首新 胡衛(wèi)平 劉念

[摘 ? 要] 發(fā)展高層次思維已成為STEM跨學(xué)科教學(xué)的重要目標(biāo)，但如何評估STEM學(xué)習(xí)中的高層次思維，仍沒有可行的工具。本研究采用問卷調(diào)查、專家咨詢等研究方法，運(yùn)用探索性結(jié)構(gòu)方程模型（ESEM）、層次分析（AHP）、擬合Rasch模型等手段，建立測評模型、確定指標(biāo)權(quán)重、開發(fā)測評工具。數(shù)據(jù)分析顯示，中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評工具具有良好的信度和結(jié)構(gòu)效度。正式測量發(fā)現(xiàn)，小學(xué)階段學(xué)生STEM學(xué)習(xí)中高層次思維整體呈現(xiàn)波動增長，性別、地域等因素影響較小。測評模型對評估中小學(xué)STEM教育項(xiàng)目具有應(yīng)用價(jià)值。

[關(guān)鍵詞] STEM教育; 高層次思維; 測評; Rasch模型; 義務(wù)教育階段

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

[作者簡介] 首新（1987—），男，重慶梁平人。講師，博士，主要從事科學(xué)教學(xué)心理研究。E-mail：346532216@qq.com。胡衛(wèi)平為通訊作者，E-mail：weipinghu@163.com。

一、研究背景

發(fā)展高層次思維（Higher Order Thinking）是STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)區(qū)別于傳統(tǒng)學(xué)科知識和技能導(dǎo)向?qū)W習(xí)的重要特征。隨著跨學(xué)科課程改革的不斷推進(jìn)以及核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的確立，STEM教育理念下的高層次思維培育在世界范圍內(nèi)得到了高度重視。那么，何為高層次思維呢？早期Bartlett認(rèn)為，高層次思維過程是個(gè)體為彌補(bǔ)先驗(yàn)知識不足而進(jìn)行改補(bǔ)、推斷、重新解釋的過程[1]。這一界定帶有濃郁的教育哲學(xué)意味，是從統(tǒng)整的視角看待新知識對先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的“間隙填充”。Resnick認(rèn)為，若問題解決過程沒有固定的規(guī)則路徑，需要應(yīng)用多個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)，且常常涉及不確定性，那么，高層次思維必定參與問題解決過程[2]。Lewis等人對Resnick的觀點(diǎn)進(jìn)行了心理學(xué)視角的詮釋，認(rèn)為高層次思維是個(gè)體面對復(fù)雜情境探求信息的過程中，記憶中的已知信息與尋求到的新信息之間相互影響或（和）重新組合、延伸整合后達(dá)成某一目標(biāo)的過程[3]。Goodson認(rèn)為，當(dāng)個(gè)體面臨的情境是不熟悉的，要解決的是不確定的、或兩難的問題，高層次思維便被激活了，其表現(xiàn)是能進(jìn)行正確的解釋、決策以及形成創(chuàng)造性的產(chǎn)品[4]。從外在表現(xiàn)描述學(xué)習(xí)效果為高層次思維培養(yǎng)找到了突破口，導(dǎo)致教育目標(biāo)從識字、記憶等發(fā)展到了推理、判斷、創(chuàng)新等積極的心智建構(gòu)[5]。Richland認(rèn)為，高層次思維是一種關(guān)系結(jié)構(gòu)映射（A Relational Structure Mapping）[6]，反映出學(xué)科內(nèi)容與能力的映射關(guān)系：跨學(xué)科的信息分離和整合發(fā)展出更復(fù)雜的關(guān)系，學(xué)習(xí)這些關(guān)系（如相似、不同、因果關(guān)系等）必定涉及問題解決、推理等高層次思維。在當(dāng)前STEM跨學(xué)科整合趨勢下，這一觀點(diǎn)回應(yīng)了高層次思維與學(xué)科內(nèi)容之間的關(guān)系，二者表現(xiàn)出映射結(jié)構(gòu)。

測評高層次思維由來已久。Ross等人較早依據(jù)布盧姆教育目標(biāo)認(rèn)知過程中的分析、綜合、評價(jià)層級，開發(fā)了篩選4—6年級天才學(xué)生的高層次思維量表（The Ross Test of Higher Cognitive Processes）[7]，但是后來由于這一認(rèn)知過程理論飽受爭議，因此，使用逐漸較少。為回應(yīng)學(xué)校教育檢驗(yàn)高層次思維的需求，Piaw等人設(shè)計(jì)了創(chuàng)造—批判思維測驗(yàn)（Creative-Critical Thinking Styles Test）[8]，但該量表將批判性思維與創(chuàng)造性思維相對立，這一觀點(diǎn)仍有待進(jìn)一步商榷。國內(nèi)也進(jìn)行了相關(guān)研究，如楊翊等人也基于布魯姆教育目標(biāo)認(rèn)知過程構(gòu)建了高階思維測評框架[9]，但理解、應(yīng)用階段是否蘊(yùn)含高層次認(rèn)知過程，目前仍有爭議;姜玉蓮等人利用數(shù)據(jù)驅(qū)動的因素分析顯示，高層次思維包括創(chuàng)新性思維、決策能力、元認(rèn)知與反思性評價(jià)、問題解決能力、同伴情感支持、自我效能感、批判性思維、自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)等8個(gè)要素[10]。目前，國內(nèi)研究者多關(guān)注某一特定思維（如復(fù)雜問題解決、創(chuàng)造性思維等）的測評研究，專門用于中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)活動中測評高層次思維的工具在已有文獻(xiàn)中很少提及。

以往研究成果對明晰高層次思維結(jié)構(gòu)、測量模型等具有參考價(jià)值，但仍存有較大的完善空間。第一，高層次思維結(jié)構(gòu)確立方法有待精準(zhǔn)化。大多數(shù)研究通過分析已有測評模型、解讀課程標(biāo)準(zhǔn)等手段建立高層次思維結(jié)構(gòu)，這容易忽略文化、學(xué)生學(xué)習(xí)特征的影響，以及期望課程與實(shí)際課程的差異[11]。第二，高層次思維的學(xué)科化測評框架有待明晰。研究者普遍認(rèn)為，高層次思維具有領(lǐng)域特殊性（Domain-specific Construct）[12]，學(xué)科內(nèi)容對其有關(guān)鍵作用。因此，基于學(xué)科內(nèi)容建立測評框架是未來研究的趨勢，這可以了解學(xué)生在具體課程方案中的高層次思維狀況，以便改進(jìn)課程。第三，大規(guī)模高層次思維測評理論有待豐富。雖然高層次思維評價(jià)得到空前重視，但一些大型國際測評項(xiàng)目如PISA、TIMSS目前并沒有單獨(dú)的評估高層次認(rèn)知過程。因此，PISA（2021）擬單獨(dú)評估15歲青少年的創(chuàng)造性思維，這為建立大規(guī)模高層次思維測試模型奠定了基礎(chǔ)。

為彌補(bǔ)上述高層次思維測評研究的不足，方法上，本研究通過數(shù)學(xué)建模確立面向STEM學(xué)習(xí)的高層次思維測評模型（STEM Based Higher Order Thinking Assessment Model），以提高研究過程的標(biāo)準(zhǔn)化程度，增強(qiáng)測評的規(guī)范性和實(shí)用性。測試任務(wù)設(shè)計(jì)過程中，以STEM跨學(xué)科內(nèi)容為情境設(shè)計(jì)試題，確保對STEM學(xué)習(xí)過程具有診斷、調(diào)節(jié)和監(jiān)督功能，進(jìn)而以評價(jià)結(jié)果“返哺”STEM學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)學(xué)生高層次思維可持續(xù)發(fā)展。

二、研究過程和方法

首先，依據(jù)文獻(xiàn)分析，同時(shí)結(jié)合小學(xué)、初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017、2011），以及STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)特征，析出高層次思維測評指標(biāo)，解決測評指標(biāo)僅僅依靠課標(biāo)解讀或簡單移植的弊病;其次，進(jìn)行專家咨詢，確定指標(biāo)權(quán)重，解決測評指標(biāo)之間動態(tài)關(guān)系不明的問題;最后，遵循測評指標(biāo)及其權(quán)重，依據(jù)情境化試題設(shè)計(jì)過程，開發(fā)測評工具，并進(jìn)行初步檢驗(yàn)，驗(yàn)證測評工具的信效度。

（一）確定測評指標(biāo)

目前，從STEM學(xué)習(xí)情境中測評高層次認(rèn)知過程的工具并不多見。以前研究者普遍認(rèn)可的高層次思維要素包括創(chuàng)造性思維、批判性思維、問題解決過程、決策思維、元認(rèn)知等，我們擬利用STEM學(xué)習(xí)中的具體內(nèi)容和行為來間接表征上述要素。同時(shí)，我們也考慮了STEM學(xué)習(xí)中的科學(xué)探究策略、學(xué)習(xí)動機(jī)、態(tài)度等思維傾向，因?yàn)橐院献魈骄繛橹鞯腟TEM活動中，同伴間的社會建構(gòu)對個(gè)體高層次思維發(fā)展具有重要作用[13]。

在具體操作過程中，我們參考了國內(nèi)外高層次思維通用框架、領(lǐng)域化測評框架中的認(rèn)知過程條目。如“Kaufman領(lǐng)域創(chuàng)造力量表”中的日常、學(xué)術(shù)、科學(xué)題目[14];Borich評估美國中小學(xué)生高級思維的“高階思維和問題解決核查表”[15];“Halpern 批判性思維評價(jià)”中涉及STEM學(xué)科的題目[16];改編大學(xué)生批判性思維傾向問卷[17]、問題解決能力評分指標(biāo)[18]、典型行為創(chuàng)造性思維能力測驗(yàn)[19]、高階思維結(jié)構(gòu)調(diào)查問卷[20]，加入STEM課堂背景，刪除與中小學(xué)生學(xué)習(xí)不相關(guān)的題目;截取“中學(xué)生社會問題解決能力量表”中的社會科學(xué)問題[21]。同時(shí)，還參考成熟的“加利福尼亞批判性思維傾向問卷”“Torrance創(chuàng)造性思維測驗(yàn)”中有關(guān)學(xué)習(xí)行為的測查指標(biāo)。另外，還借鑒了“科學(xué)學(xué)習(xí)動機(jī)量表”[22]、“對科學(xué)學(xué)習(xí)的態(tài)度量表”[23]、“物理實(shí)驗(yàn)元認(rèn)知水平問卷”[24]中有關(guān)高層次思維傾向的觀測指標(biāo)。最終，初步形成117項(xiàng)測評條目。

利用調(diào)查樣本對測評條目進(jìn)行降維，析出測評指標(biāo)。調(diào)查對象來自某直轄市451名中小學(xué)生，其中，男生占55.4%、女生占44.6%;農(nóng)村學(xué)生占59.8%，城鎮(zhèn)學(xué)生占40.2%。使用SPSS 22、MPLUS 7.4進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

（二）確定指標(biāo)權(quán)重

結(jié)合專家咨詢意見，使用AHP法梳理指標(biāo)的權(quán)重。咨詢對象是高等院校15名科學(xué)教育、學(xué)科課程與教學(xué)的專家和科學(xué)教育學(xué)博士。邀請專家對測評指標(biāo)按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行兩兩比較（i，j），形成重要性比例標(biāo)度（aij，1-9的數(shù)值，1表示ai與aj同樣重要，3表示ai比aj略微重要，5表示ai比aj重要，7表示ai比aj明顯重要，9表示ai比aj絕對重要;2、4、6、8表示兩個(gè)相鄰判斷的中間值）。根據(jù)aij值形成專家判斷矩陣，計(jì)算特征向量和最大特征值，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最終通過層次總排序得出測評指標(biāo)權(quán)重值。

（三）形成測評工具

依據(jù)測評指標(biāo)及其權(quán)重，設(shè)計(jì)情境化試題考查STEM跨學(xué)科背景下的高層次認(rèn)知過程。測試題設(shè)計(jì)包括背景材料、知識內(nèi)容、認(rèn)知過程等三個(gè)要素。背景借鑒了PISA（2015）劃分的個(gè)人、地區(qū)/國家、全球等三層級背景，是帶有科學(xué)意義的現(xiàn)象、觀點(diǎn)或規(guī)范。知識內(nèi)容具有跨學(xué)科性，旨在建立認(rèn)知過程的起點(diǎn)，以此形成思維能力主導(dǎo)、必備知識引導(dǎo)、認(rèn)知過程參與、情感態(tài)度支持的心理表征過程。另外，知識內(nèi)容還充當(dāng)喚醒某一認(rèn)知過程的作用。

采用如下程序形成測評工具：（1）修訂①、自編題目，組成試卷初稿。（2）邀請1名科學(xué)教育專家、2名科學(xué)教育研究生、2名高級科學(xué)教師評估題目與測試指標(biāo)的一致性、題目難度，以及術(shù)語表述、語言陳述等方面的問題。研究者本人也結(jié)合自身專業(yè)判斷對有爭議的題目進(jìn)行進(jìn)一步修訂。（3）建立Rasch模型進(jìn)行3輪測試，完善測評工具的信效度。（4）利用工具進(jìn)行大規(guī)模測試，評估STEM學(xué)習(xí)中的高層次思維。

評估測評工具信效度的調(diào)查對象來自某直轄市4所普通小學(xué)2—6年級516名學(xué)生，見表1。采用Winsteps3.72.3軟件分析測評工具信效度，應(yīng)用SPSS 22 軟件分析STEM學(xué)習(xí)中高層次思維狀況及影響因素。

三、研究結(jié)果

（一）中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評指標(biāo)

首先進(jìn)行正態(tài)分布、信度和效度檢驗(yàn)。偏峰度檢驗(yàn)顯示，偏度系數(shù)和峰度系數(shù)大部分小于1，基本符合正態(tài)分布;Cronbachs Alpha信度系數(shù)0.921;采用KMO和Bartlett球形檢驗(yàn)，顯示KMO值0.917，χ2=21060.949，df=6786，p<0.01，初步判定可進(jìn)行探索性因素分析。

按照因子載荷大于0.45的標(biāo)準(zhǔn)，逐步刪除載荷小于0.3，或者僅有3個(gè)以下指標(biāo)構(gòu)成的公因子項(xiàng)，最后刪除66個(gè)條目，保留51個(gè)條目，此時(shí)Cronbachs Alpha信度系數(shù)0.960，Guttman半分信度0.900，KMO和Bartlett球形檢驗(yàn)顯示，KMO值0.959，χ2=9140.169，df=1275，p<0.01，問卷信度較好。最終，共抽取9個(gè)公因子，其共同性大于0.5，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到54.751%。

再利用MPLUS 7.4 進(jìn)行探索性因素分析（EFA），驗(yàn)證抽取9個(gè)公因子的合理性。MPLUS 進(jìn)行EFA也可以提供模型擬合指標(biāo)，從而判斷模型擬合情況，當(dāng)抽取8、9、10個(gè)公因子時(shí)，擬合指標(biāo)見表2，各指標(biāo)的含義可見相關(guān)文獻(xiàn)[25]?？梢园l(fā)現(xiàn)，抽取9個(gè)公因子時(shí)，模型擬合指標(biāo)較好。

采用探索性結(jié)構(gòu)模型（ESEM）和驗(yàn)證性因子分析（CFA）進(jìn)行驗(yàn)證性因素分析。ESEM吸納了探索性和驗(yàn)證性因素分析、結(jié)構(gòu)方程模型的特點(diǎn)，兼具有目的的探索和驗(yàn)證功能。抽取9個(gè)公因子時(shí)，ESEM和CFA模型擬合情況見表3?？梢园l(fā)現(xiàn)，ESEM擬合較好。這和兩個(gè)模型的假設(shè)有關(guān)，CFA會限制某些因子載荷為0而高估其中一個(gè)或幾個(gè)因子的載荷，以及因子與外部變量的關(guān)系，因此，擬合指標(biāo)相對不太理想。但總體而言，提取9個(gè)公因子能很好地說明高層次思維的結(jié)構(gòu)。

利用ESEM和CFA抽取9個(gè)公因子所包含的條目基本一致，稍有不同的是，ESEM使某些條目在幾個(gè)公因子中出現(xiàn)了跨載荷的情況，且ESEM提取的某些條目的載荷較低。對于抽取結(jié)果有差異的、ESEM因子載荷低于0.3的以及跨載荷的條目，我們通過查看條目內(nèi)容判斷是否刪除、修訂以及變更。因?yàn)镃FA分析顯示，因子載荷都在0.5以上，說明前期EFA分析結(jié)果較為可靠。最終，修訂條目A36、A41、A28、A8、A40、A50、A2、A12，再進(jìn)行驗(yàn)證性因素分析，如圖1所示，模型擬合良好。

最終，中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評指標(biāo)為9個(gè)：第一個(gè)命名為“問題解決”，闡述的是學(xué)生的探究學(xué)習(xí)過程;第二個(gè)命名為“元認(rèn)知與反省”，闡述的是STEM學(xué)習(xí)的計(jì)劃、組織、信息解釋、反思等過程;第三個(gè)命名為“創(chuàng)造性思維”，解釋了從多角度、應(yīng)用創(chuàng)新的方法解決問題;第四個(gè)命名為“批判性思維”，闡述的是STEM學(xué)習(xí)中對不同觀點(diǎn)的論證、評價(jià)以及交流的能力;第五個(gè)命名為“決策思維”，闡述的是STEM學(xué)習(xí)中的推理、合理選擇、適時(shí)分析與預(yù)測的過程;第六個(gè)命名為“自我監(jiān)控”，解釋了STEM學(xué)習(xí)中自我管理過程;第七個(gè)命名為“遷移與應(yīng)用”，闡述的是將STEM學(xué)習(xí)中形成的行為規(guī)范、知識、方法等遷移到真實(shí)情境或其他領(lǐng)域;第八個(gè)命名為“科學(xué)方法”，闡述的是STEM學(xué)習(xí)中形成的思路、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技能、模式等;第九個(gè)命名為“自我調(diào)節(jié)”，闡述的是STEM學(xué)習(xí)中面對不合理因素的自我反應(yīng)。具體說明見表4。

（二）中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評指標(biāo)權(quán)重

中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評指標(biāo)的重要性各不相同，為了客觀呈現(xiàn)重要性比例標(biāo)度（aij），邀請15位專家評分，取平均值建立判斷矩陣，權(quán)重向量見表5，同時(shí)計(jì)算出指標(biāo)權(quán)重、最大特征根λmax和檢驗(yàn)系數(shù)CR。

綜合中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評指標(biāo)及其權(quán)重值，可以構(gòu)建測評模型的數(shù)學(xué)方程式：

公式中，Y為STEM學(xué)習(xí)中高層次思維能力的綜合評價(jià)值，Wi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，Ri為學(xué)生在第i項(xiàng)測評指標(biāo)中的分?jǐn)?shù)。Y值越大，表明高層次思維能力越強(qiáng)。

（三）中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評工具的開發(fā)

編制題目是工具開發(fā)的重點(diǎn)，遵循以下原則：嚴(yán)格遵循測評指標(biāo)和權(quán)重，題目反映某一高層次認(rèn)知過程，題目具有STEM跨學(xué)科背景，內(nèi)容基于每個(gè)年級學(xué)生所學(xué)知識，題目之間相互獨(dú)立，題目以開放題為主，并建立良好的評分標(biāo)準(zhǔn)。工具最初包括39個(gè)題目，建立部分賦值Rasch模型，根據(jù)擬合度、題目難度—被試能力圖（Item-Person Map）、等級概率值等指標(biāo)對部分題目（共10個(gè)）進(jìn)行修訂，最終，正式測評工具包括39個(gè)題目（10個(gè)選擇題，29個(gè)主觀構(gòu)造題）。選擇題采用0、1記分，針對開放題，根據(jù)部分賦值Rasch模型提供的等級概率曲線對評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，部分賦值Rasch模型的優(yōu)勢是可以針對每個(gè)題的等級評分進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，從而更加直觀地判斷評分的合理性。修訂之后，開放題記分0、1、2，或0、1、2、3，或0、1、2、3、4。

正式測評顯示題目質(zhì)量良好：測試工具的Alpha信度系數(shù)為0.94，所選被試能力信度為0.77，題目難度—被試能力圖顯示，被試能力絕大多數(shù)都有試題群與之對應(yīng)，說明題目有較好的代表性，避免了天花板效應(yīng)和地板效應(yīng)，被試能力和題目難度基本呈正態(tài)分布。但也發(fā)現(xiàn)，某些能力水平的被試并沒有合適的題目匹配，如Rasch值為-0.59～-0.21間的被試（即題MI3與題PR6之間）沒有靶向題目，從經(jīng)典測量理論來看，需要進(jìn)一步增加難度值在0.55～0.65之間的題目。

進(jìn)一步利用ESEM模型驗(yàn)證39個(gè)題目與測試指標(biāo)之間的關(guān)系，當(dāng)公因子設(shè)定為9時(shí)，顯示模型擬合良好（χ2/df=1.418，TLI=0.938，CFI=0.965，SRMR=0.021，RMSEA=0.031），說明題目的載荷與理論預(yù)設(shè)（如指標(biāo)權(quán)重）具有高度一致性。少部分題目出現(xiàn)了跨因子現(xiàn)象，即某一題目可能涉及兩個(gè)或兩個(gè)以上高層次認(rèn)知過程，這正是ESEM模型的優(yōu)勢所在，雖然我們設(shè)計(jì)一個(gè)題目時(shí)盡量只關(guān)注一個(gè)指標(biāo)，但高層次思維指標(biāo)之間本身就具有相關(guān)性，可進(jìn)一步對跨因子的題目進(jìn)行修訂。

（四）中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維總體狀況及差異

1. 中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維狀況

測試工具包括5個(gè)鏈接題，利用鏈接題可將各年級的高層次思維測評結(jié)果固定在同一量尺上進(jìn)行發(fā)展?fàn)顩r分析。如圖2所示，二到六年級學(xué)生在STEM學(xué)習(xí)中的高層次思維差異顯著，F(xiàn)（2，249）=19.580，p<0.01，整體呈現(xiàn)上升趨勢，在四年級有所回落，但二、四年級無顯著差異（p=0.646）。這一結(jié)果與其他高層次思維測量研究基本一致，如董奇等人發(fā)現(xiàn)兒童發(fā)散思維能力在一至三年級呈現(xiàn)上升趨勢，在四年級開始下降，五年級后又逐漸上升[26]。

2. 中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維差異分析

采用2（性別：男、女）×2（地域：城市、鄉(xiāng)村）兩因素組間設(shè)計(jì)、單因變量方差分析法（Unvariate）分析性別、地域?qū)TEM學(xué)習(xí)中高層次思維的影響。結(jié)果見表6，性別、地域的主效應(yīng)不顯著（p>0.05），說明男女之間、城市和鄉(xiāng)村之間學(xué)生STEM學(xué)習(xí)中的高層次思維無顯著性差異，但總體而言，女生略高于男生（-0.189>-0.346）①，城市略高于農(nóng)村（-0.242>-0.295）。另外，性別、地域以及二者交互作用的效應(yīng)值（ηp2）都很小，如性別差異僅能解釋STEM學(xué)習(xí)中高層次思維1.5%的變異，地域差異僅能解釋0.1%的變異，這也說明男女生、城市和鄉(xiāng)村之間差異不大。這主要是由于本研究樣本年齡跨度較大，而中小學(xué)生的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)處于不斷修正和發(fā)展之中，高層次認(rèn)知過程在不斷完善，雖然在各年齡段有所差異，但總體而言，男女生都表現(xiàn)出不斷向前發(fā)展，導(dǎo)致差異較小。

四、討論與分析

（一）中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評指標(biāo)及其權(quán)重清晰

研究結(jié)果顯示，雖然驗(yàn)證性因素分析顯示因子載荷均大于0.5，但采用探索性結(jié)構(gòu)模型（ESEM）發(fā)現(xiàn)，某些條目出現(xiàn)了跨載荷的現(xiàn)象，這顯示了ESEM的分析優(yōu)勢，同時(shí)也說明了STEM學(xué)習(xí)中的高層次思維要素之間存在緊密聯(lián)系。進(jìn)一步采用二階因子模型（Second Order Confirmatory Factor Analysis）分析發(fā)現(xiàn)，決策思維（S5）是一個(gè)跨載荷指標(biāo)（載荷分別是0.440、0.491），這和決策思維本身所蘊(yùn)含的復(fù)雜的高層次認(rèn)知過程不無關(guān)系。針對預(yù)期目標(biāo)，在一定約束條件下，從諸多方案中選其一，并付諸實(shí)施，稱為決策[27]。從其定義可以推論，決策思維與問題解決、創(chuàng)造性思維、批判性思維、科學(xué)方法等指標(biāo)有強(qiáng)烈關(guān)系。其他指標(biāo)之間也有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，只是沒有達(dá)到因素分析的顯著水平，對測量指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)各指標(biāo)間的Pearson相關(guān)系數(shù)在0.710～0.908之間。

指標(biāo)權(quán)重確定過程中顯示出了專家觀點(diǎn)與數(shù)據(jù)驅(qū)動結(jié)果之間的差異。層次分析顯示，決策思維、問題解決、創(chuàng)造性思維、批判性思維擁有較大權(quán)重，這與大多數(shù)研究者的觀點(diǎn)基本一致，都認(rèn)可這四個(gè)指標(biāo)屬于高層次思維。但由于STEM學(xué)習(xí)活動本身的獨(dú)特性，增加了科學(xué)方法、遷移與應(yīng)用、自我調(diào)節(jié)等指標(biāo)，但有些指標(biāo)并沒有得到專家的認(rèn)同，如有專家認(rèn)為自我調(diào)節(jié)、自我監(jiān)控不應(yīng)納入STEM學(xué)習(xí)中高層次認(rèn)知過程，但STEM學(xué)習(xí)過程多以小組合作、相互交流、自主探究的方式進(jìn)行，基于同伴互動的自我調(diào)節(jié)和監(jiān)控在合作學(xué)習(xí)中顯然尤為重要。最終，綜合專家意見確定的某些指標(biāo)權(quán)重較小。

綜上所述，通過建立測評指標(biāo)、確定指標(biāo)權(quán)重等過程，我們將STEM學(xué)習(xí)中的高層次思維進(jìn)行了適宜的操作化分解和降維，進(jìn)而建立了中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評模型，這一模型為后續(xù)建立測評工具提供了理論基礎(chǔ)和操作準(zhǔn)則。

（二）中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評工具的信效度良好

研究結(jié)果顯示，利用Rasch模型進(jìn)行三輪測試題修訂之后，試題質(zhì)量提高，測評工具信效度良好。在測評工具修訂過程中反映出某些學(xué)科課程內(nèi)容計(jì)劃與學(xué)生思維發(fā)展水平存在不一致。進(jìn)一步使用Rasch模型建立STEM學(xué)習(xí)中高層次思維進(jìn)階層級發(fā)現(xiàn)，高年級學(xué)生處于高水平思維層級的占62.34%，比例明顯提高;題項(xiàng)分析發(fā)現(xiàn)，這些高水平學(xué)生通常能夠熟練運(yùn)用該階段的知識處理事物之間的相互關(guān)系，并且能夠清晰地描述、推斷其中的緣由，如探索鐵制大門的下部分為何更容易生銹時(shí)，他們能夠較好地考慮鐵生銹的影響因素、鐵門下端和上端在接觸人和物體上的差異等。高水平學(xué)生比例過高，很可能源于教科書內(nèi)容安排不適合學(xué)生思維發(fā)展水平，因?yàn)槲覀冊O(shè)計(jì)的測試題是基于學(xué)段課程內(nèi)容的，因此，測試結(jié)果能反映出學(xué)生思維水平與學(xué)科課程內(nèi)容之間的關(guān)系?？傮w而言，中低學(xué)段學(xué)生高層次思維呈現(xiàn)正態(tài)分布，但隨著年級升高，STEM學(xué)習(xí)中高層次思維水平呈偏正態(tài)分布，可以推斷，隨著學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展，高年級的某些學(xué)科內(nèi)容并沒有與之相適應(yīng)。

利用經(jīng)典測量理論進(jìn)一步驗(yàn)證了試題與測評指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。某些題目的跨因子現(xiàn)象一方面說明了分解STEM學(xué)習(xí)中高層次思維的復(fù)雜性，另一方面也提示我們需要進(jìn)一步修訂測試題。根據(jù)試題設(shè)計(jì)原則，題目之間應(yīng)該保持相對的獨(dú)立性，但由于指標(biāo)之間具有較高的相關(guān)性，也不能完全接受數(shù)據(jù)驅(qū)動的結(jié)果。鑒于此，后續(xù)研究將抽取跨因子題目進(jìn)行具體分析，結(jié)合理論對某些題目進(jìn)行修改，以進(jìn)一步提高試題質(zhì)量。

（三）中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維發(fā)展趨勢

研究結(jié)果顯示，中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維總體呈現(xiàn)上升趨勢，但在小學(xué)中段有所回落，這可能有兩方面的原因：第一，隨著學(xué)生認(rèn)知水平的快速發(fā)展，過往的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)不能解釋現(xiàn)象或阻礙了問題解決過程，因此，認(rèn)知結(jié)構(gòu)可能面臨重構(gòu)，小學(xué)中段恰好處于這一階段[26]，表現(xiàn)出不能理解知識之間的聯(lián)系，進(jìn)而影響了測評表現(xiàn)。第二，逐漸感受到的學(xué)業(yè)壓力抑制了某些高層次思維要素的發(fā)展。傳統(tǒng)的學(xué)校教育要求學(xué)生接受知識、鞏固知識，而對于知識、信息缺乏批判性的思考和創(chuàng)造性應(yīng)用[28]，這限制了高層次認(rèn)知過程的發(fā)展。受制于自身的認(rèn)知局限和外部的學(xué)業(yè)壓力，最終導(dǎo)致了小學(xué)中段STEM學(xué)習(xí)中高層次思維的下滑。

研究結(jié)果顯示，中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維無顯著的性別差異，男生略低于女生。但后續(xù)建立思維進(jìn)階層級發(fā)現(xiàn)，不同思維水平下的性別差異顯著，水平越高，男女生之間的差異越大。這提示教師在進(jìn)行STEM教學(xué)時(shí)，應(yīng)根據(jù)思維發(fā)展的性別差異合理安排小組活動，如鼓勵女生充分表達(dá)觀點(diǎn)、推陳出新的同時(shí)，也要引導(dǎo)她們進(jìn)行反思;另一方面，要鼓勵男生發(fā)表對問題的看法，引導(dǎo)他們進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)和論證。

五、結(jié) ? 語

通過文獻(xiàn)分析、問卷調(diào)查、專家咨詢等，并結(jié)合實(shí)證數(shù)據(jù)分析，本研究構(gòu)建了中小學(xué)STEM學(xué)習(xí)中高層次思維測評指標(biāo)及其權(quán)重，形成了測評模型。九個(gè)測評指標(biāo)是：問題解決、元認(rèn)知與反省、創(chuàng)造性思維、批判性思維、決策思維、自我監(jiān)控、遷移與應(yīng)用、科學(xué)方法、自我調(diào)節(jié)，其大致權(quán)重分別為19.55%、5.18%、15.90%、13.47%、25.69%、3.42%、7.73%、5.39%、3.67%。以此測評指標(biāo)及權(quán)重開發(fā)了測評工具，通過項(xiàng)目反應(yīng)理論和經(jīng)典測量理論修訂后，工具具有較好的信度、結(jié)構(gòu)效度。針對我國目前如火如荼開展的各級各類中小學(xué)STEM教育項(xiàng)目，亦可使用本研究的測評指標(biāo)、測評工具評估“發(fā)展學(xué)生高層次思維”的STEM教學(xué)目標(biāo)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] BARTLETT F C. Thinking： an experimental and social study [M]. London： Allen & Unwin， 1958.

[2] RESNICK L B. Education and learning to think[M]. Washington DC： National Academy Press， 1987.

[3] LEWIS A， SMITH D. Defining higher order thinking[J]. Theory into practice， 1993， 32（3）：131-137.

[4] GOODSON L， ROHANI F. Higher order thinking skills：definition， teaching strategies， assessment[EB/OL]. （2002-04-17） [2020-01-23]. http：//cala.fsu.edu/files/higher_order_thinking_skills.pdf.

[5] 鐘志賢.促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階思維發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)假設(shè)[J]. 電化教育研究， 2004（12）：21-28.

[6] RICHLAND L， SIMMS N. Analogy， higher order thinking， and education[J]. Wiley interdisciplinary reviews cognitive science， 2015， 6（2）：177-192.

[7] ROSS J D， ROSS C M. Ross test of higher cognitive processes： administration manual[M]. Novato， CA： Academic Therapy Publications， 1967.

[8] PIAWA C Y. Building a test to assess creative and critical thinking simultaneously[J]. Procedia-social and behavioral sciences， 2010， 2（2）：551-559.

[9] 楊翊， 趙婷婷. 中國大學(xué)生高階思維能力測試藍(lán)圖的構(gòu)建[J]. 清華大學(xué)教育研究， 2018， 39（5）：59-67.

[10] 姜玉蓮， 解月光. 基于ESEM的高階思維結(jié)構(gòu)測量模型研究[J]. 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究， 2017（3）：96-106.

[11] 李化俠.小學(xué)生統(tǒng)計(jì)思維測評模型構(gòu)建[J].教育研究與實(shí)驗(yàn)，2018（2）：77-83.

[12] KUNCEL N R. Measurement and meaning of critical thinking.The National Research Council's 21st Century Skills Workshop， Irvine， California， February 10-11， 2011[C/OL].[2020-06-29].https：//atecentral.net/downloads/209/Kuncel_Measuring%20Critical%20Thinking_Paper.pdf.

[13] 祝智庭， 雷云鶴. STEM教育的國策分析與實(shí)踐模式[J]. 電化教育研究， 2018， 39（1）：75-85.

[14] KAUFMAN J C. Counting the muses： development of the kaufman domains of creativity scale（K-DOCS）[J]. Psychology of aesthetics creativity & the arts， 2012， 6（4）：298-308.

[15] BORICH G D， TOMBARI M L. Education psychology： a contemporary approach[M]. 2nd ed. New York： Longman， 1997.

[16] HALPERN D F. Thought and knowledge： an introduction to critical thinking[M]. 5th ed. New York： Psychology Press， 2014.

[17] 劉義. 大學(xué)生批判性思維研究：概念、歷史與實(shí)踐[D]. 武漢：華中科技大學(xué)， 2010.

[18] 余林. 課堂教學(xué)評價(jià)[M]. 北京：人民教育出版社， 2007.

[19] 駱方. 中學(xué)生創(chuàng)造性思維能力測評問卷的編制——一個(gè)典型表現(xiàn)測驗(yàn)[D]. 北京：北京師范大學(xué)， 2003.

[20] 姜玉蓮. 技術(shù)豐富課堂環(huán)境下高階思維發(fā)展模型建構(gòu)研究[D].吉林：東北師范大學(xué)，2017.

[21] 楊穎. 中學(xué)生社會問題解決能力的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)與功能[D]. 北京：北京師范大學(xué)， 2009.

[22] TUAN H L， CHIN C C， SHIEH S H. The development of a questionnaire to measure students' motivation towards science learning [J]. International journal of science education，2005， 27（6）： 639-654.

[23] HONG Z R， LIN H S， WANG H H， et al. Promoting and scaffolding elementary school students' attitudes toward science and argumentation through a science and society intervention[J]. International journal of science education， 2013， 35（10）：1625-1648.

[24] 物理實(shí)驗(yàn)元認(rèn)知水平問卷[EB/OL]. [2019-11-09] https：//www.wjx.cn/jq/2159007.aspx.

[25] 王孟成. 潛變量建模與Mplus應(yīng)用[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社， 2014.

[26] 董奇. 兒童創(chuàng)造性思維發(fā)展心理[M]. 杭州：浙江教育出版社， 1998.

[27] 原道謀. 決策思維初探[J]. 政治學(xué)研究， 1986（10）：60-64.

[28] 吳亞婕，姜姍姍. 學(xué)生學(xué)習(xí)過程、批判性思維與學(xué)業(yè)成就的關(guān)系研究[J].電化教育研究，2015，36（12）：90-97.