本文由《現代遠距離教育》雜志授權發布
作者：張茉、王巍、袁磊
摘要
具有跨學科性質的STEAM教育是當今培養創新人才的重要手段，幼兒園教育為培養二十年后社會需要的人力資源打下基礎，研究學前階段的STEAM教育不僅對兒童個人發展具有重要意義，也直接影響未來對創新科技人才的培養。從國內外幼兒園STEAM教育活動的現狀出發，分析國內幼兒園STEAM教育的發展背景和目標定位，構建基于逆向設計模型的幼兒園STEAM教育活動設計框架，根據幼兒園的活動特點對活動主題生成和活動材料投放提出建議。
關鍵詞：幼兒園STEAM；活動設計；逆向設計
一、引言
早期教育階段的STEAM研究在美國起步較早，已有相關的研究和實踐成果供國內學前教育工作者借鑒。穆莫教授（Sally Moomaw）肯定了STEAM教育在早期教育階段開展的重要意義，在其著作TeachingSTEMin the Early Years中主張“有目的地教、為理解而教、鼓勵探究和提供真實的情境”四種關鍵教育實踐，打破了STEAM教育追求“高大上”的技術產品以及低齡兒童開展STEAM教育困難的片面認識[1]。馬薩諸塞州以“STEAM學科導向”和“五種感官切入”兩個視角將STEAM學習融入到兒童的每日活動中[2]，塔斯夫大學的研究團隊開發了圖形化編程的機器人項目，以加強STEAM教育中容易缺失的“工程”和“技術”內容，幼兒經過8周的學習能夠掌握基本的機器人技術和編程技能[3]。通過對國內幼兒園開展STEAM教育的文獻調查發現，國內幼兒園開展STEAM教育主要圍繞實施策略、課程開發、案例分享三個方面[4]。其中實施策略主要是研究者提出規范性和原則性的操作建議，建議主要從如何規避問題入手，對于教師普遍關注的如何設計、實施STEAM課程缺少系統性和可行性建議。課程開發體現在科學和數學兩個學科的深度互動[5]，以及在原有主題課程、園本課程基礎上進行再次開發，以體現跨學科性質，但從案例分享中可以發現，目前STEAM課程被片面解讀成科學實驗課或者多學科的拼盤式課程，兒童沉浸在活動導向的學習體驗中。
縱觀幼兒階段STEAM教育研究成果，研究焦點集中在討論STEAM教育的必要性和“教什么”的問題，導致目前STEAM課程以“活動為導向”，造成兒童匆忙穿梭在各種活動和材料中，而較少參與由過程現象引發的深度思考[6]。已有研究對“如何教”的問題缺少教學系統性和兒童發展性的視角，所以設計促進兒童有效學習的STEAM活動是本文研究的重點，筆者結合我國《3-6歲兒童學習與發展指南》《義務教育小學科學課程標準》等文件，基于逆向設計理論建構幼兒園STEAM項目活動課程模型，期望對國內STEAM教育實踐提供借鑒。
二、幼兒園STEAM教育的發展背景與目標定位
（一）幼兒園STEAM教育的發展背景
2017年，教育部等四部門決定2017-2020年實施第三期學前教育行動計劃（以下簡稱行動計劃），旨在進一步推進學前教育改革發展。行動計劃中提出學期教育改革的重要任務是提升保育教育質量，尊重幼兒身心發展規律和學習特點，激發幼兒探究興趣，培養積極的交往與合作能力，實現基本消除“小學化”現象的目標[7]。從國家政策中不難看出，學前教育普惠性資源日益充足，但教學質量、教育方法問題日益突出。隨著人類腦科學和神經科學的研究成果日益豐富，以尊重兒童成長規律為前提，提高學前教育質量將是下一步發展的關鍵問題?；ヂ摼W和人工智能等科學技術迅猛發展，未來國家發展依靠具有創新精神的科技人才，而幼兒園是培養二十年后社會需要的人力資源，所以從幼兒園階段開始進行STEAM教育是社會發展的必然趨勢。
《幼兒園教育指導綱要》（以下簡稱《綱要》）中明確指出幼兒園教育活動要注重綜合性、趣味性、活動性，強調不同課程內容之間需要有機聯系[8]?！?-6歲兒童學習與發展指南》（以下簡稱《指南》）中將傳統科學和數學整合在科學領域下，其中科學領域以探究為核心，數學領域以解決問題為中心，并要求教師在兩個學科中建立內在聯系，為幼兒提供真實的認知活動[9]。以上兩個文件是指導我國幼兒園發展的重要依據，可見我國已經具備幼兒園STEAM教育發展的指導性綱領，亟待解決的問題是創造和積累學前教育改革的實踐成果。
另外，由于我國國民素質的提升，以80后為主體的幼兒園管理者、教師和家長普遍接受過高等教育，他們逐漸認識到兒童科學啟蒙和思維培養的重要性。同時自2017年秋季學期開始，義務教育階段從一年級開始進行科學教育，使得從幼兒園開始STEAM教育、培養兒童STEAM素養變得至關重要，不僅有利于兒童順利完成幼小銜接的STEAM課程與科學課程過渡，同時為兒童的終身學習和發展奠定堅實基礎。
（二）幼兒園STEAM教育的目標定位
STEAM教育基于建構主義學習理論，強調學習者在與真實情境的互動過程中建構對知識的理解，探究性、體驗性、協作性是學習STEAM知識的主要方式。STEAM教育中，五個學科在學習者的知識建構中發揮不同的作用，科學是探究學習的基礎，數學是探究科學知識和解決工程問題的工具，工程和藝術為理解科學和技術提供形象具體的客觀載體。整合取向的STEAM教育以工程活動為實踐境脈，通過聯系、運用其他學科的知識和技能培養學生的STEAM素養和解決實際問題能力[10-11]。然而幼兒園學生處于認知發展的特殊階段，STEAM教育目標和實施策略需要根據兒童的身心發展規律和學習特點做進一步探討。
1．兒童認知發展特征
我國幼兒園兒童基本年齡3-6周歲，分為三個年齡段即小班3-4歲、中班4-5歲、大班5-6歲，均處于皮亞杰認知發展階段的前運算階段，思維發展依靠具體形象的客觀事物。5歲左右是兒童認知發展的萌芽期亦是敏感期，與STEAM課程相關的認知發展主要有以下幾個方面：第一，兒童感知覺出現系統性和概括性，表現為能夠有目的、有計劃地觀察，且比較持續，這是STEAM活動中探究學習的基本要求；第二，兒童思維可逆、記憶策略趨向成熟，表現為能夠組織匹配信息并合理聯想，這是支持科學推理和分析數據的重要能力；第三，元認知能力開始發展，表現為兒童能夠對“我已經做過什么，還需要做什么”進行清晰表述，即反思自己的思維并調整自己的行為，這是工程設計中迭代過程不可缺少的自我認知能力[12]；第四，兒童逐漸擺脫以自我為中心，學習材料和學習結果的歸屬問題對小組合作的影響逐漸減弱，有利于教師組織兒童進行合作學習。
2．STEAM教育目標定位
基于上述分析，兒童在幼兒園階段還不具備抽象概念層面的理解，對STEAM學習的理解表征可以蘊含在兒童實踐活動的顯性和隱性活動中，所以幼兒園STEAM教育目標重在思維啟蒙和思維方式的培養，即鼓勵兒童探究培養問題意識、增強實踐體驗與合作學習、發展創新思維和解決創造性問題能力，弱化兒童對STEAM五個學科事實性知識的機械掌握，以游戲化的活動形式和生活化的問題情境促進兒童對STEAM知識的理解，教師基于兒童表現判斷兒童的STEAM素養成長。對于小班和中班前期兒童，STEAM教育采用基于問題的探究式學習，以科學和數學兩個學科整合為主，借助技術工具以分類比較、圖表分析等形式理解并積累STEAM知識，重在培養兒童探究興趣、科學態度和簡單的科學方法技能。對于中班后期和大班兒童，隨著知識經驗的增長和認知能力的提高，STEAM教育采用基于項目的問題解決，在培養探究興趣和技能方法基礎上，強調工程設計、動手實踐和問題解決的能力。具體的活動流程將在后文詳細闡述，這里不再贅述。
三、幼兒園STEAM教育活動設計
（一）現狀與問題
從目前幼兒園開展的STEAM活動了解到[4]，受創客教育物化結果的影響以及教師對STEAM含義理解的偏差，幼兒園STEAM教育出現以“活動導向”和“機械模仿”為代表的兩種活動形式誤區?！盎顒訉颉钡脑O計使兒童忙碌在各種材料和電子技術的體驗中，導致兒童認為自己的任務只是參與過程，沒有問題指引，缺少對材料現象的思考和質疑?！皺C械模仿”的設計是教師和兒童都被作品牽制，教師缺少對作品內涵知識的分解和重構能力。上述現象究其原因是STEAM教育與傳統授課方式和評價方式的沖突。STEAM強調模糊的過程和明確的結果，學生通過實踐探究解決問題，但兒童知識經驗和學習風格的差異性決定了每個人探究過程的多樣性和結果表征的豐富性。傳統的講授式授課和標準化評價不能滿足教師和兒童在STEAM活動中的體驗，因此基于上述對幼兒階段STEAM教育和兒童認知特點的分析，筆者借鑒逆向設計模型設計了基于兒童理解的STEAM活動框架。
（二）理論支持——逆向設計
逆向設計由美國課程專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格創立并逐漸完善成型的教學設計模式[13]。它是一種用于單元課程的設計過程，整個過程分為三個階段，如圖1所示。
?。?）確定預期結果，即學生應該知道什么，能夠做什么？什么內容值得理解？我們思考教學目標，查看內容標準，檢驗課程的預期結果。這一環節是設計過程的關鍵，需要確定學生學習遷移的能力、意義建構的內容和需要掌握的知識與技能。
?。?）確定合適的評估證據，即如何知道學生是否已經達到了預期結果？哪些證據能夠證明學生的理解和掌握程度？逆向設計根據收集的評估證據來思考課程，而不是簡單地依據學習內容或者一系列活動來思考課程。這一評估環節在了解學生反饋情況基礎上能夠進一步指導后續教學，主要完成確定評估方式、設計真實的情境任務和制定評估量表三個任務。
?。?）設計學習體驗和教學，即在明確的教學目標和合適的評估證據后，全面思考適合的教學活動，逆向設計列出了關鍵的活動要素，即目標—興趣—探究—反思—評價—設計—組織（WHERE TO）[14]。
（三）活動設計框架
為什么STEAM活動設計要“逆向”進行？我們傳統的教學活動設計中教師以演繹的方式安排活動任務，教師在進行活動設計時，往往依據課本內容來安排設計教學活動，以覆蓋教材的方式將知識點包含在整節活動中，這樣學習的結果是學生得到零散而寬泛的知識碎片，知識間缺少有機聯系，學習內容有廣度沒有深度，這也是目前STEAM課程呈現出“活動導向”的直接原因。而STEAM教育是學生針對真實問題或現象的探究思考，運用以往知識經驗發現新的知識并建構成新的意義，解決當前面臨的問題，學生主動歸納的學習思維有別于傳統的演繹式教學。當前教師對活動設計的投入本末倒置，用更多的時間去尋找活動材料而不是確定學生需要理解的核心問題，就是簡單地將STEAM課程理解為手工制作課、科技體驗課，而沒有認識到STEAM教育是一種教學思想和策略。尤其是幼兒園兒童天生的好奇心和行為自控力不足，豐富多彩的材料不僅干擾了兒童對關鍵問題的深入思考，影響課堂氛圍，還直接影響了學習結果。所以我們借鑒逆向設計邏輯框架將習慣的活動設計思路進行“翻轉”，我們強調教師在設計體驗活動前，抓住核心問題并挖掘其學科核心概念和跨學科概念，基于大概念的設計才能將STEAM知識表征在一個有機的問題系統中。另外，STEAM教育強調明確的結果和模糊的過程，教師在學生開展探究活動前，需要確定學生哪些表現能夠證明理解了學習內容，使教學目標和教學評價協調一致。教師在確定了理解目標和評估證據基礎上根據兒童認知特征安排恰當的學習體驗過程，幼兒教師通過觀察捕捉兒童有價值的反饋信息進行再次加工，以優化本次STEAM活動主題或再次衍生相關活動主題。至此一個完整的STEAM活動設計結束。圖2是完整的STEAM活動設計模型，下面將詳細闡述幼兒園STEAM活動每個設計階段的設計依據和意圖。
1．預期結果和評估證據
目前國內幼兒園STEAM教育沒有統一的課程標準，考慮幼兒園與小學教育學習進階的有效銜接，我們參考了2017新版《義務教育小學科學課程標準》（以下簡稱《新標準》）中一年級標準和美國《下一代科學教育標準》中幼兒園標準，這兩個標準中都有關于工程和技術的內容，可以對幼兒園STEAM教育中的工程和技術領域的教育目標提供指導[15]。另外，STEAM教育中數學（M）、藝術（A）內容與小學數學、美術、音樂等相關學科的標準依據《3-6歲兒童學習與發展指南》和《義務教育小學數學、音樂、美術課程標準》。最后，由于幼兒園階段兒童的身體健康發展與社會性發展是基礎性、關鍵性內容，兒童在STEAM活動從認識、操作到熟練應用技術工作的過程中，其手指精細動作得到充分鍛煉，小組合作完成任務促進了兒童同伴間的友好相處，有利于兒童的社會性發展?；谏鲜龅膮⒖紭藴室约耙浴皟和嘣l展為本”的教育理念，形成了以兒童真實性評價為主的幼兒園STEAM教育評估依據。具體來說，以探究興趣、識別問題、實踐應用、解決問題、表現與創造、合作交流等作為評價維度，為教師設計有效的STEAM活動提供證據。
2．學習體驗與師生角色關系
教師在確定預期結果和評估證據后，參考逆向設計的第三階段的學習體驗活動關鍵要素，根據兒童的認知特點和知識水平選擇恰當的活動流程。
?。?）基于問題的探究學習，是小班和中班前期學生的主要活動，具體流程為：①激發興趣，發現問題；②大膽假設，設計實驗；③觀察現象，收集數據；④分析數據，嘗試推論；⑤表達交流，歸納總結[16]?；趩栴}的探究主要培養低齡兒童的探究興趣，教師鼓勵兒童的探究行為，教師收集和分析探究過程的數據，并善于結合游戲創設輕松的學習氛圍，使兒童對科學產生強烈的學習欲望。
?。?）基于項目的問題解決，是中班后期和大班兒童的主要活動，具體流程為：①確定問題，觀察體驗；②明確標準，設計方案；③選擇材料，嘗試制作；④測試性能，優化方案；⑤交流分享，反思總結[16]?；陧椖康膯栴}解決往往沒有標準化方案，學生在活動過程中逐漸表現出主動學習意愿，教師從培養STEAM素養的視角鼓勵兒童敢于質疑、堅持實事求是的科學態度、鍛煉并規范基本的科學技能，有助于兒童抽象邏輯的發展和成熟，為后續的學習打下基礎。
四、幼兒園STEAM教育活動設計的建議
基于逆向設計的活動框架為教師設計STEAM體驗活動提供了參考，活動主題生成和活動材料投放也直接影響兒童STEAM素養的培養，現就STEAM教育活動中主題生成和材料投放提出如下建議。
（一）STEAM活動主題的生成策略
活動主題的來源主體是教師和兒童，來源途徑除了教材、教師手冊，還可以從幼兒園的一日活動中產生。
1．動態活動中發現
兒童在區域活動（如科學角、建構角、種植角等）和一日生活中遇到的切實問題都為活動主題的開發提供了豐富的生活化資源，教師要具備STEAM意識，敏銳發現并開發出具有研究價值的活動主題。例如，兒童在建構區開展搭建類活動時出現建筑不穩固的問題，“如何用材料搭建一個穩固的建筑”就可以成為一次有意義的活動探究，教師可以將活動情境與兒童經驗結合，同時基于“穩固”的核心概念以替換活動材料和情境遷移方式，探究如何用吸管、雪糕棍等材料為小動物搭建一個家等。兒童在此類活動中不僅需要工程設計和使用技術實現設計方案，還需要了解小動物的身體特征和生活習性來確定“家”的大小，進一步將科學和數學知識有機地融入到問題情境中，同時兒童對工程作品進行裝飾設計，在交流分享中豐富語言詞匯，鍛煉表達能力，提升自信心和自我效能感。
2．靜態課堂中生成
在靜態課堂中生成主要指集體活動中兒童隨機生成的有價值問題被教師捕捉開發成活動主題。盡管打亂原定的教學規劃，但有利于兒童對問題的深入探究和高階思維能力的培養。例如，教師帶領兒童學習不同物體沉與浮的過程中，兒童提出如何將水中混在一起的物品分離，教師可以延續這個問題開發STEAM項目“制作簡易凈水器”，不僅滿足學生的探究欲望，同時還使兒童了解水資源的社會性問題，有利于培養兒童環保意識和社會責任感。
（二）活動材料的選擇與投放
STEAM課程強調兒童對具體問題的體驗探究和親自實踐，所以STEAM教師對活動材料的選擇和投放要遵循以下原則：
1．材料選擇原則
?。?）活動材料的選擇要促進兒童多方面智能發展。實物材料的形象程度決定兒童對抽象概念的理解能力，這是兒童主動將實踐活動和抽象概念進行意義建構的重要橋梁。材料工具和學習支架等學習資源，能夠發展兒童的語言能力，豐富詞匯量和準確使用句式。技術工具類材料要為兒童提供安全性示范，兒童在觀察中領悟到操作要領，保證獨立使用的安全性和有效性，例如使用剪刀沿輪廓剪出由曲線構成的圓形，做到邊線平滑、大小吻合。（2）活動材料來源實際生活，有利于將活動延伸到園外，促進知識遷移。幼兒園STEAM教育中高精尖技術并不是必須品，但是兒童要具備利用現代技術優化學習生活的意識[17]。（3）活動材料的結構化程度要與教育目標相適應。材料層次過于豐富，會干擾兒童的判斷選擇，不利于解決問題過程中兒童的深度思考。適量的試誤性操作可以增加任務的挑戰性，激發兒童科學探究的興趣，但兒童積累過多的失敗感，會提高學習困難體驗的風險。
2．材料投放原則
兒童容易被色彩豐富、形狀奇特的活動材料吸引，在觀察體驗和動手操作前，教師選擇恰當的投放時間，采取分層次投放的方式，來降低材料對兒童不可控行為的刺激，從而保證課堂秩序，使STEAM活動順利進行。
基金項目：全國教育科學規劃國家一般課題“基于項目的中小學STEAM教育應用模式研究”（課題批準號BCA170081）。
作者簡介：張茉，王巍，東北師范大學信息科學與技術學院博士研究生；袁磊，博士，東北師范大學信息科學與技術學院教育技術學系主任，教授，博士生導師。
