STEM课程提升学生创新思维能力的调查报告

陈韶光 罗德雯

创新型人才的培养，是基础教育的基本使命。我国学者一般认为，创造力是根据一定目的和任务，产生具有社会或个人价值、具有新颖独特成分产品的一种能力品质，创新思维是其核心和基础。高中阶段的青少年，正处在创造力最佳发展年龄段前端，创新思维品质有了极大的提高，高中教育对创新型人才的培养具有其独特的价值和地位。

从学段看，STEM学习对高中生创造力影响最大，从学科看，在科技创新类项目中实施STEM学习，对创造力的促进效果较明显。从教学周期看，实验周期愈长，STEM学习对创造力的影响效果愈明显。为此，我校自2016年3月起开展“学创空间”STEM课程学习项目，2019年开始进行STEM与培养学生创新思维能力的实践研究。

一、基本概况

目的：使用威廉斯创造力倾向测量表，测量学生所表现出的对于创造的心理倾向。通过总分及各维度的得分了解学生的创造力总体水平;通过比较没有学习过STEM课程的學生和系统学习过一年或以上STEM课程的学生的得分差异，评估STEM课程的对提升高中学生创新思维能力的有效性，分析STEM与传统技术课程整合对培养学生创新思维能力是否存在正向促进作用。

内容：以《威廉斯创造力倾向测量表》为基础设计的调查问卷

时间：2019年9月进行对照班的问卷调查，2020年12月进行实验班的问卷调查

地点：广州市南武中学高中部

方法：使用问卷星完成2次问卷调查，结合个别访谈了解学生的具体情况

二、我校STEM与传统技术课程整合的具体课程设置

我校于2015年下半年立项引入STEM课程学习项目。最初确定的基本思路是，根据引进课程编撰校本化STEM课程和建设有别于“理化生学科实验室”、“创客实验室”的三个STEM课程教学实验室（将其命名为“学创空间”）。

从2016年3月起，该课程已在我校实施了10个学期，覆盖初一初二高一高二。围绕课程建设，编撰相关校本化课程项目教材及配套教学设计、学生学习工作纸共9个，教学实施采取常态选修课、校本课程等方式，每周两节课。参与STEM课程学习的每个行政班学生学习覆盖2-3个项目，采用小组学习的形式。学习项目以十节课为一个学习周期。一个周期结束，学生轮换下一个项目。

为了更好地实施STEM课程教学，我们成立了STEM课程学术委员会和组建了一支20人（先后参与）的导师团队，分别来自物理、化学、生物、地理、美术、通用技术、信息技术等学科。每个实验室保证2-3名不同学科背景的导师，保障实现多学科的交叉与融合的指导。

三、数据分析

2019年9月，设定我校2019级全体高一新生为对照班，进行问卷调查，完成有效问卷238份。通过调查前的了解，部分同学在初中或者更小的时候有接触过STEM的相关内容，但是没有进行过系统的STEM课程学习，所以我们也以“是否曾经接触过STEM课程”对高一新生进行分组，用独立样本t检验方法对两组高一新生四个维度得分的均值以及总分得分的均值进行比较，看是否具有显著性差异，分析结果如下图。结论是两组之间各维度及总分得分均没有显著差异，可以定义为没有系统学过STEM课程。因此，我们设定对照班为完成有效问卷并愿意继续参与调查研究的高一新生共194人。

2020年12月，设定我校同级参加过一年或以上STEM选修课（即至少完成了2个项目学习）的同学为实验班，进行问卷调查，完成有效问卷132份。统计实验班和对照班四个维度（冒险性、好奇性、想象力、挑战性）的平均值、总分的平均值，可以看出实验班创造力总分的平均分比对照班的要高，各维度的平均分也比对照班高。具体数据如下：

利用独立样本T检验进行分析可得，总分、好奇心、想象力、挑战性得分实验班与对照班存在显著性差异，冒险性得分不存在显著差异。具体数据如下：

四、结论与讨论

1.根据《威廉斯创造力倾向量表》的常模得分，实验班和对照班的总分平均分均在111分以下，表明创造力倾向一般，创造力潜在性可塑。但后测中实验班比对照班高4.32分，提升显著。从创造力倾向各维度看，常模指出冒险性、好奇性、想象力以及挑战性的优秀标准分别是30、36、35和32分，实验班和对照班均没有达到优秀的水平。我们查找了这些同学的中考成绩进行比对，发现绝大部分同学当年的成绩属于全市的中上水平，并没有特别拔尖或某个科目特别优秀。由此可得，我们的STEM课程，面对的并不是创造力天赋特别优秀或者学业成绩特别好的学生，而是具有普适性和可推广性的，即使是普通学校创造潜力一般的学生，经过系统的STEM课程学习，创新思维能力也可以得到提升。

另一方面，后续我们还会深度利用问卷数据开展个案研究，查找是否存在总分或某个维度达到优秀标准的个案，发掘更多趋于冒险，好奇心强，想象力丰富，勇于挑战未知的同学，了解这些创新潜力较高的同学的认知和情感特质，订制个性化的STEM课程，帮助他们把创造潜力挖掘出来，促进学科素养和个人素质的提升。

2.比较对照班和实验班，实验班创造力总得分的平均分比对照班的要高，各维度的平均得分均要比对照班高。其中，总分、以及四个维度当中的好奇心、想象力、挑战性三个维度，实验班均显著高于对照班，冒险性维度实验班得分也略高于对照班的得分，接近显著性差异水平。因此，我们认为，经过一年STEM课程的系统学习，学生的创造力显著高于其他没有选修该课程的同学，STEM与传统技术课程整合，对于培养高中学生创新思维能力是有正向促进作用的。

五、对后续开展STEM教学的思考与启示

1.关于课程设计和教学特征

高中学生的创造力多由现实中遇到的问题或困难情境激发，带有更大的主动性和有意性，已能独立地分析问题和解决问题，思维的独创性有了明显的提高。而且，我校有三间专为STEM教学设计的实验室，STEM课程可以更好的利用实验室，优化STEM教学主题设计，由浅入深、层层递进，以培养创新性思维为核心，构建更多创新的生活场景开展教学。

另一方面，调查结果显示在冒险性维度，实验班和对照班是不存在显著性差异的，这个方面我们也主要考虑是课程设置的原因，无论是学科课程还是STEM课程，都基本没有涉及到关于冒险性的内容，所以在这一方面学生没有表现出差异。这也给我们的课程整合提供了一个新的方向，在后续开发新课程内容的时候，可以考虑加入冒险的元素，创设更开放的学与教的环境，鼓励学生敢于创新创造、敢于质疑，以更全面的提升学生的创新思维能力。还可以从提高学生参与度，增强创新自信的角度出发，课堂上的每一个设计，每一次实验，学生都可以尝试成功，更能承受失败，从而增加创新的内驱力，增添冒险的勇气和底气。

我校经过近年实施，确定STEM课程学习的“四大特征”：一核心——以基于项目的学习为核心;两特点——多中心、多任务（每个小组都是学习中心、每个小组的学习任务各异）;三原则——不讲授但需渗透具体学科知识、不呈现但需自行探索学习方案、不示范但需展示操作过程;四鼓励——鼓励自主协作，鼓励试错反思，鼓励学习分享，鼓励思考创新。

2.关于学习时间

创新思维能力的培养提升是个长期的过程，之前也有研究表明，实验周期愈长，STEM教学对创造力的影响效果愈明显。一年STEM课程的学习周期显然还不够长，所以调查结果显示学生创新思维能力的提升也只是初见成效。三年的高中生涯，如果能有两年的时间选修STEM课程，系统完成至少4个模块的学习，相信效果会更明显。同时，我校也尝试把STEM课程学习阶段前移，从2020学年开始，在南校区（初中部）和南武实验的初一、初二的部分实验班也开设了STEM课程，模块内容根据初中学生思维特点进行设计，让学生有更长的学习周期，更充足的学习时间，从而更好的培养创造力。

3.关于创新思维能力的测量

量表和问卷调查只是测量和鉴别创新思维能力的其中一种方式，在STEM课程中，以创造成果为指标的产品评定也是有效的方式。每完成一个模块，学生的结业作品以及过程性的工作纸等，都可以作为他们创新思维的代表和反映，可以评价和预测个体的创造能力，以利于进一步的培养和发展。

我们还可以对调查问卷筛选出来的部分具有较高创造潜力的同学进行访谈，结合他们的作品，了解他们的学习体会和学习需求，探索更多STEM课程与技术课程整合方法和途径。