STEM融合教學(xué)在學(xué)前教育中的探索和實(shí)踐

區(qū)楚瑜 肖化 譚偉紅

[摘? ?要]研究者開發(fā)并實(shí)施了面向幼兒的STEM項(xiàng)目，通過前后測及對(duì)幼兒作品的綜合分析發(fā)現(xiàn)，STEM融合教學(xué)對(duì)幼兒科學(xué)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和記憶有積極的影響，過程性知識(shí)和工程設(shè)計(jì)步驟在STEM融合教學(xué)中對(duì)幼兒記憶科學(xué)概念和綜合運(yùn)用知識(shí)技能解決問題有較大幫助。

[關(guān)鍵詞]STEM;學(xué)前教育;融合教學(xué);項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

STEM教育發(fā)展至今已三十余年，逐漸成為了各國實(shí)施教育變革的戰(zhàn)略選擇，STEM人才也成為了各國搶占第四次工業(yè)革命先機(jī)，促進(jìn)制造業(yè)技能升級(jí)的關(guān)鍵[1]。近年來，STEM教育的實(shí)施對(duì)象逐漸向低年齡層發(fā)展。美國早期兒童STEM工作組在2017年提倡要提高對(duì)早期STEM教育的關(guān)注，制定相應(yīng)的幼兒STEM教育學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)[2]。澳大利亞政府承諾撥款四百萬以擴(kuò)大早期幼兒STEM教育實(shí)踐范圍[3]。這是因?yàn)楦鲊贻p人對(duì)STEM學(xué)科的興趣和接受度在不斷下降。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）在2006年的報(bào)告中提到，在許多發(fā)達(dá)國家，STEM領(lǐng)域的入學(xué)率在所有入學(xué)率中的占比長期下降，這種下降將從小學(xué)持續(xù)至高等教育[4]。

盡早引入STEM教育是提高學(xué)生對(duì)STEM學(xué)科興趣的重要途徑之一。大量研究表明，幼兒具有復(fù)雜的科學(xué)思維能力，能夠進(jìn)行復(fù)雜的科學(xué)探究。STEM經(jīng)驗(yàn)正是緣起于兒童觀察與投入周邊環(huán)境之時(shí)。高質(zhì)量的STEM經(jīng)驗(yàn)為幼兒提供了發(fā)展批判思維、執(zhí)行能力和跨學(xué)科解決問題技能的機(jī)會(huì)，也能為他們將來的STEM學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)[5]。這意味著，越早開始STEM教育就越有效。在我國，盡管對(duì)STEM教育研究的關(guān)注度很高，但研究內(nèi)容更多側(cè)重理論，學(xué)前階段的實(shí)證研究較少。鑒于此，本研究以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主要方法，基于融合教學(xué)理念開發(fā)并實(shí)施學(xué)前STEM項(xiàng)目。在此將以“植物有器官嗎”為例，分析其實(shí)踐效果。

一、STEM項(xiàng)目開發(fā)與設(shè)計(jì)

1.三段式STEM項(xiàng)目框架設(shè)計(jì)

該STEM項(xiàng)目的實(shí)施分為三個(gè)階段（見表1）。第一階段為以教師為中心的基于問題的導(dǎo)入教學(xué)。教師以真實(shí)生活為背景，提出相關(guān)問題，通過演示實(shí)驗(yàn)、實(shí)物觀察或視頻等形式，使幼兒初步了解相關(guān)現(xiàn)象和概念，并鼓勵(lì)幼兒思考解決問題的方法。第二階段是以幼兒為中心的體驗(yàn)活動(dòng)，幼兒在教師的輔助下完成探究實(shí)驗(yàn)、建模制作或生活調(diào)查等形式的活動(dòng)并匯報(bào)，以加深對(duì)主題知識(shí)的認(rèn)識(shí)。第三階段，幼兒根據(jù)前期學(xué)到的知識(shí)，通過理解問題、制定方案、制作模型、模擬試驗(yàn)、評(píng)價(jià)匯報(bào)等一系列工程設(shè)計(jì)流程，解決教師所提出的假設(shè)問題或任務(wù)。

2.STEM項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

STEM項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)要凸顯融合教學(xué)的特點(diǎn)，可劃分為知識(shí)目標(biāo)和探究目標(biāo)（見表2）。在知識(shí)教授中著重體現(xiàn)科學(xué)知識(shí)（S），在實(shí)驗(yàn)和活動(dòng)中滲透數(shù)學(xué)（M）、技術(shù)（T）和工程（E）方面的知識(shí)和技能。

二、STEM項(xiàng)目的實(shí)施

本課程的實(shí)施對(duì)象是廣東省發(fā)達(dá)地區(qū)某幼兒園大班共35名幼兒，年齡為5-6歲。在項(xiàng)目實(shí)施前后，分別對(duì)幼兒進(jìn)行了連線和判斷題形式的測試，檢驗(yàn)他們對(duì)科學(xué)知識(shí)的吸收程度。本研究在剔除無效問卷和缺失數(shù)據(jù)后，最終獲得有效數(shù)據(jù)30份，其中男孩16份，女孩14份，所有數(shù)據(jù)處理均采用SPSS軟件進(jìn)行。

1.前后測試題數(shù)據(jù)分析

采用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)探究前后測試成績是否具有顯著的差異（見表3）。結(jié)果表明，全體幼兒后測成績顯著高于前測成績（p=0.001）。這說明STEM融合教學(xué)對(duì)幼兒掌握科學(xué)知識(shí)具有一定的促進(jìn)作用。分性別來看，女孩前后測成績之間存在顯著差異（p=0.003），男孩前后測成績之間的差異并不顯著（p=0.066）。這說明女生在學(xué)習(xí)表現(xiàn)上有更大的進(jìn)步。

采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)分別檢驗(yàn)前測和后測中男女幼兒的成績是否具有差異性。結(jié)果表明，無論是在前測還是后測中，成績均不存在性別差異（前測：p=0.642;后測：p=0.076），這說明STEM項(xiàng)目的內(nèi)容設(shè)置無性別偏見。

對(duì)每道題目的前后測試得分進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于判斷題“枯葉是植物嗎”，前測和后測得分存在顯著差異（p=0.003），說明大部分幼兒在STEM學(xué)習(xí)前，不清楚枯木是否是植物，在學(xué)習(xí)后對(duì)該問題有了更清晰和準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。

2.植物貼畫作品及植物模型作品分析

在植物貼畫游戲中，幼兒需要利用教師發(fā)放的各種植物器官材料粘貼出完整的植株并為其畫上適宜的生存環(huán)境。大部分幼兒作品中都呈現(xiàn)了完整的植株，并畫有土地、太陽、水源等植物生長所需的條件。多數(shù)幼兒作品也展示了植物根部的吸水過程，甚至有的還展示了水分怎樣從根部往上傳輸（見圖1）。這說明幼兒對(duì)植物吸水很關(guān)注或印象深刻。而在第三階段，大部分幼兒制作的木本植物模型都是傾倒的（見圖2）。雖然大班幼兒已經(jīng)能夠認(rèn)識(shí)到木本植物的三維形狀，模型中的各器官也完備，但是他們對(duì)物質(zhì)的輕重、厚薄、粗細(xì)等的感知能力還比較欠缺，很多幼兒為了制作一棵茂盛的植物，在頂端粘上了過多的葉子而導(dǎo)致模型傾倒。由此可從側(cè)面反映出，在數(shù)學(xué)方面，幼兒對(duì)立體形狀有較好的認(rèn)知，但是感知和區(qū)分物質(zhì)輕重的能力還有待加強(qiáng)。

三、總結(jié)與反思

一是從前后測的數(shù)據(jù)分析來看，STEM融合教學(xué)有助于幼兒對(duì)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)和記憶，并且能幫助幼兒更好地明晰科學(xué)概念。

二是在項(xiàng)目結(jié)束后的訪談中，幾乎全體幼兒都能敘述由種子至開花結(jié)果的植物生長過程。在貼畫作品中呈現(xiàn)植物吸水過程也證明幼兒更容易記住過程性的知識(shí)。研究表明，認(rèn)知的本質(zhì)更傾向于連接的概念，它們能更好地被組織起來用以檢索或創(chuàng)新，且相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)結(jié)構(gòu)能夠支持學(xué)習(xí)者將能力轉(zhuǎn)移到新的或不熟悉的情境中[6]。過程性知識(shí)能夠串聯(lián)起大部分的科學(xué)概念，所以容易被幼兒掌握。因此，在學(xué)前STEM融合教學(xué)中增加過程性知識(shí)可優(yōu)化學(xué)習(xí)效果。

三是木本植物模型制作是凸顯STEM融合理念的活動(dòng)。即使由于幼兒對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的欠缺導(dǎo)致模型呈現(xiàn)傾倒?fàn)顟B(tài)，但是幼兒在教師的引導(dǎo)下，不知不覺地完成了一個(gè)工程設(shè)計(jì)的流程，并綜合運(yùn)用自己所了解的科學(xué)知識(shí)和技能解決了困難并制作了模型。而工程設(shè)計(jì)為確定STEM學(xué)科之間的交叉點(diǎn)和建立聯(lián)系提供契機(jī)，是STEM學(xué)科整合的關(guān)鍵[7]。因此，在學(xué)前STEM融合教學(xué)中應(yīng)提倡以生活情境為背景，提出綜合性問題，并充分利用工程設(shè)計(jì)流程，提高幼兒綜合運(yùn)用知識(shí)技能解決問題的能力。

實(shí)踐證明，STEM融合教學(xué)在學(xué)前階段具有一定的合理性和適用性，其中的過程性知識(shí)和工程設(shè)計(jì)步驟很重要。后續(xù)研究將會(huì)擴(kuò)大STEM項(xiàng)目的主題，進(jìn)一步通過實(shí)踐對(duì)學(xué)前STEM教育進(jìn)行探索。

參考文獻(xiàn)

[1]中國教育科學(xué)研究院.中國 STEM 教育白皮書（精華版）[R].北京：中國教育科學(xué)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(zé)任編輯? ?郭向和）