黃雯靜 程敏熙 周少娜

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

1 研究概述

STEM教育是一種將科學、技術、工程及數(shù)學等學科有機融合，在于培養(yǎng)學生科學知識與技能的教育模式.STEM教育最早起源于美國，1986年美國國家科學委員會(NSB)發(fā)布《本科的科學、數(shù)學和工程教育》報告，確立了STEM教育優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略地位.

1986年至2016年，美國逐漸建立K-12學齡段的STEM課程，加大STEM教師的培養(yǎng)力度，確立STEM教育的協(xié)調合作戰(zhàn)略，將STEM教育置于政府教育工作的優(yōu)先地位.此外，美國為保持國際競爭力和國際地位，提出“力求在實踐社區(qū)、活動設計、教育經(jīng)驗、學習空間、學習測量、社會文化環(huán)境等方面促進 STEM 教育的發(fā)展”的要求[1]，并動員全國各層面的力量來支持美國全體學生發(fā)展高水平的STEM知識與技能[2].

自STEM教育的概念被提出后，各國不僅注重對STEM教育的理論研究，也加大了對STEM教育的實施力度.英國提出“教育轉變項目”來提高促進STEM教育發(fā)展，大力倡導“學徒制是培養(yǎng)新型 STEM 人才的成功途徑”.日本希望通過STEM教育來提高學生的學業(yè)成就，力求在STEM教育的實現(xiàn)過程中提高對工程人才的培養(yǎng)力度.德國實施STEM教育國家策略，提倡“科學和商業(yè)合作促進創(chuàng)新”、開發(fā)“MINT友好項目”、“工程4.0”、校內遠程通訊、校園與企業(yè)實驗室，以鼓勵對STEM人才的培養(yǎng).此外，芬蘭、以色列、比利時、荷蘭、法國、愛爾蘭和奧地利等國家紛紛投身STEM課程的開發(fā)與建設，注重政府與科研中心的合作，成立STEM教育教師培訓中心，并注重提升學生、家長、教師和公眾的科學意識和價值觀念[3].

2001年，我國開始引入STEM教育，自2015年李克強總理在深圳柴火空間考察后，創(chuàng)客教育開始在國內中小學得到高度的重視與發(fā)展.繼創(chuàng)客教育后，“創(chuàng)造中學”作為新的教育和培養(yǎng)人才的新模式，被我國大力提倡.我國政府大力支持STEM教育在國內的發(fā)展，出臺了《教育信息化 “十三五”規(guī)化》和《全民科學素質行動計劃綱要實施方案 (2016—2020 年)》等一系列規(guī)劃和綱要，并倡導探索 STEAM 教育(A指藝術)、創(chuàng)客教育等新模式.目前我國一批STEM教育實行發(fā)展機構呈現(xiàn)出健康發(fā)展的態(tài)勢，有較多具有影響力的教育課程發(fā)展機構，比如上海STEM云中心、深圳柴火空間、北京鯊魚公園、北京寓樂灣等[4].

一直以來，我國采取分科教學的方式，各學科聯(lián)系不密切，尚未建立成熟的STEM教育評價體制和標準[5].通過查閱文獻可知，現(xiàn)階段我國STEM課程的設計主要參照國外，以原有的分科課程為載體，融入STEM教育理念，且多在物理教學中滲透[6].物理教師單一地在情景和內容教學中融入STEM教育理念[7]，不了解分科教學下學生的STEM課程學習態(tài)度，也沒有完整的評價體制，因此難以把握學生是否真正體會到了STEM理念、很難反思自己的STEM教育是否僅僅流于形式，更難以改進自己的課程并在整體教學中滲透STEM教育.這就需要教師立足國情，深度研究國內學生對STEM課程的學習態(tài)度.為此，本研究開展相關調查，了解國內學生STEM態(tài)度的情況，為進行STEM課程的設計提出建議.

2 問卷設計及樣本選取

STEM課程包括數(shù)學、科學和工程技術，在研究學生的STEM態(tài)度時，需要了解學生各學科的學習態(tài)度、自我效能感和價值期望.因此本次研究的問題包括學生STEM態(tài)度及分維度的學科總體差異、學生STEM態(tài)度及分維度的性別差異、學生STEM態(tài)度及分維度的年級差異、學生STEM態(tài)度中年級與性別的交互效應.

2.1 問卷的設計

本研究采用國外成熟的李克特5級量表[8]，由一組陳述組成，有“非常不同意”“基本不同意”“中立”“基本同意”“非常同意”5種回答，分別記為1，2，3，4，5.第1～8題研究數(shù)學，其中第1，3，4，5，7，8題研究數(shù)學自我效能感，第2，6題研究數(shù)學價值期望；第9～17題研究科學，其中第9，14，16題研究科學自我效能感，第10，11，12，13，15，17研究科學價值期望；第18～26題研究工程技術，其中第18，20，21，23，26用于研究工程技術的自我效能感，第19，22，24，25用于研究工程技術的價值期望.此外，第1，3，5，16題為反向題，在將問卷結果錄入到Excel后需進行反向處理，對于學生選擇1的題目需改選為5，選擇2的題目需改選為4，以此類推.

2.2 樣本的選取

本研究從廣東省廣州市某中學共6個年級隨機抽取學生進行調查，各年級抽取學生情況如表1所示.

表1 研究對象

注：“未知”是指學生填問卷時忘記填寫性別這一項信息，但其數(shù)據(jù)在研究年級差異中有用.

3 中學生STEM態(tài)度調查結果

3.1 學生STEM態(tài)度及分維度的學科總體差異

利用SPSS軟件的單因素方差分析及多重比較對學生各學科差異進行分析，結果如表2所示.

表2 學科總體差異

研究結果表明：學生學習科學的態(tài)度比數(shù)學的態(tài)度好(3.63>3.30)，學習工程的態(tài)度比數(shù)學的態(tài)度好(3.40>3.30)，學習科學的態(tài)度比工程的態(tài)度好(3.63>3.40)；學生的科學自我效能感比數(shù)學自我效能感強(3.57>3.31)，數(shù)學自我效能感和工程自我效能感不存在顯著差異(受篇幅所限，多重比較的表格省略)，科學自我效能感比工程自我效能感強(3.57>3.28)；學生的科學價值期望比數(shù)學價值期望高(3.66>3.27)，工程價值期望比數(shù)學價值期望高(3.54>3.27)，科學價值期望比工程價值期望高(3.66>3.54).

進一步分析可知，在學科態(tài)度、自我效能感和價值期望3個層面，學生學習科學的態(tài)度更為積極；在學科態(tài)度和價值期望兩個層面，均表現(xiàn)為“科學優(yōu)于工程、工程優(yōu)于數(shù)學”的狀態(tài).對于這種“數(shù)學遇冷”的現(xiàn)象，筆者認為可能是學生從小學習數(shù)學，數(shù)學作為主科，學習周期長，學生面臨較大的學習壓力，為了學業(yè)而學數(shù)學，學習興趣被沖淡，所以存在一定的倦怠心理.而科學在低年級學段以副科的形式出現(xiàn)，到了初高中才真正成為主科，科學課上包含很多小型的學生工程項目，在鍛煉了學生思維的同時，也培養(yǎng)了動手能力，因此科學和工程技術對學生來說更加新鮮和具體，學生學習科學和工程技術的興趣更大.

3.2 學生STEM態(tài)度及分維度的性別和年級差異

為研究性別以及年級(這兩個因素)對學生STEM態(tài)度的影響，分別以性別和年級為自變量，相關指標為因變量，采用獨立樣本T檢驗的方法進行研究，結果如表3所示.

表3 STEM態(tài)度及分維度的性別和年級差異

研究結果表明：就年級而言，初高中學生對STEM學科總體態(tài)度不存在顯著差異(P=0.213>0.05)，但是初中生學習數(shù)學的態(tài)度更好(3.41>3.20)，高中生學習科學的態(tài)度更好(3.80>3.46)，初高中學生學習工程態(tài)度并不存在顯著差異(P=0.581>0.05)；初高中學生的總體自我效能感不存在顯著差異(P=0.978>0.05)，但初中生的數(shù)學自我效能感更強(3.44>3.19)，高中生的科學自我效能感更強(3.66>3.49)，初高中學生的工程自我效能感不存在顯著差異(P=0.820>0.05)；高中生的總體價值期望更高(3.73>3.59)，初高中學生的數(shù)學價值期望不存在顯著差異(P=0.064>0.05)，高中生的科學價值期望更高(3.87>3.45)，初高中學生的工程價值期望不存在顯著差異(P=0.359>0.05).

就性別而言，男生總體STEM態(tài)度更好(3.62>3.25)，表現(xiàn)在男生的數(shù)學、科學、工程技術學習態(tài)度相比于女生更好；男生總體的自我效能感更強(3.66>3.41)，表現(xiàn)在男生的數(shù)學自我效能感、科學自我效能感和工程自我效能感都比女生更強；男生總體的價值期望更高(3.73>3.57)，表現(xiàn)在男生的數(shù)學價值期望、科學價值期望和工程價值期望都比女生高.

3.3 學生STEM態(tài)度中年級與性別的交互效應

為研究年級和性別的交互作用對學生STEM態(tài)度的影響，采用多因素方差分析，結果如表4所示.

表4 性別與年級交互作用對工程自我效能感影響主體間效應測試

研究結果表明：工程自我效能感受到性別和年級的交互影響顯著(P=0.018<0.05).學生總體STEM學科態(tài)度、數(shù)學態(tài)度、科學態(tài)度、工程態(tài)度、總體自我效能感、數(shù)學自我效能感、科學自我效能感、總體價值期望、數(shù)學價值期望、科學價值期望和工程價值期望均不受性別和年級的交互影響(受篇幅所限，相關表格省略).

4 結果分析與建議

4.1 加大科學學習深度 提高數(shù)學學習興趣

基于表2 分析，學生更喜歡學習科學，更有信心能將科學學好，并認為自己以后有更大的可能從事與科學有關的職業(yè).相比之下，學生學習數(shù)學的積極性較低，對于自己能學好數(shù)學的信心不大且未來想從事數(shù)學的相關工作的想法不多.學生的自我效能感、價值期望與學習興趣有較大關系，因此物理教師在將STEM理念融入到物理課堂時，要注重鉆研學生的興趣，對于學生感興趣的科學，教師在進行課程設計時可適當加大科學的難度、融合不同科學領域的知識.例如，在物理課堂中適當加大物理知識的難度，增加化學和生物的內容，增加與工程有關的科學探究活動，達到加大科學課學習深度的目的，為學生今后從事科學相關工作做準備.相比于科學，學生學習數(shù)學的積極性較低，教師應適當增加有趣味性的數(shù)學知識，提高學生學習數(shù)學的興趣，豐富學生對數(shù)學相關職業(yè)的認識，鼓勵學生多鉆研數(shù)學和從事與數(shù)學有關的職業(yè).

綜合以上分析，在將STEM理念融入到物理課堂時，教師要合理設計數(shù)學、科學和工程的占比，要根據(jù)學生的學習興趣和未來可能的職業(yè)發(fā)展進行課程難度的調控和設計，適當設計適合學生的工程項目.對于學生學習積極性較大的科學，可適當增大課程的難度，融合不同科學學科的知識，加大學生學習科學的深度和廣度，為學生今后從事科學相關工作做準備；對數(shù)學模塊的設計可適當增加趣味性數(shù)學知識，在物理課堂上盡可能避開難度大的數(shù)學知識，以提高學生學習數(shù)學的興趣，克服學生的數(shù)學倦怠心理.

4.2 重視年級差異 系統(tǒng)滲透STEM理念

基于表3分析，初中生對學好數(shù)學有更大的信心.而高中生認為自己更有能力學好科學，高中生認為未來有可能從事和STEM學科有關的職業(yè).對于初高中學生對STEM課程的不同方面反應不同現(xiàn)象，物理教師在將STEM理念融入到課堂時，不僅要考慮各階段學生對STEM課程各學科的具體需求，還需考慮同一學科在不同年級的難度設置.初高中物理教師應密切討論“如何將STEM理念融入物理教學”的問題，宏觀把握初高中物理教學的STEM理念融合，使STEM理念融入整個中學物理教學中，而不僅僅是停留在一兩節(jié)課中，進而系統(tǒng)地將STEM理念融入整個中學物理課程中.

具體而言，初中生學習數(shù)學的積極性更高、自信心更強，并認為自己有能力學好數(shù)學，而對于學好科學的自信心則不如高中生強.這就啟發(fā)物理教師在將STEM理念融入到物理課堂時需對初高中進行宏觀且系統(tǒng)地把握：鑒于初中生對學好數(shù)學有更大的學習自信心和積極性，可適當增加初中物理學習中數(shù)學難度或占比，培養(yǎng)初中生的數(shù)理邏輯；而對于科學課程，則應注重不同科學知識的融合，可適當降低難度、設計適合初中生的課外探究活動，提高他們學習科學的積極性.鑒于高中生更有信心學好科學，未來有可能從事和STEM學科有關的職業(yè)或與科學有關的職業(yè)，物理教師可將難度較大的科學知識設計到高中物理課程，增加最新科技前沿的知識，設計貼近社會和科學發(fā)展的工程項目，讓學生在學習物理的同時體會社會和科技的發(fā)展，培養(yǎng)高中生的科學思維，對有志從事STEM相關職業(yè)和科學相關職業(yè)的高中生進行培養(yǎng)和鍛煉.

4.3 尊重性別差異 合理發(fā)展STEM學科

基于表3分析，性別對STEM課程的影響很顯著：男生在數(shù)理知識方面比女生更感興趣、思維更加活躍、邏輯更為嚴密、未來的職業(yè)發(fā)展更傾向于理工科，這符合我們的認知.男女生在STEM課程學習中存在這種的差異，對物理教師來說具有較大的啟發(fā)：在將STEM理念融入到物理課堂時不僅要考慮男生的課程需要、合理安排各學科的占比、適當加大課程難度，更應該關注女生對STEM學科的學習態(tài)度，特別是女生能否適應融合STEM理念的物理課堂，這很是重要.物理教師要注重在這種新型課堂上調動女生學習的積極性、增加科學知識的趣味性、整體提高女生學習STEM課程的興趣.此外，物理教師還應該在實際教學中，向女生的STEM課程學習提供相應的方法指導、增強女生學好STEM課程的自信心、適當開闊女生的科學視野，也應積極號召女性從事STEM的相關職業(yè)，促進學科專業(yè)人才的性別比例，更好地發(fā)展STEM學科，強化STEM學科在國內的實施效果同時促進其長遠發(fā)展.

4.4 綜合性別和年級 科學滲透工程理念

目前，國內并沒有將工程作為一門正式的學科加入中小學課程，學生往往只能在生活中接觸工程的有關知識，或者在興趣班中有所涉獵.學生沒有系統(tǒng)學過工程知識，對工程技能的知識相對缺乏，這直接影響學生學習工程的自信心.

在此大背景下，將STEM教育理念融入到教學中具有重要意義，通過在物理課程中增添工程技術的元素，設計符合學生發(fā)展的工程項目，促進學生STEM素養(yǎng)的整體發(fā)展.例如將創(chuàng)客教育引入物理課堂，主張學生自己設計實驗并進行探究，創(chuàng)設物理第二課堂等課外創(chuàng)新活動，為學生提供更多參與工程項目的機會、創(chuàng)造更多動手實踐的機會.不僅能夠培養(yǎng)學生的數(shù)理邏輯，還能夠提升學生對數(shù)學和科學應用的意識和能力，滲透工程的相關理念.將工程理念滲透到物理教學是符合我國國情的，據(jù)前文的分析可知，性別對STEM課程的影響顯著，年級影響著數(shù)學和科學的難度設計與內容調控，因此，在將工程理念滲透到物理教學中，需對性別和年級進行綜合考慮.唯有如此，才能更好地將工程理念滲透到物理教學中，進而達到將STEM理念滲透到物理教學中，增強學生在新教育模式下的學習自信心.

5 結束語

STEM課程作為一種新型教育模式，其目的在于培養(yǎng)綜合型人才.在將STEM理念融入到物理課程的過程中，需要科學地考慮各學科的占比及難度的設計，這就需要物理教師充分了解學生對STEM課程的學習態(tài)度，具體包括：男女生對STEM課程中不同學科的學習態(tài)度，各年級的學生對STEM課程中不同學科的學習態(tài)度，以及性別和年級的交互作用對STEM課程的影響情況.唯有如此，才能更好地把握學生在物理課堂中對STEM理念的體會，科學反思自己的STEM教育成果，有目的地改進課程并在整體教學中滲透STEM教育，科學地設計出符合國內學生需求的STEM課程，促進STEM課程在國內的實施及長遠發(fā)展.