邱德峰 于澤元 陳紅

摘要：STEM教育一度被視為培養(yǎng)學生創(chuàng)造力的重要路徑，為此國內(nèi)外學者開展了大量的實驗研究，然而，研究結(jié)論卻大相徑庭。鑒于此，文章采用元分析對近十年來國內(nèi)外有關STEM教育對中小學生創(chuàng)造力影響的30篇實驗或準實驗研究論文進行量化分析。研究發(fā)現(xiàn)：1.STEM教育能夠顯著提升中小學生的創(chuàng)造力，合并后的效應量為0.50，達到了中等程度的影響;2.在調(diào)節(jié)效應分析當中，STEM教育受教學時間、教學場域等變量的調(diào)節(jié);3.在學段、學習科目、學習類型等調(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，未來可明確加強STEM教育的時間投入，建立與STEM教育相適宜的多元化的學習場域，促進學生創(chuàng)造力的發(fā)展。

關鍵詞：STEM教育;Meta分析;創(chuàng)造力;主效應分析;調(diào)節(jié)效應分析

一、研究背景

創(chuàng)造力是21世紀學習的關鍵，同時也是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的關鍵組成部分，一直以來，培養(yǎng)具有創(chuàng)造力和創(chuàng)新性思維的人才是世界各國共同關注的重大議題。為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力，世界各國紛紛展開探究及實踐，而STEM教育的提出正是對創(chuàng)造力人才培養(yǎng)的一種重要回應。STEM教育旨在為全球性問題（特別是2030可持續(xù)發(fā)展目標中的問題）提供創(chuàng)新性的解決方案，強調(diào)以跨學科的知識和方法解決實踐問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力。目前，在世界范圍內(nèi)已掀起了轟轟烈烈的STEM教育運動，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力。

然而，STEM教育真的能夠提高學生的創(chuàng)造力嗎？STEM教育究竟是一種“跟風炒作”或“研究熱潮”，還是真有益于學生的創(chuàng)造力發(fā)展？目前，關于上述問題的結(jié)論存在不少爭議。例如，有研究認為STEM教育能夠顯著提升中小學生的創(chuàng)造力，對學生創(chuàng)造力的發(fā)展有積極的影響。妮拉·費納（NilaySener）等人采用了準實驗的方式，研究了不同學習環(huán)境中實施科學教育項目對中學生創(chuàng)造性思維能力及其對科學課態(tài)度的影響，研究結(jié)果顯示，實施科學教育項目有效地提高了學生對科學的態(tài)度和創(chuàng)造性思維水平，實驗組的創(chuàng)造力得分要顯著優(yōu)于對照組[實驗組M=92.94，對照組M=69.50，t（49）=5.399;p<0.05]，也即說明實施了科學教育項目的學生創(chuàng)造力得到了明顯提升。然而，也有研究認為STEM教育對中小學生創(chuàng)造力發(fā)展沒有影響，或否定了STEM教育在學生創(chuàng)造力中的作用。例如，仲嬌嬌采用托蘭斯創(chuàng)造思維測驗對12名小學生進行了準實驗研究，研究結(jié)果顯示，實驗組在創(chuàng)造性思維測驗的得分均值低于對照組在創(chuàng)造性思維測驗的得分（M實驗組=93.271

為了有效探究STEM教育與學生創(chuàng)造力的關系，本研究采用元分析（Meta analysis）作為研究方法，試圖明晰STEM教育與學生的創(chuàng)造力的關系，同時也進一步探究STEM教育在不同的學科、學段、學習周期、學習方式以及學習場域等調(diào)節(jié)變量上的表現(xiàn)。通過客觀的分析，以期解決當下的爭議，并為后續(xù)進一步開展STEM教育研究提供參考和依據(jù)。

二、研究設計

1.研究方法

為了客觀地揭示STEM教育對中小學生創(chuàng)造力的影響效果，本文采用國際學界比較認可的、嚴謹?shù)腗eta分析作為研究方法。Meta分析是一種對具有相同研究目的的多個獨立研究結(jié)果進行系統(tǒng)分析、定量綜合的一種研究方法。其通過采用科學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，主要是科學地匯總已有STEM教育與中小學生創(chuàng)造力的相關實證研究成果，經(jīng)過一定的定量統(tǒng)計分析，來反映STEM教育對學生創(chuàng)造力的影響效果。

2.數(shù)據(jù)來源

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內(nèi)外本領域常用的數(shù)據(jù)庫，其中國內(nèi)數(shù)據(jù)庫主要以CNKI、萬方和維普為代表，外文數(shù)據(jù)主要以ERIC、Springer Link、STOR（Joumal Storage）、TaylorFrancis Online、Web of Science等為主，同時也在Google Scholar以及百度學術等網(wǎng)站上進行查漏補充。檢索策略為：中文以“STEM教育，OR STEM教學，OR STEM課程，OR STEM學習”為關鍵詞進行主題檢索，英文以“STEM Education，OR STEM Teaching，OR STEM Curriculum，OR STEM Learning”為關鍵詞進行主題檢索，所有檢索時間均截止到2019年8月31日。隨后，對初步檢索到的文獻進行進一步篩選和排查。

3.文獻納入標準

為了獲取可供Meta分析的研究文獻，還需進一步對相關主題文獻進行篩選和排查，確定納入的標準。本研究文獻納入的標準如下：（1）研究主題涉及STEM教育與學生創(chuàng)造力的相關研究;（2）研究對象是以中小學生為主，大學生以及其他學習者不在納入范疇;（3）研究方法須是實驗或準實驗研究;（4）研究數(shù)據(jù)明確包含樣本量、均值、標準差、T值等結(jié)局指標，以便計算出實驗效應值。經(jīng)過篩選排查，最終獲取30篇合格文獻（其中國外文獻21篇、國內(nèi)文獻9篇），以此30篇文獻作為正式Meta分析的樣本。文獻篩選流程如圖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)樣本文獻的特征，從作者、發(fā)表年份、實驗人數(shù)、學段、學習科目、學習周期、學習方式以及學習場域等維度進行編碼。其中，學段編碼為小學（1-6年級）、初中（7-9年級）、高中（10-12年級）。學習科目編碼為數(shù)學、科學、地理、化學、生物、機器人、信息技術以及STEM課程等。學習周期編碼為0-3個月、3-6個月以及6個月以上。學習方式編碼為問題式、項目式學習以及設計式學習。學習場域分為I型學習場域和Ⅱ型學習場域，其中，I型學習場域主要是指常規(guī)的普通課堂教室，Ⅱ型學習場域范圍較廣，主要是指除了I型學習場域以外的其他場域，如科技館、實驗室、工作間、生活場域等?？偟木幋a結(jié)果如表1所示：

5.數(shù)據(jù)分析

（3）學習周期的調(diào)節(jié)效應分析

研究還進一步考察了不同學習周期的亞組分析結(jié)果（見表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學習周期不同，其對學生創(chuàng)造力的影響不同，且這種差異達到了統(tǒng)計學意義。該結(jié)論正與雷諾茲（Reynolds）等人的研究相呼應，雷諾茲等人研究發(fā)現(xiàn)，學生創(chuàng)造力的發(fā)展與教學周期之間具有一定的正相關。從合并后的效應量大小來看，學習時間6個月及以上的STEM干預對學生創(chuàng)造力的提升效果最為顯著，效應量為0.61，達到了中等偏上程度的正相關。其次是3-6個月，效應量為0.47。最后為0-3個月，效應量為0.46。即說明，STEM教學周期越長，學生創(chuàng)造力提升越明顯。

（4）學習方式的調(diào)節(jié)效應分析

表2還呈現(xiàn)了不同學習方式亞組分析的結(jié)果，從表中數(shù)據(jù)可知，三種不同的學習方式——設計式學習、項目式學習和問題式學習均能夠提升中小學生的創(chuàng)造力，其效應量大小依次為設計式（1.26）、項目式（0.78）、問題式（0.57），且均達到了顯著性水平。此結(jié)論在已有研究中得到驗證，例如，樓世杰（Lou SJ）等人將項目式學習的五個關鍵階段（準備、實施、展示、評估以及修正）運用到STEM教學當中，研究發(fā)現(xiàn)，在基于項目式學習的STEM教育驅(qū)動下，學生的創(chuàng)造力得到了明顯提升，同時，也可進一步激發(fā)學生創(chuàng)造力情感領域的發(fā)展，諸如冒險、好奇心、想象力和挑戰(zhàn)等。同樣，也有不少研究證實，設計式的STEM學習（Kim&Choi，2012;Park&Yoo，2013）以及問題式的STEM學習（Judson，2014;Mehalik，M.M.，et al.，2016;劉雪，2018）也能夠顯著提升學生的創(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），每種學習方式都具有正向作用，均能夠提升學生的創(chuàng)造力，并不存在某種唯一或具有明顯優(yōu)勢的STEM學習方式。

（5）學習場域的調(diào)節(jié)效應分析

從學習場域的調(diào)節(jié)效應亞組分析可知，在兩種不同的學習場域中實施STEM教育均能夠提升中小學生的創(chuàng)造力，且達到了顯著水平（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型教室場域展開了STEM教育與學生創(chuàng)造力的關系探究，研究發(fā)現(xiàn)學生的創(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。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型場域中STEM教育對學生創(chuàng)造力的影響，研究顯示接受STEM教育的學生創(chuàng)造力均有顯著的提升。此外，從效應量的大小來看，I型教學場域（傳統(tǒng)課堂教室）合并后的效應量為0.65，II型教學場域（實驗室、生活場景等）合并后的效應量為1.25。而在組間的異質(zhì)性檢驗中，I²=76.7%，P=0.04<0.05，提示組間存在較強的異質(zhì)性，且達到了顯著水平。言下之意，I型場域和II型場域在提升中小學生創(chuàng)造力的效果上存在顯著差異，而從效應量的大小可知，II型場域?qū)μ嵘行W生創(chuàng)造力的效果要明顯優(yōu)于I型場域。

四、總結(jié)與討論

1.主效應討論

基于對30項國內(nèi)外STEM教育與中小學生創(chuàng)造力關系的Meta分析發(fā)現(xiàn)，中小學實施STEM教育確實有利于學生創(chuàng)造力的發(fā)展，能夠?qū)W生創(chuàng)造力的提升產(chǎn)生一定的推動作用。主效應分析其合并后的效應量為0.50，且P<0.05，也即說明STEM能夠顯著提升中小學生的創(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教育是提升學生創(chuàng)造力的可靠途徑。未來可加大STEM教育的推廣力度，在更多的學校開展STEM教育，讓學生有機會參與STEM教育活動當中，促進其創(chuàng)造力的發(fā)展。本次研究在很大程度上證實了STEM教育在培養(yǎng)學生創(chuàng)造力上的作用，同時，也回應了當前STEM教育與學生創(chuàng)造力關系上的爭議，能夠為今后中小學繼續(xù)開展STEM教育提供參考依據(jù)。

2.調(diào)節(jié)效應討論

為了進一步探究STEM教育與中小學生創(chuàng)造力的關系，研究還對學段、學習科目、學習周期、學習類型以及學習場域等調(diào)節(jié)變量進行了亞組分析，以進一步考察STEM教育在不同背景變量上，對提升中小學生創(chuàng)造力的影響和差異。研究表明：（1）在學段的調(diào)節(jié)效應分析中，在小學、初中和高中實施STEM教育均能夠顯著提升學生的創(chuàng)造力，且不同學段之間的創(chuàng)造力的效應大小之間不存在顯著差異，也就是說，從STEM教育干預的角度而言，并不存在某個“黃金期”，高中、初中、小學每個階段都是學生創(chuàng)造力發(fā)展的關鍵階段，恰當?shù)腟TEM干預或訓練均有顯著的效果。（2）在學科的調(diào)節(jié)效應分析中，在各個學科中實施STEM教育干預均能夠顯著提升學生的創(chuàng)造力，同時研究結(jié)果還顯示，不同學科之間在提升學生創(chuàng)造力發(fā)展上不存在顯著差異，不過，在本研究中，由于學科分組導致個別組內(nèi)樣本量較少，尤其是在地理、機器人、化學和信息技術等科目上，納入的文獻只有卜2篇，故亞組分析結(jié)果暫無足夠的說服力，后續(xù)需要納入更多的研究來證明學科之間是否存在顯著差異。（3）在教學周期的調(diào)節(jié)效應分析中，STEM教學持續(xù)的時間越長，學生創(chuàng)造力的提升效果越明顯。因此，持久的STEM教育對學生創(chuàng)造力的發(fā)展是十分有利的。在今后的中小學教學實踐當中，可以適當延長STEM的教學周期，學?？稍O置足夠的課時比例，從而確保STEM教育對學生創(chuàng)造力發(fā)展的延續(xù)性。（4）在學習方式的調(diào)節(jié)效應分析中，以三種不同的學習方式（設計式學習、項目式學習以及問題式學習）開展STEM教育，均能夠顯著提高學生的創(chuàng)造力水平。然而，該三種不同的學習方式在提升學生創(chuàng)造力的效果上并無顯著差異，言下之意，不管是哪種學習方式都有各自的特點及優(yōu)勢，在學生的創(chuàng)造力培養(yǎng)過程中均能發(fā)揮獨特的作用，每所學?？筛鶕?jù)自身的實際特點，靈活選用和制訂學習方式。（5）在學習場域的調(diào)節(jié)效應分析中，研究發(fā)現(xiàn)，I型學習場域（傳統(tǒng)的課堂教室）和II型學習場域（如實驗室、工作坊、生活場景等）都能夠顯著提升學生的創(chuàng)造力，相對而言，II型學習場域?qū)W生創(chuàng)造力的提升更為明顯。也就是說，在新型學習場域（如實驗室、科技館、工作間、生活場景等）中實施STEM教育，對學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)比在傳統(tǒng)教室實施更有優(yōu)勢，未來亦可考慮創(chuàng)設更多的新型學習環(huán)境，將學生的STEM學習帶人更加開放和多元的環(huán)境，為學生創(chuàng)造力的發(fā)展提供最佳的場域。

五、研究不足與未來展望

本研究基本證實了STEM教育在培養(yǎng)學生創(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，研究所納入的文獻包括實驗或準實驗研究，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。盡管采用了隨機效應模型來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分析的獨立研究當中，大部分研究實驗組和對照組的樣本數(shù)量偏低，缺乏大樣本的獨立研究。同時，在調(diào)節(jié)效應分析中，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，只分析了學段、科學、教學周期、學習方式以及學習場域等各個獨立研究共有的調(diào)節(jié)變量，而其他調(diào)節(jié)變量暫未納入討論分析范疇。

針對本研究主題，未來應加強以下幾個方面的研究及改進：其一，繼續(xù)關注本研究領域，及時更新納入新的研究，不斷匯總更多的獨立研究成果，擴大樣本數(shù)量。其二，盡可能更多地納入分析其他的調(diào)節(jié)變量，進一步探究STEM教育提升中小學生創(chuàng)造力的“真正”原因。其三，制定更為嚴格的文獻篩選標準，排除文獻本身可能引起的偏差。