基于工程思维培养的幼儿园木工区活动组织与实施研究

谢晓鹏 朱毅诚

STEM教育包含科学（Science）、技术（Technolo？ gy）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四个学科，除工程学科以外，其余三个学科在学前教育课程中早已存在，其在早期儿童教育中的重要作用已有大量的理论研究和实证研究。相比之下，对于工程教育是什么、如何把工程教育融入幼儿园教育等相关研究较为缺乏[1]。近年来，随着STEM教育的不断发展，工程教育开始受到学前教育研究者的关注。工程思维是工程教育中的一个新的探究领域，特别是幼儿的探索、求知和创造性行为与其工程思维的发展有着紧密联系。幼儿天生对木头这种自然材料以及敲敲打打有着强烈的好奇心，木工区活动能够将设计、研究和实践相结合，是培养幼儿工程思维的理想载体。目前已有的相关研究更多地聚焦于木工区活动的价值，强调木工区活动能够发展幼儿的动手能力、解决问题的能力、合作能力及安全意识等，对于木工区活动能够促进幼儿工程思维发展的相关研究较少。鉴于此，本研究通过对两个班级的木工区活动进行非参与式观察以及对教师进行深度访谈，分析教师在组织与开展木工区活动中可能存在的问题，并提出培养幼儿工程思维的木工区活动组织与实施路径，以期为幼儿园科学开展木工区活动提供借鉴。

一、研究设计

（一）研究对象

本研究选取某省一级公立幼儿园，该园采用混龄编班模式。研究场域是该园两个班级的木工区，研究对象是这两个班级的带班教师和幼儿。其中，带班教师分别为A教师和B教师，幼儿共77名（男孩36名，女孩41名）。

（二）研究方法

本研究采用非参与式观察法和访谈法。笔者以旁观者的身份进入研究现场，对幼儿在木工区的活动表现和教师的指导策略进行观察记录，并填写在观察记录表中。观察记录表主要包括幼儿的姓名、性别、班级、年龄、观察日期、幼儿行为表现、教师指导策略等，观察时间是每周三、周四的区域活动时间，为期两个月。采用半结构式访谈，笔者与A教师和B教师进行面对面的深度交流，主要围绕教师对工程思维的理解、教师如何组织木工区活动、如何指导幼儿等问题展开。

（三）资料整理

笔者收集并整理幼儿的木工作品、观察记录表、活动的录像或照片、访谈内容稿及其录音等资料，通过归纳、比较、分析、总结的方式得出研究结果。

二、研究结果与分析

（一）教师对幼儿工程思维认识不足

研究发现，教师认为幼儿具有工程思维，也肯定了在幼儿园阶段发展幼儿工程思维是有必要的，但是教师对于幼儿工程思维的认知比较模糊，具体表现在以下两个方面：第一，对幼儿工程思维的理解不到位。如A教师认为“工程思维就是像工程師一样，先有一个目标或问题，然后形成初步的想法，再根据问题去解决问题，还有后续的一些步骤。”B教师则认为“工程思维就是开展一系列的活动，从开头、过程再到最后的结果，应该包括很多内容，不只是单一的学科内容。”第二，对木工区活动中蕴含的幼儿工程思维认识较为泛化。A教师和B教师均认为，木工区活动的过程全都蕴含了幼儿工程思维。由于对幼儿工程思维认识不足，笔者在观察教师组织木工区活动时，发现教师在操作技能以及安全指导上的比重达一半以上。这种指导重点的倾斜容易让教师走向技术主义取向、安全主义取向，错失了很多发展幼儿工程思维的契机。

（二）木工区活动形式简单化

笔者通过现场观察两个班级的木工区活动，并结合教师的访谈结果，发现木工区的活动形式存在简单化倾向。如B教师认为“小班组幼儿的操作经验较少，我会提供一些小任务让他们在区域中操作，帮助他们掌握一些基础技能。中大班组幼儿的合作性活动较多，我会引导他们根据主题进行讨论、设计、操作，或者继续操作未完成的作品。”此外，笔者还发现，虽然教师会依据不同年龄段幼儿的动作发展水平引导他们进行小组合作，但是小组成员之间各自制作木工作品的现象较多，作品架上呈现的也是整齐划一的木工作品或者是未完工的作品。究其原因，是因为教师缺乏对木工区活动的良好组织和规划。这种零散的、碎片化的活动看似风风火火，幼儿忙忙碌碌，却容易变成完成教师布置的任务，修修补补木工作品或者制作一个简单的物品。幼儿的兴趣和好奇是满足了，但是他们却难以在“最近发展区”得到提升，木工区活动也没能充分发挥出最大教育价值，这势必会影响幼儿工程思维的发展。

（三）缺乏教师的有效指导

幼儿工程思维的发展有赖于教师积极有效的指导。笔者在观察中发现，教师的指导存在以下问题：第一，由于木工区活动本身的特殊性，使用的工具有热熔胶枪、羊角锤、锯子等比较危险的工具，所以教师在指导内容上会更多从安全角度出发，对幼儿操作工具的指导较多，最大限度避免安全事故的发生。第二，教师还未形成STEM理念，在指导方式上易忽略知识之间的整合，特别是工程知识。例如，幼儿在设计“美味的小饼干”时，需要根据“饼干”上的点点，综合使用橡皮锤和工字钉打点，这当中渗透了“一一对应”和“模式”的数学概念，但是教师却没有意识到这是数学知识和工程知识进行整合的契机，仅把关注的焦点放在工具使用上。第三，教师在指导过程中缺乏经验的反思，无效的指导现象重复出现。笔者访谈教师在“指导上遇到的问题和困难”时，A教师和B教师提到了“专业素养不足，对工程思维的认识和理解不够深刻”“思路不够开阔，经验不够，难以把控活动中的教育契机”等，同时也表示希望能够获得专业支持，以改善和提升她们的指导水平。

三、培养幼儿工程思维的木工区活动组织与实施路径

（一）转变教育观念，加深对工程思维内涵的理解

事实上，绝大部分的幼儿教师并没有工程知识的学习经验或者参与过相关的培训。因此，转变教育观念是教师能够更好地组织木工区活动来培养幼儿工程思维的前提和首要任务。近年来，随着STEM教育的日渐普及，教师需要转变教育观念，摒弃过去的单一认知思维，以“跨学科”“整合”的思维和态度对待幼儿学习方式的转变。

在认知层面，教师可以多接触工程教育相关的知识，了解一些简单的工程教育概念及其要素，特别是工程思维的内涵。通过文献梳理，不同学者对工程思维有不同的界定，袁晓静从学生应具备的工程思维出发，总结了工程思维的构成要素，即工程决策思维、工程设计思维、工程实施思维、工程评价思维[2]。美国国家研究委员会在《K-12教育中的工程：理解现状和提升未来》报告中强调工程思维习惯的培养，指出工程思维习惯包括系统思维、创造力、乐观主义、协作、沟通交流、伦理考虑[3]。

在实践层面，教师可以通过幼儿园木工区的体验式学习，在体验学习中“扮演”幼儿，以幼儿的视角设计图纸、选择材料和工具、制作和分享作品等参与木工区活动，不断提高和加深对工程思维的认识和敏感性。在工程知识的学习和体验基础上，教师可以围绕工程思维要素或工程思维习惯，针对性地指导幼儿活动。这不仅帮助幼儿发展了自身的工程思维，逐步养成工程思维习惯，也在无形中增强了教师自身的工程思维意识。

（二）合理建构木工区工程设计流程

美国幼儿教育协会在《关于修补、制造和工程你所需要知道的》一文中指出了修补、制造和工程之间的区别，即修补是使用东西（Using stuff），制作是使用东西去制作物品（Using stuff to make stuff），工程则是使用东西去制作能起作用的物品（Using stuff to make stuff that does stuff）。幼儿园木工区活动本质上并不仅仅是简单的修补活动（Tinkering）或制作活动（Making），而是典型的工程活动（Engineering）。工程活动是一项系统的活动，需要按照一定的工程流程进行设计。只有按照一定的工程设计流程进行组织和实施，在木工区活动中幼儿的工程思维才能够真正形成并得到不断发展。

关于工程设计流程，彭杜宏提出了学前STEM教育模式（简称“PPOD”模式），即“基于典型生活现象（P）—聚焦问题深度探究（P）—亲自动手操作与设计（O）—观察记录与总结交流（D）”模式[4]。基于建构主义理论，美国生物学课程研究会提出了“5E”探究式教学法，即参与（Engage）—探究（Explore）—解释（Explain）—精致（Elaborate）—评价（Evaluate）五个环节[5]。波士顿科学博物馆开发的EiE（Engineering is Elementary）项目倡导为儿童提供五步工程设计流程，即提问（Ask）—想象（Imagine）—计划（Plan）—创造（Create）—改进（Improve）。教师在组织木工区活动时，以上的工程设计流程并不是固定不变的，它只是一个指向适宜工程设计的方向性引导，并非是一个药方或者食谱。所以，教师可根据活动目标的需要灵活选择工程设计流程，甚至可以跳过当中的某个或者某些步骤。例如，为了促进幼儿的工程思维发展，教师在木工区活动中设计了“提问—想象—计划—制作—测试—分享”的工程设计流程，并和幼儿共同制作了“木工思维工具”循环图。

值得注意的是，只有教师持续地关注幼儿，注重工程设计流程的使用，幼儿才能在木工区活动中科学地发展系统思维、创造力、协作、沟通交流等工程思维习惯。

（三）提升教师指导水平

幼儿园木工区活动蕴含着发展幼儿工程思维的教育契机，若在组织和实施过程中离开了教师的有效指导，将会错失很多发展幼儿工程思维的契机。从观察和访谈的结果来看，造成教师指导存在问题可以归结到以下原因：STEM相关的跨学科知识和指导实践知识欠缺；教师指导经验和反思不足。因此，要提升教师木工区活动的指导水平，重点应该放在教师的知识学习和指导水平的提升上。

首先，教师应当提升STEM相关的跨学科知识和指导实践知识的理论学习。目前，无论是教师的职前教育还是职后培训，都较少涉及STEM相关的跨学科知识。STEM教育强调跨学科的整合学习，将工程知识与科学、技术、数学有机地融为一体，这与当下倡导的“促进幼儿整体性、全面性发展”不谋而合。教师要树立终身学习的理念，让学习成为自身发展的动力，通过网络、书籍等资源，积极主动地学习STEM相关知识，提升自身整合性学习的能力。同时，教师还要深入学习指导实践的相关知识，明确自身在幼儿活动中扮演的角色和作用，特别是要把握好区域活动中指导的“度”，此方面的相关研究成果较为丰富，教师可充分深入地学习。对于幼儿活动中的指导，教师应对指导时机、指导角色、指导方式、指导内容、指导效果等方面做到心中有数，只有这样，才有可能在木工区活动中对幼儿行为进行适时适度的指导，从而进一步培养幼儿的工程思维。

其次，教师要在实践中积累更多的指导经验并进行反思提升。教师在木工区的指导不是通过理论学习就能得到提升的，必须通过不断的实践历练并成为“会反思的实践者”。有研究提出了区域活动中教师指导的四项原则，即跟随原则、赋能原则、支架原则和导引原则[6]。在幼儿园木工区活动中，跟随原则要求教师学会“看”和“等”，寻找最适合和适时的指导时机，从而发现幼儿可能得到发展的契机并及时给予支持。赋能原则更多涉及指导幼儿工程思维习惯中的“乐观主义”，即激发幼儿在木工区活动中的兴趣、勇敢、坚持、探索和冒险等品质。这就需要教师要相信幼儿的力量，相信幼儿能够在木工区活动中独立自主地完成作品。支架原则有赖于教师的教育敏感性，在幼儿的“最近发展区”提供支架，以帮助他们在原有水平上获得提升，促进幼儿工程思维的发展。导引原则要求教师能够根据木工区活动中幼儿的年龄差异、经验水平差异、个性差异等进行针对性的指导，让每个幼儿都能得到发展。特别是对于混龄编班的木工区活动，教师在同一时空维度上更要考虑幼儿的各种差异，依据这四项原则，再围绕幼儿工程思维构成要素中的薄弱要素，提供必要的指导策略，从而更好地发展幼儿的工程思维。

本文系广东省教育研究院第二批STEM教育专项研究（重点）立项课题“STEM教育在幼儿园区域活动中的组织与实施研究”（課题编号：GDJY-2020-S-a004）、广东省教育研究院“新时代广东省中小学幼儿园科创和STEM教育课程教材构建与实施”教改实验学校（第二批，2020年7月—2023年6月）立项课题“科创和STEM教育在幼儿园区域活动中的组织与实施研究”（GDJY-2020-Aa-085）的研究成果。

【参考文献】

[1][3]Linda Katehi，Greg Pearson，Michael Feder.En？ gineering in K-12 Education： Understanding the Status and Improving the Prospects[M]. Washington，DC： Nation？ al Academies Press，2009.

[2]袁晓静.面向工程思维培养的小学机器人教学研究[D].上海：上海师范大学，2020.

[4]彭杜宏.学前STEM教育的核心目标与高质量模式探析[J].苏州科技大学学报（社会科学版），2019（5）：93-100.

[5]董文俊.大班STEAM教育活动中幼儿工程思维发展的行动研究[D].上海：上海师范大学，2020.

[6]薛婷婷.幼儿园区域活动中教师指导的必要性与基本原则[J].学前教育研究，2018（4）：70-72.