跨学科整合STEM教育是当今培养创新人才的重要手段，而幼儿园教育为培养20年后社会需要的人力资源奠定基础，幼儿园STEM整合课程作为推进幼儿园STEM教育发展的载体，对儿童个人发展和未来科技创新人才培养有重要意义。在跨学科整合教育理念的影响下，构建幼儿园STEM整合课程已成为当务之急。
本研究从介绍幼儿园STEM整合课程的内涵出发，总结幼儿园STEM整合课程的核心价值，以基于乐高教育建构材料的幼儿园STEM整合课程为例介绍幼儿园STEM整合课程建构框架，期望对国内幼儿园STEM整合课程实践有所启发。
STEM诞生于20世纪80年代的美国，《本科的科学、数学和工程教育》报告被认为是STEM学科集成战略的里程碑，它首次明确提出了“科学、数学、工程和技术教育集成”的纲领性建议。
起源于美国的STEM教育因其培养适应未来社会创新人才的目标定位逐渐被各国所重视，并被视为提升国家竞争力、进行技术创新和教育课程变革的战略选择。
2017年《中国STEM教育白皮书》指出STEM教育有助于培养学生适应未来的关键能力，并有可能在未来的工作和生活中持续发挥作用，提议STEM教育应该纳入国家创新人才的培养战略，构建系统化、跨学段的STEM整合课程。（王素，2017）STEM整合课程符合创新人才培养的本质要求。
作为STEM教育的起始阶段，幼儿园实施STEM整合课程能够为未来科技创新人才的培养奠定基础，因此，越来越多的教育研究者已经开始关注幼儿园STEM整合课程的发展和研究。如美国辛辛那提大学穆莫教授在《早期STEM教学》一书中提到，STEM教育的核心是它的整合性，即如何使活动涉及科学、数学也涉及到工程、技术，并从幼儿学习区角、教室和户外、日常活动、项目活动等方面设计STEM 教学活动；（莎莉·穆莫，2019）马塞诸塞州以“STEAM学科导向”和“五种感觉切入”两个视角将STEAM学习融入到儿童的每日活动中。（胡恒波，2017）
在我国，伴随STEM教育逐渐下延至早期教育阶段的国际化发展趋势，学界也普遍意识到幼儿园实践STEM整合课程的必要性。但由于我国还没有形成系统健全的STEM整合课程标准，STEM整合课程性质、课程目标和实施建议还没有统一的规定，幼儿园STEM整合课程研究还属于起步阶段。
应该如何来理解幼儿园STEM整合课程？其核心价值何在？如何构建科学、合理的STEM整合课程等成为亟待解决的问题。
STEM顾名思义，即科学（Science）、技术(Technology)、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四学科的简称，它们之间存在着普遍的交叉联系，是STEM整合课程形成的必要条件。当前，学界并未对STEM整合课程内涵给予明确的界定，不同的研究者因为理解不同产生了不同的STEM整合课程的内涵。
有研究者在研究了国外学者关于STEM整合课程的观点后，认为STEM整合课程应强调基于真实情境，打破STEM四门学科的界限，将各个学科建立知识联系，以达成跨学科整合的效果。它不是简单地将四门学科合并，更不是“一刀切”地将四门学科所有内容都设计到某一节课中，而是需要根据特定主题找到学科间的关联点，实现STEM的跨学科整合。（董泽华，卓泽林，2017）
另有研究者认为，整合性STEM教育是把STEM领域的核心概念置于富有吸引力的现实问题情境中，采用问题解决驱动的以学生为中心的教学方式，支持数学和（或）科学内容学习的同时，通过强调问题解决过程中学科之间的整合，帮助学生习得工程设计和（或）技术手段，理解各学科间的紧密联系，体会学科的价值，培养21世纪新技能，提高学生对STEM学科的积极态度及投身STEM领域相关事业的热情。（杨亚平，陈晨，2019）
结合以上观点，笔者认为STEM整合课程是跨学科融合科学、技术、工程和数学的课程，是基于真实问题情境，以问题解决为驱动，以学生为中心，综合运用科学、技术、工程和数学知识来解决问题，促进学生关于学科内容和实践的学习。它不同于传统意义上的综合课程，即将科学、技术、工程和数学学科简单叠加，而是将四门学科内容组合成有机整体，以更好地培养学生的STEM综合素养、创新精神与实践能力。
在幼儿园阶段，由于幼儿处于认知发展的特殊阶段，因此，幼儿园STEM整合课程需要根据儿童的身心发展规律和学习特点来考虑。幼儿在幼儿园阶段还不具备对抽象概念的理解，幼儿学习STEM应该基于自身生活经验，通过活动来实现。
笔者认为幼儿园STEM整合课程是跨学科融合科学、技术、工程和数学学科的课程，它是一种针对幼儿生活或游戏中真实问题，以主题或项目形式，综合运用各学科知识和技能解决实际问题的课程。它追求简单、趣味性，旨在激发幼儿的探究兴趣和欲望，发展幼儿STEM综合素养，培养幼儿沟通、合作、创新与批判性思维等21世纪技能。
（一）强调跨学科学习，培养幼儿知识融合与迁移运用的能力
跨学科是STEM教育的核心特征，它与分科相对应。它的出现是因为原来的分科教学在21世纪人工智能高速发展的今天显出很大的弊端，不能适应新时代对教育培养“21世纪技能”、创造性和复合型人才的新要求。
美国学者爱布特斯（Abts）使用“元学科”描述STEM，表示它是代表科学、技术、工程和数学等学科的统整的知识领域，它们存在于真实世界中，彼此不可或缺、互相联系（Morrison J.S.，2006）。
跨学科意味着幼儿教育工作者不再将重心放在特定的学科领域，而是将重心放在特定的问题上，强调综合利用科学、技术、工程和数学等相互关联的知识解决特定问题，实现跨越学科界限，从综合应用多领域知识的角度提高幼儿领域融通和解决实际问题的能力。
情境是STEM教育重要而有意义的组成部分，它强调把知识还原于丰富的生活，挑选生活中有趣的、丰富的、挑战性的问题，通过学习者和学习环境互动建构来解决问题。幼儿的学习受具体情境的影响，情境不同，学习也不同，只有学习是在真实情境中，幼儿通过与真实环境互动建构，有意义的学习才能发生。
在STEM整合课程中所涉及的问题要基于幼儿真实的生活情境，同时这种生活情境蕴含幼儿所要学习的知识。这样，幼儿在解决情境性问题的过程中，体验真实的生活，开启自己的深度学习，最终获得经验的提升和社会性成长。
工程设计是STEM教育取得成功的关键因素。这是因为STEM教育结果要求包含设计成果，通过工程设计过程促进学科知识融合和运用，通过作品体现学习的知识和能力。在STEM整合课程中，幼儿遵循“明确问题—设计方案—制作实物—测试与改进”的程序对待工程实践问题，像工程师一样进行思维。
幼儿因各自生活经验、认知方式、学习风格等的差异，会以不同的建构视角，设计出多样化的成果，更在一定程度上创造性地解决问题。
（四）基于科学实证，培养幼儿向真实生活迁移的科学精神和科学理性
科学区别于其他学科的重要特征是实证性。实证是科学教育中学习者需要理解和掌握的重要方面。STEM教育要让学习者通过STEM综合知识来验证已知结果，并达到加深理解、领悟科学，或者运用STEM知识去发现并解释学习者未知的现象，培养学习者的科学探究精神和能力。
STEM整合课程联系幼儿生活，以幼儿真实生活中的问题为起点，解决生活中的问题，以科学思维来看待问题，以科学知识来解决问题，以科学素养为发展目标。
真实的生活为科学世界提供事实基础，科学世界为真实生活赋予更深的意义，二者共生于幼儿的实践探索中。
（五）注重技术支持，培养幼儿善于运用技术解决问题的能力
STEM教育重视技术的学习和应用，强调学习者要具备一定的技术素养，如了解一些基础产品应用和发展，分析技术对自己或周围环境影响。在教学中，STEM所强调的不仅仅是如此，更注重幼儿在日常生活中学会利用技术解决微小问题，以此来极大地锻炼幼儿动手操作的技能，支持深度学习的发生。
协作性是STEM教育的核心特征之一，强调学习者在群体协作中相互帮助、相互启发来解决问题。学习者以小组为单位，共同搜集和分析学习资料，通过讨论决定完成任务的策略，共同探索、评价学习成果。团队协作锻炼幼儿社会交往的能力，促进幼儿向不同生活经验和认知水平的个体相互学习和启发，提高个体的认知能力，培养团队的合作精神。
基于幼儿园STEM整合课程的内涵和核心价值，笔者所在课题组与当地某所幼儿园联合，以乐高教育建构材料为载体，结合幼儿园STEM整合课程实施的现状，尝试从实践层面设计了STEM整合课程。现以本课程为例，对其课程整体结构、课程活动设计和课程教学策略进行详细介绍。
基于乐高教育建构材料的幼儿园STEM整合课程预设了三个幼儿熟悉的主题——“趣玩城堡”、“奇异工厂”和“连锁反应机关”，设置乐宝和喜妹两个角色人物，引领幼儿与乐宝和喜妹一起进行主题探究，根据各种问题情境，一起头脑风暴设想解决方案，并用乐高积木进行项目学习。
整个课程围绕学科核心概念进行交叉融合设计，根据幼儿的认知发展水平确定探究主题，每个主题课程由10个单元活动组成（见表1）。每个单元活动又针对不同的教学对象设定课程材料、活动流程、课程目标、指导要点、关键经验等。
幼儿园STEM整合课程包含了三大系列STEM主题课程，每个主题内容丰富，这里选取主题为“奇异工厂”的课程项目做具体的呈现和分析。
课程面向幼儿园中、大班幼儿，本阶段的幼儿正处在皮亚杰认知发展阶段的前运算时期，无论在动手能力还是想象力方面都体现了较强的水平，能够有目的、有计划观察，能对“我已经做过什么，还需要做什么”进行清晰表述，同时此阶段幼儿逐渐摆脱自我中心，可以开展合作学习。
但是，幼儿还不完全具备抽象逻辑思维能力，因此，幼儿园STEM教育重在思维启蒙和思维方式的培养。“奇异工厂”主题的设置意在围绕不同类型的运输工具，联系生活情境，引导幼儿体验各种运输工具蕴含的科学现象以及各种运输技术工具在生活中的应用，发展幼儿STEM综合素养，以及沟通、合作、创新与批判性思维等21世纪技能。
鉴于目前国内幼儿园STEM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，“奇异工厂”活动目标参考了2017新版《义务教育小学科学课程标准》中一年级标准和美国《新一代科学教育标准》中幼儿园标准所涉及的关于工程和技术的内容，另外，兼顾我国《3~6岁儿童学习和发展指南》中对儿童在数学和科学领域培养的要求等。
科学和工程实践是这一主题课程的重点，要求幼儿根据问题需求设计各种运输工具，探索各种运输工具中蕴含的科学问题和工程问题。
“奇异工厂”围绕生活中不同类型的运输工具设计了10个STEM探究活动，并借鉴主题探究或项目学习开展的思路，按照主题导入—主题探究—主题总结推进活动进程。
如在“各种各样的运输工具”导入活动中，我们通过图书、图片等导入各种运输工具主题的讨论，为幼儿铺垫主题探究的前经验。然后，设计8个独立探究活动，在具体的问题情境中，引导幼儿发现科学探究和工程设计的问题，提出具体解决方案。最后，以大型项目展示主题探究的成果。
整个主题活动过程中，可采用集体活动、小组活动和个人活动灵活相结合的形式开展。每个探究活动按照导入活动—幼儿探索—分享综合—延伸活动四个环节来开展：
导入活动：教师围绕工程问题为幼儿提供一个真实的生活场景，比如一队工人正在一块一块地搬运一吨货物，但由于货物又大又重，工人搬运面临困难，请幼儿想办法帮助工人。在问题情境引导下，幼儿讨论并进一步明确工程问题。
幼儿探索：幼儿小组或个人进行运输工具模型设计和搭建，探索各种运输工具蕴含的科学现象，体验科学实践和工程设计的过程。如幼儿2~4人一组根据运货小车的结构特点和功能设计车子的模型，并根据小组设计选取合适的材料来搭建车子模型，进行测试、调整优化模型。
分享总结：幼儿交流完成任务的情况，进行作品展示，讨论学习过程中遇到的困难。
延伸活动：通过更有挑战性的任务，引导幼儿运用和迁移知识技能，并在具体实践中加以使用。具体学习活动和每个活动实施流程见图1。
幼儿园中、大班幼儿的思维特征主要以具体形象性思维为主，所以这个阶段的幼儿主要通过直接感知、实际操作和亲身体验的方式进行学习。因此，结合幼儿生活经验遴选具有趣味性的STEM问题和现象，生成STEM教育主题，对促进幼儿STEM素养具有一定的意义。
这不仅能更好地整合各领域的学科知识，还可以将知识还原在幼儿的生活情境中，更好地连接幼儿的先前经验，激发幼儿学习的兴趣和动力。
在“奇异工厂”主题课程案例中，课题组以生活中幼儿经常接触的运输工具为研究落脚点，如运货车、火车运输、安检传送带、升降机等，设计一系列STEM主题探究活动，遵循主题导入—主题探究—主题总结三个基本阶段推进探究过程。
如在“奇异工厂”主题导入活动中通过图书、图片或视频、事件等导入运输工具主题；幼儿分享各自前经验，教师帮助幼儿铺垫相关经验，为主题探究做准备；在主题探究活动中，运用8个相关主题系列活动引导幼儿明确科学和工程问题，提出解决方案并建立模型，通过测试、改进等科学探究和工程实践过程解决问题；最后在主题总结中以大型项目展示主题探究的成果。
STEM教育目标的核心是STEM综合素养，但是如何在STEM整合课程中落实STEM综合素养是当前国内STEM教育实践者的难题。美国州长协会将STEM素养界定为个体在科学、技术、工程和数学领域以及相关交叉领域中运用关于现实世界运行知识的能力，是科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的综合。
有研究者认为素养的综合性体现两个方面：一是体现为内容上的综合；二是体现为形式上的综合。（吕延会，2017）据此，可以将STEM综合素养分为两个层次：一是理解并综合运用科学、技术、工程和数学领域的知识，解决实际问题的能力；二是基于STEM各学科知识、技能和态度基础上的学科核心素养和21世纪技能。
本研究认为，早期STEM教育应坚持以发展STEM学科知识为用，以培养21世纪技能为体，两者互为表里，体用结合。但如何落实STEM素养培养目标是当前困扰国内STEM教育实践者的难题。
据此，本研究将发展STEM学科知识的理解和运用为用，以培养21世纪核心素养为体，两者互为表里，体用结合。“奇异工厂”主题活动引导幼儿动手、动脑，利用数学、科学知识、工程和技术思维解决生活中的问题，将学科的核心素养整合到科学探究和工程设计实践过程中，将21世纪技能的发展渗透在活动过程的每次思考、讨论等中。具体如表2所示。
STEM教育中四个学科不是孤立的，本身就存在着密切的联系，但是在具体实践中，对STEM教育到底涉及四个学科领域中的一个、两个、三个、四个，又或者拓展至更多，有各种各样的说法，形成了不同的整合中心，比如在《早期STEM教学：科学、技术、工程和数学的整合活动》（莎莉·穆莫，2017）中，介绍了四学科不同整合形式的案例。
笔者认为整合不是四门学科的汇集，而是强调对知识的综合应用和对学科之间关系的关注，这四科都涉及相同的程序，即解决问题的过程，虽然解决的问题不尽相同，但凡是解决问题就会涉及科学、技术、工程和数学这四科内容。因此，本研究结合国内外早期STEM教育研究和实践经验，在课程活动中整合了科学、技术、工程和数学。
在“奇异工厂”主题中，每个活动都与建构运输工具这个任务相关，通过探索各种运输工具，整合各领域知识。表3列举了该主题在科学、数学、技术和工程方面的部分学习内容。
（四）通过循环的方式体验科学和工程实践的过程和方法
在STEM教育实践探索中，研究者们逐渐形成了以某一学科经验为中心，整合STEM其他相关学科经验的模式，如莎莉·穆莫教授为代表的研究者，强调科学探究为中心，整合数学、技术和工程领域；国内以张俊教授为代表的研究者，则强调以工程设计为中心，还有其他学者探究以数学经验为中心进行整合。无论哪种整合方式都是可行的。
本研究考虑到乐高教育建构材料在工程设计的独特优势以及工程在STEM整合课程方面的独特优势，借鉴美国《下一代科学教育标准》的精神，将科学探究和工程实践进行了有机结合。具体来说，课程中各个活动设计是由科学探究活动与工程设计活动相互嵌套而成，如图2 所示。
这里以“奇异工厂”主题中的“运货小车”活动为例，具体阐述如何用循环的方式体验科学和工程实践的过程和方法。一方面，在迭代的工程实践过程中学习。比如，幼儿先根据经验设计小车，然后根据设计图案搭建设计的小车模型，测试模型，发现问题并针对问题修改设计图或改进模型，反复体验。
另一方面，在循环的问题引导中学习。比如，在导入环节，教师会以问题的形式引导幼儿观察小车的结构特点和类型，明确工程问题，设计解决方案；在设计模型环节，教师提醒幼儿先商量运货小车的设计方案，设计后引导幼儿介绍自己的方案；搭建和测试环节，教师也会引导幼儿关注设计图纸的功能，对比模型和图纸，提问幼儿是否按照图纸设计，或询问改动设计的原因，引导幼儿进一步体验工程设计的方法和过程，引导幼儿检测小车性能，比较有轮子和没有轮子的运输效果，体验轮子省力的效果；在分享总结环节，引导幼儿分享小车的结构特点和小车的性能。
STEM教育强调以幼儿为主体的协作探究的学习方式，注重复杂学习过程中深度学习的发生。幼儿在解决问题的过程中，会采用不同的学习路径，遇到不同的困难，教师针对不同的情况给予及时反馈和帮助。
STEM整合课程综合运用了多种类型的学习支架。以“运输轨道”活动为例，在导入环节，教师通过提出问题、展示图片、设计场景等形式为幼儿提供情境型支架，帮助幼儿联系真实的生活经验，引发幼儿思考；在探究环节，教师观察幼儿不同的学习路径和遇到的困难，提出问题、提供资源等，引导幼儿围绕问题自主协作，并在实践过程中不断地反思和改进解决问题的策略。
如教师根据幼儿自主探索的程度分层次提供坡道操作材料；适当提问幼儿，引导幼儿围绕为货物设计运输路线的任务自主设计运输站点和路线，不断反思和改进设计等。
本文详细阐述了幼儿园STEM整合课程的内涵和价值诉求，并提供了具体的实践案例，期待与教育研究者、教师一起探讨幼儿园STEM整合课程建构和实施。
【参考文献】
[1]董泽华，卓泽林. 基于项目学习的STEM整合课程内涵与实施路径研究[J]. 中国电化教育.2019（8）：76-77.
[2]胡恒波. 美国学前儿童STEM教育的理念声明与实施建议——源自马塞诸塞州的经验[J]. 教育科学，2017（4）：90-96.
[3]吕延会.STEM教育的核心精神[J].当代教育研究，2017（5）:16-17.
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[5]莎莉·穆莫. 早期STEM教学：科学、技术、工程和数学的整合活动[M]. 李正清，译. 南京：南京师范大学出版社，2017（10）.
[6]王素.《2017 年中国STEM 教育白皮书》解读[J].现代教育，2017（14）：4-7.
[7]杨亚平，陈晨. 美国中小学整合性STEM 教学实践的研究[J]. 外国中小学教育，2016（5）：58-59.
本文转载自奕阳教育公众号
文章转载自微信公众号：深圳市宝安区兴华幼儿园集团
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