的吸水过程，甚至有的还展示了水分怎样从根部往上传输（见图1）。这说明幼儿对植物吸水很关注或印象深刻。而在第三阶段，大部分幼儿制作的木本植物模型都是倾倒的（见图2）。虽然大班幼儿已经能够认识到木本植物的三维形状，模型中的各器官也完备，但是他们对物质的轻重、厚薄、粗细等的感知能力还比较欠缺，很多幼儿为了制作一棵茂盛的植物，在顶端粘上了过多的叶子而导致模型倾倒。由此可从侧面反映出，在数学方面，幼儿对立体形状有较好的认知，但是感知和区分物质轻重的能力还有待加强。

    三、总结与反思

    一是从前后测的数据分析来看，STEM融合教学有助于幼儿对科学知识的学习和记忆，并且能帮助幼儿更好地明晰科学概念。

    二是在项目结束后的访谈中，几乎全体幼儿都能叙述由种子至开花结果的植物生长过程。在贴画作品中呈现植物吸水过程也证明幼儿更容易记住过程性的知识。研究表明，认知的本质更倾向于连接的概念，它们能更好地被组织起来用以检索或创新，且相互关联的知识结构能够支持学习者将能力转移到新的或不熟悉的情境中[6]。过程性知识能够串联起大部分的科学概念，所以容易被幼儿掌握。因此，在学前STEM融合教学中增加过程性知识可优化学习效果。

    三是木本植物模型制作是凸显STEM融合理念的活动。即使由于幼儿对数学知识的欠缺导致模型呈现倾倒状态，但是幼儿在教师的引导下，不知不觉地完成了一个工程设计的流程，并综合运用自己所了解的科学知识和技能解决了困难并制作了模型。而工程设计为确定STEM学科之间的交叉点和建立联系提供契机，是STEM学科整合的关键[7]。因此，在学前STEM融合教学中应提倡以生活情境为背景，提出综合性问题，并充分利用工程设计流程，提高幼儿综合运用知识技能解决问题的能力。

    实践证明，STEM融合教学在学前阶段具有一定的合理性和适用性，其中的过程性知识和工程设计步骤很重要。后续研究将会扩大STEM项目的主题，进一步通过实践对学前STEM教育进行探索。

    参考文献

    [1]中国教育科学研究院.中国 STEM 教育白皮书（精华版）[R].北京：中国教育科学研究院，2017.

    [2][5]Early STEM Matters：Providing High-Quality STEM Experiences for All Young Learners. UChicago STEM Education and Erikson Institute[EB/OL].http：//ecstem.uchicago.edu/.

    [3]The Australian Government. National Innovation and Science Agenda. [EB/OL].https：//www.arc.gov.au/nisa-measures.

    [4]OECD Global Science Forum. Evolution of Student Interest in Science and Technology Studies Policy Report[EB/OL].http：//www.oecd.org/science/inno/36645825.pdf.

    [6]Honey M， Pearson G， Schweingruber H. STEM Integration in K-12 Education：Status， Prospects， and an Agenda for Research[M].National Academies Press， Washington， DC.2014.

    [7]Frykholm J， Glasson G. Connecting science and mathematics instruction： Pedagogical context knowledge for teachers[J].School Science and Mathematics， 2005，105（3）：127-141.

    （責任编辑? ?郭向和）