基于STEM教育的學(xué)習(xí)者創(chuàng)造力測評研究

毛剛 吳童 李菲茗

[摘 ? 要] 對學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力進(jìn)行測評一直以來都是教學(xué)實踐的難題。STEM教育為發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力提供了更多機會，同時也為評估學(xué)生的創(chuàng)造力提供了真實的問題情境。研究根據(jù)加德納多元智能理論和吉爾福德的創(chuàng)造力結(jié)構(gòu)劃分理論，解析了STEM教育活動中創(chuàng)造力的領(lǐng)域特殊性和思維同一性特征，構(gòu)建了面向STEM教育情境的創(chuàng)造力評價模型。以此為基礎(chǔ)，通過分析機器人教育活動中學(xué)生在S.T.E.M學(xué)科維度的創(chuàng)造性表現(xiàn)和思維過程特征，設(shè)計了面向教育機器人活動的創(chuàng)造力觀測量表，并在小學(xué)生機器人項目化學(xué)習(xí)活動中開展實踐應(yīng)用。研究表明，基于該模型的測評工具和方法能夠有效區(qū)分學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力水平，支持對學(xué)習(xí)者創(chuàng)造力學(xué)科傾向的深度分析，有助于厘清學(xué)習(xí)者知識基礎(chǔ)對創(chuàng)造力的影響。

[關(guān)鍵詞] STEM教育； 創(chuàng)造力； 機器人教育； 測評

[中圖分類號] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 毛剛（1981—），男，湖北黃岡人。副教授，博士，主要從事教師專業(yè)發(fā)展、學(xué)習(xí)分析、教育數(shù)據(jù)挖掘研究。E-mail：catihg@sina.com。

一、研究背景與問題

自1950年吉爾福德（Guilford）發(fā)表創(chuàng)造力演講以來，創(chuàng)造力不是少數(shù)人才有的天賦或特質(zhì)，而是每個普通人可以發(fā)展的能力這一觀點得到廣泛認(rèn)同。發(fā)現(xiàn)并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力逐步成為教育實踐的重要目標(biāo)。新世紀(jì)以來，隨著國家競爭的加劇，關(guān)于創(chuàng)造力的培養(yǎng)更是成為世界各國教育質(zhì)量競爭的焦點。STEM教育作為一種融合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的跨學(xué)科教育形式被認(rèn)為是發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造力的重要途徑[1]。美國、德國、芬蘭等國家在發(fā)展STEM教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力方面是先行者，成為世界各國爭相學(xué)習(xí)的對象[2]。我國同樣高度重視學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。《中國教育現(xiàn)代化2035》指出，要通過推行啟發(fā)式、探究式、參與式、合作式等教學(xué)方式……，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力[3]?！督逃畔⒒笆濉币?guī)劃》更是指明，要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨科學(xué)學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力[4]。然而，在研究和實踐過程中，我們往往有意無意地偏離創(chuàng)造力這一核心主題，缺乏對STEM教育及創(chuàng)造力本質(zhì)的辨析，缺少基于STEM教育的創(chuàng)造力評價工具會影響我們對STEM教育質(zhì)量的評估，也不利于STEM教育的標(biāo)準(zhǔn)化和大范圍推廣。

二、STEM教育與創(chuàng)造力相關(guān)研究

（一）創(chuàng)造力的定義與內(nèi)涵

創(chuàng)造力是個體調(diào)動大腦中各種想法、描述、概念、經(jīng)驗和知識等多元要素協(xié)同構(gòu)建新想法的復(fù)雜能力概念[5]。吉爾福德將創(chuàng)造力劃分為八個結(jié)構(gòu)：靈活性、流暢性、新穎性、分析、重組、重新定義、綜合、復(fù)雜性和精致性[6]。這一劃分為后續(xù)創(chuàng)造力的界定及相關(guān)研究奠定了理論基礎(chǔ)。例如，Getzels認(rèn)為，創(chuàng)造力是能夠利用現(xiàn)有的環(huán)境和經(jīng)驗，以獨特、新穎的、有用且有目的的方式來產(chǎn)生和表達(dá)問題的能力[7]。Zha等人將創(chuàng)造力定義為一種以新穎的方式看待普通事物的能力，發(fā)現(xiàn)他人沒有意識到的問題的能力，或是對問題產(chǎn)生新穎的、特殊的、適切性的或有效的解決方案的能力[8]。被廣泛引用的托倫斯創(chuàng)造性思維測驗（TTCT）選用流暢性、靈活性、新穎性、精致性四個維度衡量學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力水平[9]。

創(chuàng)造力不應(yīng)被視為一般普遍性的能力，而是具有特定領(lǐng)域性的能力[10]。加德納的多元智能理論將人類智能劃分為語言、數(shù)理邏輯、空間、肢體運動、音樂、人際、內(nèi)省、自然探索八個范疇[11]。在廣義的認(rèn)知領(lǐng)域（例如數(shù)學(xué)、語言和音樂）和狹義的任務(wù)或內(nèi)容領(lǐng)域（例如詩歌寫作、故事寫作和拼貼制作）中都可以找到創(chuàng)造力領(lǐng)域特殊性的證據(jù)[12]。當(dāng)然，不屈不撓的精神、敢于冒險的勇氣、自我認(rèn)同的信心等一般性特征與創(chuàng)造力的關(guān)系也被廣泛研究。

從認(rèn)知心理的角度出發(fā)，創(chuàng)造力來源于人腦的思維。有三種類型的思維可能主導(dǎo)創(chuàng)造性個體的思維方式：橫向思維、發(fā)散思維和融合思維。橫向思維負(fù)責(zé)從不同角度系統(tǒng)地產(chǎn)生新想法的思維過程[13]。發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維時個體大腦中形成的新概念[14]。融合思維又稱收斂思維，是個體識別問題的關(guān)鍵要素，找出各個部分是如何結(jié)合在一起的思維過程。在這一過程中，思考者看到新的關(guān)系，結(jié)合不同的想法，確定模式，并在以前不同的實體之間形成新的聯(lián)系[13]。因此，融合思維是一種與內(nèi)容知識、邏輯和推理以及智力相關(guān)的技能。

綜合以上研究可以獲得以下認(rèn)識：第一，創(chuàng)造力廣泛存在于各個領(lǐng)域中，表現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)問題、表達(dá)問題、提出新穎、適切或有效的問題解決方案的行動過程中。第二，創(chuàng)造力具有多樣化的外在表現(xiàn)，但在思維層面是同一的，是特定領(lǐng)域相關(guān)知識、技能以及完成創(chuàng)造性任務(wù)的動機三個要素綜合作用的結(jié)果[15]。第三，個體思維能力能夠在以知識內(nèi)容為載體的教育活動中得到發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生橫向思維、發(fā)散思維和融合思維有利于促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展。

（二）創(chuàng)造力評價研究

創(chuàng)造力是一個復(fù)雜的、多方面的現(xiàn)象，不同學(xué)科都試圖對學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力進(jìn)行評價。 鑒于本文的研究主題，集中對科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程與技術(shù)領(lǐng)域關(guān)于創(chuàng)造力特征描述和評價方法的代表性文獻(xiàn)進(jìn)行回顧，從而為后續(xù)STEM教育情境下的創(chuàng)造力評價提供參考。

科學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域?qū)?chuàng)造力的認(rèn)識和評價存在相似性?？茖W(xué)創(chuàng)造力是問題解決過程中調(diào)動領(lǐng)域通用和領(lǐng)域特定技能與知識的能力。有研究者提出雙重搜索理論，認(rèn)為科學(xué)發(fā)現(xiàn)發(fā)生于假設(shè)和實驗雙重認(rèn)知空間的搜索過程中[16]。因此，從科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)問題提出、科學(xué)假設(shè)生成、假設(shè)測試（實驗設(shè)計）和證據(jù)評估等環(huán)節(jié)評估創(chuàng)造力水平是常見的做法[17]。數(shù)學(xué)創(chuàng)造力是以一種新的方式將數(shù)學(xué)思想、方法和技術(shù)結(jié)合在一起，生成和構(gòu)建所需論點的能力。數(shù)學(xué)創(chuàng)新活動強調(diào)形成數(shù)學(xué)假設(shè)、證明與說服、發(fā)現(xiàn)新的關(guān)系并建立論點、以及在技術(shù)、思想和應(yīng)用領(lǐng)域之間建立聯(lián)系[13]。二者對創(chuàng)造力的評價均著眼于問題解決過程，重視問題提出、驗證、應(yīng)用評估等環(huán)節(jié)中思維的流暢性、靈活性和獨創(chuàng)性品質(zhì)。

技術(shù)、工程與藝術(shù)領(lǐng)域?qū)?chuàng)造力的認(rèn)定是基于產(chǎn)品（作品）的。對技術(shù)、工程創(chuàng)造力，主要從創(chuàng)新性、技術(shù)水平和美學(xué)吸引力三個維度進(jìn)行評量。在細(xì)分維度上則包括新穎的想法、創(chuàng)新使用材料、復(fù)雜性、組織性、整潔性，在形狀、形式或顏色、價值等方面提供令人愉悅的使用體驗等[18]。藝術(shù)作品是展示創(chuàng)造力最為直觀的方式。除需要專業(yè)知識和技能的音樂和繪畫外，拼貼畫制作、短文或故事創(chuàng)作過程中完成任務(wù)的時間和故事長度，甚至是只言片語中的潛在語義也能發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造力的痕跡[12，19]。

在創(chuàng)造力評價方法方面，創(chuàng)設(shè)綜合復(fù)雜任務(wù)情境對學(xué)習(xí)者問題解決能力進(jìn)行測評，以此衡量學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性潛力正逐步受到青睞。其中，數(shù)字游戲等技術(shù)的引入為創(chuàng)造力的測評提供了更多選擇。Atesgoz等人設(shè)計了包含“蒼蠅”“水”“隧道”要素的動畫環(huán)境，測評兒童在開放型任務(wù)表現(xiàn)出的科學(xué)創(chuàng)造力[20]。Shute等人將評估嵌入《物理游樂場》游戲環(huán)境中，通過采集學(xué)生解決關(guān)卡數(shù)量、物理知識運用等表現(xiàn)性數(shù)據(jù)評估初中生的創(chuàng)造性潛力[21]。虛擬現(xiàn)實等新興技術(shù)也被應(yīng)用于創(chuàng)造力的培養(yǎng)和測評中，研究者發(fā)現(xiàn)，基于VR的設(shè)計工具或模擬創(chuàng)建的環(huán)境能夠有效激發(fā)設(shè)計者的創(chuàng)意靈感，其設(shè)計的產(chǎn)品更具創(chuàng)造力[22]。這類測評提供了一種有趣的、融合創(chuàng)造性思維和情感態(tài)度等非認(rèn)知能力的評價方式，能夠更加全面、真實地反映學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性潛力，具有較高的內(nèi)部效度。

（三）STEM教育與創(chuàng)造力發(fā)展

STEM教育是科學(xué)探究、技術(shù)制作、工程設(shè)計和數(shù)學(xué)應(yīng)用的有機統(tǒng)一。在一些情況下，藝術(shù)、文化、互聯(lián)網(wǎng)等要素也加入進(jìn)來，形成跨學(xué)科融合的教育形式。成熟的STEM教育具備問題解決、創(chuàng)中學(xué)、設(shè)計制造和協(xié)作探究四個外部特征以及S.T.E.M.知識真實的整合性的應(yīng)用和科學(xué)精神的熏陶與強化兩個內(nèi)部特征[23]。然而，在現(xiàn)實的教育實踐中，STEM教育常常被視為學(xué)科教學(xué)的補充，突出強調(diào)其加深學(xué)生對學(xué)科知識的理解、提升STEM學(xué)習(xí)質(zhì)量的作用[24]。如果回溯STEM的源起可以發(fā)現(xiàn)，STEM的核心價值在于“教育促進(jìn)創(chuàng)新”。有研究指出，STEM教育一直致力于通過營造創(chuàng)新環(huán)境、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神、培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才而被視為教育體系變革的核心抓手[25]。在STEM教育發(fā)展的過程中，STEM素養(yǎng)概念的提出將知識學(xué)習(xí)和創(chuàng)造力的培養(yǎng)統(tǒng)一起來。其中的主要抓手就是問題解決，即通過整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的概念和知識，創(chuàng)造性地解決復(fù)雜問題。這里的問題不再是紙面上的問題，而是開放的、具有現(xiàn)實意義的真實問題。在問題解決的過程中，學(xué)習(xí)者對所學(xué)知識的深化和整合應(yīng)用就是創(chuàng)造力的體現(xiàn)。

STEM教育活動還是評估學(xué)生創(chuàng)造性潛力的絕佳場景。作為一種創(chuàng)新性的教育形式，STEM教育為學(xué)生提供了一個不被單一學(xué)科知識體系所束縛的情境，促進(jìn)教師在教學(xué)過程中更好地進(jìn)行跨學(xué)科融合，鼓勵學(xué)生跨學(xué)科解決問題。在問題解決過程中，學(xué)生的設(shè)計思維、計算思維、工程與實踐、協(xié)作交流等多元能力得到培養(yǎng)，學(xué)生的創(chuàng)造性潛力也在活動過程中顯現(xiàn)出來。隨著教育機器人、數(shù)字游戲、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)的引入，STEM學(xué)習(xí)活動可以在有限的學(xué)習(xí)空間內(nèi)開展，能夠為學(xué)生提供重復(fù)試錯的機會，活動變得更加安全、有趣[29]。學(xué)生在問題解決過程中創(chuàng)造性行為和創(chuàng)新作品更容易被有效地觀察和記錄，多維度評估學(xué)生的創(chuàng)造性潛力成為可能。

三、基于STEM教育場景的創(chuàng)造力評價模型

研究以加德納多元智能理論和吉爾福德的創(chuàng)造力結(jié)構(gòu)劃分理論為基礎(chǔ)，從領(lǐng)域特殊性和思維同一性兩個維度，構(gòu)建STEM教育情境下的創(chuàng)造力評價模型，如圖1所示。其中，領(lǐng)域特殊性著力描繪學(xué)習(xí)者在STEM項目活動中運用學(xué)科知識解決問題的創(chuàng)造性表現(xiàn)，其潛在假設(shè)是學(xué)習(xí)者在不同學(xué)科領(lǐng)域的智能發(fā)展水平存在差異。思維同一性表示學(xué)習(xí)者面對多樣化的情境，靈活運用橫向思維、發(fā)散思維和融合思維開展創(chuàng)新活動的過程，其內(nèi)在邏輯是學(xué)習(xí)者在問題解決過程中的思維運用具有共通性。

從評價的內(nèi)容維度上，模型從跨學(xué)科整合視角觀察學(xué)生運用科學(xué)探究、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)分析和藝術(shù)表達(dá)開展創(chuàng)新活動的能力。其中，科學(xué)探究強調(diào)學(xué)習(xí)者在發(fā)現(xiàn)問題、形成假設(shè)、實驗驗證中體現(xiàn)出的創(chuàng)新能力。例如，尋找新的替代例子、類比、描述和對科學(xué)理論或概念的解釋等。數(shù)學(xué)在STEM活動中起到基礎(chǔ)性的作用。學(xué)習(xí)者運用數(shù)學(xué)知識和工具進(jìn)行合乎情理的推理構(gòu)思，提出獨特、巧妙的問題解決方法是衡量其創(chuàng)造性潛力的關(guān)鍵[13]。對學(xué)習(xí)者工程實踐創(chuàng)新能力的評判關(guān)鍵是：在有約束的條件下產(chǎn)生新穎且滿足特定功能需求的方案、產(chǎn)品或模型[26]。此外，STEM學(xué)習(xí)活動中學(xué)習(xí)者富有想象力的語言、文字和視覺表達(dá)是學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的直接體現(xiàn)，突出個體對問題情境的理解、知識的創(chuàng)新運用和審美特質(zhì)。

從評價的指標(biāo)確立上，模型結(jié)合STEM教育活動的特點和吉爾福德的創(chuàng)造力結(jié)構(gòu)劃分理論，選取流暢性、靈活性和原創(chuàng)性三項核心指標(biāo)進(jìn)行適用性改造，分別表示為：提出多樣化的問題、靈活驗證初始想法、優(yōu)化形成原創(chuàng)設(shè)計。其中，學(xué)習(xí)者從不同角度產(chǎn)生新想法、提出新問題是其橫向思維的體現(xiàn)[13]。學(xué)生制定面向開放問題的多種解決方案、嘗試驗證并識別突出的想法體現(xiàn)其發(fā)散性思維。在STEM教育活動中，個體識別問題的關(guān)鍵要素，持續(xù)優(yōu)化形成原創(chuàng)作品或方案體現(xiàn)其收斂整合思維。

四、實踐研究

（一）研究情境

教育機器人是推行STEM理念，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的良好載體。研究以機器人教育課程為基礎(chǔ)，通過浙江省某市青少年宮招募77名7～10歲小學(xué)生，采用項目化的方式創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)和研究情境。機器人課程選用樂高Wedo2.0套件，圍繞機械結(jié)構(gòu)與傳動、傳感器與運算、可視化編程等內(nèi)容設(shè)計項目活動。學(xué)習(xí)活動包括真實場景引入及問題分析、模型搭建與程序編寫、作品優(yōu)化和分享四個環(huán)節(jié)。根據(jù)學(xué)習(xí)者知識基礎(chǔ)的差異，將其分為兩個類型各兩個班：基礎(chǔ)班36人（平均年齡7.9歲），這些學(xué)習(xí)者在課程開始之前沒有接觸過可編程樂高積木；提高班41人（平均年齡8.4歲），這些學(xué)生了解一些可視化編程基礎(chǔ)知識（例如scratch）或玩過搭建型積木，但沒有接觸過可編程樂高。兩個班級的教學(xué)由研究者承擔(dān)，內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度基本一致。機器人課程學(xué)習(xí)持續(xù)5周共10次，每次活動90分鐘。

（二）研究工具

研究以STEM教育場景下創(chuàng)造力評價模型為基礎(chǔ)，根據(jù)機器人教育實踐的實際情況構(gòu)建創(chuàng)造力觀測表。為保證觀測指標(biāo)的科學(xué)性，綜合采用錄像分析和獨立評判法，通過兩輪研討確定觀測指標(biāo)。第一輪，研究者選擇根據(jù)實際課堂觀察情況，提取具有特別指標(biāo)意義的、能夠體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)造潛力的行為、語言等事件，形成觀察指標(biāo)集。第二輪，邀請機器人教育和教育評價兩名專家對學(xué)習(xí)活動錄像進(jìn)行獨立分析，優(yōu)化觀察指標(biāo)集。兩名專家獨立評判后的指標(biāo)一致性系數(shù)為0.94。最終形成基于教育機器人環(huán)境的創(chuàng)造力觀測表，見表1。

（三）數(shù)據(jù)獲取

研究采用課堂活動觀察和學(xué)習(xí)者自我復(fù)述兩種方法采集數(shù)據(jù)。課堂活動觀察記錄顯性的創(chuàng)造性行為數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)者自我復(fù)述與課堂分享活動結(jié)合，研究者通過追問“你是怎么想的”“為什么這么想”等問題獲取隱性思維數(shù)據(jù)。除此之外，還會從新穎性、功能性和完整性三個維度對學(xué)習(xí)者作品體現(xiàn)出的創(chuàng)造性水平進(jìn)行高中低等級評定。所有數(shù)據(jù)由研究者和助教分工記錄，針對存在異議的編碼數(shù)據(jù)，通過回看錄像的方式協(xié)商確定。

數(shù)據(jù)采集從課程開始后的第二周開始。第一周2次課程活動的主要工作是讓學(xué)習(xí)者熟悉積木式機器人搭建和編程環(huán)境、了解項目式學(xué)習(xí)的流程、規(guī)范活動紀(jì)律等。正式數(shù)據(jù)采集持續(xù)4周共8次課程活動，數(shù)據(jù)記錄見表2。

（四）分析與討論

1. 基于學(xué)習(xí)者行為特征的創(chuàng)造力水平分析

研究采用K均值聚類算法對學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該方法是一種迭代求解的分析算法，具有簡潔、高效、易理解的特點。采用這一方法對學(xué)習(xí)者在機器人活動中的表現(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，將學(xué)習(xí)者分為三個類別。聚類結(jié)果與作品等級評定的一致性為0.91，說明基于行為編碼數(shù)據(jù)的分析具有較高的信度，能夠作為評定學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性水平的依據(jù)。依據(jù)各維度上的數(shù)據(jù)特征，將其定義為隱現(xiàn)型（39人）、呈現(xiàn)型（20人）、優(yōu)秀型（18人），見表3。

相當(dāng)部分的學(xué)習(xí)者屬于隱現(xiàn)型，其中基礎(chǔ)班占31%，提高班占19%。這些學(xué)習(xí)者在問題解決過程中，能夠提出一兩個基礎(chǔ)問題，他們的設(shè)計方案偶爾有一些亮點。在基本任務(wù)完成后，他們能對程序和模型進(jìn)行一些局部性的改進(jìn)，但不能清晰地表達(dá)設(shè)計的意圖。綜合來看，這類學(xué)習(xí)者在機器人活動中表現(xiàn)出的創(chuàng)造力較弱。

呈現(xiàn)型學(xué)習(xí)者經(jīng)常會提出一些創(chuàng)意性想法，并且具有較強的問題解決能力。其中，基礎(chǔ)班占8%，提高班占18%。該群體學(xué)習(xí)者在問題發(fā)現(xiàn)、運用數(shù)學(xué)知識開展方案驗證、模型和程序優(yōu)化、創(chuàng)意表達(dá)等方面的表現(xiàn)更為突出。例如，不拘泥于模型搭建的參考步驟，使用替代零件快速完成模型搭建，或改造程序使其模擬真實生活場景。但是，這類學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性表現(xiàn)通常不會超出項目任務(wù)約定的范圍，學(xué)習(xí)行為以及創(chuàng)建的作品呈現(xiàn)出精致性的特征。

優(yōu)秀型學(xué)習(xí)者（基礎(chǔ)班占8%，提高班占16%）的創(chuàng)造性潛力主要體現(xiàn)在思維的發(fā)散性、流暢性和創(chuàng)新性等方面。這類兒童在各個任務(wù)環(huán)節(jié)均能夠主動提出問題，并采用試錯和迭代的方法完善創(chuàng)意模型及驅(qū)動程序。例如考慮到螢火蟲的生存特點，使用零件為“螢火蟲”營造良好的自然環(huán)境；模擬黑夜環(huán)境，控制螢火蟲發(fā)出閃光等。還有學(xué)習(xí)者會運用傳感器為“螳螂”增加感知能力，以更好地模擬生物功能。該類兒童在學(xué)習(xí)過程中往往會超出任務(wù)本身的要求，表現(xiàn)出勇于嘗試、思維嚴(yán)謹(jǐn)、創(chuàng)意行為高發(fā)的特點。

2. 學(xué)習(xí)者創(chuàng)造力的學(xué)科傾向分析

基于多元智能理論關(guān)于人的創(chuàng)造力具有領(lǐng)域傾向的觀點，可以假設(shè)學(xué)習(xí)者在機器人活動中也能夠體現(xiàn)出其創(chuàng)造力傾向。研究采用決策樹算法對學(xué)習(xí)者行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以驗證這一假設(shè)。決策樹是一種數(shù)據(jù)挖掘方法，其生成的樹狀結(jié)構(gòu)是由特征（內(nèi)部節(jié)點）構(gòu)成的多條規(guī)則集。這些規(guī)則反映的是對象屬性與對象值之間的映射關(guān)系。因此，可以依據(jù)這一算法特性了解不同創(chuàng)造力水平學(xué)習(xí)者的學(xué)科傾向。

研究綜合聚類分析結(jié)果和作品等級評定對學(xué)習(xí)者進(jìn)行類標(biāo)注。由于隱現(xiàn)型學(xué)習(xí)者表征數(shù)據(jù)較為稀疏，難以獲得有效的結(jié)論，將其排除。最終標(biāo)記為中等水平的20人、高水平18人。采用CART決策樹算法對這些學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。

依據(jù)分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，中等創(chuàng)造力水平的學(xué)習(xí)者更多地表現(xiàn)為單學(xué)科傾向，高水平創(chuàng)造力學(xué)習(xí)者則具有跨學(xué)科特征。前者在科學(xué)方面表現(xiàn)突出，這些學(xué)習(xí)者能夠運用科學(xué)知識提出多樣化的問題，會靈活選擇適宜的方法對想法或方案進(jìn)行檢驗，在問題解決方面體現(xiàn)出較好的科學(xué)創(chuàng)新能力。高水平創(chuàng)造力學(xué)習(xí)者（37%）模型搭建的創(chuàng)意性和程序編寫的復(fù)雜性等方面的表現(xiàn)更好，并且能夠采用具有想象力的方式表達(dá)意圖。這些發(fā)現(xiàn)拓展了以教育機器人為載體的研究和實踐的視野。有研究指出，機器人在數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、計算機技術(shù)、問題解決等學(xué)科領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，是促進(jìn)學(xué)習(xí)的有效因素，但在提升學(xué)習(xí)效果方面的證據(jù)還存在較多質(zhì)疑[27]。出現(xiàn)這一情況的原因可能是針對單一或獨立領(lǐng)域知識與技能的評量不足以展現(xiàn)機器人教育在發(fā)展學(xué)生能力方面的作用。

需要特別注意的是，僅5%的學(xué)習(xí)者在數(shù)學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)造力表現(xiàn)較好，11%的學(xué)習(xí)者兼具科學(xué)探究與藝術(shù)表達(dá)素養(yǎng)。這與測評環(huán)境本身的特點相關(guān)。教育機器人活動天然強調(diào)科學(xué)探索、模型搭建（工程）和程序編寫（技術(shù)），因此學(xué)習(xí)者在這些方面的創(chuàng)造力表現(xiàn)更突出，而在數(shù)學(xué)等方面的創(chuàng)造性潛力則會被遮蔽。Lindh等人的研究同樣發(fā)現(xiàn)教育機器人在促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)邏輯能力發(fā)展方面的作用并不顯著[28]。這也啟示我們：基于教育機器人的STEM教學(xué)活動有時候并不能幫助我們達(dá)成某一學(xué)科具體的教學(xué)目標(biāo)，而要從整體的、多維的角度檢驗教育機器人的適用范圍。

3. 學(xué)習(xí)者知識基礎(chǔ)對創(chuàng)造力的影響分析

創(chuàng)造力被認(rèn)為是創(chuàng)造性技能、特定領(lǐng)域相關(guān)知識以及完成創(chuàng)造性任務(wù)的動機三個要素綜合作用的結(jié)果[15]。因此，學(xué)習(xí)者已經(jīng)掌握的知識和技能會影響其創(chuàng)造性表現(xiàn)。為調(diào)查學(xué)習(xí)者已經(jīng)了解的編程知識和積木搭建技能對創(chuàng)造性學(xué)習(xí)活動的影響，研究以每個學(xué)科維度上的行為數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行獨立樣本檢驗。分析結(jié)果見表5。

結(jié)果顯示，基礎(chǔ)班與提高班學(xué)習(xí)者在技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)分析、創(chuàng)意表達(dá)上存在顯著差異，但在科學(xué)探究方面則沒有顯著的差異。這些發(fā)現(xiàn)印證了相關(guān)研究的發(fā)現(xiàn)，即教育機器人通常被視為一種增強學(xué)習(xí)的元素，但并非在所有方面均有顯著的促進(jìn)作用[27]。結(jié)合以上分析以及不同創(chuàng)造力水平學(xué)生在科學(xué)探究方面的表現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，影響創(chuàng)造力發(fā)展的主要因素可能是教學(xué)活動，而不是工具載體。當(dāng)然，這一結(jié)論需要進(jìn)一步的實驗研究證實。盡管如此，學(xué)習(xí)者基礎(chǔ)知識和技能的準(zhǔn)備情況會對其創(chuàng)造性表現(xiàn)產(chǎn)生顯著影響是確定的。提高班學(xué)習(xí)者在課前都接觸過模塊化編程和搭建型積木，這些知識和技能會遷移到項目學(xué)習(xí)活動中。在現(xiàn)場的觀察和交流過程中，我們同樣發(fā)現(xiàn)學(xué)過scratch編程的學(xué)生對樂高機器人編程環(huán)境適應(yīng)得更快，編寫程序的速度、復(fù)雜度和邏輯性更好。這就提示我們，開展機器人教育活動的過程中，不應(yīng)將焦點限于機器人本身，結(jié)合多學(xué)科的知識和活動，為學(xué)生制定針對性的學(xué)習(xí)活動計劃、設(shè)置多樣化的發(fā)展目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要舉措。

五、結(jié) ? 語

本研究在兩個方面做了一些創(chuàng)新性的工作。第一，結(jié)合創(chuàng)造性思維的過程特征和S.T.E.M.學(xué)科領(lǐng)域?qū)?chuàng)造性的要求，構(gòu)建基于STEM教育場景的創(chuàng)造力評價模型。模型在機器人教育活動中得到了初步驗證，能夠?qū)W(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性潛力進(jìn)行評估，也支持開展創(chuàng)造力學(xué)科傾向測評。面向更為廣泛的STEM教育活動，這一模型能夠幫助教師從創(chuàng)造力發(fā)展的角度了解學(xué)生個體的差異，理解其教學(xué)活動質(zhì)量并優(yōu)化STEM項目設(shè)計。第二，充分發(fā)揮機器學(xué)習(xí)等相關(guān)算法的特性，建立多樣化特征之間的聯(lián)系，開展創(chuàng)造力學(xué)科傾向分析。這種分析方法能夠有效彌補一般統(tǒng)計分析軟件難以處理高維數(shù)據(jù)的不足，有利于實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)造力特征的深層理解。當(dāng)然，由于樣本數(shù)量的限制，相關(guān)分析結(jié)果可能存在一定的偏差?；诖髽颖?、高維數(shù)據(jù)的創(chuàng)造力評價是后續(xù)研究需要著力的方向。最后，由于學(xué)習(xí)情境、問題類型、所需專業(yè)知識和技能的不同，創(chuàng)造力的表現(xiàn)各有差異。創(chuàng)造力的發(fā)展和評價還受到文化、社會和學(xué)科相關(guān)因素的影響。因此，制定適合研究場景的觀測量表并選用合適的分析方法是創(chuàng)造力評價研究面臨的長期挑戰(zhàn)。

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Research on Assessment of Learners' Creativity Based on STEM Education

MAO Gang， ?WU Tong， ?LI Feiming

（Key Laboratory of Intelligent Education Technology and Application of Zhejiang Province，

Zhejiang Normal University， Jinhua Zhejiang 321004）

[Abstract] Assessing learners' creativity has long been a difficult problem in teaching practice. STEM education provides more opportunities to develop students' creativity， and also provides real problem situations for assessing students' creativity. Based on Gardner's theory of multiple intelligences and Guilford's theory of creativity structure division， this study analyzes the characteristics of domain specificity and thought identity of creativity in STEM education activities， and constructs a creativity assessment model for STEM education contexts. Based on this model， by analyzing the characteristics of students' creative performance and thinking process in the S.T.E.M discipline dimension of robotic educational activities， a creativity observation scale for educational robot activities is designed and applied in practice. The research shows that the assessment tools and methods based on this model can effectively distinguish the creativity level of learners， support the in-depth analysis of the subject tendency of learners' creativity， and help to clarify the influence of learners' knowledge base on creativity.

[Keywords] STEM Education; Creativity; Robotic Education; Assessment