STEM教育與中小學(xué)生創(chuàng)造力關(guān)系的Meta分析

邱德峰 于澤元 陳紅

摘要：STEM教育一度被視為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的重要路徑，為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)研究，然而，研究結(jié)論卻大相徑庭。鑒于此，文章采用元分析對(duì)近十年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)STEM教育對(duì)中小學(xué)生創(chuàng)造力影響的30篇實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究論文進(jìn)行量化分析。研究發(fā)現(xiàn)：1.STEM教育能夠顯著提升中小學(xué)生的創(chuàng)造力，合并后的效應(yīng)量為0.50，達(dá)到了中等程度的影響;2.在調(diào)節(jié)效應(yīng)分析當(dāng)中，STEM教育受教學(xué)時(shí)間、教學(xué)場(chǎng)域等變量的調(diào)節(jié);3.在學(xué)段、學(xué)習(xí)科目、學(xué)習(xí)類型等調(diào)節(jié)變量上不存在顯著差異。因此，就創(chuàng)造力的培養(yǎng)而言，未來(lái)可明確加強(qiáng)STEM教育的時(shí)間投入，建立與STEM教育相適宜的多元化的學(xué)習(xí)場(chǎng)域，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：STEM教育;Meta分析;創(chuàng)造力;主效應(yīng)分析;調(diào)節(jié)效應(yīng)分析

一、研究背景

創(chuàng)造力是21世紀(jì)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，同時(shí)也是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的關(guān)鍵組成部分，一直以來(lái)，培養(yǎng)具有創(chuàng)造力和創(chuàng)新性思維的人才是世界各國(guó)共同關(guān)注的重大議題。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，世界各國(guó)紛紛展開(kāi)探究及實(shí)踐，而STEM教育的提出正是對(duì)創(chuàng)造力人才培養(yǎng)的一種重要回應(yīng)。STEM教育旨在為全球性問(wèn)題（特別是2030可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中的問(wèn)題）提供創(chuàng)新性的解決方案，強(qiáng)調(diào)以跨學(xué)科的知識(shí)和方法解決實(shí)踐問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。目前，在世界范圍內(nèi)已掀起了轟轟烈烈的STEM教育運(yùn)動(dòng)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。

然而，STEM教育真的能夠提高學(xué)生的創(chuàng)造力嗎？STEM教育究竟是一種“跟風(fēng)炒作”或“研究熱潮”，還是真有益于學(xué)生的創(chuàng)造力發(fā)展？目前，關(guān)于上述問(wèn)題的結(jié)論存在不少爭(zhēng)議。例如，有研究認(rèn)為STEM教育能夠顯著提升中小學(xué)生的創(chuàng)造力，對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展有積極的影響。妮拉·費(fèi)納（NilaySener）等人采用了準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的方式，研究了不同學(xué)習(xí)環(huán)境中實(shí)施科學(xué)教育項(xiàng)目對(duì)中學(xué)生創(chuàng)造性思維能力及其對(duì)科學(xué)課態(tài)度的影響，研究結(jié)果顯示，實(shí)施科學(xué)教育項(xiàng)目有效地提高了學(xué)生對(duì)科學(xué)的態(tài)度和創(chuàng)造性思維水平，實(shí)驗(yàn)組的創(chuàng)造力得分要顯著優(yōu)于對(duì)照組[實(shí)驗(yàn)組M=92.94，對(duì)照組M=69.50，t（49）=5.399;p<0.05]，也即說(shuō)明實(shí)施了科學(xué)教育項(xiàng)目的學(xué)生創(chuàng)造力得到了明顯提升。然而，也有研究認(rèn)為STEM教育對(duì)中小學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展沒(méi)有影響，或否定了STEM教育在學(xué)生創(chuàng)造力中的作用。例如，仲嬌嬌采用托蘭斯創(chuàng)造思維測(cè)驗(yàn)對(duì)12名小學(xué)生進(jìn)行了準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組在創(chuàng)造性思維測(cè)驗(yàn)的得分均值低于對(duì)照組在創(chuàng)造性思維測(cè)驗(yàn)的得分（M實(shí)驗(yàn)組=93.271

為了有效探究STEM教育與學(xué)生創(chuàng)造力的關(guān)系，本研究采用元分析（Meta analysis）作為研究方法，試圖明晰STEM教育與學(xué)生的創(chuàng)造力的關(guān)系，同時(shí)也進(jìn)一步探究STEM教育在不同的學(xué)科、學(xué)段、學(xué)習(xí)周期、學(xué)習(xí)方式以及學(xué)習(xí)場(chǎng)域等調(diào)節(jié)變量上的表現(xiàn)。通過(guò)客觀的分析，以期解決當(dāng)下的爭(zhēng)議，并為后續(xù)進(jìn)一步開(kāi)展STEM教育研究提供參考和依據(jù)。

二、研究設(shè)計(jì)

1.研究方法

為了客觀地揭示STEM教育對(duì)中小學(xué)生創(chuàng)造力的影響效果，本文采用國(guó)際學(xué)界比較認(rèn)可的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腗eta分析作為研究方法。Meta分析是一種對(duì)具有相同研究目的的多個(gè)獨(dú)立研究結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析、定量綜合的一種研究方法。其通過(guò)采用科學(xué)的方式匯總他人研究結(jié)果，從而獲得較為客觀可靠的結(jié)論。在本研究中，主要是科學(xué)地匯總已有STEM教育與中小學(xué)生創(chuàng)造力的相關(guān)實(shí)證研究成果，經(jīng)過(guò)一定的定量統(tǒng)計(jì)分析，來(lái)反映STEM教育對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的影響效果。

2.數(shù)據(jù)來(lái)源

為了盡可能地保證數(shù)據(jù)的全面性，本研究全面檢索了國(guó)內(nèi)外本領(lǐng)域常用的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)主要以CNKI、萬(wàn)方和維普為代表，外文數(shù)據(jù)主要以ERIC、Springer Link、STOR（Joumal Storage）、TaylorFrancis Online、Web of Science等為主，同時(shí)也在Google Scholar以及百度學(xué)術(shù)等網(wǎng)站上進(jìn)行查漏補(bǔ)充。檢索策略為：中文以“STEM教育，OR STEM教學(xué)，OR STEM課程，OR STEM學(xué)習(xí)”為關(guān)鍵詞進(jìn)行主題檢索，英文以“STEM Education，OR STEM Teaching，OR STEM Curriculum，OR STEM Learning”為關(guān)鍵詞進(jìn)行主題檢索，所有檢索時(shí)間均截止到2019年8月31日。隨后，對(duì)初步檢索到的文獻(xiàn)進(jìn)行進(jìn)一步篩選和排查。

3.文獻(xiàn)納入標(biāo)準(zhǔn)

為了獲取可供Meta分析的研究文獻(xiàn)，還需進(jìn)一步對(duì)相關(guān)主題文獻(xiàn)進(jìn)行篩選和排查，確定納入的標(biāo)準(zhǔn)。本研究文獻(xiàn)納入的標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）研究主題涉及STEM教育與學(xué)生創(chuàng)造力的相關(guān)研究;（2）研究對(duì)象是以中小學(xué)生為主，大學(xué)生以及其他學(xué)習(xí)者不在納入范疇;（3）研究方法須是實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究;（4）研究數(shù)據(jù)明確包含樣本量、均值、標(biāo)準(zhǔn)差、T值等結(jié)局指標(biāo)，以便計(jì)算出實(shí)驗(yàn)效應(yīng)值。經(jīng)過(guò)篩選排查，最終獲取30篇合格文獻(xiàn)（其中國(guó)外文獻(xiàn)21篇、國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)9篇），以此30篇文獻(xiàn)作為正式Meta分析的樣本。文獻(xiàn)篩選流程如圖1所示。

4.特征值編碼

為了便于后續(xù)的亞組分析，本研究根據(jù)樣本文獻(xiàn)的特征，從作者、發(fā)表年份、實(shí)驗(yàn)人數(shù)、學(xué)段、學(xué)習(xí)科目、學(xué)習(xí)周期、學(xué)習(xí)方式以及學(xué)習(xí)場(chǎng)域等維度進(jìn)行編碼。其中，學(xué)段編碼為小學(xué)（1-6年級(jí)）、初中（7-9年級(jí)）、高中（10-12年級(jí)）。學(xué)習(xí)科目編碼為數(shù)學(xué)、科學(xué)、地理、化學(xué)、生物、機(jī)器人、信息技術(shù)以及STEM課程等。學(xué)習(xí)周期編碼為0-3個(gè)月、3-6個(gè)月以及6個(gè)月以上。學(xué)習(xí)方式編碼為問(wèn)題式、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以及設(shè)計(jì)式學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)場(chǎng)域分為I型學(xué)習(xí)場(chǎng)域和Ⅱ型學(xué)習(xí)場(chǎng)域，其中，I型學(xué)習(xí)場(chǎng)域主要是指常規(guī)的普通課堂教室，Ⅱ型學(xué)習(xí)場(chǎng)域范圍較廣，主要是指除了I型學(xué)習(xí)場(chǎng)域以外的其他場(chǎng)域，如科技館、實(shí)驗(yàn)室、工作間、生活場(chǎng)域等。總的編碼結(jié)果如表1所示：

5.數(shù)據(jù)分析

（3）學(xué)習(xí)周期的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析

研究還進(jìn)一步考察了不同學(xué)習(xí)周期的亞組分析結(jié)果（見(jiàn)表2），從表中分析結(jié)果可知，不同組別之間存在顯著的異質(zhì)性（I²=86%，P<0.01），也就意味著STEM學(xué)習(xí)周期不同，其對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的影響不同，且這種差異達(dá)到了統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該結(jié)論正與雷諾茲（Reynolds）等人的研究相呼應(yīng)，雷諾茲等人研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展與教學(xué)周期之間具有一定的正相關(guān)。從合并后的效應(yīng)量大小來(lái)看，學(xué)習(xí)時(shí)間6個(gè)月及以上的STEM干預(yù)對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的提升效果最為顯著，效應(yīng)量為0.61，達(dá)到了中等偏上程度的正相關(guān)。其次是3-6個(gè)月，效應(yīng)量為0.47。最后為0-3個(gè)月，效應(yīng)量為0.46。即說(shuō)明，STEM教學(xué)周期越長(zhǎng)，學(xué)生創(chuàng)造力提升越明顯。

（4）學(xué)習(xí)方式的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析

表2還呈現(xiàn)了不同學(xué)習(xí)方式亞組分析的結(jié)果，從表中數(shù)據(jù)可知，三種不同的學(xué)習(xí)方式——設(shè)計(jì)式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和問(wèn)題式學(xué)習(xí)均能夠提升中小學(xué)生的創(chuàng)造力，其效應(yīng)量大小依次為設(shè)計(jì)式（1.26）、項(xiàng)目式（0.78）、問(wèn)題式（0.57），且均達(dá)到了顯著性水平。此結(jié)論在已有研究中得到驗(yàn)證，例如，樓世杰（Lou SJ）等人將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的五個(gè)關(guān)鍵階段（準(zhǔn)備、實(shí)施、展示、評(píng)估以及修正）運(yùn)用到STEM教學(xué)當(dāng)中，研究發(fā)現(xiàn)，在基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的STEM教育驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生的創(chuàng)造力得到了明顯提升，同時(shí)，也可進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力情感領(lǐng)域的發(fā)展，諸如冒險(xiǎn)、好奇心、想象力和挑戰(zhàn)等。同樣，也有不少研究證實(shí)，設(shè)計(jì)式的STEM學(xué)習(xí)（Kim&Choi，2012;Park&Yoo，2013）以及問(wèn)題式的STEM學(xué)習(xí)（Judson，2014;Mehalik，M.M.，et al.，2016;劉雪，2018）也能夠顯著提升學(xué)生的創(chuàng)造力。此外，從組間分析可知，組間不存在顯著差異（Chi=4.53，P=0.10>0.05），每種學(xué)習(xí)方式都具有正向作用，均能夠提升學(xué)生的創(chuàng)造力，并不存在某種唯一或具有明顯優(yōu)勢(shì)的STEM學(xué)習(xí)方式。

（5）學(xué)習(xí)場(chǎng)域的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析

從學(xué)習(xí)場(chǎng)域的調(diào)節(jié)效應(yīng)亞組分析可知，在兩種不同的學(xué)習(xí)場(chǎng)域中實(shí)施STEM教育均能夠提升中小學(xué)生的創(chuàng)造力，且達(dá)到了顯著水平（P<0.01）。在已有的研究中，里斯基夫斯基（Riskowski）等人基于傳統(tǒng)的I型教室場(chǎng)域展開(kāi)了STEM教育與學(xué)生創(chuàng)造力的關(guān)系探究，研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)造力獲得了明顯的提升;同樣的結(jié)論在龐瑜等人的研究中也可以得到證實(shí)。而萊姆（Lam，P.）等人、孔永泰和霍孫晨（Kong，Y.T.& Huo，S.C.）等人研究了II型場(chǎng)域中STEM教育對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的影響，研究顯示接受STEM教育的學(xué)生創(chuàng)造力均有顯著的提升。此外，從效應(yīng)量的大小來(lái)看，I型教學(xué)場(chǎng)域（傳統(tǒng)課堂教室）合并后的效應(yīng)量為0.65，II型教學(xué)場(chǎng)域（實(shí)驗(yàn)室、生活場(chǎng)景等）合并后的效應(yīng)量為1.25。而在組間的異質(zhì)性檢驗(yàn)中，I²=76.7%，P=0.04<0.05，提示組間存在較強(qiáng)的異質(zhì)性，且達(dá)到了顯著水平。言下之意，I型場(chǎng)域和II型場(chǎng)域在提升中小學(xué)生創(chuàng)造力的效果上存在顯著差異，而從效應(yīng)量的大小可知，II型場(chǎng)域?qū)μ嵘行W(xué)生創(chuàng)造力的效果要明顯優(yōu)于I型場(chǎng)域。

四、總結(jié)與討論

1.主效應(yīng)討論

基于對(duì)30項(xiàng)國(guó)內(nèi)外STEM教育與中小學(xué)生創(chuàng)造力關(guān)系的Meta分析發(fā)現(xiàn)，中小學(xué)實(shí)施STEM教育確實(shí)有利于學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展，能夠?qū)W(xué)生創(chuàng)造力的提升產(chǎn)生一定的推動(dòng)作用。主效應(yīng)分析其合并后的效應(yīng)量為0.50，且P<0.05，也即說(shuō)明STEM能夠顯著提升中小學(xué)生的創(chuàng)造力，并具有中等程度的正向影響。因此可以確定，作為一種新的課程形式，STEM教育是提升學(xué)生創(chuàng)造力的可靠途徑。未來(lái)可加大STEM教育的推廣力度，在更多的學(xué)校開(kāi)展STEM教育，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)參與STEM教育活動(dòng)當(dāng)中，促進(jìn)其創(chuàng)造力的發(fā)展。本次研究在很大程度上證實(shí)了STEM教育在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力上的作用，同時(shí)，也回應(yīng)了當(dāng)前STEM教育與學(xué)生創(chuàng)造力關(guān)系上的爭(zhēng)議，能夠?yàn)榻窈笾行W(xué)繼續(xù)開(kāi)展STEM教育提供參考依據(jù)。

2.調(diào)節(jié)效應(yīng)討論

為了進(jìn)一步探究STEM教育與中小學(xué)生創(chuàng)造力的關(guān)系，研究還對(duì)學(xué)段、學(xué)習(xí)科目、學(xué)習(xí)周期、學(xué)習(xí)類型以及學(xué)習(xí)場(chǎng)域等調(diào)節(jié)變量進(jìn)行了亞組分析，以進(jìn)一步考察STEM教育在不同背景變量上，對(duì)提升中小學(xué)生創(chuàng)造力的影響和差異。研究表明：（1）在學(xué)段的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析中，在小學(xué)、初中和高中實(shí)施STEM教育均能夠顯著提升學(xué)生的創(chuàng)造力，且不同學(xué)段之間的創(chuàng)造力的效應(yīng)大小之間不存在顯著差異，也就是說(shuō)，從STEM教育干預(yù)的角度而言，并不存在某個(gè)“黃金期”，高中、初中、小學(xué)每個(gè)階段都是學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展的關(guān)鍵階段，恰當(dāng)?shù)腟TEM干預(yù)或訓(xùn)練均有顯著的效果。（2）在學(xué)科的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析中，在各個(gè)學(xué)科中實(shí)施STEM教育干預(yù)均能夠顯著提升學(xué)生的創(chuàng)造力，同時(shí)研究結(jié)果還顯示，不同學(xué)科之間在提升學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展上不存在顯著差異，不過(guò)，在本研究中，由于學(xué)科分組導(dǎo)致個(gè)別組內(nèi)樣本量較少，尤其是在地理、機(jī)器人、化學(xué)和信息技術(shù)等科目上，納入的文獻(xiàn)只有卜2篇，故亞組分析結(jié)果暫無(wú)足夠的說(shuō)服力，后續(xù)需要納入更多的研究來(lái)證明學(xué)科之間是否存在顯著差異。（3）在教學(xué)周期的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析中，STEM教學(xué)持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，學(xué)生創(chuàng)造力的提升效果越明顯。因此，持久的STEM教育對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展是十分有利的。在今后的中小學(xué)教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，可以適當(dāng)延長(zhǎng)STEM的教學(xué)周期，學(xué)校可設(shè)置足夠的課時(shí)比例，從而確保STEM教育對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展的延續(xù)性。（4）在學(xué)習(xí)方式的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析中，以三種不同的學(xué)習(xí)方式（設(shè)計(jì)式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以及問(wèn)題式學(xué)習(xí)）開(kāi)展STEM教育，均能夠顯著提高學(xué)生的創(chuàng)造力水平。然而，該三種不同的學(xué)習(xí)方式在提升學(xué)生創(chuàng)造力的效果上并無(wú)顯著差異，言下之意，不管是哪種學(xué)習(xí)方式都有各自的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，在學(xué)生的創(chuàng)造力培養(yǎng)過(guò)程中均能發(fā)揮獨(dú)特的作用，每所學(xué)校可根據(jù)自身的實(shí)際特點(diǎn)，靈活選用和制訂學(xué)習(xí)方式。（5）在學(xué)習(xí)場(chǎng)域的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析中，研究發(fā)現(xiàn)，I型學(xué)習(xí)場(chǎng)域（傳統(tǒng)的課堂教室）和II型學(xué)習(xí)場(chǎng)域（如實(shí)驗(yàn)室、工作坊、生活場(chǎng)景等）都能夠顯著提升學(xué)生的創(chuàng)造力，相對(duì)而言，II型學(xué)習(xí)場(chǎng)域?qū)W(xué)生創(chuàng)造力的提升更為明顯。也就是說(shuō)，在新型學(xué)習(xí)場(chǎng)域（如實(shí)驗(yàn)室、科技館、工作間、生活場(chǎng)景等）中實(shí)施STEM教育，對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)比在傳統(tǒng)教室實(shí)施更有優(yōu)勢(shì)，未來(lái)亦可考慮創(chuàng)設(shè)更多的新型學(xué)習(xí)環(huán)境，將學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)帶人更加開(kāi)放和多元的環(huán)境，為學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展提供最佳的場(chǎng)域。

五、研究不足與未來(lái)展望

本研究基本證實(shí)了STEM教育在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力方面的積極意義，然而，研究本身也存在一定的局限性：其一，為了盡可能保證研究的全面性，研究所納入的文獻(xiàn)包括實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，因此在研究方法上難以做到完全一致和統(tǒng)一，從而使得Meta分析的結(jié)果具有較低程度的異質(zhì)性。盡管采用了隨機(jī)效應(yīng)模型來(lái)消除可能存在的偏差，但并不能完全排除異質(zhì)性干擾的可能。其二，樣本數(shù)量具有一定的限制性，在納入Meta分析的獨(dú)立研究當(dāng)中，大部分研究實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的樣本數(shù)量偏低，缺乏大樣本的獨(dú)立研究。同時(shí)，在調(diào)節(jié)效應(yīng)分析中，存在部分調(diào)節(jié)變量亞組分析樣本分布不均衡的情況，其也會(huì)在一定程度上影響調(diào)節(jié)變量分析的結(jié)果。其三，在調(diào)節(jié)變量的亞組分析時(shí)，只分析了學(xué)段、科學(xué)、教學(xué)周期、學(xué)習(xí)方式以及學(xué)習(xí)場(chǎng)域等各個(gè)獨(dú)立研究共有的調(diào)節(jié)變量，而其他調(diào)節(jié)變量暫未納入討論分析范疇。

針對(duì)本研究主題，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究及改進(jìn)：其一，繼續(xù)關(guān)注本研究領(lǐng)域，及時(shí)更新納入新的研究，不斷匯總更多的獨(dú)立研究成果，擴(kuò)大樣本數(shù)量。其二，盡可能更多地納入分析其他的調(diào)節(jié)變量，進(jìn)一步探究STEM教育提升中小學(xué)生創(chuàng)造力的“真正”原因。其三，制定更為嚴(yán)格的文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)，排除文獻(xiàn)本身可能引起的偏差。