楊地雍 首新

摘要： 研究建構(gòu)指向STEM學(xué)習(xí)目標(biāo)的高階思維測(cè)試任務(wù)，擬合Rasch模型進(jìn)行完善。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于STEM項(xiàng)目的高階思維進(jìn)階結(jié)構(gòu)可分為四個(gè)層級(jí)，這為STEM課程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)；基于STEM項(xiàng)目的高階思維層級(jí)水平與年級(jí)發(fā)展一致、與性別交互作用顯著。最后，從STEM課程規(guī)劃和教學(xué)實(shí)施等方面提出若干建議。

關(guān)鍵詞： STEM教育； 跨學(xué)科學(xué)習(xí)； 高階思維； 測(cè)評(píng)

文章編號(hào)： 10056629（2024）01001807

中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

STEM教育是指整合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等學(xué)科知識(shí)和內(nèi)容進(jìn)行的跨學(xué)科教育。STEM學(xué)習(xí)過(guò)程始于創(chuàng)設(shè)真實(shí)的社會(huì)情境，與工業(yè)生產(chǎn)或日常生活發(fā)生聯(lián)系，圍繞解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)或產(chǎn)品改進(jìn)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和科技素養(yǎng)。在“以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)工程設(shè)計(jì)理解科學(xué)和技術(shù)”的學(xué)習(xí)中，學(xué)生從不同視角、應(yīng)用不同方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和產(chǎn)品完善，發(fā)展創(chuàng)造性思維；從諸多工程設(shè)計(jì)方案中擇優(yōu)選擇其中一個(gè)，通過(guò)試測(cè)逐步反思設(shè)計(jì)缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品功效，發(fā)展批判性思維。因此，STEM學(xué)習(xí)目標(biāo)是發(fā)展學(xué)生的高層次認(rèn)知的過(guò)程。本研究通過(guò)對(duì)高階思維本質(zhì)的探討，通過(guò)測(cè)試題有效表征STEM學(xué)習(xí)中高層次認(rèn)知過(guò)程，以評(píng)促教，達(dá)成“為高階思維而教”的STEM學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1 高階思維的本質(zhì)與STEM學(xué)習(xí)目標(biāo)

目前，主要從三種視角闡述高階思維。從科學(xué)哲學(xué)視角，主要揭示具有高階思維的人的品質(zhì)，如早期觀點(diǎn)認(rèn)為，具備高階思維的人善于利用先驗(yàn)知識(shí)做出推斷并解決問(wèn)題［1］。從認(rèn)知心理學(xué)視角，主要反映高層次的認(rèn)知過(guò)程。在復(fù)雜而困惑的情境中，當(dāng)記憶中的已知信息與新信息之間相互關(guān)聯(lián)，重新排列，擴(kuò)展延伸以達(dá)到某一目的或進(jìn)行問(wèn)題解決時(shí)，高階思維就被激活［2］。從教育學(xué)視角，主要通過(guò)描述目標(biāo)行為展現(xiàn)高階思維學(xué)習(xí)結(jié)果。教育界普遍認(rèn)為布魯姆教育認(rèn)知目標(biāo)中的分析、綜合、評(píng)價(jià)（或創(chuàng)造）屬于高階思維，若學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中經(jīng)歷這些認(rèn)知過(guò)程，則高階思維得到了訓(xùn)練。

美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)提出，若問(wèn)題解決過(guò)程需要高認(rèn)知的細(xì)微判斷、較為復(fù)雜、缺乏既有的規(guī)則路徑、運(yùn)用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，具有自調(diào)性和不確定性，那么就觸及高階思維過(guò)程。Parness等人認(rèn)為［3］，問(wèn)題解決過(guò)程都經(jīng)歷了創(chuàng)造性思維（主要是思維發(fā)散）到批判性思維（主要是思維聚合）的過(guò)程（如圖1），如尋找事實(shí)的過(guò)程中，采取多種手段搜集與問(wèn)題相關(guān)的信息或資料主要是創(chuàng)造性（發(fā)散）思維過(guò)程，而旁求博考各方證據(jù)將問(wèn)題清晰定義則是批判性思維過(guò)程；搜集想法的過(guò)程中，基于研究問(wèn)題進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，盡可能獲取多種可行的設(shè)想，這主要是創(chuàng)造性思維，而判定想法的合理性，基于可操作性對(duì)想法做進(jìn)一步清理，獲取最優(yōu)化的想法，這主要是批判性思維?？梢?jiàn)，問(wèn)題解決經(jīng)歷了從創(chuàng)造到批判的過(guò)程，本質(zhì)上是創(chuàng)造性思維（多種組合的、多樣序列的思維能力）、批判性思維（理性的反思、審慎的評(píng)判）的互動(dòng)和共融，最終使問(wèn)題得到解決。

從學(xué)習(xí)過(guò)程來(lái)看，STEM教育項(xiàng)目要促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維到批判性思維的變化，進(jìn)而達(dá)成發(fā)展高階思維的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在著眼于設(shè)計(jì)的STEM活動(dòng)中，創(chuàng)造性思維有助于激發(fā)尚未形成規(guī)范的設(shè)計(jì)靈感；批判性思維則更注重反思設(shè)計(jì)的合理性，尋求更切合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的方案、策略等，促進(jìn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。因此，STEM學(xué)習(xí)中所要培養(yǎng)的高階思維是指在基于項(xiàng)目的或基于任務(wù)的問(wèn)題解決學(xué)習(xí)過(guò)程中，以跨學(xué)科STEM知識(shí)為基礎(chǔ)，順利運(yùn)用創(chuàng)造性思維和批判性思維為核心的高層次認(rèn)知過(guò)程進(jìn)行科學(xué)思維的認(rèn)知或智力活動(dòng)。這一界定為測(cè)量STEM活動(dòng)中高階思維提供了方法論基礎(chǔ)，即可依據(jù)跨學(xué)科知識(shí)背景將創(chuàng)造性思維和批判性思維施以相對(duì)獨(dú)立而又相互融合的測(cè)試任務(wù)，以此測(cè)評(píng)高階思維。

2 基于STEM項(xiàng)目的高階思維測(cè)評(píng)維度構(gòu)建

基于STEM學(xué)科內(nèi)容設(shè)計(jì)測(cè)試題評(píng)價(jià)創(chuàng)造性思維到批判性思維的認(rèn)知過(guò)程，以此表征高階思維的本質(zhì)。創(chuàng)造性思維主要表現(xiàn)為思維的發(fā)散性，從思維的流暢性、靈活性、獨(dú)創(chuàng)性等維度評(píng)估創(chuàng)造性思維。參考Ennis［4］、 Halpern［5］等人的觀點(diǎn)，我們認(rèn)為批判性思維的核心是推理、分析與預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)，因此從這三個(gè)方面評(píng)估批判性思維（一個(gè)測(cè)試任務(wù)一般只包含其中一個(gè)方面）。依據(jù)科學(xué)探究要素論、青少年科學(xué)創(chuàng)造力結(jié)構(gòu)模型，以及有關(guān)科學(xué)教科書(shū)“科學(xué)探究”設(shè)計(jì)廣度的研究［6］，本研究從問(wèn)題提出、方案設(shè)計(jì)、證據(jù)搜集、信息解釋、物體應(yīng)用、產(chǎn)品改進(jìn)、反思評(píng)價(jià)等7個(gè)思維表現(xiàn)結(jié)果設(shè)計(jì)具體書(shū)面測(cè)試任務(wù)。

最終，基于STEM項(xiàng)目的高階思維測(cè)評(píng)框架由三個(gè)維度構(gòu)成，即STEM學(xué)科內(nèi)容、高階思維認(rèn)知過(guò)程、思維表現(xiàn)結(jié)果，測(cè)評(píng)框架模型如圖2。模型表達(dá)的基本涵義是基于STEM項(xiàng)目的高階思維測(cè)評(píng)應(yīng)基于STEM學(xué)科內(nèi)容，就本研究而言，要基于小學(xué)科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等課程內(nèi)容設(shè)計(jì)體現(xiàn)STEM學(xué)科整合理念的測(cè)試任務(wù)。第二，基于STEM測(cè)試任務(wù)，可從7個(gè)思維表現(xiàn)結(jié)果選擇其中1個(gè)視角進(jìn)行具體內(nèi)容研制。第三，測(cè)試任務(wù)的問(wèn)題要考查從創(chuàng)造性思維到批判性思維的認(rèn)知過(guò)程。由此，三個(gè)維度形成了具有一定邊界的有效系統(tǒng)，高階思維認(rèn)知過(guò)程與STEM測(cè)試任務(wù)融合在了一起。

3 基于STEM項(xiàng)目的高階思維測(cè)試題研制

3.1 測(cè)評(píng)過(guò)程及樣本

利用兩輪試測(cè)修訂試題，形成有效測(cè)評(píng)工具，然后進(jìn)行第三輪正式測(cè)評(píng)。測(cè)試題均是以2、 4、 6年級(jí)科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等課程內(nèi)容為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的STEM內(nèi)容，試題問(wèn)題則導(dǎo)向高階思維認(rèn)知過(guò)程，如基于科學(xué)數(shù)學(xué)領(lǐng)域設(shè)計(jì)的面向4年級(jí)的“磁鐵的推理”一題，依據(jù)義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)4年級(jí)學(xué)業(yè)質(zhì)量要求“能利用磁鐵的基本性質(zhì)解釋某些生活現(xiàn)象”，以及義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)4年級(jí)學(xué)業(yè)質(zhì)量要求“能在真實(shí)情境中，合理利用等量的等量相等進(jìn)行推理”進(jìn)行設(shè)計(jì)。測(cè)試題突出STEM情境，基于課程標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行整合性的設(shè)計(jì)，確保符合學(xué)生的認(rèn)知水平和知識(shí)基礎(chǔ)。第一輪、第二輪測(cè)試樣本為方便取樣，以完善測(cè)試工具，第三輪正式測(cè)評(píng)選取小學(xué)兩所（市區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學(xué)各一所），再在兩所學(xué)校選取2、 4、 6年級(jí)各一個(gè)班共6個(gè)班264名學(xué)生為樣本。所選市區(qū)小學(xué)的綜合評(píng)價(jià)在所在地處于中等水平，所選鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學(xué)為鎮(zhèn)上兩所小學(xué)之一，樣本中包括市區(qū)/鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學(xué)，旨在減小因城鄉(xiāng)差異而引發(fā)的相關(guān)變量對(duì)測(cè)評(píng)結(jié)果的影響。

3.2 測(cè)試題設(shè)計(jì)及賦分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)測(cè)評(píng)維度模型，測(cè)試題開(kāi)發(fā)程序包括：第一，挖掘小學(xué)STEM真實(shí)材料設(shè)計(jì)試題情境，基于小學(xué)科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等課程尋找符合學(xué)生認(rèn)知水平的STEM內(nèi)容，并形成具有一定開(kāi)放性的試題情境，以激發(fā)高層次認(rèn)知過(guò)程。第二，明確試題STEM內(nèi)容與高階思維認(rèn)知水平的關(guān)系，試題STEM內(nèi)容要具有一定跨學(xué)科知識(shí)廣度，保持每個(gè)測(cè)試題均涉及STEM學(xué)科內(nèi)容，且知識(shí)具有相對(duì)獨(dú)立性，試題之間沒(méi)有較大重疊。為了實(shí)現(xiàn)依據(jù)認(rèn)知過(guò)程考查高階思維的目的，STEM知識(shí)范圍要適用于引發(fā)從創(chuàng)造性思維到批判性思維的認(rèn)知過(guò)程，且表現(xiàn)出認(rèn)知過(guò)程的進(jìn)階性。第三，明確試題STEM內(nèi)容與思維表現(xiàn)結(jié)果的關(guān)系，本研究所述7個(gè)思維表現(xiàn)結(jié)果要素是出題具體方向，它們都可與STEM內(nèi)容結(jié)合在一起，使每個(gè)測(cè)試題凸顯1個(gè)思維表現(xiàn)結(jié)果。基于上述程序設(shè)計(jì)了測(cè)試工具，樣題示例見(jiàn)表1。

下面以從“信息解釋”視角設(shè)計(jì)的一題為例具體說(shuō)明（如表2）。信息解釋是將獲取的核心證據(jù)（信息）與最優(yōu)決策方案建立有效聯(lián)結(jié)，基于證據(jù)進(jìn)行有說(shuō)服力的解釋?；谶@一過(guò)程，設(shè)計(jì)生活化STEM學(xué)科情境，再利用情境化問(wèn)題激發(fā)高階思維認(rèn)知過(guò)程。問(wèn)題（1）考察以思維發(fā)散為主的創(chuàng)造性思維，問(wèn)題（2）考察以思維聚合為主的批判性思維（樣題指向其中的“分析與預(yù)測(cè)”），要求學(xué)生對(duì)問(wèn)題（1）中的開(kāi)放結(jié)果進(jìn)行有邊界的解釋。

問(wèn)題（2）：你認(rèn)為最可能是哪一個(gè)？請(qǐng)說(shuō)明原因。（考察批判性思維-分析與預(yù)測(cè)）

表3是其初始評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。首先評(píng)估創(chuàng)造性思維。思維流暢性方面，該生回答了3個(gè)原因，第1個(gè)不合理，舍去，計(jì)1分。思維靈活性方面，該生分別從2個(gè)類(lèi)別（人為因素、自然因素）進(jìn)行了說(shuō)明，計(jì)1分。思維獨(dú)創(chuàng)性方面，施測(cè)完成統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該生第3個(gè)答案頻數(shù)在5%-10%范圍（為6.53%），第2個(gè)答案頻數(shù)大于10%（為12.81%），計(jì)1分。其次評(píng)估批判性思維，該生認(rèn)為“鐵門(mén)下部與地面長(zhǎng)期摩擦，導(dǎo)致容易生銹”，并沒(méi)有抓住鐵生銹本質(zhì)，計(jì)0分。最終，該同學(xué)得分：1+1+1+0=3分。值得注意的是，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)并非一成不變，根據(jù)第一輪試測(cè)結(jié)果，本研究會(huì)擬合部分賦值Rasch模型對(duì)開(kāi)放題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。

3.3 試題質(zhì)量分析

本研究基于第一輪試測(cè)結(jié)果修訂試題內(nèi)容、水平以及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，然后基于第二輪試測(cè)結(jié)果驗(yàn)證試題修訂質(zhì)量，形成有效測(cè)評(píng)工具，為第三輪正式測(cè)評(píng)奠定基礎(chǔ)。采用部分賦值Rasch模型的計(jì)算方法，利用擬合指標(biāo)、懷特圖、等級(jí)概率曲線等信息評(píng)估題目。

第一輪試測(cè)后分析發(fā)現(xiàn)，部分題目由于太簡(jiǎn)單或太難而沒(méi)有學(xué)生能力與之匹配，主要采用三種修訂方式：第一，對(duì)于難度小而沒(méi)有學(xué)生能力匹配的試題，直接用較大難度的試題替換；第二，對(duì)于預(yù)設(shè)水平與實(shí)測(cè)水平不符的試題，要么修改預(yù)設(shè)水平符合實(shí)測(cè)水平，要么修改試題符合預(yù)設(shè)水平；第三，對(duì)于難度較大的題目，修改內(nèi)容以與預(yù)設(shè)水平相符。修訂試題之后，第二輪建立懷特圖發(fā)現(xiàn)，題目難度與被試能力匹配較好，且題目基本正態(tài)分布。另外，第一輪試測(cè)發(fā)現(xiàn)某些題目評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)不合理，分值序列與平均參數(shù)估計(jì)Rasch值不匹配，等級(jí)概率曲線中的某些分值“門(mén)檻”過(guò)高或過(guò)低。主要采用兩種修訂方式：第一，合并某些序列等級(jí)，重新定義其含義；第二，根據(jù)學(xué)生作答情況舍棄某些維度評(píng)分，如“石橋”一題，第一輪試測(cè)后發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)思維“靈活性”較少，于是將1分的標(biāo)準(zhǔn)從“畫(huà)出1～2個(gè)形狀”修改成“畫(huà)出1形狀”，且由于該題繪制形狀并不涉及“獨(dú)創(chuàng)性”，因而只從兩個(gè)維度評(píng)分。

修訂之后，第二輪測(cè)試顯示絕大部分題目的加權(quán)、未加權(quán)擬合MNSQ值在0.7～1.3之間，T值在-2～+2之間，符合Rasch擬合指標(biāo)，可見(jiàn)第一輪試題修改較為成功。隨后對(duì)質(zhì)量不太好的試題HI5、PR3進(jìn)一步進(jìn)行了修訂。最后從性別、城鄉(xiāng)等方面檢驗(yàn)測(cè)評(píng)工具的功能差異，發(fā)現(xiàn)性別差異、城鄉(xiāng)差異均不顯著（p1=0.053， p2=0.562）。測(cè)評(píng)工具分離度3.82（>2），內(nèi)部信度0.94，具有較好的信效度，能有效測(cè)評(píng)小學(xué)生基于STEM項(xiàng)目的高階思維。

4 基于STEM項(xiàng)目的高階思維測(cè)評(píng)實(shí)踐

4.1 基于STEM項(xiàng)目的高階思維層級(jí)進(jìn)階結(jié)構(gòu)

Rasch模型將被試能力與試題難度匹配在同一量尺上，因而可透過(guò)試題分布表征學(xué)生的高階思維水平。從分步評(píng)分懷特圖發(fā)現(xiàn)，修訂后的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與被試能力發(fā)展水平基本呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)2～6年級(jí)學(xué)生具有較為合適的測(cè)評(píng)廣度，評(píng)分等級(jí)（1～4分）分布基本與被試能力（從低到高）發(fā)展一致。進(jìn)一步深入測(cè)試題分析學(xué)生在4個(gè)評(píng)分等級(jí)上的得分及表現(xiàn)，初步勾勒出小學(xué)階段基于STEM項(xiàng)目的高階思維層級(jí)進(jìn)階結(jié)構(gòu)：

處于水平1（-2.23～-0.98分

此處為Rasch分值，總體分布為均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為0.78。）的學(xué)生對(duì)概念之間的位屬關(guān)系不時(shí)仍有疑問(wèn)，這源于該水平學(xué)生采用孤立的觀點(diǎn)分析跨學(xué)科的問(wèn)題。當(dāng)面對(duì)具體現(xiàn)象和事物時(shí)，有時(shí)能提出一些新想法，但多趨于想象，經(jīng)不起精細(xì)的邏輯推理。因此，思維雖表現(xiàn)出較好的流暢性，但靈活性不足，與基本標(biāo)準(zhǔn)時(shí)有沖突，缺乏實(shí)踐性。思維的遷移程度不高，解釋過(guò)程多為重復(fù)表述，或表述不完整，推理過(guò)程存在臆斷，評(píng)價(jià)過(guò)程缺少有力的知識(shí)和證據(jù)支持，因而分析過(guò)程合理性還較為欠缺，預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性不足。

處于水平2（-0.97～-0.08分）的學(xué)生基本能辨析相似概念之間的關(guān)系，但這一結(jié)果是基于對(duì)具體現(xiàn)象與事物的觀察和比較，若脫離具體操作或視覺(jué)模型，他們的思維精細(xì)化水平、流暢性、推理水平會(huì)大幅度下滑。因而，思維以新穎性為主，還不具備獨(dú)創(chuàng)性，想象成分居多，非形式推理過(guò)程中證據(jù)掌握具有一定片面性，能進(jìn)行較為合理的分析，但預(yù)測(cè)的可能性不高，反思和評(píng)價(jià)過(guò)程多需要他人督促，自主性還不高。

處于水平3（-0.07～0.78分）的學(xué)生已經(jīng)能綜合學(xué)科概念之間的聯(lián)系分析一類(lèi)事物的特征，能從條件、過(guò)程、原因等角度進(jìn)行判斷。他們能合理展現(xiàn)思維靈活性，具有一些獨(dú)創(chuàng)性的新想法，但具體實(shí)施過(guò)程的精致程度還有待提高。因而，支撐遷移與運(yùn)用過(guò)程的概念模型成熟度還不夠，思維以靈活性為主，同時(shí)兼顧合理性，已形成能規(guī)范、正確地基于證據(jù)的推理，能掌握一定的手段對(duì)信息進(jìn)行分析和解釋。評(píng)價(jià)過(guò)程能兼顧他人觀點(diǎn)，對(duì)過(guò)程已具備一定的自我監(jiān)控和反思意識(shí)，但主觀性仍然較強(qiáng)。

處于水平4（0.79～1.75分）的學(xué)生對(duì)學(xué)科概念系統(tǒng)及系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)、功能、變化及相互關(guān)系已有所考慮，不再停留在新想法，而是有具體的實(shí)施方案進(jìn)行支撐。因而，能基于已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)展現(xiàn)思維靈活性，且具有一定的獨(dú)創(chuàng)性，并兼顧了其他可能的存在，對(duì)新情境中的問(wèn)題也有一定的指導(dǎo)性，并能及時(shí)分析與預(yù)測(cè)，進(jìn)而調(diào)整，適應(yīng)新情境中的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等。推理過(guò)程注重證據(jù)的權(quán)威性以及證據(jù)自身的局限，反思過(guò)程已能充分調(diào)動(dòng)內(nèi)部認(rèn)知策略，但由于知識(shí)結(jié)構(gòu)的限制，對(duì)新問(wèn)題的驗(yàn)證過(guò)程仍有一定的局限。

4.2 基于STEM項(xiàng)目的高階思維水平差異

進(jìn)一步進(jìn)行4個(gè)水平之間的單因素方差分析，結(jié)果顯示F（3， 260）=406.110， p<0.01，說(shuō)明4個(gè)水平之間有顯著差異，反映出本研究構(gòu)建的高階思維進(jìn)階層級(jí)不存在交叉，能表征基于STEM項(xiàng)目的高階思維進(jìn)階層級(jí)路徑。

各年級(jí)信息如表4，各水平學(xué)生基本呈正態(tài)分布，2/3水平學(xué)生居多。6年級(jí)學(xué)生基于STEM項(xiàng)目的高階思維能力與2、 4年級(jí)相比已有明顯變化，低水平學(xué)生減少，而高水平學(xué)生增加。深入各年級(jí)測(cè)試題分析發(fā)現(xiàn)，低年級(jí)學(xué)生多囿于思維想象，或局限于情境之中，

思維表現(xiàn)出一定的流暢性，但多不能運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)遷移創(chuàng)造性地解決問(wèn)題，推理過(guò)程時(shí)有跳躍性，或強(qiáng)行基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析。高年級(jí)學(xué)生由于認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)的增長(zhǎng)，合理化的思維靈活性程度增加，且部分學(xué)生能進(jìn)行情境遷移，提出獨(dú)到的觀點(diǎn)，推理過(guò)程有依賴知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的意識(shí)，逐步認(rèn)識(shí)到證據(jù)的重要性，且展現(xiàn)出一定的邏輯過(guò)程，但由于生理仍處于不斷發(fā)展之中，高年級(jí)學(xué)生合理評(píng)價(jià)、自我管理等思維意識(shí)仍處于較低水平。但整體而言，采用3（2、 4、 6年級(jí)）×4（1、 2、 3、 4水平）兩因素方差分析比較發(fā)現(xiàn)，年級(jí)與水平的交互作用不顯著，F(xiàn)（6， 251）=1.794， p=0.101，說(shuō)明隨著年級(jí)的增長(zhǎng)，學(xué)生基于STEM項(xiàng)目的高階思維在增長(zhǎng)。

4.3 基于STEM項(xiàng)目的高階思維性別差異

采用4（1、 2、 3、 4水平）×2（男、女）兩因素比較性別差異。發(fā)現(xiàn)性別的主效應(yīng)不顯著，男生略低于女生（-0.346<-0.189）。這主要是由于小學(xué)生經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知過(guò)程處于快速發(fā)展之中，思維想象中的自我評(píng)價(jià)不斷占據(jù)重要地位，表現(xiàn)出逐步向高層次認(rèn)知過(guò)程過(guò)渡，男女生都表現(xiàn)出不斷向前發(fā)展，導(dǎo)致差異不大。性別與水平之間交互作用顯著，F(xiàn)（3， 255）=2.739， p=0.04<0.05，具體表現(xiàn)在3、 4水平男生的高階思維要顯著低于3、 4水平女生，這與我們對(duì)基于STEM項(xiàng)目的高階思維水平界定有關(guān)，從水平2開(kāi)始，學(xué)生的思維就從具體向抽象發(fā)展，能進(jìn)行基于證據(jù)的分析和預(yù)測(cè)，而到了水平4，要求學(xué)生能從事物結(jié)構(gòu)、功能、變化及相互關(guān)系等角度拓展新想法，思維抽象性進(jìn)一步提高。而有關(guān)學(xué)齡兒童（7～12歲）認(rèn)知發(fā)展研究顯示，女生思維想象和對(duì)事物的看法比男生更為豐富，因而出現(xiàn)了上述結(jié)果，但隨著男生智力發(fā)育的成熟，小學(xué)高年級(jí)男生的推理能力、發(fā)散性思維等均值均又高于女生［7］。

5 討論與總結(jié)

5.1 基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展特征分段分層培養(yǎng)高階思維

研究結(jié)果顯示，低年級(jí)學(xué)生在思維發(fā)散為主的過(guò)程能進(jìn)行大膽、靈活的想象，也能利用概念解釋現(xiàn)象，具有尋找證據(jù)的意識(shí)，思維具有一定新穎性和流暢性，但學(xué)生的作答反應(yīng)較為混亂，缺乏考慮合理性，這反映出思維聚合過(guò)程中自我反饋的不足，以及對(duì)證據(jù)的不重視；高年級(jí)學(xué)生作答反應(yīng)普遍重視證據(jù)和題目中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，是在兼顧合理性基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)造或遷移，有一定的科學(xué)方法意識(shí)，能依靠推理和判斷過(guò)濾不合理的思維想象。可見(jiàn)，低年級(jí)學(xué)生的思維具有自發(fā)創(chuàng)造性，思維的想象成分較明顯，隨著生理的成熟（到了高年級(jí)），思維的理性創(chuàng)造、基于證據(jù)的批判等逐步占有重要地位，也就是批判性思維的重要性愈發(fā)凸顯。這提醒教師對(duì)不同年齡段學(xué)生的思維特征要有清晰認(rèn)識(shí)，在進(jìn)行STEM教學(xué)時(shí)，針對(duì)低年級(jí)學(xué)生，要讓他們充分發(fā)揮想象，提出自己的想法，但同時(shí)也要注意觀點(diǎn)恰當(dāng)，符合一定的邏輯；針對(duì)高年級(jí)學(xué)生，要注意激發(fā)基于知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的發(fā)散思維，讓他們進(jìn)行自主性創(chuàng)造設(shè)計(jì)，還要鼓勵(lì)以反饋、評(píng)價(jià)、論證等過(guò)程進(jìn)行多輪測(cè)試與改進(jìn)，以統(tǒng)整的視角發(fā)展高階思維。

5.2 正視學(xué)生高階思維發(fā)展過(guò)程的性別差異

研究結(jié)果顯示，基于STEM項(xiàng)目的高階思維具有性別差異，水平越高，男女生之間差異越大。個(gè)體發(fā)展水平是造成這一差異的重要原因。有研究顯示［8］，小學(xué)四年級(jí)是發(fā)散思維早期發(fā)展的關(guān)鍵期，此時(shí)女生發(fā)散思維水平明顯高于男生，但隨著男生視空間加工與圖形創(chuàng)造性優(yōu)勢(shì)的凸顯，高中階段男女生創(chuàng)造性測(cè)驗(yàn)得分并無(wú)顯著差異。這提醒教師在進(jìn)行跨學(xué)科STEM教學(xué)時(shí)，一方面要充分發(fā)揮女生的言語(yǔ)發(fā)散思維優(yōu)勢(shì)，讓她們敢于表達(dá)觀點(diǎn)、推陳出新，進(jìn)行有創(chuàng)意的類(lèi)比、遷移，但同時(shí)也要引導(dǎo)她們進(jìn)行反思和評(píng)價(jià)，尋求觀點(diǎn)的適切性；另一方面，要關(guān)注男生對(duì)問(wèn)題的看法，引導(dǎo)他們積極審視、評(píng)價(jià)方案的可行性，在形成多樣的觀點(diǎn)或方案時(shí)，鼓勵(lì)他們進(jìn)行批判和評(píng)價(jià)。誠(chéng)然，高階思維的性別差異在早期更為明顯，教師在進(jìn)行STEM教學(xué)時(shí)，更應(yīng)該將男女生組成異質(zhì)性的小組，讓他們?cè)诤椭C、自主的學(xué)習(xí)氛圍中開(kāi)闊問(wèn)題解決的思路，各抒己見(jiàn)，形成思維的互補(bǔ)和協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［1］Bartlett F. Thinking： An Experimental and Social study ［M］. London： Allen & Unwin Publishers， 1958.

［2］Lewis A， Smith D. Defining Higher Order Thinking ［J］. Theory into Practice， 1993， 32（3）： 131～137.

［3］Parness S， Noller R. Guide to Creative Action ［M］. New York： Scribner， 1977.

［4］Ennis R， Wier E. The Ennis-Wier Critical Thinking Essay Test ［M］. Pacific Grove， CA： Midwest publications， 1985.

［5］Halpern D. The Halpern Critical Thinking Assessment： Manual ［M］. Mdling， Austria： Schuhfried GmbH， 2010.

［6］首新， 胡衛(wèi)平， 林長(zhǎng)春. 小學(xué)科學(xué)教科書(shū)“科學(xué)探究”設(shè)計(jì)的微觀發(fā)生法比較——以中美日三國(guó)“磁”內(nèi)容為例［J］.湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，16（5）：35～42.

［7］裴秀芳. 幼兒認(rèn)知、個(gè)性發(fā)展的性別差異［J］. 心理發(fā)展與教育， 1992， （2）： 45～46.

［8］He J， Wong W. Gender Differences in Creative Thinking Revisited： Findings from Analysis of Variability ［J］. Personality & Individual Differences， 2011， 51（7）： 807～811.