本文由《现代远距离教育》杂志授权发布
作者：张茉、王巍、袁磊
摘要
具有跨学科性质的STEAM教育是当今培养创新人才的重要手段，幼儿园教育为培养二十年后社会需要的人力资源打下基础，研究学前阶段的STEAM教育不仅对儿童个人发展具有重要意义，也直接影响未来对创新科技人才的培养。从国内外幼儿园STEAM教育活动的现状出发，分析国内幼儿园STEAM教育的发展背景和目标定位，构建基于逆向设计模型的幼儿园STEAM教育活动设计框架，根据幼儿园的活动特点对活动主题生成和活动材料投放提出建议。
关键词：幼儿园STEAM；活动设计；逆向设计
一、引言
早期教育阶段的STEAM研究在美国起步较早，已有相关的研究和实践成果供国内学前教育工作者借鉴。穆莫教授（Sally Moomaw）肯定了STEAM教育在早期教育阶段开展的重要意义，在其著作TeachingSTEMin the Early Years中主张“有目的地教、为理解而教、鼓励探究和提供真实的情境”四种关键教育实践，打破了STEAM教育追求“高大上”的技术产品以及低龄儿童开展STEAM教育困难的片面认识[1]。马萨诸塞州以“STEAM学科导向”和“五种感官切入”两个视角将STEAM学习融入到儿童的每日活动中[2]，塔斯夫大学的研究团队开发了图形化编程的机器人项目，以加强STEAM教育中容易缺失的“工程”和“技术”内容，幼儿经过8周的学习能够掌握基本的机器人技术和编程技能[3]。通过对国内幼儿园开展STEAM教育的文献调查发现，国内幼儿园开展STEAM教育主要围绕实施策略、课程开发、案例分享三个方面[4]。其中实施策略主要是研究者提出规范性和原则性的操作建议，建议主要从如何规避问题入手，对于教师普遍关注的如何设计、实施STEAM课程缺少系统性和可行性建议。课程开发体现在科学和数学两个学科的深度互动[5]，以及在原有主题课程、园本课程基础上进行再次开发，以体现跨学科性质，但从案例分享中可以发现，目前STEAM课程被片面解读成科学实验课或者多学科的拼盘式课程，儿童沉浸在活动导向的学习体验中。
纵观幼儿阶段STEAM教育研究成果，研究焦点集中在讨论STEAM教育的必要性和“教什么”的问题，导致目前STEAM课程以“活动为导向”，造成儿童匆忙穿梭在各种活动和材料中，而较少参与由过程现象引发的深度思考[6]。已有研究对“如何教”的问题缺少教学系统性和儿童发展性的视角，所以设计促进儿童有效学习的STEAM活动是本文研究的重点，笔者结合我国《3-6岁儿童学习与发展指南》《义务教育小学科学课程标准》等文件，基于逆向设计理论建构幼儿园STEAM项目活动课程模型，期望对国内STEAM教育实践提供借鉴。
二、幼儿园STEAM教育的发展背景与目标定位
（一）幼儿园STEAM教育的发展背景
2017年，教育部等四部门决定2017-2020年实施第三期学前教育行动计划（以下简称行动计划），旨在进一步推进学前教育改革发展。行动计划中提出学期教育改革的重要任务是提升保育教育质量，尊重幼儿身心发展规律和学习特点，激发幼儿探究兴趣，培养积极的交往与合作能力，实现基本消除“小学化”现象的目标[7]。从国家政策中不难看出，学前教育普惠性资源日益充足，但教学质量、教育方法问题日益突出。随着人类脑科学和神经科学的研究成果日益丰富，以尊重儿童成长规律为前提，提高学前教育质量将是下一步发展的关键问题。互联网和人工智能等科学技术迅猛发展，未来国家发展依靠具有创新精神的科技人才，而幼儿园是培养二十年后社会需要的人力资源，所以从幼儿园阶段开始进行STEAM教育是社会发展的必然趋势。
《幼儿园教育指导纲要》（以下简称《纲要》）中明确指出幼儿园教育活动要注重综合性、趣味性、活动性，强调不同课程内容之间需要有机联系[8]。《3-6岁儿童学习与发展指南》（以下简称《指南》）中将传统科学和数学整合在科学领域下，其中科学领域以探究为核心，数学领域以解决问题为中心，并要求教师在两个学科中建立内在联系，为幼儿提供真实的认知活动[9]。以上两个文件是指导我国幼儿园发展的重要依据，可见我国已经具备幼儿园STEAM教育发展的指导性纲领，亟待解决的问题是创造和积累学前教育改革的实践成果。
另外，由于我国国民素质的提升，以80后为主体的幼儿园管理者、教师和家长普遍接受过高等教育，他们逐渐认识到儿童科学启蒙和思维培养的重要性。同时自2017年秋季学期开始，义务教育阶段从一年级开始进行科学教育，使得从幼儿园开始STEAM教育、培养儿童STEAM素养变得至关重要，不仅有利于儿童顺利完成幼小衔接的STEAM课程与科学课程过渡，同时为儿童的终身学习和发展奠定坚实基础。
（二）幼儿园STEAM教育的目标定位
STEAM教育基于建构主义学习理论，强调学习者在与真实情境的互动过程中建构对知识的理解，探究性、体验性、协作性是学习STEAM知识的主要方式。STEAM教育中，五个学科在学习者的知识建构中发挥不同的作用，科学是探究学习的基础，数学是探究科学知识和解决工程问题的工具，工程和艺术为理解科学和技术提供形象具体的客观载体。整合取向的STEAM教育以工程活动为实践境脉，通过联系、运用其他学科的知识和技能培养学生的STEAM素养和解决实际问题能力[10-11]。然而幼儿园学生处于认知发展的特殊阶段，STEAM教育目标和实施策略需要根据儿童的身心发展规律和学习特点做进一步探讨。
1．儿童认知发展特征
我国幼儿园儿童基本年龄3-6周岁，分为三个年龄段即小班3-4岁、中班4-5岁、大班5-6岁，均处于皮亚杰认知发展阶段的前运算阶段，思维发展依靠具体形象的客观事物。5岁左右是儿童认知发展的萌芽期亦是敏感期，与STEAM课程相关的认知发展主要有以下几个方面：第一，儿童感知觉出现系统性和概括性，表现为能够有目的、有计划地观察，且比较持续，这是STEAM活动中探究学习的基本要求；第二，儿童思维可逆、记忆策略趋向成熟，表现为能够组织匹配信息并合理联想，这是支持科学推理和分析数据的重要能力；第三，元认知能力开始发展，表现为儿童能够对“我已经做过什么，还需要做什么”进行清晰表述，即反思自己的思维并调整自己的行为，这是工程设计中迭代过程不可缺少的自我认知能力[12]；第四，儿童逐渐摆脱以自我为中心，学习材料和学习结果的归属问题对小组合作的影响逐渐减弱，有利于教师组织儿童进行合作学习。
2．STEAM教育目标定位
基于上述分析，儿童在幼儿园阶段还不具备抽象概念层面的理解，对STEAM学习的理解表征可以蕴含在儿童实践活动的显性和隐性活动中，所以幼儿园STEAM教育目标重在思维启蒙和思维方式的培养，即鼓励儿童探究培养问题意识、增强实践体验与合作学习、发展创新思维和解决创造性问题能力，弱化儿童对STEAM五个学科事实性知识的机械掌握，以游戏化的活动形式和生活化的问题情境促进儿童对STEAM知识的理解，教师基于儿童表现判断儿童的STEAM素养成长。对于小班和中班前期儿童，STEAM教育采用基于问题的探究式学习，以科学和数学两个学科整合为主，借助技术工具以分类比较、图表分析等形式理解并积累STEAM知识，重在培养儿童探究兴趣、科学态度和简单的科学方法技能。对于中班后期和大班儿童，随着知识经验的增长和认知能力的提高，STEAM教育采用基于项目的问题解决，在培养探究兴趣和技能方法基础上，强调工程设计、动手实践和问题解决的能力。具体的活动流程将在后文详细阐述，这里不再赘述。
三、幼儿园STEAM教育活动设计
（一）现状与问题
从目前幼儿园开展的STEAM活动了解到[4]，受创客教育物化结果的影响以及教师对STEAM含义理解的偏差，幼儿园STEAM教育出现以“活动导向”和“机械模仿”为代表的两种活动形式误区。“活动导向”的设计使儿童忙碌在各种材料和电子技术的体验中，导致儿童认为自己的任务只是参与过程，没有问题指引，缺少对材料现象的思考和质疑。“机械模仿”的设计是教师和儿童都被作品牵制，教师缺少对作品内涵知识的分解和重构能力。上述现象究其原因是STEAM教育与传统授课方式和评价方式的冲突。STEAM强调模糊的过程和明确的结果，学生通过实践探究解决问题，但儿童知识经验和学习风格的差异性决定了每个人探究过程的多样性和结果表征的丰富性。传统的讲授式授课和标准化评价不能满足教师和儿童在STEAM活动中的体验，因此基于上述对幼儿阶段STEAM教育和儿童认知特点的分析，笔者借鉴逆向设计模型设计了基于儿童理解的STEAM活动框架。
（二）理论支持——逆向设计
逆向设计由美国课程专家格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格创立并逐渐完善成型的教学设计模式[13]。它是一种用于单元课程的设计过程，整个过程分为三个阶段，如图1所示。
（1）确定预期结果，即学生应该知道什么，能够做什么？什么内容值得理解？我们思考教学目标，查看内容标准，检验课程的预期结果。这一环节是设计过程的关键，需要确定学生学习迁移的能力、意义建构的内容和需要掌握的知识与技能。
（2）确定合适的评估证据，即如何知道学生是否已经达到了预期结果？哪些证据能够证明学生的理解和掌握程度？逆向设计根据收集的评估证据来思考课程，而不是简单地依据学习内容或者一系列活动来思考课程。这一评估环节在了解学生反馈情况基础上能够进一步指导后续教学，主要完成确定评估方式、设计真实的情境任务和制定评估量表三个任务。
（3）设计学习体验和教学，即在明确的教学目标和合适的评估证据后，全面思考适合的教学活动，逆向设计列出了关键的活动要素，即目标—兴趣—探究—反思—评价—设计—组织（WHERE TO）[14]。
（三）活动设计框架
为什么STEAM活动设计要“逆向”进行？我们传统的教学活动设计中教师以演绎的方式安排活动任务，教师在进行活动设计时，往往依据课本内容来安排设计教学活动，以覆盖教材的方式将知识点包含在整节活动中，这样学习的结果是学生得到零散而宽泛的知识碎片，知识间缺少有机联系，学习内容有广度没有深度，这也是目前STEAM课程呈现出“活动导向”的直接原因。而STEAM教育是学生针对真实问题或现象的探究思考，运用以往知识经验发现新的知识并建构成新的意义，解决当前面临的问题，学生主动归纳的学习思维有别于传统的演绎式教学。当前教师对活动设计的投入本末倒置，用更多的时间去寻找活动材料而不是确定学生需要理解的核心问题，就是简单地将STEAM课程理解为手工制作课、科技体验课，而没有认识到STEAM教育是一种教学思想和策略。尤其是幼儿园儿童天生的好奇心和行为自控力不足，丰富多彩的材料不仅干扰了儿童对关键问题的深入思考，影响课堂氛围，还直接影响了学习结果。所以我们借鉴逆向设计逻辑框架将习惯的活动设计思路进行“翻转”，我们强调教师在设计体验活动前，抓住核心问题并挖掘其学科核心概念和跨学科概念，基于大概念的设计才能将STEAM知识表征在一个有机的问题系统中。另外，STEAM教育强调明确的结果和模糊的过程，教师在学生开展探究活动前，需要确定学生哪些表现能够证明理解了学习内容，使教学目标和教学评价协调一致。教师在确定了理解目标和评估证据基础上根据儿童认知特征安排恰当的学习体验过程，幼儿教师通过观察捕捉儿童有价值的反馈信息进行再次加工，以优化本次STEAM活动主题或再次衍生相关活动主题。至此一个完整的STEAM活动设计结束。图2是完整的STEAM活动设计模型，下面将详细阐述幼儿园STEAM活动每个设计阶段的设计依据和意图。
1．预期结果和评估证据
目前国内幼儿园STEAM教育没有统一的课程标准，考虑幼儿园与小学教育学习进阶的有效衔接，我们参考了2017新版《义务教育小学科学课程标准》（以下简称《新标准》）中一年级标准和美国《下一代科学教育标准》中幼儿园标准，这两个标准中都有关于工程和技术的内容，可以对幼儿园STEAM教育中的工程和技术领域的教育目标提供指导[15]。另外，STEAM教育中数学（M）、艺术（A）内容与小学数学、美术、音乐等相关学科的标准依据《3-6岁儿童学习与发展指南》和《义务教育小学数学、音乐、美术课程标准》。最后，由于幼儿园阶段儿童的身体健康发展与社会性发展是基础性、关键性内容，儿童在STEAM活动从认识、操作到熟练应用技术工作的过程中，其手指精细动作得到充分锻炼，小组合作完成任务促进了儿童同伴间的友好相处，有利于儿童的社会性发展。基于上述的参考标准以及以“儿童多元发展为本”的教育理念，形成了以儿童真实性评价为主的幼儿园STEAM教育评估依据。具体来说，以探究兴趣、识别问题、实践应用、解决问题、表现与创造、合作交流等作为评价维度，为教师设计有效的STEAM活动提供证据。
2．学习体验与师生角色关系
教师在确定预期结果和评估证据后，参考逆向设计的第三阶段的学习体验活动关键要素，根据儿童的认知特点和知识水平选择恰当的活动流程。
（1）基于问题的探究学习，是小班和中班前期学生的主要活动，具体流程为：①激发兴趣，发现问题；②大胆假设，设计实验；③观察现象，收集数据；④分析数据，尝试推论；⑤表达交流，归纳总结[16]。基于问题的探究主要培养低龄儿童的探究兴趣，教师鼓励儿童的探究行为，教师收集和分析探究过程的数据，并善于结合游戏创设轻松的学习氛围，使儿童对科学产生强烈的学习欲望。
（2）基于项目的问题解决，是中班后期和大班儿童的主要活动，具体流程为：①确定问题，观察体验；②明确标准，设计方案；③选择材料，尝试制作；④测试性能，优化方案；⑤交流分享，反思总结[16]。基于项目的问题解决往往没有标准化方案，学生在活动过程中逐渐表现出主动学习意愿，教师从培养STEAM素养的视角鼓励儿童敢于质疑、坚持实事求是的科学态度、锻炼并规范基本的科学技能，有助于儿童抽象逻辑的发展和成熟，为后续的学习打下基础。
四、幼儿园STEAM教育活动设计的建议
基于逆向设计的活动框架为教师设计STEAM体验活动提供了参考，活动主题生成和活动材料投放也直接影响儿童STEAM素养的培养，现就STEAM教育活动中主题生成和材料投放提出如下建议。
（一）STEAM活动主题的生成策略
活动主题的来源主体是教师和儿童，来源途径除了教材、教师手册，还可以从幼儿园的一日活动中产生。
1．动态活动中发现
儿童在区域活动（如科学角、建构角、种植角等）和一日生活中遇到的切实问题都为活动主题的开发提供了丰富的生活化资源，教师要具备STEAM意识，敏锐发现并开发出具有研究价值的活动主题。例如，儿童在建构区开展搭建类活动时出现建筑不稳固的问题，“如何用材料搭建一个稳固的建筑”就可以成为一次有意义的活动探究，教师可以将活动情境与儿童经验结合，同时基于“稳固”的核心概念以替换活动材料和情境迁移方式，探究如何用吸管、雪糕棍等材料为小动物搭建一个家等。儿童在此类活动中不仅需要工程设计和使用技术实现设计方案，还需要了解小动物的身体特征和生活习性来确定“家”的大小，进一步将科学和数学知识有机地融入到问题情境中，同时儿童对工程作品进行装饰设计，在交流分享中丰富语言词汇，锻炼表达能力，提升自信心和自我效能感。
2．静态课堂中生成
在静态课堂中生成主要指集体活动中儿童随机生成的有价值问题被教师捕捉开发成活动主题。尽管打乱原定的教学规划，但有利于儿童对问题的深入探究和高阶思维能力的培养。例如，教师带领儿童学习不同物体沉与浮的过程中，儿童提出如何将水中混在一起的物品分离，教师可以延续这个问题开发STEAM项目“制作简易净水器”，不仅满足学生的探究欲望，同时还使儿童了解水资源的社会性问题，有利于培养儿童环保意识和社会责任感。
（二）活动材料的选择与投放
STEAM课程强调儿童对具体问题的体验探究和亲自实践，所以STEAM教师对活动材料的选择和投放要遵循以下原则：
1．材料选择原则
（1）活动材料的选择要促进儿童多方面智能发展。实物材料的形象程度决定儿童对抽象概念的理解能力，这是儿童主动将实践活动和抽象概念进行意义建构的重要桥梁。材料工具和学习支架等学习资源，能够发展儿童的语言能力，丰富词汇量和准确使用句式。技术工具类材料要为儿童提供安全性示范，儿童在观察中领悟到操作要领，保证独立使用的安全性和有效性，例如使用剪刀沿轮廓剪出由曲线构成的圆形，做到边线平滑、大小吻合。（2）活动材料来源实际生活，有利于将活动延伸到园外，促进知识迁移。幼儿园STEAM教育中高精尖技术并不是必须品，但是儿童要具备利用现代技术优化学习生活的意识[17]。（3）活动材料的结构化程度要与教育目标相适应。材料层次过于丰富，会干扰儿童的判断选择，不利于解决问题过程中儿童的深度思考。适量的试误性操作可以增加任务的挑战性，激发儿童科学探究的兴趣，但儿童积累过多的失败感，会提高学习困难体验的风险。
2．材料投放原则
儿童容易被色彩丰富、形状奇特的活动材料吸引，在观察体验和动手操作前，教师选择恰当的投放时间，采取分层次投放的方式，来降低材料对儿童不可控行为的刺激，从而保证课堂秩序，使STEAM活动顺利进行。
基金项目：全国教育科学规划国家一般课题“基于项目的中小学STEAM教育应用模式研究”（课题批准号BCA170081）。
作者简介：张茉，王巍，东北师范大学信息科学与技术学院博士研究生；袁磊，博士，东北师范大学信息科学与技术学院教育技术学系主任，教授，博士生导师。
