毛剛 吳童 李菲茗

[摘 ? 要] 對(duì)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力進(jìn)行測(cè)評(píng)一直以來(lái)都是教學(xué)實(shí)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(jī)會(huì)，同時(shí)也為評(píng)估學(xué)生的創(chuàng)造力提供了真實(shí)的問(wèn)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(dòng)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(píng)價(jià)模型。以此為基礎(chǔ)，通過(guò)分析機(jī)器人教育活動(dòng)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(guò)程特征，設(shè)計(jì)了面向教育機(jī)器人活動(dòng)的創(chuàng)造力觀測(cè)量表，并在小學(xué)生機(jī)器人項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)中開(kāi)展實(shí)踐應(yīng)用。研究表明，基于該模型的測(cè)評(píng)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(duì)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(shí)基礎(chǔ)對(duì)創(chuàng)造力的影響。

[關(guān)鍵詞] STEM教育； 創(chuàng)造力； 機(jī)器人教育； 測(cè)評(píng)

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

[作者簡(jiǎn)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(wèn)題

自1950年吉爾福德（Guilford）發(fā)表創(chuàng)造力演講以來(lái)，創(chuàng)造力不是少數(shù)人才有的天賦或特質(zhì)，而是每個(gè)普通人可以發(fā)展的能力這一觀點(diǎn)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(shí)踐的重要目標(biāo)。新世紀(jì)以來(lái)，隨著國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的加劇，關(guān)于創(chuàng)造力的培養(yǎng)更是成為世界各國(guó)教育質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。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(guó)、德國(guó)、芬蘭等國(guó)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(guó)爭(zhēng)相學(xué)習(xí)的對(duì)象[2]。我國(guó)同樣高度重視學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)?！吨袊?guó)教育現(xiàn)代化2035》指出，要通過(guò)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(shí)踐能力[3]。《教育信息化“十三五”規(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(shí)和創(chuàng)新能力[4]。然而，在研究和實(shí)踐過(guò)程中，我們往往有意無(wú)意地偏離創(chuàng)造力這一核心主題，缺乏對(duì)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(píng)價(jià)工具會(huì)影響我們對(duì)STEM教育質(zhì)量的評(píng)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(gè)體調(diào)動(dòng)大腦中各種想法、描述、概念、經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)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(gè)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(yàn)，以獨(dú)特、新穎的、有用且有目的的方式來(lái)產(chǎn)生和表達(dá)問(wèn)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(méi)有意識(shí)到的問(wèn)題的能力，或是對(duì)問(wèn)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(cè)驗(yàn)（TTCT）選用流暢性、靈活性、新穎性、精致性四個(gè)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(yǔ)言、數(shù)理邏輯、空間、肢體運(yùn)動(dòng)、音樂(lè)、人際、內(nèi)省、自然探索八個(gè)范疇[11]。在廣義的認(rèn)知領(lǐng)域（例如數(shù)學(xué)、語(yǔ)言和音樂(lè)）和狹義的任務(wù)或內(nèi)容領(lǐng)域（例如詩(shī)歌寫(xiě)作、故事寫(xiě)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(xiǎn)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(lái)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(gè)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(guò)程[13]。發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維時(shí)個(gè)體大腦中形成的新概念[14]。融合思維又稱收斂思維，是個(gè)體識(shí)別問(wèn)題的關(guān)鍵要素，找出各個(gè)部分是如何結(jié)合在一起的思維過(guò)程。在這一過(guò)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(shí)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(shí)、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(shí)：第一，創(chuàng)造力廣泛存在于各個(gè)領(lǐng)域中，表現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、表達(dá)問(wèn)題、提出新穎、適切或有效的問(wèn)題解決方案的行動(dòng)過(guò)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(shí)、技能以及完成創(chuàng)造性任務(wù)的動(dòng)機(jī)三個(gè)要素綜合作用的結(jié)果[15]。第三，個(gè)體思維能力能夠在以知識(shí)內(nèi)容為載體的教育活動(dòng)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(píng)價(jià)研究

創(chuàng)造力是一個(gè)復(fù)雜的、多方面的現(xiàn)象，不同學(xué)科都試圖對(duì)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力進(jìn)行評(píng)價(jià)。 鑒于本文的研究主題，集中對(duì)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)提供參考。

科學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域?qū)?chuàng)造力的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)存在相似性。科學(xué)創(chuàng)造力是問(wèn)題解決過(guò)程中調(diào)動(dòng)領(lǐng)域通用和領(lǐng)域特定技能與知識(shí)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(shí)驗(yàn)雙重認(rèn)知空間的搜索過(guò)程中[16]。因此，從科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)問(wèn)題提出、科學(xué)假設(shè)生成、假設(shè)測(cè)試（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）和證據(jù)評(píng)估等環(huán)節(jié)評(píng)估創(chuàng)造力水平是常見(jiàn)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(diǎn)的能力。數(shù)學(xué)創(chuàng)新活動(dòng)強(qiáng)調(diào)形成數(shù)學(xué)假設(shè)、證明與說(shuō)服、發(fā)現(xiàn)新的關(guān)系并建立論點(diǎn)、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(duì)創(chuàng)造力的評(píng)價(jià)均著眼于問(wèn)題解決過(guò)程，重視問(wèn)題提出、驗(yàn)證、應(yīng)用評(píng)估等環(huán)節(jié)中思維的流暢性、靈活性和獨(dú)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(duì)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(gè)維度進(jìn)行評(píng)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(jià)值等方面提供令人愉悅的使用體驗(yàn)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(shí)和技能的音樂(lè)和繪畫(huà)外，拼貼畫(huà)制作、短文或故事創(chuàng)作過(guò)程中完成任務(wù)的時(shí)間和故事長(zhǎng)度，甚至是只言片語(yǔ)中的潛在語(yǔ)義也能發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造力的痕跡[12，19]。

在創(chuàng)造力評(píng)價(jià)方法方面，創(chuàng)設(shè)綜合復(fù)雜任務(wù)情境對(duì)學(xué)習(xí)者問(wèn)題解決能力進(jìn)行測(cè)評(píng)，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(cè)評(píng)提供了更多選擇。Atesgoz等人設(shè)計(jì)了包含“蒼蠅”“水”“隧道”要素的動(dòng)畫(huà)環(huán)境，測(cè)評(píng)兒童在開(kāi)放型任務(wù)表現(xiàn)出的科學(xué)創(chuàng)造力[20]。Shute等人將評(píng)估嵌入《物理游樂(lè)場(chǎng)》游戲環(huán)境中，通過(guò)采集學(xué)生解決關(guān)卡數(shù)量、物理知識(shí)運(yùn)用等表現(xiàn)性數(shù)據(jù)評(píng)估初中生的創(chuàng)造性潛力[21]。虛擬現(xiàn)實(shí)等新興技術(shù)也被應(yīng)用于創(chuàng)造力的培養(yǎng)和測(cè)評(píng)中，研究者發(fā)現(xiàn)，基于VR的設(shè)計(jì)工具或模擬創(chuàng)建的環(huán)境能夠有效激發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)意靈感，其設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更具創(chuàng)造力[22]。這類測(cè)評(píng)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(píng)價(jià)方式，能夠更加全面、真實(shí)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(jì)和數(shù)學(xué)應(yīng)用的有機(jī)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(lái)，形成跨學(xué)科融合的教育形式。成熟的STEM教育具備問(wèn)題解決、創(chuàng)中學(xué)、設(shè)計(jì)制造和協(xié)作探究四個(gè)外部特征以及S.T.E.M.知識(shí)真實(shí)的整合性的應(yīng)用和科學(xué)精神的熏陶與強(qiáng)化兩個(gè)內(nèi)部特征[23]。然而，在現(xiàn)實(shí)的教育實(shí)踐中，STEM教育常常被視為學(xué)科教學(xué)的補(bǔ)充，突出強(qiáng)調(diào)其加深學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)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(jià)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(guò)營(yíng)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(guò)程中，STEM素養(yǎng)概念的提出將知識(shí)學(xué)習(xí)和創(chuàng)造力的培養(yǎng)統(tǒng)一起來(lái)。其中的主要抓手就是問(wèn)題解決，即通過(guò)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(shí)，創(chuàng)造性地解決復(fù)雜問(wèn)題。這里的問(wèn)題不再是紙面上的問(wèn)題，而是開(kāi)放的、具有現(xiàn)實(shí)意義的真實(shí)問(wèn)題。在問(wèn)題解決的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)知識(shí)的深化和整合應(yīng)用就是創(chuàng)造力的體現(xiàn)。

STEM教育活動(dòng)還是評(píng)估學(xué)生創(chuàng)造性潛力的絕佳場(chǎng)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(gè)不被單一學(xué)科知識(shí)體系所束縛的情境，促進(jìn)教師在教學(xué)過(guò)程中更好地進(jìn)行跨學(xué)科融合，鼓勵(lì)學(xué)生跨學(xué)科解決問(wèn)題。在問(wèn)題解決過(guò)程中，學(xué)生的設(shè)計(jì)思維、計(jì)算思維、工程與實(shí)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(dòng)過(guò)程中顯現(xiàn)出來(lái)。隨著教育機(jī)器人、數(shù)字游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的引入，STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)可以在有限的學(xué)習(xí)空間內(nèi)開(kāi)展，能夠?yàn)閷W(xué)生提供重復(fù)試錯(cuò)的機(jī)會(huì)，活動(dòng)變得更加安全、有趣[29]。學(xué)生在問(wèn)題解決過(guò)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(píng)估學(xué)生的創(chuàng)造性潛力成為可能。

三、基于STEM教育場(chǎng)景的創(chuàng)造力評(píng)價(jià)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(gè)維度，構(gòu)建STEM教育情境下的創(chuàng)造力評(píng)價(jià)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(xiàng)目活動(dòng)中運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)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(duì)多樣化的情境，靈活運(yùn)用橫向思維、發(fā)散思維和融合思維開(kāi)展創(chuàng)新活動(dòng)的過(guò)程，其內(nèi)在邏輯是學(xué)習(xí)者在問(wèn)題解決過(guò)程中的思維運(yùn)用具有共通性。

從評(píng)價(jià)的內(nèi)容維度上，模型從跨學(xué)科整合視角觀察學(xué)生運(yùn)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(kāi)展創(chuàng)新活動(dòng)的能力。其中，科學(xué)探究強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、形成假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(duì)科學(xué)理論或概念的解釋等。數(shù)學(xué)在STEM活動(dòng)中起到基礎(chǔ)性的作用。學(xué)習(xí)者運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和工具進(jìn)行合乎情理的推理構(gòu)思，提出獨(dú)特、巧妙的問(wèn)題解決方法是衡量其創(chuàng)造性潛力的關(guān)鍵[13]。對(duì)學(xué)習(xí)者工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的評(píng)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(dòng)中學(xué)習(xí)者富有想象力的語(yǔ)言、文字和視覺(jué)表達(dá)是學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的直接體現(xiàn)，突出個(gè)體對(duì)問(wèn)題情境的理解、知識(shí)的創(chuàng)新運(yùn)用和審美特質(zhì)。

從評(píng)價(jià)的指標(biāo)確立上，模型結(jié)合STEM教育活動(dòng)的特點(diǎn)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(xiàng)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(wèn)題、靈活驗(yàn)證初始想法、優(yōu)化形成原創(chuàng)設(shè)計(jì)。其中，學(xué)習(xí)者從不同角度產(chǎn)生新想法、提出新問(wèn)題是其橫向思維的體現(xiàn)[13]。學(xué)生制定面向開(kāi)放問(wèn)題的多種解決方案、嘗試驗(yàn)證并識(shí)別突出的想法體現(xiàn)其發(fā)散性思維。在STEM教育活動(dòng)中，個(gè)體識(shí)別問(wèn)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(shí)踐研究

（一）研究情境

教育機(jī)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(jī)器人教育課程為基礎(chǔ)，通過(guò)浙江省某市青少年宮招募77名7～10歲小學(xué)生，采用項(xiàng)目化的方式創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)和研究情境。機(jī)器人課程選用樂(lè)高Wedo2.0套件，圍繞機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)、傳感器與運(yùn)算、可視化編程等內(nèi)容設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)。學(xué)習(xí)活動(dòng)包括真實(shí)場(chǎng)景引入及問(wèn)題分析、模型搭建與程序編寫(xiě)、作品優(yōu)化和分享四個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)學(xué)習(xí)者知識(shí)基礎(chǔ)的差異，將其分為兩個(gè)類型各兩個(gè)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(kāi)始之前沒(méi)有接觸過(guò)可編程樂(lè)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(shí)（例如scratch）或玩過(guò)搭建型積木，但沒(méi)有接觸過(guò)可編程樂(lè)高。兩個(gè)班級(jí)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(jī)器人課程學(xué)習(xí)持續(xù)5周共10次，每次活動(dòng)90分鐘。

（二）研究工具

研究以STEM教育場(chǎng)景下創(chuàng)造力評(píng)價(jià)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)機(jī)器人教育實(shí)踐的實(shí)際情況構(gòu)建創(chuàng)造力觀測(cè)表。為保證觀測(cè)指標(biāo)的科學(xué)性，綜合采用錄像分析和獨(dú)立評(píng)判法，通過(guò)兩輪研討確定觀測(cè)指標(biāo)。第一輪，研究者選擇根據(jù)實(shí)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(yǔ)言等事件，形成觀察指標(biāo)集。第二輪，邀請(qǐng)機(jī)器人教育和教育評(píng)價(jià)兩名專家對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)錄像進(jìn)行獨(dú)立分析，優(yōu)化觀察指標(biāo)集。兩名專家獨(dú)立評(píng)判后的指標(biāo)一致性系數(shù)為0.94。最終形成基于教育機(jī)器人環(huán)境的創(chuàng)造力觀測(cè)表，見(jiàn)表1。

（三）數(shù)據(jù)獲取

研究采用課堂活動(dòng)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(dòng)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(dòng)結(jié)合，研究者通過(guò)追問(wèn)“你是怎么想的”“為什么這么想”等問(wèn)題獲取隱性思維數(shù)據(jù)。除此之外，還會(huì)從新穎性、功能性和完整性三個(gè)維度對(duì)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(jí)評(píng)定。所有數(shù)據(jù)由研究者和助教分工記錄，針對(duì)存在異議的編碼數(shù)據(jù)，通過(guò)回看錄像的方式協(xié)商確定。

數(shù)據(jù)采集從課程開(kāi)始后的第二周開(kāi)始。第一周2次課程活動(dòng)的主要工作是讓學(xué)習(xí)者熟悉積木式機(jī)器人搭建和編程環(huán)境、了解項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的流程、規(guī)范活動(dòng)紀(jì)律等。正式數(shù)據(jù)采集持續(xù)4周共8次課程活動(dòng)，數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)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(duì)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(jiǎn)潔、高效、易理解的特點(diǎn)。采用這一方法對(duì)學(xué)習(xí)者在機(jī)器人活動(dòng)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(gè)類別。聚類結(jié)果與作品等級(jí)評(píng)定的一致性為0.91，說(shuō)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(píng)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(jiàn)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(wèn)題解決過(guò)程中，能夠提出一兩個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題，他們的設(shè)計(jì)方案偶爾有一些亮點(diǎn)。在基本任務(wù)完成后，他們能對(duì)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(jì)的意圖。綜合來(lái)看，這類學(xué)習(xí)者在機(jī)器人活動(dòng)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(huì)提出一些創(chuàng)意性想法，并且具有較強(qiáng)的問(wèn)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(wèn)題發(fā)現(xiàn)、運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)開(kāi)展方案驗(yàn)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(shí)生活場(chǎng)景。但是，這類學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性表現(xiàn)通常不會(huì)超出項(xiàng)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(gè)任務(wù)環(huán)節(jié)均能夠主動(dòng)提出問(wèn)題，并采用試錯(cuò)和迭代的方法完善創(chuàng)意模型及驅(qū)動(dòng)程序。例如考慮到螢火蟲(chóng)的生存特點(diǎn)，使用零件為“螢火蟲(chóng)”營(yíng)造良好的自然環(huán)境；模擬黑夜環(huán)境，控制螢火蟲(chóng)發(fā)出閃光等。還有學(xué)習(xí)者會(huì)運(yùn)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(guò)程中往往會(huì)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(diǎn)。

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(diǎn)，可以假設(shè)學(xué)習(xí)者在機(jī)器人活動(dòng)中也能夠體現(xiàn)出其創(chuàng)造力傾向。研究采用決策樹(shù)算法對(duì)學(xué)習(xí)者行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以驗(yàn)證這一假設(shè)。決策樹(shù)是一種數(shù)據(jù)挖掘方法，其生成的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)是由特征（內(nèi)部節(jié)點(diǎn)）構(gòu)成的多條規(guī)則集。這些規(guī)則反映的是對(duì)象屬性與對(duì)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(jí)評(píng)定對(duì)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(shù)算法對(duì)這些學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)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(yùn)用科學(xué)知識(shí)提出多樣化的問(wèn)題，會(huì)靈活選擇適宜的方法對(duì)想法或方案進(jìn)行檢驗(yàn)，在問(wèn)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(xiě)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(jī)器人為載體的研究和實(shí)踐的視野。有研究指出，機(jī)器人在數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、問(wèn)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(duì)單一或獨(dú)立領(lǐng)域知識(shí)與技能的評(píng)量不足以展現(xiàn)機(jī)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(cè)評(píng)環(huán)境本身的特點(diǎn)相關(guān)。教育機(jī)器人活動(dòng)天然強(qiáng)調(diào)科學(xué)探索、模型搭建（工程）和程序編寫(xiě)（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(huì)被遮蔽。Lindh等人的研究同樣發(fā)現(xiàn)教育機(jī)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(jī)器人的STEM教學(xué)活動(dòng)有時(shí)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(yàn)教育機(jī)器人的適用范圍。

3. 學(xué)習(xí)者知識(shí)基礎(chǔ)對(duì)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(shí)以及完成創(chuàng)造性任務(wù)的動(dòng)機(jī)三個(gè)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(shí)和技能會(huì)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(shí)和積木搭建技能對(duì)創(chuàng)造性學(xué)習(xí)活動(dòng)的影響，研究以每個(gè)學(xué)科維度上的行為數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行獨(dú)立樣本檢驗(yàn)。分析結(jié)果見(jiàn)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(méi)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(jī)器人通常被視為一種增強(qiáng)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(dòng)，而不是工具載體。當(dāng)然，這一結(jié)論需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)。盡管如此，學(xué)習(xí)者基礎(chǔ)知識(shí)和技能的準(zhǔn)備情況會(huì)對(duì)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(guò)模塊化編程和搭建型積木，這些知識(shí)和技能會(huì)遷移到項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)中。在現(xiàn)場(chǎng)的觀察和交流過(guò)程中，我們同樣發(fā)現(xiàn)學(xué)過(guò)scratch編程的學(xué)生對(duì)樂(lè)高機(jī)器人編程環(huán)境適應(yīng)得更快，編寫(xiě)程序的速度、復(fù)雜度和邏輯性更好。這就提示我們，開(kāi)展機(jī)器人教育活動(dòng)的過(guò)程中，不應(yīng)將焦點(diǎn)限于機(jī)器人本身，結(jié)合多學(xué)科的知識(shí)和活動(dòng)，為學(xué)生制定針對(duì)性的學(xué)習(xí)活動(dòng)計(jì)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(yǔ)

本研究在兩個(gè)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(guò)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(chǎng)景的創(chuàng)造力評(píng)價(jià)模型。模型在機(jī)器人教育活動(dòng)中得到了初步驗(yàn)證，能夠?qū)W(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性潛力進(jìn)行評(píng)估，也支持開(kāi)展創(chuàng)造力學(xué)科傾向測(cè)評(píng)。面向更為廣泛的STEM教育活動(dòng)，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(gè)體的差異，理解其教學(xué)活動(dòng)質(zhì)量并優(yōu)化STEM項(xiàng)目設(shè)計(jì)。第二，充分發(fā)揮機(jī)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(kāi)展創(chuàng)造力學(xué)科傾向分析。這種分析方法能夠有效彌補(bǔ)一般統(tǒng)計(jì)分析軟件難以處理高維數(shù)據(jù)的不足，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)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(píng)價(jià)是后續(xù)研究需要著力的方向。最后，由于學(xué)習(xí)情境、問(wèn)題類型、所需專業(yè)知識(shí)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(píng)價(jià)還受到文化、社會(huì)和學(xué)科相關(guān)因素的影響。因此，制定適合研究場(chǎng)景的觀測(cè)量表并選用合適的分析方法是創(chuàng)造力評(píng)價(jià)研究面臨的長(zhǎng)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