什么影響了學(xué)生STEM學(xué)習(xí)的成敗？
——一項(xiàng)基于證據(jù)的微觀STEM教學(xué)實(shí)證研究

曹 峰

(西安高新第一中學(xué)初中校區(qū)，陜西 西安 710075)

當(dāng)前，STEM教育在我國(guó)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的發(fā)展形勢(shì)可謂如火如荼。在我國(guó)，STEM教育已走過(guò)概念引介、特征與內(nèi)涵梳理的初步發(fā)展時(shí)期，正步入實(shí)踐教學(xué)的深耕階段。隨著STEM實(shí)踐教學(xué)的廣泛開(kāi)展與持續(xù)推進(jìn)，近來(lái)揭示STEM教學(xué)效果、關(guān)注學(xué)生STEM素養(yǎng)發(fā)展的實(shí)證研究也逐漸豐富起來(lái)。如，樊雅琴通過(guò)問(wèn)卷對(duì)學(xué)生參與度與成績(jī)、性別之間的關(guān)系做了分析；[1]吳永和等通過(guò)對(duì)基于R語(yǔ)言和3D打印為內(nèi)容的教學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)STEM教學(xué)對(duì)大學(xué)生的跨學(xué)科實(shí)踐創(chuàng)新能力產(chǎn)生了積極影響；[2]張屹等通過(guò)對(duì)小學(xué)四年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行前后測(cè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)基于設(shè)計(jì)的跨學(xué)科STEM教學(xué)可顯著提升學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)態(tài)度；[3]周榕等通過(guò)對(duì)42項(xiàng)研究的元分析，發(fā)現(xiàn)STEM教學(xué)對(duì)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力具有中等偏小的正向影響；[4]陳凱等對(duì)江蘇省483位參與過(guò)STEM教學(xué)的中學(xué)生進(jìn)行了實(shí)證調(diào)查，結(jié)果顯示學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)態(tài)度整體趨向積極；[5]劉徽等通過(guò)對(duì)浙江省H市的基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生的教學(xué)情況的調(diào)查，顯示STEM教學(xué)對(duì)學(xué)生的高階能力有正向成效；[6]曾昭炳等通過(guò)元分析發(fā)現(xiàn)STEM教學(xué)對(duì)學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)有積極影響；[7]劉徽等聚焦STEM教學(xué)中的學(xué)生失敗，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，有效指導(dǎo)型教學(xué)在遷移效果方面明顯優(yōu)于無(wú)指導(dǎo)型教學(xué)和有指導(dǎo)型教學(xué)。[8]

然而，聚焦微觀的STEM教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)，既關(guān)注表現(xiàn)卓越者，又不忽視表現(xiàn)不佳者，完整總結(jié)所有學(xué)習(xí)者的STEM學(xué)習(xí)結(jié)果，剖析影響學(xué)生學(xué)習(xí)成敗的影響因素，這樣的研究尚不多見(jiàn)。為此，本研究以一次在初中階段以社團(tuán)形式開(kāi)展的STEM教學(xué)為例，進(jìn)行實(shí)證研究，探究影響學(xué)生STEM學(xué)習(xí)成敗的關(guān)鍵因素，以期為STEM課程開(kāi)發(fā)、理論研究與教學(xué)實(shí)踐等專業(yè)同行提供借鑒，推動(dòng)STEM研究與教學(xué)的更高水平發(fā)展。

一、研究設(shè)計(jì)

1.課程簡(jiǎn)介

本課程由筆者于2020年10月至2021年6月在本人所在教學(xué)單位以社團(tuán)課程形式開(kāi)展。課程開(kāi)展時(shí)間為周四下午，每周一次，每次約80分鐘教學(xué)時(shí)間。本課程一共開(kāi)展了18次學(xué)習(xí)活動(dòng)，其中前7次為Arduino基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)階段，后11次為綜合項(xiàng)目實(shí)踐階段(下文簡(jiǎn)稱項(xiàng)目)。項(xiàng)目主題為《一份禮物·智能飲水提醒裝置》，由筆者自行開(kāi)發(fā)。該課例融合了生命科學(xué)的生命健康、化學(xué)學(xué)科的酸堿性、信息技術(shù)領(lǐng)域的Arduino智能開(kāi)源硬件設(shè)計(jì)、社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的問(wèn)卷調(diào)查與訪談等跨學(xué)科知識(shí)內(nèi)容，采用項(xiàng)目式教學(xué)方式，教學(xué)策略應(yīng)用強(qiáng)調(diào)共情與創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思維，通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作設(shè)計(jì)并制作帶有提醒功能的科學(xué)飲水裝置，作為禮物表達(dá)對(duì)他人的關(guān)心。在本項(xiàng)目中，學(xué)生歷經(jīng)了飲水科學(xué)知識(shí)普及、采訪調(diào)查、科普飲水知識(shí)、深度訪談?dòng)脩簟⒎治鲇脩粜枨?、確定方案目標(biāo)、設(shè)計(jì)方案、原型制作(Arduino開(kāi)源硬件+ Mixly程序設(shè)計(jì)+裝置物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與搭建+原型作品外觀美藝處理)、測(cè)試及優(yōu)化、項(xiàng)目展示與總結(jié)等實(shí)體教學(xué)環(huán)節(jié)，也培養(yǎng)了跨界溝通、自主管理項(xiàng)目、團(tuán)隊(duì)溝通與協(xié)作、自主學(xué)習(xí)等內(nèi)隱性、需長(zhǎng)期發(fā)展的素質(zhì)品質(zhì)。整體而言，對(duì)于初中新生，該項(xiàng)目的難度為中等偏高。

2.學(xué)生簡(jiǎn)介

本研究的學(xué)生對(duì)象為參與本社團(tuán)的29名七年級(jí)新生。其中，男生27名，女生2名，平均年齡13歲。學(xué)生選擇社團(tuán)的途經(jīng)與對(duì)STEM的了解情況的基本信息如表1：

表1 學(xué)生基本信息

在入社途徑方面，以STEM為興趣愛(ài)好和對(duì)STEM好奇是學(xué)生選擇STEM社團(tuán)的主流，兩者合計(jì)比例高達(dá)79.3%；在了解程度方面，絕大部分同學(xué)對(duì)STEM不了解或只是簡(jiǎn)單知道，說(shuō)明絕大部分學(xué)生對(duì)本系列的STEM教學(xué)處于零基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)狀態(tài)。概括而言，學(xué)生對(duì)STEM有著較高的期待，但學(xué)生的基礎(chǔ)低，這表明本次STEM教學(xué)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。

3.研究工具

(1)問(wèn)卷設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)梳理結(jié)合筆者近年來(lái)在STEM教學(xué)中的切身反思，本研究最終確定了影響學(xué)生個(gè)體STEM學(xué)習(xí)結(jié)果的4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、16個(gè)二級(jí)指標(biāo)，具體見(jiàn)表2。換言之，本研究期望探究學(xué)生個(gè)體的STEM學(xué)習(xí)是否與學(xué)習(xí)態(tài)度、師生交互、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、自主探索這四個(gè)因素存在影響關(guān)系。

表2 影響學(xué)生STEM學(xué)習(xí)結(jié)果的一級(jí)與二級(jí)指標(biāo)

因此，根據(jù)上述維度，本研究分別設(shè)計(jì)了學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程自我評(píng)價(jià)問(wèn)卷(下文簡(jiǎn)稱問(wèn)卷)和教師觀察日志(下文簡(jiǎn)稱日志)。問(wèn)卷采用Likert 5級(jí)量表計(jì)分，“5”表示“非常成功”，“4”表示“比較成功”，“3”表示“一般”，“2”表示“不成功”，“1”表示“很不成功”。問(wèn)卷是在整個(gè)STEM學(xué)習(xí)項(xiàng)目結(jié)束后由學(xué)生獨(dú)立結(jié)合自己的學(xué)習(xí)過(guò)程表現(xiàn)填寫；日志是在項(xiàng)目開(kāi)展的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的過(guò)程中由教師以每個(gè)學(xué)生小組為單位對(duì)各學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程表現(xiàn)做記錄。日志相比問(wèn)卷，在記錄方面有更多的開(kāi)放性以支持真實(shí)客觀地反映學(xué)生的表現(xiàn)，問(wèn)卷則以更直觀的數(shù)據(jù)來(lái)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程表現(xiàn)。

為對(duì)全體29名學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)價(jià)，同時(shí)避免個(gè)別同學(xué)將來(lái)可能出現(xiàn)敷衍填寫問(wèn)卷的情況，筆者作為課程實(shí)踐教師對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行了數(shù)據(jù)打分(下文稱師評(píng)數(shù)據(jù))。并且為保證問(wèn)卷具有較高的可靠性與有效性，在正式向?qū)W生開(kāi)放問(wèn)卷前，對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行信度分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 問(wèn)卷信度分析表

本問(wèn)卷的信度系數(shù)為0.989，接近信度系數(shù)最理想數(shù)值1，證明該問(wèn)卷具備極高的信度。即該問(wèn)卷具有很高的可靠性，可在后續(xù)環(huán)節(jié)向?qū)W生開(kāi)放使用。

(2)學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)證據(jù)鏈設(shè)計(jì)。學(xué)生個(gè)體STEM學(xué)習(xí)結(jié)果的成敗何以判斷？本研究認(rèn)為STEM學(xué)習(xí)的成敗既要關(guān)注學(xué)習(xí)結(jié)果，也要關(guān)注學(xué)習(xí)過(guò)程，但最核心的標(biāo)準(zhǔn)是學(xué)生是否持續(xù)投入并重塑了其原有認(rèn)知。這些標(biāo)準(zhǔn)的判定需要完整、準(zhǔn)確、說(shuō)服力強(qiáng)且成邏輯的證據(jù)鏈，以綜合評(píng)定學(xué)習(xí)過(guò)程與學(xué)習(xí)結(jié)果。為此，在《一份禮物·智能飲水提醒裝置》項(xiàng)目中，從學(xué)生和教師兩個(gè)角度開(kāi)發(fā)了連續(xù)的證據(jù)鏈：面向?qū)W生有“學(xué)生項(xiàng)目書(shū)”“學(xué)生自評(píng)表”“本組作品小結(jié)表”“匯報(bào)評(píng)價(jià)表”等評(píng)價(jià)性、反思性材料，還包括“科普調(diào)查”“科學(xué)訪談提綱”“基礎(chǔ)信息調(diào)查”等過(guò)程記錄性資料；面向教師的“教師課堂觀察日志”“課堂視頻實(shí)錄”“課后訪談”等證據(jù)鏈形式。綜合學(xué)生和教師的各類學(xué)習(xí)過(guò)程證據(jù)，能夠清晰且準(zhǔn)確地對(duì)29名學(xué)生在本次STEM學(xué)習(xí)中的綜合表現(xiàn)給予精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)。因此，證據(jù)鏈的設(shè)計(jì)是此次對(duì)學(xué)生STEM學(xué)習(xí)結(jié)果成敗評(píng)價(jià)的根本依據(jù)。

(3)研究統(tǒng)計(jì)工具。本研究中的研究軟件包括SPSS20.0中文版、EXCEL等。本研究中原始的問(wèn)卷數(shù)據(jù)由EXCEL做基礎(chǔ)記錄，交叉表分析、問(wèn)卷信度分析、相關(guān)分析、回歸分析均應(yīng)用SPSS完成。

二、數(shù)據(jù)收集與處理

1.研究所采用的原始數(shù)據(jù)來(lái)源

如前所述，問(wèn)卷由教師和學(xué)生分別獨(dú)立填寫。學(xué)生是嚴(yán)格按照問(wèn)卷的形式即1、2、3、4、5的分值形式進(jìn)行填寫并計(jì)分的。為更具客觀性和易于教師區(qū)別學(xué)生間的表現(xiàn)差異，教師在打分過(guò)程中采用0.5、1、1.5、…、4.5、5的計(jì)分方式。這樣，在問(wèn)卷的16個(gè)二級(jí)維度上獲得了每位同學(xué)的兩份數(shù)據(jù)(師評(píng)數(shù)據(jù)與生評(píng)數(shù)據(jù))，這是本研究的原始數(shù)據(jù)。

然后，對(duì)生評(píng)數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行信度檢驗(yàn)。檢驗(yàn)方式即為對(duì)比同一學(xué)生的生評(píng)與師評(píng)數(shù)據(jù)。對(duì)比時(shí)，以每個(gè)一級(jí)指標(biāo)即4個(gè)二級(jí)得分情況為單位進(jìn)行，根據(jù)不同的條件對(duì)29份原始的生評(píng)數(shù)據(jù)進(jìn)行信度甄別，具體見(jiàn)表4。

表4 問(wèn)卷信度分析表

研究發(fā)現(xiàn)，29份生評(píng)數(shù)據(jù)中存在一些信度不足的低效或無(wú)效問(wèn)卷。為全面而更真實(shí)地反映全體29名學(xué)生在此次STEM學(xué)習(xí)中的客觀表現(xiàn)，分別對(duì)三類不同信度的生評(píng)問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行修正：有效問(wèn)卷完全采用原始生評(píng)數(shù)據(jù)；較低信度問(wèn)卷，最終數(shù)據(jù)取生評(píng)數(shù)據(jù)與師評(píng)數(shù)據(jù)的平均值；嚴(yán)重低信度問(wèn)卷，完全采用師評(píng)數(shù)據(jù)。換言之，本研究是結(jié)合學(xué)生自評(píng)與教師評(píng)價(jià)以綜合確定學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程表現(xiàn)，這能最大程度地保證所有學(xué)生在問(wèn)卷16個(gè)維度上的數(shù)據(jù)與其真實(shí)表現(xiàn)相一致。29名學(xué)生中，校驗(yàn)后的最終數(shù)據(jù)來(lái)源分布見(jiàn)表5。

表5 16個(gè)二級(jí)維度最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的來(lái)源頻數(shù) %

2.研究所采用的一級(jí)維度數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的研究目的在于探究學(xué)習(xí)態(tài)度、師生交互、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、自主探索這四個(gè)一級(jí)指標(biāo)與學(xué)生STEM學(xué)習(xí)結(jié)果間的影響關(guān)系。為此，基于上一步所得29名學(xué)生二級(jí)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，以單個(gè)一級(jí)指標(biāo)為單位，將其4個(gè)二級(jí)指標(biāo)中的前3個(gè)以15%權(quán)重且第4個(gè)以55%權(quán)重的方式加權(quán)求和，得到一個(gè)綜合反映該一級(jí)指標(biāo)的值。如是，將29名學(xué)生的16個(gè)二級(jí)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4個(gè)一級(jí)指標(biāo)數(shù)據(jù)，這也是本研究中對(duì)一級(jí)指標(biāo)分析的直接實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.學(xué)生STEM學(xué)習(xí)結(jié)果的判定

結(jié)合學(xué)生與教師兩方面各類反映學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)的證據(jù)鏈，將29名學(xué)生在此次STEM學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)結(jié)果以成功、失敗兩個(gè)類別進(jìn)行判定，結(jié)果頻數(shù)如表6。

表6 29位學(xué)生STEM學(xué)習(xí)結(jié)果 %

三、研究結(jié)果

1.問(wèn)卷

(1)描述統(tǒng)計(jì)分析。

第一，四項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)總分的區(qū)間頻數(shù)統(tǒng)計(jì)。為更清晰地把握學(xué)生整體的分布情況，將四項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)計(jì)算總分，以5分為間距，所得29名學(xué)生的總分頻數(shù)分布見(jiàn)表7。

表7 總分頻數(shù)分布表 %

總分滿分為20分，可將[0，5]、(5，10]、(10，15]、(15，20]依次視為低水平、較低水平、較高水平、高水平區(qū)間。分析后發(fā)現(xiàn)，低水平和較低水平合計(jì)15人，較高水平和高水平合計(jì)14人。即處于低范疇的學(xué)生人數(shù)合計(jì)為15，處于高范疇的學(xué)生人數(shù)為14，這一數(shù)據(jù)與先前根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程證據(jù)鏈材料評(píng)定的此次STEM學(xué)習(xí)成敗人數(shù)一致——兩份獨(dú)立的評(píng)定結(jié)果一致進(jìn)一步印證并說(shuō)明了本研究采用數(shù)據(jù)的可靠性。另外，從各區(qū)間的分布來(lái)看，處于較低水平區(qū)間的學(xué)生比例最大，占到了44.8%，其次是較高水平，為27.6%，說(shuō)明中間態(tài)的學(xué)生居多，反映出學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)結(jié)果呈正態(tài)分布的特點(diǎn)，學(xué)生表現(xiàn)呈現(xiàn)優(yōu)劣全域性。另外，對(duì)比低水平與高水平，高水平比例(20.7%)顯著高于低水平比例(6.9%)，說(shuō)明在本次STEM學(xué)習(xí)中表現(xiàn)極佳的學(xué)生人數(shù)多于表現(xiàn)極弱的學(xué)生人數(shù)。

第二，學(xué)生在各維度上的描述分析。對(duì)學(xué)生在各一級(jí)指標(biāo)上的得分進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)，得出其極值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差，具體見(jiàn)表8。

表8 學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程一級(jí)指標(biāo)得分統(tǒng)計(jì)

由表8可得，四個(gè)一級(jí)指標(biāo)的均值都小于中間值3，且介于2.5～2.86，非常接近3，表明整體而言學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)屬欠合格狀態(tài)，這與在學(xué)習(xí)結(jié)果中失敗人數(shù)僅比成功人數(shù)多一人的分析結(jié)果一致。從極值的差異來(lái)看，除自主探索的極差為4.5外，其余三個(gè)維度均為4，非常接近全值范圍5，且標(biāo)準(zhǔn)差均在1.05～1.23之間，反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)差異很大，說(shuō)明學(xué)生在此次STEM學(xué)習(xí)中呈現(xiàn)出一種典型的兩極分化現(xiàn)象。

(2)相關(guān)分析。為確定各維度與學(xué)生STEM學(xué)習(xí)結(jié)果之間的影響關(guān)系，對(duì)學(xué)習(xí)態(tài)度、師生交互、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、自主探索四個(gè)一級(jí)指標(biāo)與學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)二列相關(guān)分析，具體結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 各一級(jí)指標(biāo)與學(xué)習(xí)結(jié)果相關(guān)性

結(jié)果顯示，四個(gè)一級(jí)指標(biāo)與學(xué)習(xí)結(jié)果相關(guān)的顯著性值分別為P學(xué)習(xí)態(tài)度=0.001、P師生交互=0.010、P團(tuán)隊(duì)協(xié)作=0.009、P自主探索=0.000，即四者的P值均小于0.05，即表明四者均與學(xué)習(xí)結(jié)果有顯著的相關(guān)關(guān)系。就相關(guān)的程度而言，相關(guān)系數(shù)r分別為 r學(xué)習(xí)態(tài)度=0.594、r師生交互=0.471、r團(tuán)隊(duì)協(xié)作=0.475、r自主探索=0.682。這表明，自主探索與學(xué)習(xí)結(jié)果的相關(guān)性最高，達(dá)到0.682，屬于較高相關(guān)程度；其次是學(xué)習(xí)態(tài)度，r學(xué)習(xí)態(tài)度=0.594，屬于中等偏高水平；團(tuán)隊(duì)協(xié)作略高于師生交互，都屬于中等水平。

(3)回歸分析。為進(jìn)一步準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)這四個(gè)一級(jí)指標(biāo)對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響，本研究進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行二元logistics回歸分析。經(jīng)相關(guān)分析已知，四個(gè)一級(jí)指標(biāo)均與學(xué)習(xí)結(jié)果顯著相關(guān)，因而，四個(gè)指標(biāo)均被納入回歸分析的協(xié)變量，又因?yàn)?，?jīng)相關(guān)分析檢驗(yàn)，四個(gè)指標(biāo)間存在兩兩相關(guān)關(guān)系，因而，為更精確地探究四個(gè)一級(jí)指標(biāo)分別與學(xué)習(xí)結(jié)果的影響關(guān)系，本研究采用了在對(duì)其他變量良好控制條件下的校正OR(Adjusted OR) 二元logistics回歸分析。經(jīng)Hosmer和Lemeshow檢驗(yàn)，本回歸分析的擬合顯著性值為0.368，大于0.05，說(shuō)明本次回歸的擬合程度較好，回歸分析結(jié)果具有高信度。又基于本擬合的函數(shù)對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確率為82.8%，說(shuō)明本次回歸的擬合函數(shù)具有高效度。四個(gè)一級(jí)指標(biāo)的校正OR值見(jiàn)表10。

表10 一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行回歸分析校正OR結(jié)果

結(jié)果顯示，在四個(gè)一級(jí)指標(biāo)中，只有P自主探索=0.039<0.05，即表明只有自主探索與學(xué)習(xí)結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的顯著影響關(guān)系，而學(xué)習(xí)態(tài)度、師生交互、團(tuán)隊(duì)協(xié)作三個(gè)一級(jí)指標(biāo)無(wú)法以量化的形式來(lái)清晰說(shuō)明其與學(xué)習(xí)結(jié)果的相關(guān)程度。進(jìn)一步解析發(fā)現(xiàn)，B自主探索=2.295，說(shuō)明，自主探索與學(xué)習(xí)結(jié)果之間呈正向相關(guān)關(guān)系。Exp(B)自主探索=9.926，可解釋為學(xué)生在STEM學(xué)習(xí)自主探索每提高一個(gè)度量，學(xué)習(xí)結(jié)果傾向成功的概率是原來(lái)的9.926倍。

2.訪談

如前所述，本次STEM教學(xué)中學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)呈現(xiàn)出顯著的差異化表現(xiàn)。為進(jìn)一步深度地理解影響學(xué)生個(gè)體STEM學(xué)習(xí)結(jié)果的原因，本研究在最后對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果處于不同水平的學(xué)生代表進(jìn)行了訪談，并對(duì)他們個(gè)人的總結(jié)自述做了摘錄整理，結(jié)果如表11。

表11 學(xué)生個(gè)人總結(jié)及訪談中影響其STEM學(xué)習(xí)成敗的原因分析

概括而言，在A組同學(xué)的反饋中，表明良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、自主探索是他們STEM學(xué)習(xí)取得成功的重要因素；在B組同學(xué)的反饋中，失敗的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、低水平的自主探索是其STEM學(xué)習(xí)失敗的主要原因；在C組同學(xué)的反饋中，消極的學(xué)習(xí)態(tài)度、低水平的自主探索、先前知識(shí)的羸弱基礎(chǔ)是他們STEM學(xué)習(xí)失敗的原因。這反映出不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生其STEM結(jié)果成敗的影響因素具有層次差異性。學(xué)習(xí)態(tài)度是學(xué)習(xí)發(fā)生的基礎(chǔ)條件，團(tuán)隊(duì)協(xié)作是從個(gè)人成功走向團(tuán)隊(duì)成功的關(guān)鍵因素，而自主探索是取得STEM高水平學(xué)習(xí)結(jié)果的決定性要素。此外，通過(guò)訪談還發(fā)現(xiàn)，在低水平學(xué)習(xí)結(jié)果的學(xué)生中間，先前知識(shí)作為本次問(wèn)卷調(diào)查外的一個(gè)新變量，也影響著學(xué)生STEM學(xué)習(xí)結(jié)果的成敗。

四、研究結(jié)果與分析

1.學(xué)習(xí)態(tài)度

學(xué)習(xí)態(tài)度決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)投入水平。結(jié)合問(wèn)卷與訪談兩部分的分析，綜合表明高水平的學(xué)習(xí)態(tài)度不一定取得STEM學(xué)習(xí)結(jié)果的成功，但低水平的學(xué)習(xí)態(tài)度其學(xué)習(xí)結(jié)果一定失敗。即，學(xué)習(xí)態(tài)度作為一種學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)品質(zhì)，是影響乃至決定STEM學(xué)習(xí)成敗的基礎(chǔ)要素。

2.自主探索

自主探索涉及學(xué)生的元認(rèn)知自我監(jiān)控意識(shí)、克服難題的堅(jiān)毅品質(zhì)、問(wèn)題解決的創(chuàng)新思維等，屬于高階素養(yǎng)。在相關(guān)性分析中，自主探索是四個(gè)一級(jí)指標(biāo)中相關(guān)程度最高的要素(r自主探索=0.682)，而且在回歸分析中具有明確的量化關(guān)系。結(jié)合量化分析與訪談的層次對(duì)比，表明自主探索是影響學(xué)生STEM成敗的決定性因素。

3.師生交互與團(tuán)隊(duì)協(xié)作

相關(guān)分析表明師生交互與團(tuán)隊(duì)協(xié)作兩個(gè)維度均對(duì)學(xué)生個(gè)體的STEM學(xué)習(xí)結(jié)果有著顯著的影響。相較于自主探索和學(xué)習(xí)態(tài)度，師生交互與團(tuán)隊(duì)協(xié)作的相關(guān)程度更小，顯示出外在因素影響水平低于內(nèi)在因素的特點(diǎn)。就相關(guān)程度而言，師生交互與團(tuán)隊(duì)協(xié)作兩個(gè)維度的影響水平均為中等，顯示出團(tuán)隊(duì)協(xié)作與師生交互在STEM教學(xué)中具有重要地位。此外，就這二者與學(xué)習(xí)結(jié)果的相關(guān)性而言，團(tuán)隊(duì)協(xié)作略高于師生交互，說(shuō)明在此次教學(xué)中團(tuán)隊(duì)協(xié)作是影響學(xué)生STEM學(xué)習(xí)結(jié)果的第一外在因素。

4.先前知識(shí)

除問(wèn)卷中涉及的因素外，本研究在訪談環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)先前知識(shí)基礎(chǔ)對(duì)STEM學(xué)習(xí)結(jié)果也有一定影響。這一點(diǎn)值得后續(xù)研究繼續(xù)進(jìn)行更系統(tǒng)、深入的研究探索。

五、啟示與討論

1.多措并舉，全面提高學(xué)生STEM學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)學(xué)生STEM學(xué)習(xí)成就感

成功的教學(xué)需要學(xué)生、教師、教學(xué)環(huán)境三者良性互動(dòng)，任一要素的低質(zhì)參與都難以保證教學(xué)的成功。在本次STEM教學(xué)中，失敗率高于成功率，原因是多方面的，如課程選題與個(gè)別學(xué)生羸弱的知識(shí)基礎(chǔ)匹配程度不佳、學(xué)生分組欠缺嚴(yán)謹(jǐn)考慮、學(xué)校社團(tuán)課程中學(xué)生進(jìn)出機(jī)制的僵化管理等。STEM教師作為STEM課程的開(kāi)發(fā)者、教學(xué)的設(shè)計(jì)者與實(shí)施者、學(xué)生STEM學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)價(jià)者，要從學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇、教學(xué)實(shí)施過(guò)程中教學(xué)策略與方法的豐富與甄選、分層教學(xué)與評(píng)價(jià)等過(guò)程中多措并舉，保持課程、教學(xué)與學(xué)生的良性匹配。STEM教學(xué)不僅要培養(yǎng)高資質(zhì)的STEM未來(lái)人才，也需要為大多數(shù)的普通學(xué)生提供普適STEM素養(yǎng)的發(fā)展通道，要努力讓有機(jī)會(huì)選擇STEM教學(xué)的所有學(xué)習(xí)者在STEM學(xué)習(xí)中保持積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，樂(lè)于參與，增強(qiáng)STEM學(xué)習(xí)成就感。

2.成體系的課程開(kāi)發(fā)是發(fā)展學(xué)生高階品質(zhì)的關(guān)鍵

STEM學(xué)習(xí)需要元認(rèn)知自我監(jiān)督、面對(duì)困難的堅(jiān)持不懈意志力、問(wèn)題解決的實(shí)踐力、項(xiàng)目統(tǒng)籌力、創(chuàng)新思維等多種復(fù)雜的高階思維品質(zhì)與關(guān)鍵能力，因而，學(xué)生自我的高階品質(zhì)是其STEM學(xué)習(xí)成敗的決定性因素。筆者通過(guò)近年來(lái)在STEM課程開(kāi)發(fā)、教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)施與評(píng)價(jià)等方面的實(shí)踐，越發(fā)感受到當(dāng)前STEM教學(xué)的寶貴與難得，因?yàn)樵赟TEM學(xué)習(xí)中學(xué)生相對(duì)更有機(jī)會(huì)系統(tǒng)、全面、深刻地感受、體驗(yàn)并意識(shí)自身這些高階品質(zhì)的狀態(tài)，也為教師提供了一種傳統(tǒng)紙筆測(cè)驗(yàn)難以立體了解學(xué)生的寶貴教育窗口，但又頗為遺憾地承認(rèn)當(dāng)前的STEM課程在持續(xù)發(fā)展學(xué)生上述高階品質(zhì)方面表現(xiàn)無(wú)力。一方面，這些高階品質(zhì)的發(fā)展需要長(zhǎng)期訓(xùn)練，另一方面，離散的主題式STEM教學(xué)因?yàn)槿狈B續(xù)的知識(shí)體系支撐，又對(duì)涉及不同維度的高階品質(zhì)難以形成進(jìn)階發(fā)展。然而，STEM教學(xué)中涉及的高階品質(zhì)數(shù)目多、類別多、層次多，如果以現(xiàn)有的STEM教學(xué)課程應(yīng)付，學(xué)生的高階品質(zhì)的發(fā)展只能停留在耦合的體驗(yàn)層次，難以支持對(duì)某一項(xiàng)高階品質(zhì)的堅(jiān)實(shí)、持續(xù)、均衡、系統(tǒng)培養(yǎng)。因此，圍繞貫通高階品質(zhì)，依據(jù)其堅(jiān)實(shí)的教育科學(xué)理論，開(kāi)發(fā)具有進(jìn)階性、成體系的STEM課程，或許是破解這一問(wèn)題的關(guān)鍵。

3.STEM教師需以設(shè)計(jì)素養(yǎng)為途徑實(shí)現(xiàn)持續(xù)專業(yè)發(fā)展

在課程開(kāi)發(fā)龐雜的材料中選擇教學(xué)內(nèi)容、跨學(xué)科知識(shí)整合，在教學(xué)實(shí)施時(shí)面對(duì)有歧義甚至意見(jiàn)沖突的學(xué)生合作時(shí)調(diào)解以推進(jìn)其團(tuán)隊(duì)協(xié)作、針對(duì)項(xiàng)目實(shí)踐各階段不同學(xué)生的個(gè)性化問(wèn)題提供適時(shí)、有效的學(xué)習(xí)支持，在教學(xué)評(píng)價(jià)中如何完整采集學(xué)生過(guò)程表現(xiàn)數(shù)據(jù)、如何判定學(xué)生最終的學(xué)習(xí)結(jié)果、教學(xué)診斷與改進(jìn)，這些客觀要求對(duì)STEM教師的專業(yè)素養(yǎng)提出了更高要求。有效的STEM教學(xué)需要做好上述環(huán)節(jié)中的每一項(xiàng)，而其中的任一項(xiàng)的高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)對(duì)非專業(yè)儲(chǔ)備的、跨行的、算作新手的、STEM教師而言都是全新的挑戰(zhàn)，或許STEM教師正承受著一種教育教學(xué)進(jìn)化的陣痛。幸而，也正是這些艱難的挑戰(zhàn)、前所未有的陣痛感，向深入實(shí)踐的STEM教師們饋贈(zèng)了一種關(guān)于教育的返璞歸真之感，即設(shè)計(jì)是教育的天然屬性——以設(shè)計(jì)的視角再次反思教育的本質(zhì)、重新審視教師專業(yè)性的含義。教育的目的在于發(fā)展人，而良好的發(fā)展需要合理的設(shè)計(jì)。通過(guò)合倫理、系統(tǒng)、科學(xué)、豐富、適用的設(shè)計(jì)工作，促使學(xué)生更有效地投入與參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，并使其從原始狀態(tài)轉(zhuǎn)化到期望狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)學(xué)生的發(fā)展，這是教師的價(jià)值體現(xiàn)，是教師專業(yè)性的本質(zhì)內(nèi)涵。從這個(gè)意義上說(shuō)，設(shè)計(jì)素養(yǎng)是STEM教師專業(yè)發(fā)展的新途徑，這也是一條回歸教育本質(zhì)、需要持續(xù)學(xué)習(xí)、追求創(chuàng)新的專業(yè)發(fā)展之路。