STEM課程提升學生創新思維能力的調查報告

陳韶光 羅德雯

創新型人才的培養，是基礎教育的基本使命。我國學者一般認為，創造力是根據一定目的和任務，產生具有社會或個人價值、具有新穎獨特成分產品的一種能力品質，創新思維是其核心和基礎。高中階段的青少年，正處在創造力最佳發展年齡段前端，創新思維品質有了極大的提高，高中教育對創新型人才的培養具有其獨特的價值和地位。

從學段看，STEM學習對高中生創造力影響最大，從學科看，在科技創新類項目中實施STEM學習，對創造力的促進效果較明顯。從教學周期看，實驗周期愈長，STEM學習對創造力的影響效果愈明顯。為此，我校自2016年3月起開展“學創空間”STEM課程學習項目，2019年開始進行STEM與培養學生創新思維能力的實踐研究。

一、基本概況

目的：使用威廉斯創造力傾向測量表，測量學生所表現出的對于創造的心理傾向。通過總分及各維度的得分了解學生的創造力總體水平;通過比較沒有學習過STEM課程的學生和系統學習過一年或以上STEM課程的學生的得分差異，評估STEM課程的對提升高中學生創新思維能力的有效性，分析STEM與傳統技術課程整合對培養學生創新思維能力是否存在正向促進作用。

內容：以《威廉斯創造力傾向測量表》為基礎設計的調查問卷

時間：2019年9月進行對照班的問卷調查，2020年12月進行實驗班的問卷調查

地點：廣州市南武中學高中部

方法：使用問卷星完成2次問卷調查，結合個別訪談了解學生的具體情況

二、我校STEM與傳統技術課程整合的具體課程設置

我校于2015年下半年立項引入STEM課程學習項目。最初確定的基本思路是，根據引進課程編撰校本化STEM課程和建設有別于“理化生學科實驗室”、“創客實驗室”的三個STEM課程教學實驗室（將其命名為“學創空間”）。

從2016年3月起，該課程已在我校實施了10個學期，覆蓋初一初二高一高二。圍繞課程建設，編撰相關校本化課程項目教材及配套教學設計、學生學習工作紙共9個，教學實施采取常態選修課、校本課程等方式，每周兩節課。參與STEM課程學習的每個行政班學生學習覆蓋2-3個項目，采用小組學習的形式。學習項目以十節課為一個學習周期。一個周期結束，學生輪換下一個項目。

為了更好地實施STEM課程教學，我們成立了STEM課程學術委員會和組建了一支20人（先后參與）的導師團隊，分別來自物理、化學、生物、地理、美術、通用技術、信息技術等學科。每個實驗室保證2-3名不同學科背景的導師，保障實現多學科的交叉與融合的指導。

三、數據分析

2019年9月，設定我校2019級全體高一新生為對照班，進行問卷調查，完成有效問卷238份。通過調查前的了解，部分同學在初中或者更小的時候有接觸過STEM的相關內容，但是沒有進行過系統的STEM課程學習，所以我們也以“是否曾經接觸過STEM課程”對高一新生進行分組，用獨立樣本t檢驗方法對兩組高一新生四個維度得分的均值以及總分得分的均值進行比較，看是否具有顯著性差異，分析結果如下圖。結論是兩組之間各維度及總分得分均沒有顯著差異，可以定義為沒有系統學過STEM課程。因此，我們設定對照班為完成有效問卷并愿意繼續參與調查研究的高一新生共194人。

2020年12月，設定我校同級參加過一年或以上STEM選修課（即至少完成了2個項目學習）的同學為實驗班，進行問卷調查，完成有效問卷132份。統計實驗班和對照班四個維度（冒險性、好奇性、想象力、挑戰性）的平均值、總分的平均值，可以看出實驗班創造力總分的平均分比對照班的要高，各維度的平均分也比對照班高。具體數據如下：

利用獨立樣本T檢驗進行分析可得，總分、好奇心、想象力、挑戰性得分實驗班與對照班存在顯著性差異，冒險性得分不存在顯著差異。具體數據如下：

四、結論與討論

1.根據《威廉斯創造力傾向量表》的常模得分，實驗班和對照班的總分平均分均在111分以下，表明創造力傾向一般，創造力潛在性可塑。但后測中實驗班比對照班高4.32分，提升顯著。從創造力傾向各維度看，常模指出冒險性、好奇性、想象力以及挑戰性的優秀標準分別是30、36、35和32分，實驗班和對照班均沒有達到優秀的水平。我們查找了這些同學的中考成績進行比對，發現絕大部分同學當年的成績屬于全市的中上水平，并沒有特別拔尖或某個科目特別優秀。由此可得，我們的STEM課程，面對的并不是創造力天賦特別優秀或者學業成績特別好的學生，而是具有普適性和可推廣性的，即使是普通學校創造潛力一般的學生，經過系統的STEM課程學習，創新思維能力也可以得到提升。

另一方面，后續我們還會深度利用問卷數據開展個案研究，查找是否存在總分或某個維度達到優秀標準的個案，發掘更多趨于冒險，好奇心強，想象力豐富，勇于挑戰未知的同學，了解這些創新潛力較高的同學的認知和情感特質，訂制個性化的STEM課程，幫助他們把創造潛力挖掘出來，促進學科素養和個人素質的提升。

2.比較對照班和實驗班，實驗班創造力總得分的平均分比對照班的要高，各維度的平均得分均要比對照班高。其中，總分、以及四個維度當中的好奇心、想象力、挑戰性三個維度，實驗班均顯著高于對照班，冒險性維度實驗班得分也略高于對照班的得分，接近顯著性差異水平。因此，我們認為，經過一年STEM課程的系統學習，學生的創造力顯著高于其他沒有選修該課程的同學，STEM與傳統技術課程整合，對于培養高中學生創新思維能力是有正向促進作用的。

五、對后續開展STEM教學的思考與啟示

1.關于課程設計和教學特征

高中學生的創造力多由現實中遇到的問題或困難情境激發，帶有更大的主動性和有意性，已能獨立地分析問題和解決問題，思維的獨創性有了明顯的提高。而且，我校有三間專為STEM教學設計的實驗室，STEM課程可以更好的利用實驗室，優化STEM教學主題設計，由淺入深、層層遞進，以培養創新性思維為核心，構建更多創新的生活場景開展教學。

另一方面，調查結果顯示在冒險性維度，實驗班和對照班是不存在顯著性差異的，這個方面我們也主要考慮是課程設置的原因，無論是學科課程還是STEM課程，都基本沒有涉及到關于冒險性的內容，所以在這一方面學生沒有表現出差異。這也給我們的課程整合提供了一個新的方向，在后續開發新課程內容的時候，可以考慮加入冒險的元素，創設更開放的學與教的環境，鼓勵學生敢于創新創造、敢于質疑，以更全面的提升學生的創新思維能力。還可以從提高學生參與度，增強創新自信的角度出發，課堂上的每一個設計，每一次實驗，學生都可以嘗試成功，更能承受失敗，從而增加創新的內驅力，增添冒險的勇氣和底氣。

我校經過近年實施，確定STEM課程學習的“四大特征”：一核心——以基于項目的學習為核心;兩特點——多中心、多任務（每個小組都是學習中心、每個小組的學習任務各異）;三原則——不講授但需滲透具體學科知識、不呈現但需自行探索學習方案、不示范但需展示操作過程;四鼓勵——鼓勵自主協作，鼓勵試錯反思，鼓勵學習分享，鼓勵思考創新。

2.關于學習時間

創新思維能力的培養提升是個長期的過程，之前也有研究表明，實驗周期愈長，STEM教學對創造力的影響效果愈明顯。一年STEM課程的學習周期顯然還不夠長，所以調查結果顯示學生創新思維能力的提升也只是初見成效。三年的高中生涯，如果能有兩年的時間選修STEM課程，系統完成至少4個模塊的學習，相信效果會更明顯。同時，我校也嘗試把STEM課程學習階段前移，從2020學年開始，在南校區（初中部）和南武實驗的初一、初二的部分實驗班也開設了STEM課程，模塊內容根據初中學生思維特點進行設計，讓學生有更長的學習周期，更充足的學習時間，從而更好的培養創造力。

3.關于創新思維能力的測量

量表和問卷調查只是測量和鑒別創新思維能力的其中一種方式，在STEM課程中，以創造成果為指標的產品評定也是有效的方式。每完成一個模塊，學生的結業作品以及過程性的工作紙等，都可以作為他們創新思維的代表和反映，可以評價和預測個體的創造能力，以利于進一步的培養和發展。

我們還可以對調查問卷篩選出來的部分具有較高創造潛力的同學進行訪談，結合他們的作品，了解他們的學習體會和學習需求，探索更多STEM課程與技術課程整合方法和途徑。