皮亞杰兒童認(rèn)知發(fā)展理論視角下的小學(xué)低年級STEM教育優(yōu)秀獲獎科研論文

皮亞杰兒童認(rèn)知發(fā)展理論視角下的小學(xué)低年級STEM教育優(yōu)秀獲獎科研論文

[摘

要]為了在小學(xué)低年級階段更高效地開展STEM教育，可依據(jù)皮亞杰的兒童認(rèn)知發(fā)展理論，在STEM教學(xué)活動中，激發(fā)并培養(yǎng)兒童對科學(xué)和工程技術(shù)的興趣和探究熱情，引導(dǎo)兒童在實踐探索活動中了解科學(xué)知識和實驗方法，鼓勵合作學(xué)習(xí)，關(guān)注思維過程，重視過程性評價。

[關(guān)鍵詞]STEM教育;認(rèn)知發(fā)展理論;小學(xué)低年級;實驗;過程性評價

STEM是指科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）多門學(xué)科交叉融合的教育。20世紀(jì)80年代，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，美國認(rèn)識到跨學(xué)科教育是培養(yǎng)未來人才尤其是科技人才的重要方式，因此頒布了一系列的法案和計劃以確保STEM教育的順利開展。我國STEM教育雖然起步較晚，但也已經(jīng)被納入國家發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)入了蓬勃發(fā)展階段。2016年，在教育部發(fā)布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出，有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用[1]。《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》也開始倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，建議教師可以在教學(xué)實踐中嘗試STEM教育[2]。

與幼兒相比，小學(xué)低年級兒童（通常在6至8歲之間）的心理和智力發(fā)育進(jìn)入了一個全新的階段。在小學(xué)低年級階段高效開展STEM教育，應(yīng)遵循兒童認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律。在此，將結(jié)合瑞士心理學(xué)家皮亞杰的兒童認(rèn)知發(fā)展理論，對小學(xué)低年級階段的STEM教育進(jìn)行討論。

一、皮亞杰兒童認(rèn)知發(fā)展理論視角下的STEM教育的特點(diǎn)

1.激發(fā)并發(fā)展兒童對科學(xué)和工程技術(shù)的興趣和探究熱情

皮亞杰兒童認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為，一切有成果的活動都應(yīng)以興趣為前提。兒童是具有主動性的存在，他們會受興趣或需求的支配。如果他們對于某種活動的自發(fā)的積極性沒有得到激發(fā)，活動的效果就無法發(fā)揮到極致[3]。兒童對于周圍的事物有強(qiáng)烈的好奇心，表現(xiàn)出濃厚的求知欲。小學(xué)低年級的STEM教育就是要從兒童身邊的事物和問題出發(fā)，引導(dǎo)兒童通過應(yīng)用科學(xué)、工程、技術(shù)等啟蒙知識和概念來解決問題，完成任務(wù)，激發(fā)他們對應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)解決問題的好奇心和求知欲，為日后STEM教育的順利開展奠定基礎(chǔ)。

2.引導(dǎo)兒童在實踐探索活動中了解科學(xué)知識和實驗方法

皮亞杰認(rèn)為，要培養(yǎng)能夠獨(dú)立創(chuàng)新、推動未來社會進(jìn)步的個體，引導(dǎo)主動探索真理的教育比那種拾人牙慧、照本宣科的教育要更上乘[4]。在皮亞杰看來，知識的獲得是一個積極主動的建構(gòu)過程，是兒童主動探索和操縱環(huán)境的結(jié)果。STEM教育提供了一種以科學(xué)知識為基礎(chǔ)的跨學(xué)科融合式的實踐學(xué)習(xí)方式，使兒童可以通過實踐探索去獲得知識，“做中學(xué)”正是STEM教育的核心特點(diǎn)。

孩子的活動在皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論中處于中心位置[5]。作為一種以項目式學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，STEM教育采用項目式實踐活動，引導(dǎo)兒童通過觀察、實驗、思考、討論等途徑去鍛煉和培養(yǎng)解決問題的創(chuàng)新能力。因此，要設(shè)計能夠激發(fā)兒童興趣并與生活緊密聯(lián)系的活動。教師通過設(shè)置任務(wù)，讓兒童通過實踐探索獲得相關(guān)知識后，運(yùn)用工程的思想、技術(shù)的方法與技能、數(shù)學(xué)的思維來解決實際問題。

3.重視交流與合作，培養(yǎng)團(tuán)隊精神

皮亞杰很重視社會交往對兒童認(rèn)知發(fā)展的作用。他認(rèn)為，兒童間合作的重要性絲毫不亞于成人。從智力角度看，這種合作最能夠促進(jìn)思想的真正交流，引發(fā)帶有批判性、客觀性及含有推論和反思的討論[6]。他認(rèn)為與同伴一起學(xué)習(xí)，相互討論，對兒童去自我中心化具有重要意義。STEM教育也強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的合作能力，鼓勵小組學(xué)習(xí)，讓學(xué)生有相互交流和相互學(xué)習(xí)的機(jī)會。低年級兒童通過合作完成任務(wù)，對于去自我中心、培養(yǎng)合作能力具有積極的意義。

4.關(guān)注思維過程，注重過程性評價

皮亞杰認(rèn)為，不能只關(guān)注兒童思維的結(jié)果，還要關(guān)注他們思維的過程。思維包括分析、綜合、比較、抽象、概括判斷和推理等基本過程。以解決問題為導(dǎo)向的STEM教育能夠幫助兒童認(rèn)識問題、分析問題、判斷問題并解決問題，逐漸培養(yǎng)兒童的邏輯思維能力。

思維過程的關(guān)注和培養(yǎng)要體現(xiàn)在過程評價中。對于STEM教學(xué)而言，教師更應(yīng)該注重過程性評價，而不是僅關(guān)注結(jié)果。小學(xué)低年級階段的兒童特別重視教師對他們的評價，因此，在STEM教學(xué)中，教師應(yīng)對兒童具有創(chuàng)造性的想法予以肯定，注重他們解決問題時的思維過程，尊重他們在觀察或?qū)嶒炦^程中得出的描述和結(jié)論，合理引導(dǎo)他們利用所獲得的信息對事物作出科學(xué)的解釋。

二、小學(xué)低年級STEM項目的設(shè)計

依據(jù)皮亞杰兒童認(rèn)知發(fā)展理論以及STEM教育的特點(diǎn)，可將小學(xué)低年級STEM項目的設(shè)計分為引入、體驗實驗、討論交流和創(chuàng)意實驗四個環(huán)節(jié)。其中，引入環(huán)節(jié)是通過圖片和問題激發(fā)兒童對項目的探究興趣和熱情。之后進(jìn)入體驗實驗環(huán)節(jié)，目的是幫助兒童了解項目或掌握解決某個問題所需要的科學(xué)知識，以及學(xué)習(xí)基本的實驗方法和操作技能。體驗實驗是在教師的指導(dǎo)下由兒童合作操作完成的。體驗實驗后進(jìn)入討論交流環(huán)節(jié)。在討論交流中，兒童發(fā)展了解他人觀點(diǎn)的能力，逐步去自我中心化。在最后解決實際問題的創(chuàng)意實驗環(huán)節(jié)，將以解決實際問題為導(dǎo)向，讓兒童能夠利用在體驗實驗環(huán)節(jié)中學(xué)到的相關(guān)知識，進(jìn)行設(shè)計、選材、動手制作和檢驗等實踐活動。

三、小學(xué)低年級STEM教學(xué)實例

以小學(xué)低年級浮力項目的設(shè)計和教學(xué)為例。日常生活中有很多與浮力相關(guān)的現(xiàn)象，如漂浮在水面的樹葉、航行在海上的船只等。這一項目主要是讓小學(xué)低年級兒童感知浮力的存在，了解生活中的物體在水中的沉浮情況以及浮力的應(yīng)用。浮力項目的知識目標(biāo)如下。

科學(xué)目標(biāo)（S）：感知水中浮力的存在及浮力是向上的;知道水對物體會施加浮力;當(dāng)浮力大于物體的重量時，物體就能浮在水面上，而當(dāng)浮力小于物體的重量時，物體就沉入水中;能說出生活中與浮力相關(guān)的其他例子。

技術(shù)目標(biāo)（T）：通過使用所給材料完成與浮力相關(guān)的探究小實驗，了解實驗的基本操作和方法，能選擇合適的材料，并會使用工具完成裝置的制作。

工程目標(biāo)（E）：會依據(jù)浮力相關(guān)實驗知識，針對任務(wù)選擇合適的材料，使用類推方法，設(shè)計和制作一個交通工具幫助小兔子過河。

數(shù)學(xué)目標(biāo)（M）：根據(jù)物體的沉浮情況，了解大于、等于、小于等數(shù)學(xué)概念。

在引入部分的教學(xué)中，教師給兒童展示浮在水面的小黃鴨、浮在水面的樹葉等圖片，啟發(fā)兒童思考：是否所有的物體都可以浮在水面上以及物體可以浮在水面上的原因。在體驗實驗教學(xué)中，教師通過四個活動（見圖1至圖5），引導(dǎo)兒童感受浮力，認(rèn)識浮力。

體驗實驗結(jié)束后，教師組織學(xué)生就體驗實驗的發(fā)現(xiàn)和實驗結(jié)果進(jìn)行交流，并引導(dǎo)他們思考生活中還有哪些與浮力相關(guān)的現(xiàn)象。

討論交流結(jié)束后進(jìn)入創(chuàng)意實驗，這是STEM教學(xué)的核心。通過設(shè)置“小兔子過河”的問題（見圖6），分析怎樣制作一個交通工具。學(xué)生首先需要根據(jù)在體驗實驗中掌握的浮力相關(guān)知識進(jìn)行設(shè)計，然后選擇合適的材料制作出來，接著再檢驗自己制作的工具是否能讓小兔子浮在水面上。如果不成功，就需要分析原因，再重新設(shè)計和制作，直到成功為止。最后教師會引導(dǎo)學(xué)生對完成的作品進(jìn)行評價。

在教學(xué)過程中，教師