STEM+CDIO理念下幼兒園工程教育的實踐模式與教育啟示

計蘇燕 馮凱

【摘要】STEM是典型的跨學科課程整合方式，CDIO是一整套工程教育理念和實施體系。本研究把STEM和CDIO教育理念引入幼兒園工程教育中，旨在創建一個提升幼兒核心素養的實踐模式。該模式由愿景、活動目標、實施路徑和評價體系四個要素組成，具有理念科學、目標明確、途徑創新、評價多元的特點，為幼兒園工程教育的開展提供了借鑒和參考。

【關鍵詞】STEM；CDIO；工程教育

【中圖分類號】G612 【文獻標識碼】A 【文章編號】1005-6017（2022）10-0040-04

【作者簡介】計蘇燕（1993-），女，浙江杭州人，浙江廣播電視大學蕭山學院助教，碩士；馮凱（1967-），男，浙江杭州人，浙江廣播電視大學蕭山學院副教授。

隨著人工智能、大數據時代的到來，科技占據著越來越重要的地位，對人才素質的培養提出了更高的要求。在此背景下，如何提升幼兒的核心素養以適應科學信息技術的變化，成為幼教領域的熱門話題。其中，幼兒園工程教育是一種有效聯結不同領域知識與技能的綜合性活動[1]，強調幼兒的主動探究，有利于幼兒認知、情感以及社會性等多元發展。本研究以STEM教育理念為指導，將CDIO教育模式應用于幼兒園工程項目活動，探索實施工程教育的新路徑，以期為幼兒園課程建設以及幼兒核心素養的培養提供借鑒。

一、STEM+CDIO理念解析

STEM+CDIO是一種理念的創新[2]，是在“STEM+”概念的基礎上，以工程問題為主線，借鑒國際先進的CDIO工程教育模式，構建的一種體現主體性、過程性、系統性的實踐模式。

（一）STEM教育

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，代表多元學科文化的融合創新，旨在培養一個完整的、真實的、可持續發展的人。其中，科學是人們對世界的觀察和調查，探求自然的運行機制，理解人類的思維方式。技術代表對自然世界的人為改造，工具的創造和使用。工程是人們設計和創造人造世界的方式，也是解決問題的程序。數學側重于對數、量、空間關系和模式的研究和數據分析推理。其中，工程具有較強的包容性，可以將STEM相關科學知識和技術整合成一個統一體，設計出滿足社會需求的構造、產品和工藝，重在提供問題解決的方案設計，體現問題解決的程序或過程[3]。此外，工程除了是一個過程，更是一種在設計、研究和實踐中形成的籌劃性思維方式[4]，有助于培養幼兒的探究精神和創造性解決問題的能力。

（二）CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，由構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）四個要素的英文首字母命名，是對“做中學”和“基于項目學習”的集中概括和抽象表達。CDIO共包括了3個核心文件：1個愿景、1個大綱和12條標準。CDIO的愿景是為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界產品和系統過程基礎上的工程教育[5]。CDIO大綱是對CDIO工程能力要求的具體描述，將工程師必須具備的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力以逐級細化的方式表達出來。12條標準涉及教師、學生、課堂以及實踐等方面應當達到的標準[6]，使得工程教育改革具體化和可操作化。

CDIO工程教育模式目前廣泛應用于高等教育，但其核心與幼兒園工程教育具有內在的一致性。幼兒園工程教育主要是指幼兒在實際問題情境下，通過調查等方式獲得相應的知識和經驗，形成工程設計，并且不斷完善工程項目，建立起知識與現實世界之間的聯系[7]。二者在培養理念、實施過程、評價標準等維度存在的對應性，成為CDIO工程教育模式引入幼兒園工程教育的基礎。

二、STEM+CDIO工程教育實踐模式的建構

本研究提出的STEM+CDIO工程教育實踐模式以培養幼兒核心素養的愿景為總體出發點，參照CDIO大綱制訂活動目標，在項目學習中借鑒CDIO工程的實施路徑，參考CDIO能力大綱考查幼兒的學習效果，從而指向幼兒多元素質的整合發展（見下圖）。

（一）明確提升幼兒核心素養的愿景

STEM教育以真實任務為依托，幼兒通過直接經驗的學習逐步獲得科學思維與能力。CDIO強調人才培養應注重通用能力和工程素質，而不僅局限于某一項目涉及的具體知識。兩種教育理念皆重視人才培養的綜合性和多元化，與核心素養的內涵不謀而合。幼兒園工程教育的愿景突出整合的核心素養，指向21世紀幼兒發展所需的品格和能力。一方面，工程教育應發生在真實問題情境之中。教師通過創設真實的問題情境，引導幼兒走進工程世界，經歷設計、制作、完善等一系列過程，積累工程經驗，學會用工程的眼光看待世界。另一方面，教師應注重幼兒學習品質和能力的培養?！吨袊鴮W生發展核心素養》報告提出了人才培養的新要求，綜合表現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新六大素養[8]。對于學前教育階段來說，教育的關注點應側重培養幼兒的學習興趣、解決問題的能力以及批判質疑的態度?；诖?，STEM+CDIO工程教育實踐模式的愿景是為幼兒提供一種強調工程基礎的、建立在真實問題情境中的學習，幫助幼兒形成適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。

（二）以CDIO大綱為參照設計活動目標

CDIO大綱從個人、人際交往、產品和系統建造能力以及學科知識四個維度提出目標設計的要求。以此為參照，本研究結合《3-6歲兒童學習與發展指南》中科學領域的目標，建構STEM+CDIO工程教育實踐模式的四維目標體系。

個人素養層面側重于幼兒的個人能力（如創造性思維、批判性思維）和個人態度（如主動性、好奇心、求知欲）。人際交往能力側重于個人和群體間的互動，包括團隊合作（如組建活動小組、討論分工職責）和交流溝通能力。幼兒能用適當的方式（口頭、肢體等）交流探索的過程和結果。產品和系統建造能力即實踐能力，主要考查幼兒的實際行為表現，如動手操作。實踐目標拓展了傳統的技能目標，更加強調探究過程以及幼兒實質性參與工程活動。學科經驗包括基礎科學概念和核心關鍵經驗，依據具體項目主題來確定，如了解常見的工具和技術產品。之所以使用“經驗”代替原CDIO目標中的“知識”，是因為知識具有客觀性和學科性，而幼兒的學習是過程性和個人性的，是在與材料、環境相互作用的過程中，逐步建構起科學概念并轉化為自身經驗的。

（三）基于項目化學習開展工程活動

STEM和CDIO教育倡導基于真實問題的項目式學習以及主動學習、主動實踐。幼兒通過自我創建項目，掌握一系列技能，學習相關主題并且解決有關問題。此外，幼兒以小組的形式開展工作，在討論、辯論、概念提問等過程中分享和展示自己的經驗、觀點、能力和學習方式[9]。STEM+CDIO工程教育實踐模式采用項目化學習，幼兒通過構思、設計、實施、運行四個環節進行創造性的工程設計。

在構思階段，幼兒發現和提出問題，分析項目實施的可行性，探討項目進程中可能存在的困難，并圍繞討論結果選擇最佳工程項目。在設計階段，幼兒擬定開展活動的詳細計劃方案，包括小組分工、圖紙設計、方法和材料的選擇、制作流程等。值得注意的是，方案或計劃屬于預測性設想，幼兒根據已有經驗對各種可能性進行猜想和假設，并不意味著最終的客體成果。完成設計后，教師組織幼兒投入工程項目的實施階段。實施過程不可能一蹴而就，其間往往會遇到各種困難，這就需要幼兒不斷修改和調整設計方案。此外，不同于成人關注最終呈現的產品或技術，幼兒更關注工程項目的實施過程，因此，實施過程應具有一定的游戲性、趣味性。最后在運行階段，教師展示幼兒的成果，引導幼兒說明工程項目的設計意圖或解釋制作原理，并對存在的問題進行改進和升級。

（四）評估考查幼兒的工程能力

CDIO倡導能力本位的培養模式，因而其評價重在能力培養。在CDIO標準中，Edward Crawley等人描繪的學習效果評估過程由四個部分組成，即“指定預期的學習效果—使學習效果與評估方法相一致—采用多種方法收集和分析數據—通過學習效果改進教與學”[10]。STEM+CDIO工程教育實踐模式在原CDIO評估過程的基礎上進行調整，采用多元化的評價體系來衡量幼兒的學習效果，具體包括以下四個階段。

一是評估預期的學習效果。在不同情境中，評價的主體是不同的?；A活動層面的評價主體是兒童，課程建設層面的評價主體是教師?？紤]到兒童活動開展的不可預估性和生成性，教師需發揮引導、服務和支持的作用，依據上位課程目標（如主題目標），從微觀層面篩選和確定活動目標。

二是選定與預期學習效果相一致的評價方法。一旦明確從個人素養、人際交往、實踐能力、學科經驗四個維度確定活動目標后，教師需要結合幼兒的符號表征能力，選擇適宜的評價方式。個人素養維度，可通過觀察幼兒的平時表現，參考幼兒工程圖紙、作品完成度等來綜合評價；人際交往維度，可采用教師觀察、同伴互評等評價方式；實踐能力維度，可采用圖像記錄、課程故事、檔案袋等評價方式；學科經驗維度，可采用幼兒口頭講述、匯報講解等途徑來評價。

三是采用多種方法收集和分析數據。教師可在項目開展的多個階段，采用多種方法采集幼兒的學習資料，如動態（攝影）和靜態（照片）相結合，定性（學習故事）和定量（檢核量表）相補充。此外，幼兒可參與資料收集，如使用相機拍下活動中自認為重要的人或事物，“表達”他們看事物的角度以及他們對周圍環境的“評價”[11]。

四是通過學習效果改進學與教。教師匯總所獲取的資料，并對采集的評價信息進行分析與診斷，了解幼兒在項目開展過程中的實際能力水平（既包括每位幼兒個體層面的分析，也包括班級群體層面的分析），并基于分析結果改進支持策略。

三、對幼兒園工程教育的啟示

（一）以項目化學習為依托，培養幼兒核心素養與關鍵能力

項目化學習強調幼兒在真實問題情境中的實踐與協作，為幼兒自主學習、創新思維、責任擔當等素養的培養搭建了實踐框架。當幼兒萌生一個想法或創意時，其可以通過口語表述的方式“說構思”，如方案的可行性、所需材料和工具等。在確定具體構思和遴選最佳方案后，幼兒可借助繪畫表征的方式“畫圖紙”“做計劃”。若涉及制作流程、數量關系等工程原理問題，幼兒前期的知識儲備就能發揮重要作用，確保其構思不至于天馬行空或者方案無法實施，這對幼兒跨學科知識融合能力和知識遷移能力的培養具有促進作用。此外，教師應鼓勵幼兒以團隊協作的方式實施、運行工程項目，并將人員分工與職責在構思階段予以明確，引導每位幼兒積極參與工程項目的開發，促進同伴間的相互學習，提升幼兒社會性素養。

（二）以問題探究為驅動，探尋多領域多主體耦合聯動

問題驅動或問題解決必須貫穿工程項目的始終，它既為學科知識融合提供了紐帶，也為問題解決過程提供了支撐[12]。首先，活動主題應當具有生成性，來源于幼兒的興趣和需求，而不是教師提前預設和安排的。其次，STEM+CDIO教育理念強調綜合學科或整合經驗的意識，一個項目或活動的背后是不同領域知識的融合，表現為通過工程實踐的四個環節對五大學習領域進行串聯。要做到驅動問題的生成性和整合性，還需要不同教育主體通力協作，構建幼兒園、家庭和社區深度合作模式。一方面，將問題情境延伸拓展到家庭，讓幼兒在家長的陪伴下，嘗試通過上網查閱資料、戶外參觀調查等積累前期經驗。另一方面，發揮社區作用，幼兒園可組織幼兒參觀與工程項目有關的博物館、科技館等，續延幼兒工程探究的興趣。

（三）以工程項目為載體，營造良好的實踐互動場所

工程項目的開展離不開物質載體的支持，幼兒在與環境、材料、工具的相互作用中，不斷探索工程的奧秘并提升相應的能力。首先，在考慮幼兒認知水平的基礎上，教師應為幼兒提供工程項目所需的設備、工具以及安全裝置，如兒童木工刨子、鋸子、防護服、手套等輔助材料，在保障安全性的前提下，支持和鼓勵幼兒通過動手操作，豐富科學經驗，提升工程實踐能力。其次，教師應充分利用園區場地，為幼兒創設良好的工程實踐場所，包括“廊”“角”“室”“場”等區域[13]。教師還可以增設同伴交流討論區，有利于幼兒在構思、設計過程中互動探討，同時又不干擾他人的制作進展。

（四）以師幼共評為路徑，構建動態多元的評價體系

傳統幼兒園教育活動的評價主體為教師，幼兒作為被評價者，處于消極的被動地位。然而STEM+CDIO教育理念高度重視幼兒的主體地位，強調幼兒是項目活動的主體，積極探索幼兒參與的多元評價方法，為其提供適宜操作的評價載體。項目活動是一個不斷調整和改進的動態過程，評價也應是一個反復持續的過程，幼兒和教師需要對反饋解析再次做出回應評價。這不僅可以提升整個項目化學習的深度，而且能夠全面有效地觀察、評估幼兒的發展。此外，不同于聚焦作品、成果的終結性、甄別性評價，基于項目的學習強調過程性、發展性評價，關注工程項目實施過程中幼兒的必備品格、關鍵能力等要素。

（五）以學習共同體為助力，提升教師工程指導能力

教師在工程項目活動中扮演著多種角色，其既是幼兒主動學習的引導者、項目開展的服務者，也是工程實踐資源的提供者、學習效果的評估者。然而真實情境中可能存在教師缺乏工程專業知識、項目指導能力不佳等問題，進而影響幼兒的學習體驗和效果。為了更好地實踐STEM+CDIO工程教育，教師需要重新定位自身角色，在充分理解STEM和CDIO教育內涵、特點的基礎上，進修工程教育方面的知識，參加相關的培訓與研修，以適應新型的工程教育模式。幼兒園可以組建項目團隊，為教師搭建交流實踐經驗的平臺，還可以引進工程教育專家團隊，進一步完善工程項目的實踐框架，提升教師能力和項目實施品質。

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本文系“浙江開放大學312人才培養工程”立項課題“STEM+CDIO理念下幼兒園工程教育的模型建構與實施策略研究”的研究成果。

通訊作者：計蘇燕，654587378@qq.com

（責任編輯 王平平）