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幼儿园STEM项目实施的新视角

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【摘要】积木建构游戏中包含了STEM项目实施所需的核心要素和特色要素,且以其情境性、延续性、合作性等特质成为幼儿园开展STEM项目活动的优质载体。教师通过有效识别建构游戏中的教育契机生成STEM项目活动,并采取鼓励幼儿建构“前设计”、基于观察搭建“脚手架”、灵活开展项目评价等方式,有效转化建构资源,拓展STEM项目活动,丰富了幼儿园课程。
【关键词】积木建构游戏;STEM项目;
幼儿园近年来,整合STEM项目学习活动成为国家培养综合技术型运用人才早期计划的一个重要举措。自2015年起,部分省份通过教育行政与青少年科技中心、科技教育协会等多部门,联合推动中小学STEM项目课程实施,推进教育创新〔1〕。中小学的探索带动了STEM项目在幼儿园的萌芽,部分幼儿园逐步尝试STEM项目的实施〔2〕。
STEM是融合科学、技术、数学、工程于一体的跨学科教育,源于20世纪80年代的美国。它以解决生活中的实际问题为主要目的、以项目化探索为主要学习方式,强调团队合作,鼓励学生应用所学的数学和科学知识,通过创造、设计、建构、发现、合作、解决问题,去应对未来世界重大挑战〔3〕。
随着幼儿园课程理念的不断转变、课程实践的不断创新,依托自然资源、人文资源、社会资源等构建的课程越来越得到幼儿及教师的青睐。课程资源价值观的积极转变以及资源收集、运用方式的多元拓展,一方面丰富了幼儿园课程内容与形式,另一方面也使幼儿园课程更多趋向直接感知、亲身体验和实际操作。这在某种程度上为学前阶段STEM项目的实施提供了更多可能。
很多园所不再局限于将STEM项目的实施聚集在班级集体教学中,而是将视角扩展至种植园地、烹饪活动、建构游戏等更广的范围,呈现出了多渠道、多形式、多样态的发展态势。在对班级建构区进行持续一段时期的观察过程中,笔者发现,以木质积木为主要材料开展的建构游戏,是STEM项目实施的一个优质载体。


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一、积木建构游戏中包含着STEM元素
积木建构游戏是结构游戏的一种,是以单元积木为操作材料开展的建筑和构造游戏。在积木建构游戏中,幼儿选用不同型号、形状的积木,运用架空、围合、垒高、平铺等建构技能来进行表达表征〔4〕。建构游戏因其结构化程度低、变化多、可塑性强等特点深受幼儿喜爱。建构游戏中涵盖了STEM项目所必备的科学、技术、工程、数学四个领域的核心元素以及艺术、社会文化等特色元素,这些都为STEM项目在幼儿园的开展提供了基本保证。
(一)常规元素
科学:建构游戏涉及力的相互作用、倾斜、平面、结构与性能、平衡、稳定等科学知识。这些知识,是幼儿在实际的建构过程中需要运用到的;而且它们很多时候能帮助幼儿突破建构难点。此外,尝试与探索、试验与发现、归纳与表征等也是幼儿开展积木建构游戏所需的科学能力。
技术:积木建构游戏中的技能包括平铺、围合、垒高、架空、模式、穿越等,每一种技能的发展都直接决定了建构的水平。
工程:随着认知水平的提高,大班幼儿自我控制能力、规划能力等也不断发展。教师在建构游戏中引导幼儿先做规划、绘制设计图,再进行建构,目的就是让幼儿学会先思后行,培养其系统思考的工程思维。
数学:在建构游戏中,积木蕴含着丰富的数学知识,包括数量、长度、图形、空间等。不同积木的图形之间有组合关系,比如两个直角三角形可以合成一个正方形,两个半圆可以合成一个大圆等。在建构过程中幼儿还学会运用分类、排序、配对等经验,以及学会关于长度、高度、厚度、深度、面积、体积等的测量〔5〕。
(二)特色元素
艺术:积木建构中呈现出的对称、均衡、模式等,体现出想象力与创造力的建构作品,都呈现出美感。这些都是艺术学习元素。
社会文化:部分作品的搭建依据是标志性建筑或历史文化古迹。幼儿在搭建过程中不仅能够掌握建筑的结构,还能了解建筑背后的故事,从而产生社会关注和文化认同。
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二、积木建构游戏中STEM项目的实施优势
相比以集体教学形式开展的STEM项目,积木建构游戏给予幼儿的自主探索空间很大、具有延续性和合作性等优势。
(一)情境性
在STEM项目中,基于真实情境的学习是统整课程的核心概念,也是跨学科课程能引发幼儿参与动机的关键。当现实问题被转化为一系列的学习任务,贯穿于整个活动本身时,它既是活动贯穿始终的线索,也是幼儿在项目中直面的真问题〔6〕。积木建构游戏在开展过程中通常伴有某种情境,这种情境既是幼儿游戏与现实生活的有效连接,也会提升幼儿探索过程中的愉悦程度。
(二)延续性
STEM活动以项目探究的形式开展,一个项目需要在连续的一段时间内经过多次反复探索方能完成。幼儿园建构区通常是作为一个固定的游戏区域设置在班级中,给STEM项目的开展提供了固定的空间保障。目前大多数幼儿园已经形成了较科学的一日活动安排,保证幼儿每天都有充足的时间开展自主游戏,这些都为建构区实施STEM活动提供了时间保障。
(三)合作性
STEM活动非常强调合作学习,鼓励参与者在过程中发挥团队每个人的智慧与力量共同解决问题,注重参与者合作意识和合作能力的培养。大班幼儿社会交往能力逐步增强且建构出的内容越来越复杂,因此在建构游戏中更多呈现出合作建构的状态。
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三、积木建构游戏中STEM项目的实施策略
(一)识别建构游戏中的教育契机,生成STEM项目
1.分析隐含的教育价值
在建构游戏中,并非每时每刻都存在STEM的实施契机,教师要善于通过细致的观察、精准的价值判断去辨识有效契机,关注幼儿的游戏行为,发现他们的兴趣所在。同时,要善于分析幼儿想要探究的项目,判断其中可能存在的STEM教育价值,具体而言:可否有效整合不同领域的知识经验?这些经验以怎样的方式联结在一起?涉及的经验是否过于单一或复杂,是否对幼儿具备一定的挑战?通过自身努力及成人支持,幼儿是否能够向更高水平发展?
教师在进行价值判断时要首先考虑项目中幼儿可能的经验获得,而非项目实施的结果预设。比如,在“我是中国人”主题中,教师发现幼儿看了常州著名古塔“文笔塔”①的视频后,表现出了浓厚的探究兴趣,经常谈论并多次提到要用积木搭建文笔塔。于是,教师对建构文笔塔的过程中隐含的教育价值进行了如下分析:
科学:了解文笔塔的内部结构、塔身的平衡、稳定等。
技术:文笔塔有13层,在建构过程中涉及架空、垒高等建构技术难点,能有效提升幼儿建构水平。
工程:文笔塔结构复杂,建构过程需要做到非常严谨、环环相扣,需要提前思考、设计,在此过程中能培养幼儿先思后行的习惯、设计规划能力以及在复杂的问题情境中自主探索和解决问题的能力。
数学:感知测量、图形、空间、数量、模式等。社会文化:文笔塔距今已有一千多年历史。搭建文笔塔能够唤起幼儿对中国古建筑的兴趣,激发他们对家乡的热爱之情。
艺术:文笔塔造型优美别致,形似文笔,飞檐翘角,造型轻盈,具有古典艺术美感,能唤起幼儿的审美想象并建立审美认同。通过以上价值分析,可以清晰地看到文笔塔建构中包含了STEM探索的契机。
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2.盘点幼儿经验水平和现有资源
为了解项目是否符合幼儿当前的经验、水平,相关资源能否为幼儿的后续探索提供支持,教师对现阶段幼儿的发展水平及所拥有的教育资源进行了盘点。

比如,在文笔塔建构项目中,教师通过日常观察、作品分析等方式,参照幼儿积木建构水平的发展线索,对幼儿进入大班以来的20件建构作品进行统计分析,发现“围合、垒高、桥式”出现的频率高达63%;“覆盖、塔式”出现的频率为24%;“联结、穿过”出现的频率为13%。此外,幼儿在前期搭建房子的过程中,逐步积累了“如何搭得高、大、稳”的建构经验,知道“大积木在下,小积木在上,稳定性更好”“木质积木比泡沫、硬纸板搭建更稳定”“每一层积木要整齐,才能搭得高”“积木不够,其他形状的积木可以拼接”等建构方法。可见,幼儿现有建构水平有能力接受这一项挑战。教师再通过家园平台调查了解到有家长是文笔塔景点的工作人员、建筑行业的设计师等,他们可以在项目实施过程中为幼儿提供专业支持。

(二)鼓励幼儿绘制建构前的设计图,初步发展其预设规划能力
在STEM项目中,工程处于核心地位,它是串联整个探究行为的综合系统,通过工程将一组相互关联的部分进行整合,从而产生期望的结果。工程是以一系列的科学知识为依托,结合经验的判断,经济地利用资源为人类服务的一种专门技术,也是服务于某个特定目的的各项技术工作的总和〔7〕。工程的核心要素包括系统、模型与建模、资源、要求、权衡与优化、过程、控制,其中模型与建模有助于表现、分析、预测与解释一个设施或系统的性能。在建构游戏生成的STEM项目中,画设计图能够帮助幼儿完成建模,确保整个建构活动的有序和有效;同时能初步发展幼儿的预设规划能力。

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1.绘制设计图,勾勒建筑的整体形态
在建构游戏中实施STEM项目,教师需要在建构前引导幼儿预先进行规划设计,绘制建筑设计图,让幼儿在建构前对将要搭建的建筑有整体认知,对关键难点进行逐一思考。如,在设计塔身时,教师建议幼儿先仔细观察文笔塔的图片和录像;然后观察建构区所有积木的特点,再画出可行的设计图。幼儿根据自己的理解画出了不同的塔身设计图(如图1),虽然用的是不同形状的积木,但最终组合而成的都是类似圆形的闭合塔身。设计图帮幼儿找到了搭建思路,也在设计中逐渐破解了难点问题;在后续的实际建构中,幼儿按照自己的设计图顺利完成了搭建,各有特点,和而不同(如图2)。图2幼儿建构的文笔塔的塔身  
2.建构前思考、规划搭建的先后顺序
在搭建前期,教师需要引导幼儿预设先做什么、后做什么,甚至对建构中的人员分工有初步规划。这样一方面能够帮助幼儿形成提前规划的习惯、增强系统思考的能力;也能在一定程度上保证建构的顺利完成。比如,在幼儿画出文笔塔的设计图后,教师进而引导:“你们觉得先从哪部分开始搭呢?你们几个打算怎样分工呢?”在教师的提示下,幼儿又对图纸进行了优化,用数字在图纸各个部分标注了“1、2、3……”表示先后搭建顺序,并用不同颜色的彩色笔大致划分了小组中每个人的分工。
(三)基于观察搭建“脚手架”,助推项目中幼儿的深度探索
1.丰富相关的知识储备
STEM虽然鼓励过程中的创新,但必须建立在科学性和严谨性的基础上。因此教师在实施相关活动时,自身要丰富相关的知识储备,确保对幼儿的支持具有科学性,不会产生误导。在文笔塔建构项目中,幼儿提出了很多问题,例如“为什么屋檐的角会翘起来?”这里面不仅蕴含着建筑学的专业知识,而且涉及我国古代文化的传承。教师如果没有广泛的知识涉猎和相关的文化储备,显然无法很好地解答幼儿的问题。
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2.适时介入解决探究难点
教师应该充分鼓励幼儿独立探索;发现幼儿遇到无法独立解决的探究难点,则须基于观察进行介入支持。比如,在搭建“飞檐”时遇到了难题,部分幼儿能用“添加”的方式,把一块弧形积木放在角落作为飞檐,但这样做有一个问题,就是无法在这个位置继续往上建构。那么,如何既能搭建每层飞檐,又能在原有基础上往上建构?这个问题阻碍了幼儿继续搭建。教师敏锐地捕捉到了这一契机,意识到需要给幼儿输入“悬空”这一关键技能。
首先,引导幼儿感受如何让积木在底部没有支撑的情况下进行悬空。幼儿经过探索逐渐知道:在积木上面用一定的重物压住并找到长短的平衡,就能让积木悬空。这个解决了积木悬空的问题,让飞檐的搭建变得简单了。
又如,搭建塔内“转梯”的方式有很多种,有的楼梯搭建得高且稳固,有的则不平稳、无法继续搭高。教师敏锐意识到:不同的搭建方式是同伴互助学习过程中有效的差异资源,可以引导幼儿在对比、分析中找到最适宜的搭建方法,助推建构游戏的走向深度。
于是,教师引导幼儿及时用“符号+文字”的方式快速记录下5名同伴的搭建方式(如图3)。安安丁丁小小悠悠小雨(2层,总是倒塌)(4层,缩间距)(3层以上)(3层以上)(3层,桥式)图3幼儿搭建楼梯的方法在游戏后的交流环节,教师组织幼儿展开讨论:“你搭了几层楼梯?你是怎么搭的?怎样44搭更稳?”让幼儿对自己及同伴的搭建方式有所了解,接着又通过概括性语言帮助幼儿梳理关键经验,如“原来这里搭建是需要支柱的。”“为什么在下面垫上积木呢?”“看来缩短距离是一个有效的办法!”这样的剖析指导,有效帮助幼儿分析自己在建构中存在的问题,引导幼儿学会了重叠架空的架构方法。

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(四)灵活开展项目评价,提高幼儿的反思能力和评价能力
评价是STEM项目实施中非常重要的环节,是该项目整体效果的评估,也是项目后续提升的基础。恰当开展项目评价也能有效提升幼儿的反思能力和评价能力。
1.掌握过程性观察评价方法
美国研究者发现在学前STEM项目实施过程中,教师通常以观察记录的方式对幼儿在项目中的表现进行发展评价,评价内容主要包括工程和科学领域的核心经验、幼儿的各项能力发展及在项目中的态度及情绪体验〔8〕。笔者认为,灵活开展项目评价有助于确保STEM项目实施的效果。近几年,随着国外先进的儿童行为观察理念的输入,很多幼儿园教师掌握了儿童行为观察的要义且能在实践中灵活运用。在真实自然状态下,以观察方式对幼儿进行评估,能够保证评价的真实性和客观性。
2.引导幼儿开展反思型自我评价
大班幼儿已经能够根据个人态度、努力程度、情绪表现等来进行归因和自我评价。根据“结构游戏中大班幼儿自我评价特征及教师指导策略”的研究报告,在结构游戏中,随着大班幼儿社会情绪的发展、自我意识的觉醒和自我认知水平的提升,他们在自我评价中能用较为翔实、清晰的语言进行表达,评价内容比较具体,评价行为总体趋于客观;同时,受他人评价的影响略大于对自我的认识,受教师及权威的影响比同伴影响更大〔9〕。
因此,教师可鼓励大班幼儿进行自我评价,帮助幼儿建立客观的自我认知。幼儿自我评价可以在项目中和项目后分别实施。教师可根据情况个别提示幼儿,也可以要求小组进行集体反思评价。项目后的自我评价则可以通过分享交流的方式进行,以个人或小组为单位,结合建构前的规划设计及最后呈现的作品进行分享,重点交流存在的问题和难点的突破。自我评价能够将幼儿的整个项目实施过程串联起来,有效形成“规划—探究—调整—展示—评价”的思维闭环。积木建构游戏中开展STEM项目,是该项目在幼儿园阶段探索的一个新视角。教师应挖掘STEM项目实施契机,有机整合,兼顾特质,使该项目在丰富幼儿园课程、促进幼儿全面发展上发挥更重要的作用。

张丽霞 ( 江苏省常州市教科院学前教育教研员)


参考文献:

〔1〕刘颖. 江苏中小学正式打造 STEM 科创中心
〔EB/OL〕. ( 2015 - 11 - 13) 〔2020 - 02 - 02〕. http: / /
jsnews2. jschina. com. cn / system/2015/11/13/026981721. shtml.
〔2〕吴文秋. STEM 理念对幼儿园学习活动的影响〔J〕. 文教资料,2018 ( 8) .
〔3〕 ( 美) 罗伯特,玛丽,詹姆斯. 基于项目的STEM 学习 〔M〕. 王雪华,屈梅,译. 上海: 上海科技教育出版社,2018: 2.
〔4〕黎琳. 幼儿园积木游戏教师观察记录的研究〔D〕. 桂林: 广西师范大学,2019.
〔5〕刘焱. 儿童游戏通论 〔M〕. 福州: 福建人民出版社,2015: 565.
〔6〕杨晓萍,杨柳玉,杨雄. 幼儿园科学教育融入STEM 教育的核心价值与实施路径 〔J〕. 天津师范大学学报 ( 基础教育版) ,2018 ( 4) .
〔7〕任秋燕. 基于 STEAM 理念的大班儿童工程教育研究———以幼儿园 “木工坊”为例 〔D〕. 南京: 南京师范大学,2018.
〔8〕陈倩茹. 美国学前 STEM 课程的研究及启示———以内布拉斯加州为例 〔D〕. 上海: 华东师范大学,2019.
〔9〕曹丹. 结构游戏中大班幼儿自我评价特征及教师指导策略的研究———以上海市 Z 幼儿园为例 〔D〕. 上海: 上海师范大学,2016.

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