¹杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州

²杭州市淳安县第二中学，浙江 杭州

³杭州市保俶塔实验学校，浙江 杭州

收稿日期：2023年10月7日；录用日期：2023年11月9日；发布日期：2023年11月15日

摘要

本研究采用前、后测准实验研究法对接受了为期3个多月的STEM课程学习的杭州市保俶塔实验学校初一学生进行了批判性思维倾向测表(CTDI-CV)的前后测问卷调查，SPSS20.0统计软件进行独立样本和成对样本T检验分析。短期STEM课程学习能初步改善和提高初中生的批判性思维倾向，但总体水平尚未达到显著差异水平(P = 0.091 > 0.05)；STEM课程学习中的大胆思索、提出问题、做出决策等探究式学习方式，能使学生在批判性思维倾向中的“寻找真相”(P = 0.039 < 0.05)和“认知成熟度”(P = 0.032 < 0.05)两个分维度上均有显著提升。首次提出了学生批判性思维倾向的提高作为STEM课程学习效果的一个评价指标的可能性。研究结果对如何通过更好地实施STEM教学，促进学生批判性思维倾向的提升具有重要实践意义和参考价值。

关键词

批判性思维倾向，STEM课程，初中生

A Preliminary Study on the Impact of STEM Course Learning on the Critical Thinking Tendency of Junior High School Students

Shasha He^1,2, Ying Lin³, Nongnong Shi^1*

¹School of Life and Environmental Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou Zhejiang

²The Second Middle School of Chun’an County, Hangzhou Zhejiang

³Baochu Pagoda Experimental School Hangzhou, Hangzhou Zhejiang

Received: Oct. 7^th, 2023; accepted: Nov. 9^th, 2023; published: Nov. 15^th, 2023

ABSTRACT

The pre- and post-measurement of the quasi-experimental method was applied to junior high school students in Baochu Pagoda Experimental School, Hangzhou. The students received STEM courses for more than 3 months. The modified Critical Thinking Deposition Inventory (CTDI-CV) was used to conduct questionnaires, and SPSS 20.0 statistical software was used for T-tests. Short-term study on STEM courses could improve and enhance the critical thinking tendency of junior high school students, but the difference was not yet statistically significant in general (P = 0.091 > 0.05). The inquiry-based learning methods of STEM courses such as thinking deeply, presenting questions and making decisions in STEM courses significantly improved the students’ scores in two dimensions of critical thinking: “seeking the truth” (P = 0.039 < 0.05) and “cognitive maturity” (P = 0.032 < 0.05). The possibility of using the improvement of student’s critical thinking tendency as an evaluation index of the learning effect of STEM courses was proposed for the first time. The results have important practical significance and reference value for how to promote students’ critical thinking tendency through better implementation of STEM teaching.

Keywords:Critical Thinking Tendency, STEM Course, Junior High School Student

Copyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.

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1. 引言

高素质复合型人才的培养是国家保持强大综合国力的重要基础，而学科间的融合共通，对有效培养学生提出问题、思考分析和解决问题的综合能力具有重要作用 [1] 。起源于20世纪80年代的STEM课程，是一种融合了科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科的整合性课程，形成了一个跨学科知识体系，打破了学科间的壁垒 [2] 。它采用的是基于项目/问题(Project-/Problem-based Learning, PBL)的学习方式 [3] ，有利于激发学生的学习兴趣，有效培养学生的发现、提出并解决问题、知识迁移及沟通等综合能力。因此，STEM教育已在美 [4] [5] [6] [7] [8] 、英 [9] 、韩 [10] 等国受到普遍关注和重视。本研究所指的STEM中的科学是将探究应用于学习的方法；技术是创造和交流的工具；工程是解决问题时的设计过程；数学是探究过程的基础。

STEM教育在我国起步于本世纪初。在研究层面主要是梳理国外STEM教育内涵及发展趋势，结合我国国情提出STEM教育相关的一些策略和启示。2007年，秦炜炜 [11] 首次详细介绍了美国STEM的内涵及实施策略等内容，为我国STEM教育研究打开了大门。随后，朱学彦 [12] 、杨明全 [13] 等人梳理了美国STEM教育理念及政策的发展变化，并针对我国国情提出了推动STEM教育的建议。吴俊杰 [14] 、张燕军 [15] 等人提出并分析了美国STEM教育存在的问题，在此基础上提出了对于我国STEM教育发展的一些策略和启示。樊雅琴 [16] 、朱珂 [17] 等人分析了问题解决能力、计算思维能力对STEM教育起了重要的支撑作用，并提出在STEM教育视野下相关能力的培养策略。在教学层面，我国的STEM课程的教学目标、课程设置等标准尚未完整制定，相应的教学资源研发较困难，课程评价更是欠缺。范燕瑞 [18] 、杨亚平 [19] 等人通过研究美国STEM的课程目标、课程设置等内容，总结出了STEM课程的基本整合模式、常用教学方法以及教学设计原则等内容。另外，STEM课程能否有效提高学生的综合实践能力都需要对应的教育评价来进行评估，这方面目前我国研究还比较少 [20] [21] 。在实践层面，仅江苏、北京、上海、浙江等部分发达地区的中小学近几年开始实施和探索开设STEM课程 [22] ，也主要以社团活动课、综合实践课的形式进行 [23] [24] ，课时数较少。杨欣 [25] 等人将STEM与具体学科的教学活动相结合，陈胜 [26] 等人则尝试开展独立的STEM综合校本课程。

批判性思维是一种有目的、自我调节的判断历程 [27] ，目的在于解决问题、判断、推理及做出决定 [28] 。批判性思维是学生综合素质的重要组成部分，是提出问题和解决问题的前提条件 [29] 。批判性思维分为技能和倾向两个方面，这两个方面互为影响，表现出较高的正相关。批判性思维倾向是一种对事物客观理性的分析和审慎判断的过程，经判断、推理做出正确的决定，并恰当地解决问题 [30] 。一个人在意识到批判性思维的重要性之后，是否愿意主动将批判性思维技能运用起来，这依赖于自身是否具有足够的批判性思维倾向。批判性思维倾向的形成也是新课标下中学生能力培养的目标之一。

STEM课程以学生为主体，充分强调学生体验和探究过程，需要学生学会思考和提出问题，利用掌握的多学科知识进行合理的分析判断和解决问题，并参考他人观点进行合理有效的阐述。所以STEM课程学习过程中体现的思维能力包含了批判性思维倾向，目前已经有STEM课程学习与学生创新思维 [31] 、计算思维 [32] 等能力关系的研究，而与批判性思维倾向关联的研究，至今国内外仅零星公开报道 [33] [34] [35] ，学位论文上也仅本课题组的相关硕士论文研究以及山西师大的一篇硕士论文 [36] ，且大部分STEM课程在实施过程中缺少量化且可靠的学习效果评判依据。

本课题通过STEM课程教学实践探究其对学生批判性思维倾向的影响程度。以杭州市保俶塔实验学校初一年级学生为研究对象，以批判性思维倾向的七个维度(见问卷表)为评判指标，量化分析和评价学生批判性思维倾向现状以及STEM课程的学习效果，并以此提出建议，为STEM课程教育及有效评价手段的建立提供重要参考。

2. 研究对象与方法

2.1. 研究对象

本研究以杭州市保俶塔实验学校初一年级两班学生为研究对象，分实验班与对照班，总样本量60人。

2.2. 研究方法

2.2.1. STEM课程设计与实施

本研究的STEM课程活动由认识空气动力学和走进生物二个单元共八个节次组成。完成这些活动需要运用伯努利原理、牛顿定律、生物化学、数学等学科知识。每个小课题既完整又是层层递进深入的，学生通过搭建组装、绘制、记录、实验器材使用、试剂配制等操作，提升动手能力的同时，激发兴趣和思考，在发现问题、提出和解决问题的过程中培养思辨能力，在合作探索过程中用可靠的事实证据表达自己的观点，还要学会分析采纳同伴的意见；主动思考、做出决策，不断探索验证来解决问题。综合了解和掌握相关科学、技术、工程和数学领域的基础知识和基本技能，最终完成项目要求(见表1)。

表1. STEM课程单元内容及设计意图

2.2.2. 问卷分析

本研究采取实证研究法，对学生STEM课程学习前后的批判性思维倾向进行前后测问卷调查和量化分析，STEM课程学习为期4个月，设常规教学对照组。问卷采用彭美慈等修订的加州批判性思维倾向测量表(CTDI-CV) [37] ，其内容效度(CVI)为0.89，α值0.90，各维度间α值0.54~0.77，具有良好的信度与效度。该量表由七个维度组成，每个维度含十个小题，每小题六个选项，根据学生的选项采用Likert六点量表法进行相应赋分。正向题依序给予6~1分，负向题依序给予1~6分，累计得分越高批判性思维倾向越好，引用的评分标准(见表2) [38] 。运用SPSS20.0统计软件进行数据分析，实验班与对照班比较通过独立样本T检验分析，各班前后测比较通过成对样本T检验分析。

表2. 批判性思维倾向测量表(CTDI-CV)评分标准 [38]

3. 研究结果与分析

3.1. STEM课程学习对学生批判性思维倾向的总体影响

3.1.1. 实验班与对照班批判性思维倾向的前测分析

在STEM课程学习之前，使用CTDI-CV量表对实验班和对照班学生进行批判性思维倾向测试，以了解两班学生的批判性思维倾向总体以及差异情况。经独立样本T检验，确认实验班与对照班学生的批判性思维倾向前测差异不显著(t = 0.655, df = 58, P = 0.515 >> 0.05)，两班的批判性思维倾向总分非常接近，表明两班学生具有同质性，可以进行后续实验(见表3)。且总分均略高于280分，说明学生的批判性思维倾向总体比较理想。

表3. 实验班与对照班学生的批判性思维倾向STEM教学前测T检验结果

3.1.2. 实验班批判性思维倾向的前后测比较

STEM课程实施后，实验班学生的批判性思维倾向与前测比较有所改善，总分提高了14.50分，但总体在统计学意义上没有显著差别(t = −1.749, df = 29, P = 0.091 > 0.05) (见表4)，仍处于较理想的分值区间。

表4. 实验班学生批判性思维倾向STEM教学前后测T检验结果

3.1.3. 对照班批判性思维倾向的前后测比较

对照班常规教学后，批判性思维倾向与前测比较几乎没有变化，总分仅提高2.70分(t = −0.351, df = 29, P = 0.728 >> 0.05) (见表5)，在一定程度上可以消除常规课程的学习以及年龄增长等因素对本研究的影响。

表5. 对照班学生批判性思维倾向前后测T检验结果

另外，实验班学生的批判性思维倾向后测总分比常规教学的对照班学生多增加了7.24分，实验班后测的总分增加值(14.5)约为对照班(2.7)的5倍多，但在统计学意义上尚无显著差异(t = −0.898, df = 58, P = 0.373 > 0.05)，因此，需要对七个分维度数据分别进行深入分析。

3.2. STEM课程学习对学生批判性思维倾向的子维度影响

实验班学生批判性思维倾向七个分维度的STEM教育前后测得分差异结果见表6。实验班学生批判性思维倾向在寻找真相这一维度的得分差异检测中，由前测的较理想状态初期(40.77)，经过三个多月的STEM教学提高到43.83分(见表6(a))，尽管仍在理想值区间，统计学意义上表现出显著提升(t = −2.165, df = 29, P = 0.039 < 0.05) (见表6(b))。在认知成熟度这一维度的得分差异检测中，由前测的理想状态(43.57)，经过三个多月的STEM教学提高到47.73分(见表6(a))，尽管仍在理想值区间，统计学意义上也表现出显著提升(t = −2.257, df = 29, P = 0.032 < 0.05) (见表6(b))。

表6. 实验班各个单维度的前后测数据差异检测((a) 样本均值差异检测；(b) 成对样本T检验)

实验班学生在开放思想、分析能力、系统化能力、批判性思维自信心以及求知欲等五个分维度的后测分值均有不同程度的提高(0.4~3.8分)，其中求知欲得分相对最高(49.33)，达到理想状态的上限值，也是五个分维度中前后测分值提高最多的(见表6(a))。在统计学意义上，该五个维度前后测均未体现出显著差异(见表6(b))。批判性思维自信心这个维度前后测分值在七个维度中最低(见表6(a))。

对照班学生的七个分维度前后测得分基本在理想分值区间波动，且未出现显著差异。其中也是求知欲维度得分相对较高，批判性思维自信心维度得分较低(数据未显示)。两班得分多少趋势接近。

4. 讨论

杭州市保俶路实验小学为杭州市西湖区的一所九年一贯制学校，是一所排名靠前、教学质量较好的学校。该校办学设施较好，有多个优秀社团，为学生提供较全面的发展空间，学生综合素质相对较高，这在本研究中实验班和对照班的学生批判性思维倾向的前测数据中有所体现。

该校实验班学生经过三个多月的STEM课程学习后，其批判性思维倾向有所改善，总分增加了14.50分，尽管T检验未显示显著性差异。其蕴含的七个分维度中，寻找真相和认知成熟度这两个维度的后测得分均有很大提高，T检测则分别显示具显著性差异(P = 0.039 < 0.05; P = 0.032 < 0.05)，其余五个分维度得分也体现出不同程度的提高。表明本研究中的STEM课程教学手段对学生批判性思维倾向的提升具有初步成效。

回顾整个STEM课程的教与学过程，发现主要强调和体现的也是上述具有显著差异的两个分维度。Facione等人将“寻找真相”表述为一种在特定情境中渴望寻求最佳知识、勇于提出问题，即使结果和自身的利益与信念相违背，也要保证探究过程的真实性和客观性的特质；将“认知成熟度”定义为能做出明智的决策、认知成熟，能看见问题的复杂性，知道在某些情况下没有唯一正确的选项；能考虑多方面因素做出谨慎决策、不迷性权威 [38] 。这些要素与我们STEM课程中将科学设计和探究验证、审慎判断和解决问题等应用于教学过程中极其符合，学生需主动寻找切入点，发现和提出问题，在探索的过程中通过思考和操作从事物表象寻找事物本质，在团队合作中用可靠的事实、证据、理由来表达自己的观点。同时要求学生不固执己见，学会分析采纳同伴的意见，不断探索验证来解决问题。通过学习学生在“寻求真理”和“认知成熟度”这些维度上的发展得到了强化训练和有效提高。

其次学生的求知欲分维度的前后测得分均为最高，也进一步说明该校学生的求学欲望和学习主动性始终较好，学习动力较足。这也体现了优秀学校学生的特质。

总体来说，本研究的学生批判性思维自信心始终欠足，STEM教学前后测得分均为最低，提高甚微，且处中性区间，说明本研究的STEM教学模式和内容对学生批判性思维自信心的提高效应不大，需要引起特别关注，深入探讨和改革STEM教学方式、内容、持续时间等，努力培养和增强学生的批判性思维自信心以及其它四个分维度的能力倾向，探究批判性思维倾向的影响作为STEM教学质量评价途径之一的可能性，提升和完善STEM教学体系，使STEM教学在有效提升学生批判性思维倾向上发挥重要作用。

5. 小结

综上所述，STEM课程教学前学生的批判性思维倾向总体处于较理想区间，其次学生的求知欲分维度的前后测得分均为最高，体现了优秀学校学生的特质。STEM教学后，学生总体得分有所提高，而且“寻找真相”和“认知成熟度”两个分维度分别发生了显著提升，达到统计学意义上的显著差异，说明本研究中的STEM课程教学设计、内容及学生的学习过程能够非常有效地改善学生的批判性思维倾向中的这两个维度能力。“批判性思维自信心”分维度前后测均处于中性区间，其余在较理想区间有不同程度的提高。需进一步改进STEM课程教学，探索增强学生批判性思维自信心等分维度的能力倾向。

本研究结果说明打破学科壁垒，开展融合科学、技术、工程和数学的STEM综合性课程教学，有助于提高初中生的批判性思维倾向。学生批判性思维倾向的提高可作为STEM课程学习效果的一个评价指标本研究初步揭示了STEM教学对提升学生批判性思维倾向的有效性，在增加教学周期、改进教学设计和内容、提高样本量等措施下，相信会产生更明显的效应。有关学生的批判性思维倾向发生显著提升需要学习STEM课程的最短时间是多少？STEM课程的学习对学生的批判性思维倾向的影响可以持续多久？如何设计出可以全面提升学生批判性思维倾向的STEM课程等问题，有待进一步探讨。

文章引用

何莎莎,林 滢,施农农. STEM课程学习对初中生批判性思维倾向的影响初探
A Preliminary Study on the Impact of STEM Course Learning on the Critical Thinking Tendency of Junior High School Students[J]. 教育进展, 2023, 13(11): 8724-8733. https://doi.org/10.12677/AE.2023.13111348

参考文献