高质量学前STEM教育内容选择

彭杜宏

（苏州科技大学教育学院，江苏苏州 215009）

一、引言

当今时代，高精尖科技原创的竞争异常激烈。旨在培养科技创新人才的跨学科STEM 教育在全球范围内受到关注，美国、英国、德国、加拿大、澳大利亚、芬兰、以色列、日本及韩国等国家先后投入STEAM 教育改革浪潮中，将其定为国家发展战略［1］。对STEM 领域产生兴趣和身份意识的最好时期是在幼儿园和小学［2］。STEM 教育向幼儿园阶段延伸已成为国际教育发展的一大趋势［3］。为使学前STEM 教育为我国科教兴国战略、创新驱动发展战略的实施打下坚实基础，就须让我国STEM 教育从一开始就走上高质量轨道、实现其高质量发展。

然而，当前园所机构有效实施STEM 教育的突出难点即找不到STEM 教育的机会或体现STEM 教育实质的内容。如有人指出幼儿园STEM 活动存在内容“失真”、儿童“失语”、价值“失缺”等问题［4］。盲目照搬中小学内容，或者以固定学科标准提出一些“假”问题，让幼儿寻找“唯一”答案等［5］；从市场直接购买材料使用以开展园所STEM 教育，出现融入幼儿生活、解决真实生活问题体现不明显等问题［6］。有的依托原有科学课程进行STEAM 教育，学科融合性较差、课程内容单一或过分注重机器人、3D 打印、编程技能［7］。此外套用概念、换汤不换药等，STEM 教育实践弥漫在各式各样的口号之中。

“巧妇难为无米之炊”，高质量发展的重要表现是提高供给质量。活动内容是课程供给的必需原料。因此高质量STEM 教育内容供给是高质量STEM 教育实践落地的关键基础。纵观国际幼儿园科学教育改革与发展，无一不以对幼儿科学教育内容的研究和探讨为核心，改革的焦点就是对科学教育内容的调整和完善［8］。2022年我国教育部发布《科学课程标准》明确强调精选对学生发展有价值的课程内容［9］。教学内容与师幼互动是直接关系学前儿童学习质量的重要变量［10-11］。由此，如何设计好STEM 教育的课程内容是全世界所关注的热点。目前我国对STEM 教育的课程内容设计研究处于刚刚起步阶段［12］。尽管近年我国基础教育阶段STEAM 教育的内容问题开始引起学界关注［13-14］，但学前阶段STEM教育的内容问题缺乏深入探讨与反思。幼儿园STEM 教育的机会究竟从何而来？如何捕获体现STEM 教育本质又紧随幼儿兴趣，且具有终身学习发展价值的高质量内容？这些是幼儿园STEM 教育实践面临的真切而突出的难题与挑战。正如有学者指出的，“问题”本身对PBL 的成功实施至关重要，而这又是非常具有挑战性和困难的工作［15］47-53，［16］。那么，如何追根溯源地寻找学前STEM 教育内容的活水源头？又如何精选体现STEM 教育实质且有助于学前STEM 教育核心目标达成的真实问题？本文便针对目前面向学前阶段STEM 教育高质量内容研究匮乏的现状，深入探讨学前STEM教育的内容来源及其精选的问题，为推动我国学前STEM教育事业迈向高质量发展提供必要支持。

二、真实问题：学前STEM 教育的内容定位

只有体现STEM 教育实质的实践，方可真正发挥STEM 教育的潜力与优势。那么，何谓STEM教育实质？美国国家科学基金会教育与人类自由理事会副理事长朱迪丝·拉玛雷表示，STEM 教育主要是通过让学生解决实际问题将各项知识整合起来，从而促使未来人才适应全球化过程中日益复杂的大趋势［17］。国内外学者也一致认同STEAM 教育是指向真实问题的问题解决学习和跨学科融合的问题解决过程［18-20］。我国《江苏省基础教育STEM 课程指导纲要（试行）》（2018）明确提出STEM 课程的内容选择应直面现实世界的复杂和真实问题。综上，STEM 教育实质是真实问题驱动、基于真实问题解决的跨学科融合教育理念。脱离现实世界、非真实挑战的问题则不能构成STEM 教育。据此须树立的两个重要理念是：一，STEM 教育强调教师敏感于真实问题。真实问题本身具有天然的跨学科性。STEM 教育是通过高质量的真实问题而实现跨学科的自然融合。它并不是强调教师刻意整合多个科目的教学内容、努力增加学科之间的关联性；不是刻意为整合不同学科而整合不同学科、为打破学科界限而去寻找主题或内容。跨学科教育不是多学科的拼盘。二，一个特定真实问题究竟融合了多少个学科由解决该真实问题的探究过程而决定。其跨学科性并不局限于科学、技术、工程、艺术、数学这五个学科；也不一定非要科学、技术、工程、艺术、数学五个领域全部囊括。如有学者指出STEM 教育不应将重点放在某个特定学科或者过度关注学科界限，应当将重心放在特定问题上，对问题有新的、更广泛的视角和对复杂问题相互关系有更深的理解［21］。国外婴幼儿STEM 教育相关教材中也呈现出不同STEAM 探究活动所蕴含的STEAM 元素不同——覆盖的STEAM领域随问题不同而不同［22］。

综上，STEM 教育是通过锚定真实问题、聚焦真实问题而实现跨学科的有机融合，是基于真实问题解决而实现跨学科自然融合的教育理念。STEM 学习是带着问题、聚焦有挑战的复杂的现实真实问题的深度探究。通过解决真实生活情境中遇到的问题，儿童发现和创造了自己的知识［23］。因此，学前STEM 教育内容选择基本定位即围绕和聚焦“真实问题”。正如有学者指出的，学前STEAM 教学可以问题为学习的起点，以问题为主轴架构学习内容，问题的解决贯穿整个教学过程［24］。凡属“从根本上脱离了STEM 教育的本质”［25］，没有问题、假问题（如以固定学科标准提出一些“假”问题）、非真实性问题的STEM 教育都不在高质量学前STEM 教育内容选择的话题探讨之内。

三、学前高质量STEM教育的内容源泉

从哪去寻找切实有待或需要解决的真实问题？哪些途径可以捕捉到幼儿生活中有价值、高质量的真实问题？我国《幼儿园教育指导纲要（试行）》（2001）指出：幼儿园教育活动内容的选择应遵循“既适合幼儿的现有水平，又有一定的挑战性”；“既符合幼儿的现实需要，又有利于其长远发展”；“既贴近幼儿的生活来选择幼儿感兴趣的事物和问题，又有助于拓展幼儿的经验和视野”的原则［26］。基于此原则，本文尝试提出学前STEM教育内容的三类活水源头。

（一）幼儿真实问题

“幼儿真实问题”是指幼儿在生活中自己直接经历、“遭遇”或碰上的真实问题。“相遇”场所包括幼儿小脚所到的地方，在家生活、在园一日活动，或在户外、公园玩耍的过程中他们自己“遭遇”的真实问题都属于幼儿真实问题。如幼儿园阅读区书架上的绘本容易掉落，怎么给书架增添设计以让绘本稳稳地放着不掉落呢？［27］雨天路滑，如何设计一双防滑的雨鞋？［13］或下雨天好想像小猪佩奇一样踩水踩泥坑玩，可是怎么能让雨鞋不易打滑摔跤呢？或暑假要外出旅游了，如何给自己宠爱的小狗做一个定时供给食物和水的装置等等。这类问题是幼儿自己遇到的、有困惑或苦恼的、有需求待解决的真实问题。幼儿真实问题通常呈现出以下特点：一，幼儿自己遇上的、有困惑或苦恼的、有迫切解决需求、愿望、期望的真实问题；二，大多是微小的、零碎的、常规或常识性的真实问题；三，对幼儿而言或有一定挑战，或完全没有挑战——出于畏难而成为的问题。生活中幼儿自己“遇见”的真实问题是STEM 教育内容的重要来源。不过，由于幼儿通常生活在“包裹”好的环境里，这类问题的来源可能变得狭窄、浅显或微小以致于难以提炼出适合STEM 教育的活动内容。因此幼儿真实问题不是幼儿园STEM教育内容的唯一来源。

（二）微真实问题

“微真实问题”是指相对人类当前认知而言已解决的、普通常见的真实问题；同时也是幼儿在生活中看到、听到、感知或体会到的真实问题。在幼儿的生活周围和幼儿生活所触及的地方，不乏各种各样的常见真实问题。如某小区电梯坏了、某学校楼梯拥挤发生踩踏或家里马桶堵塞、公园垃圾桶臭味熏天等等。这些问题不一定是幼儿自己碰巧“遭遇”，但幼儿在生活中有见闻、有感知或有真切体会。因此微真实问题通常是幼儿日常生活中感受到的真实发生、存在或有待解决的问题，它们对幼儿而言有一定挑战但对人类认知、成人世界而言是已知领域、已找到确切解答的问题。微真实问题通常呈现出以下特点：一，是幼儿在生活中看到、听到、感知感受到的真实问题；二，相对于人类认知或成人世界而言，是已知的、常规的、无挑战的普通或老旧问题。相对于幼儿而言是有挑战的、未知的、棘手的新问题；三，问题可能宏大也可能微小，可能形成长时间的STEM 深度探究活动，也可能仅1-2 次STEM 探究活动就完全解决问题。

（三）前沿真实问题

“前沿真实问题”是相对于“微真实问题”而言，即就人类当前认知而言是有挑战的、至今尚未解决的前沿性真实问题。这样的问题同时在幼儿生活中有体现、有映射、有现象表现。通常政府部门或相关学术机构会发布和更新人类至今未决的科学问题，或一段时间内有挑战的重大科学、工程技术难题。如2021年上海交通大学携手“Science”共同发布125个人类当前与未来面临的重大科学问题［28］；或2022 年中国科协发布30个2022 重大问题难题［29］，这些属于对世界或对我国有挑战的、综合性的、跨学科性的真实难题。研究发现，与简单的任务相比，具有挑战性的任务会带来更高的好感度和参与度得分、更大的瞳孔反应等［30］。美国重构STEM 课程时也强调在解决大挑战的过程中深化概念理解。“大挑战”指的就是当地社区、国家层面或者全球范围内还未解决的问题，如节水或改善水质问题，发现预防、治疗脑疾病或损伤的新方法等。这些大挑战都是基于现实的，能够和学生的真实生活之间建立相关性［31］。从最广阔的视野里去获取信息，把世界前沿未决科学工程技术问题的具象或原型带到儿童面前而不是囿于已知的领域、年复一年地重复过时的内容，这是幼儿园STEM 教育内容不可或缺的来源。正如荷兰哲学家比斯塔所指出，教育不仅是对我们已经知道的或已经存在的事物的复制，也是对新的开始有真正的关注。这种导向可能首先涉及我们如何帮助我们的孩子参与到这个世界中［32］12。前沿真实问题通常呈现出以下特点：一，在幼儿生活中有现象表现或有映射、有延伸，同时是世界前沿的、人类未决的、实时更新的真实问题；二，对人类社会或对我国当前有巨大挑战、亟待攻克的难题；三，利于形成较长时间深度探究的STEM 项目，甚至形成从幼儿园-中小学-大学一体化的探索项目。

（四）幼儿真实问题、微真实问题与前沿真实问题的异同

“幼儿真实问题”“微真实问题”与“前沿真实问题”三类来源的真实问题有相同点也有明显区别。表1从多个维度对其相同之处与主要区别进行了分析概括。

表1 幼儿真实问题、微真实问题与前沿真实问题的比较分析

表1显示，以幼儿是否自己“遭遇”来看，可分为“幼儿真实问题”与“微真实问题”、“前沿真实问题”：前者是幼儿在生活中自己直接遇上的真实问题，后两者是幼儿在生活中有见闻、有感知体会的真实问题。以相对于人类当前认知与经验而言，可分为“幼儿真实问题”、“微真实问题”与“前沿真实问题”：前两者相对于人类当前认知而言是已知已决的、常规常见的普通真实问题，后者是未知未决的、错综复杂的、有巨大挑战的前沿性真实问题。三者可能有重叠的时候，比如，“幼儿真实问题”碰巧可能是“前沿真实问题”或“微真实问题”。这样的耦合并不妨碍对以上三种来源的清晰划分，更多的时候这三者相对独立地存在于幼儿生活中。三类来源真实问题同时具有以下共同点：都遵循STEM 教育内容选择的基本定位——聚焦“真实问题”；都与幼儿的生活有关联——源于幼儿生活、在幼儿生活当中和现实场景下；都遵循《纲要》中的内容选择原则；相对于幼儿当前的经验与认知而言，都是有挑战、待解决的新问题。

四、学前高质量STEM 教育内容的遴选策略

不是所有真实问题（无论哪种来源真实问题）都适合幼儿园开展STEM 教育，也不是所有真实问题都能给幼儿提供STEM 学习核心经验与长远发展价值。高质量的学前STEM 教育需要锚定真正体现STEM 教育本质且能有效达成学前STEM 教育核心目标的好问题。对此，下面着重探讨如何在三种来源真实问题中遴选代表性的高质量真实问题。

（一）选择有典型现象表现的真实问题

任何真实问题都会有其外部现象表现。有的偏隐蔽，有的偏外显；有的比较细微，有的比较宏大；有的普通常见，有的新奇有趣；有的平淡无奇，有的非同寻常；有的鲜活生动、有冲击力震撼力……对于年幼的儿童而言，需要能直观地感知、体会到新奇有趣、突出凸显、有冲击力的具象现象。选择有典型现象表现的真实问题，借助突出的典型现象首先冲击幼儿的感官系统，从感官上、视听觉上牢牢吸住幼儿的注意力，先让他们的注意投入其中，进而引发他们思考探究的兴趣、持续探究的钻研热情等。而那些对比鲜明、非同寻常、鲜活生动、奇妙有趣、一目了然、印象深刻、令人惊奇震撼或疑问丛生——能激发儿童认知不平衡状态与好奇心的现象，能开启伴随惊讶、兴奋、激动、疑惑、期待等情感体验的主动探索之旅的现象都属于典型现象［33］。研究表明，当个体看到与预期相反、不确定性、令人吃惊、反常或反直觉的奇异事物/现象时也最能引发其好奇心［34］。对儿童而言，最重要的不是掌握科学，而是以直观的图片和形象来充实他们的精神世界［35］。对儿童而言，最重要的也不是掌握核心概念，而是触动内心，点亮他们的好奇心，唤起他们对身边真实问题的探究兴趣与持续钻研的热情。如学前STEM 教育的首要核心目标是兴趣的点燃［36］。因此选择有典型现象表现的真实问题——呈现令人震撼、令人惊奇、能引发认知冲突的典型现象至关重要。

（二）选择蕴含核心科技工程问题及其问题链的真实问题

人类社会生活中，现实的、待解决的真实问题背后一般都自然融合了科学、技术、工程问题。但是否蕴含了核心科技工程问题及其递进性问题链则须进行分析与判断。比如，“我们可以创造一种环保的塑料替代品吗？”这一前沿性真实问题背后蕴含了“塑料要经过多久才会腐烂或消失？日常居家生活可以不用塑料品吗？能否用环保材料替代日常生活中的塑料用品以及如何做？”等核心科学工程问题以及由核心问题驱动的层层递进、螺旋上升的递进性问题链［37］。如同形成1+N 链式问题，可纵向加深、横向拓展，有巨大的动态问题探究空间，这些也构成了儿童STEM 探究活动的重要线索与依据。研究表明，任务动态探究空间也有利于促进个体的学习投入和认知努力［30］。需指出的是，此处所指出的核心科学技术工程问题分析，旨在强调呈现在幼儿面前的典型现象是具有多维发展价值、值得深入探究的真实问题。至于幼儿震撼于典型现象的同时会提出什么问题、有哪些疑问，对何处感兴趣，教师要进行倾听、记录、梳理，继而跟随、顺应、提炼幼儿提出的所有问题中值得深入探究的部分开展活动。让幼儿的思维参与其中，使幼儿的学习与思维活动看得见。

需进一步说明的是，背后蕴含核心科学工程技术问题的真实问题往往同时关乎了“是什么、为什么、怎么办、怎么做”等多个层面；是既包含了探索自然世界事实规律又需要人类进行动手改进创造的跨学科问题。真实问题牵引，核心科学工程技术问题驱动、串联、贯穿整个的真实问题解决过程，在真实问题解决过程中自然引发跨学科的融入。因此，这样的真实问题也是跨学科性指数高的问题。

（三）选择能实现幼儿亲自动手操作探究的真实问题

操作学习是一种重要的学习类型［38］。动手操作、身体行动是学前儿童STEM 学习的重要机制。以亲自动手操作来触动思维、理解问题和解决问题，而不是以观看、观察的旁观学习或思辨探讨来探究问题。学习是一种具身的行动［39］；认知是通过身体活动“生成的”［40］。我国《3-6 岁儿童学习与发展指南》（2012）强调要让幼儿体验探究过程，在其直接感知、亲身体验和实际操作进行科学学习。因此，所选真实问题的探究要充分考虑到能实现幼儿亲自动手操作探究。

（四）选择有趣且能引发幼儿持续探究兴趣的真实问题

幼儿的认识活动受需求和兴趣的直接影响与控制，需求和兴趣是使认识活动得以维持和获得成功的首要前提［41］111，因此幼儿的注意、兴趣与好奇心是精选真实问题的必要考量。所选真实问题不仅是幼儿自己感兴趣或好奇的，而且能引发幼儿持续探究兴趣与钻研热情；既有足够的趣味性，又有长远发展价值。因而前三点策略也直接或间接地指向了趣味性、持续探究性以及思维启蒙性。如果幼儿感兴趣又持续投入思考中，那么也反映了所选问题是适宜的。适宜意味着园所教育教学一方面契合儿童当下的认知发展与生活经验，另一方面帮助每个儿童实现有助于其持续发展和学习的具有挑战性和可实现的目标［42］1。

综上，精选学前STEM 教育内容时要选择现象典型、蕴含核心科技工程问题、具有可操作性、有趣且适宜的真实问题。也即现象典型性、跨学科性、动手操作性、有趣性等均指数高的真实问题。实现学前STEM 教育以现象典型的真实问题驱动、核心科学/工程技术问题引领、导向幼儿STEM 探究兴趣与STEM 思维，继而实现学前儿童STEM 兴趣的点燃、STEM 思维的启蒙与学习品质的塑造等教育目标。

五、结语

伴随着网络化、智能化、虚拟化成长环境下的一代儿童迫切需要融入真实的世界、接触真实的问题，学习关注、思考、探索身边的真实问题。因此，以真实问题解决为本质特征的STEM教育是当今学前教育不可或缺的构成部分。同时，当前我国学前教育事业正经历从有质量向高质量发展的转型时期［43］，如何实现学前STEM教育的高质量发展值得持续深入探索。毕竟，学前教育阶段是激发儿童对STEM 学科兴趣的关键时期［44］，我国未来科技领域创新人才的涌现离不开儿童早期高质量的STEM学习体验。

本文从内容资源的角度展开了高质量学前STEM 教育实现之路的探索。有学者指出，简单的知识拼接或是程序化的动手操作都不能称之为真正的STEM 教育［3］。要在众多孤立学科中搭建一个以儿童为中心、为儿童提供跨学科认识世界的整合系统，首要的是寻找与精选现实世界中真实的好问题。因此，遵循STEM 教育本质，发掘问题来源新思路，寻找适合学前儿童的高质量STEM 课程内容是STEM 教育目标达成的根本保障。本文提出学前STEM 教育内容的三种主要来源：幼儿真实问题、微真实问题、前沿真实问题；相对于幼儿的当前经验与认知而言，它们都是扎根幼儿生活中的待解决、有挑战的新问题。这三种来源的真实问题可作为幼儿园STEM 教育课程内容资源建设的重要参考。

真实问题的获取途径主要有：一，随机观察、倾听与记录幼儿在园一日活动中遇到的、聊起的、问到的真实问题。二，与幼儿交流讨论他们在生活中遇到的、想解决的真实问题。或让幼儿画一画他们感兴趣的真实问题，再辅以询问交流以明确他们的所思所想。三，向家长调查了解平时幼儿在家或外出玩耍时看到的、感兴趣的真实问题。四，特定环境（如公园里、科技馆、消防站）参观时、自由活动（如阅读区、图书馆或种植地）过程中教师敏锐观察、倾听与记录幼儿的兴趣点、提问与疑问等。五，关注与收集国内外权威科学机构、官方网站、政府部门等重大科技工程难题的新近信息。获取之后再进行精选，如前文阐述的精选策略。找到适合学前STEM 教育的真实问题之活水源头，明确从中进行精选的策略与要领，由此打开了学前STEM 教育优质内容资源建设的大门。

幼儿教师的重要工作之一是观察与倾听、发现与记录；是有意识、有目的地提供高质量的学习资源与环境。因此，观察倾听、捕捉记录、分析精选、动态积累高质量的内容资源正是尊重儿童的真实表现。教师敏感地积累高质量的内容资源也有助于更好地跟随儿童的兴趣。比如，面对眼前的班级幼儿时，究竟选择哪个真实问题来设计探究活动，可以完全追随儿童的目光与兴趣。对于幼儿不感兴趣的问题，不去探索；对于幼儿比较感兴趣的问题，追随儿童的兴趣；对于幼儿很感兴趣的问题，可以持续探索，一个月、一个学期或一学年，无需规定期限。所精选问题背后的巨大探索空间足以让幼儿在当中自由驰骋。同时，对于班级里多样的兴趣，在特定的某个时段，可以让幼儿自己选出他们当下最迫切期待解决的真实问题，也可以依据幼儿的不同兴趣分为多个小组合作探究。此问题探究结束或探究到一定程度，比如幼儿的兴趣与兴致不高了，则接上前面选出的“次迫切”问题继续探究。尽管不同类型的问题、不同挑战大小或问题空间的真实问题可以形成不同大小的STEM 探究项目，但究竟探究什么真实问题、形成什么STEM 项目、探究多深多长时间等等，可以完全追随幼儿的兴趣、热情与投入程度。只要是围绕精选出的真实问题展开探究，幼儿的提问、推理、实验或天马行空的假设、想象、设计、创造乃至犯错、失败、改善等，都在启蒙与发展着幼儿的STEM 兴趣与跨学科思维。教师的目的不是让学习变得顺利或容易进行，而是借由更复杂的、更深入、更凸显的问题去刺激学习的进行［45］182。

有研究团队指出，STEM 人才不足是制约我国高质量发展的重要因素［46］。STEM 人才建设可持续发展的关键是要有打通各学段的整体设计，而这正是我国STEM 教育当前面临的困境之一［47］。对此，未来可以从STEM 教育内容角度进一步深入探索贯通大中小幼STEM 教育一体化内容体系。如何选择适宜的世界前沿未决真实问题可能是当中的着力点与重要线索。在未知的、有挑战的、开放性的前沿真实问题面前，让教师保持开放的心态与探究的姿态，实现与儿童一同开启充满“试误”或“犯错”的真实问题探索之旅。让儿童“像艺术家一样去想象以展现自我的真实，像科学家一样去思考以彰显理性的权威，像工程师一样去行动以释放知识的力量，像正常人一样去生活以汲取生活的滋养，从而真正实现教育过程中真、善、美的统一［48］。