STEAM课程培养小学生批判性思维技能的实践研究

    孔维磊 叶红霞

    

    

    摘要：培养创新型人才是我国教育的重中之重，而批判性思维能力是科技创新人才不可或缺的一项能力，小学是批判性思维技能形成的关键期，steam课程学习后学生可以形成自己的判断力和洞察力。通过单组前后测实验，研究对象为某小学五年级30名学生，利用康奈尔批判性思维测试X级量表对批判性思维前后测研究。研究表明：通过实验的小学生批判性思维技能得到显著提升，STEAM课程是提升小学生批判性思维技能的有效手段，学生批判性思维技能可以作为STEAM课程学习效果的一种评价指标。

    关键词：批判性思维;STEAM课程;CCTTLX

    中图分类号：G434? 文献标识码：A? 论文编号：1674-2117（2020）17-0000-00

    研究缘起

    1.整合性STEAM教育实践呼之欲出

    网络时代下学生缺少的不是知识本身，而是一种将知识整合提升的能力。2007年引入我国的STEM教育，以及之后逐渐发展的STEM+和STEAM等皆属于科技整合课程，这类课程的特点就是将各科知识与技巧应用到真实且复杂的情境中去解决问题。[1]

    2.STEAM教育评价体系无统一标准

    在STEAM教育评价方面，目前没有统一可供参考的标准，多直接以各学科的课程标准为评价指标，但目前有很多学者已经开始研究在STEAM教育与问题解决能力、创造力、思维能力等综合能力之间建立联系，构建相应的评价体系。[2]

    3.批判性思维引起社会广泛的关注

    人类已经进入数字化时代，数字化时代是以具备批判性思考、适应能力、协作交流能力、问题解决和创造力以及一定信息素养的科学家、工程师，尤其是电脑工程师和技术工人为主导人力资源的时代。[3]数字化时代批判性思维的重要性不言而喻，经济合作与发展组织（OECD）在2015年启动的“教育2030：教育和技能的未来”项目中提出的《OECD学习框架2030》确立了面向2030的技能、态度、价值观、关键概念等共28项素养，其中批判性思维被列为重要的培养目标，培养学生求真、求理、公正、开放和反思的品质。[4]

    概念界定

    1.STEAM课程

    STEAM（科学、技术、工程、艺术和数学）教育理念的最初目的是提升大学本科生的STEM整合能力，为各个行业培养复合型人才，后来STEAM教育在中小学流传开来，许多国家基础教育改革朝着该方向前进。[5]目前，中小学STEAM课程开发主要以两种形式展开：一种是嵌入式STEAM课程开发，其与多个学科融合，打破学科界限，增强知识之间的联通与整体提升;一种是以选修课的形式展开，去除学科的定义，运用已有的知识和可能探索的知识去解决生活中的问题，培养学生的高阶思维。本研究主要围绕选修课的形式展开。

    2.批判性思维技能

    1990年美国哲学协会赞助了一个德尔福项目，将在批判性思维教学中有造诣的46位教育家和科学家聚集在一起为批判性思维下定义，最后小组提出从两个方面将批判性思维概念化：一是批判性思维技能，对世间万物的解释、分析、评价、推理、解释和自我调节，主要用于一些事务的判断和决策;二是批判性思维倾向，即使用批判性思维技能的倾向或意愿。[6]本研究主要围绕批判性思维技能展开。

    3.CCTTLX

    《康奈尔批判性思维测验：X水平》（Cornell Critical Thinking Test，Level X，CCTTLX），由恩尼斯和米尔曼（Millman J）编制，小学四年级到六年级可以采用该量表，该量表为多项选择，可以更好地衡量被测者的批判性思维技能，其中主要有归纳性、可信度、经验观察、理论演绎和确定假设几大块内容，测验较为成熟，在各个国家基础教育改革教育实践中得到了广泛的应用。[7]

    STEAM课程“我是汽车设计师”教学设计与实施

    1.STEAM课程整体介绍

    STEAM课程教学的核心思想是基于PBL的以学生为中心、以活动为中心的理念。教学设计过程采用“5E”教学模式，其中包括5个教学环节，即引入（engage）、探究（explore）、解释（explain）、精致（elaborate）和评价（evaluate），5E教学模式是由美国生物科学课程研究所开发的科学教育领域的教学模式，该模式在科学教育领域受到高度关注。[8]STEAM属于科学教育的范畴，本研究在STEAM课程中采用5E教学环模式，目的在于吸引学生的注意力，增强学生的兴趣，促使学生真正愿意以学为最终目的，确保STEAM课程的有效进行，提高研究结果的准确性和参考性。

    STEAM课程共设计六单元，分别为雪糕棒的别样之旅、汉诺塔之乾坤大挪移、解不开的鲁班锁、我是小小粉刷匠、我是汽车设计师和机器人总动员。本文以“我是汽车设计师”为例进行介绍。

    2.“我是汽车设计师”教学设计与实施

    第一部分是基础知识的学习，学生应该理解工程设计步骤（设计、制造、测试、评估），储备知识基础，初步形成问题解决的意识。第二部分是动手操作，学生根据拼装手册搭建汽车模型，清楚器件的基本拼装技巧，并查阅资料在现实生活中了解汽车的基本结构和制造工艺，形成求真求理的良好品质。第三部分是能力拓展，学生通过测试汽车模型的速度，反思设计中的不足之处，不断修改以提升汽车速度，培养学生善于抓住要领、清晰敏捷的思维能力。简要的教学过程如下。

    ①引入。利用多媒体向学生展示电影《汽车总动员》中赛车的片段，引导学生进入汽车设计师的角色中。学生积极参与讨论，了解大致设计内容。

    ②探究。学生上网查询汽车的相关知识，开展头脑风暴，在白纸上绘制出心目中的汽车，并用简短的文字叙述汽车的性能。在探究过程中发现诸多影响汽车速度的因素，尝试设计更为强大的引擎和汽车装置，改变车轮与轮胎的大小和材料……随后小组成员根据自己提出的方案选择一个汽车模型，并完成赛车搭建，接着，在2米的固定距离上测试行驶时间，并将时间记录在学习任务单中。教师總结学生汇报的时间，并引导学生继续探究提升赛车速度的方法。

    ③解释。为什么固定距离行驶时间减少了速度就提升了？汽车通过哪些方式获得了速度提升？当汽车在一定距离内，以最快的速度行驶时，什么因素会影响到行驶时间？由小组成员进行解释，公式“速度=路程÷时间”就此得出。教师用PPT演示影响汽车速度可以从两方面考虑，一个是汽车的动力装置，另一个是汽车的本身属性。学生看完后发现自己的小车还有改进的空间，于是再次探究影响速度的因素，发现赛车的重量、车轮的大小、马达的功率、齿轮、摩擦力等都是影响速度的因素。

    ④精致。根据学生的汇报，师生共同总结提升赛车模型速度的方法有减轻汽车重量、增大马力和选择正确齿轮囊等，齿轮囊有加速齿轮（大轮对小轮）、减速齿轮（小轮对大轮）或者普通齿轮（大轮对大轮）。在改进汽车模型的过程中，学生发现选择正确的齿轮囊是影响赛车速度的关键因素。最终学生根据要求进行改进、测试，分析自己在哪些方面进行了改进，与成绩一起记录在任务单中。

    ⑤评价。根据小组修正数据的记录，评选出汽车模型速度最快的设计师小组和速度提升最大的设计师小组。小组之间互相给出意见。课后让学生基于自己认为可能影响速度的其他因素进行测试。

    STEAM课程教学效果测评

    本研究的研究对象为苏州市某小学五年级的30名小学生，其中男生20人，女生10人，选用康奈尔批判性思维测试X级量表前后测量STEAM课程中小学生批判性思维技能的变化。采用成对样本t检验对所得数据进行分析，在学习前后，利用CCTTLX问卷对30名被试对象测试其批判性思维技能的得分，将前后得分进行成对样本t检验，得到如下表所示的数据。

    由下表可知，学习之前学生总体得分均值为29.93分，学习之后总体得分均值为30.51分，其中学习之后均值增大，存在显著性差异（p<0.05）。心理学家Ferguson于2009年提出，效应量小、中、大的标准分别为0.04、0.05、0.64。[9]其中偏效应量大小为0.25，处于中等偏上水平，说明STEAM课程的培养方式是有效的。2005年，Ennis等人在美国进行了一项研究，并报告了这项研究的参与者在71项CCTTLX测试中获得的分数平均值为35。[10]而此次测量分数得分均小于35，说明试验学校小学生批判性思维技能处于次中等水平，应该增加课堂中用于提升批判性思维技能的活动，对全国小学生、中学生等批判性思维技能的测量和预估还有待进一步研究。

    结论与思考

    打破学科的壁垒，运用综合知识去解决生活中的问题的STEAM课程，对培养学生的求知、求真、公正、开放的日常思维是有效果的。STEAM课程是提升小学生批判性思维技能的有效手段，也可以说，学生批判性思维技能可以作为STEAM课程学习效果的一种评价指标。批判性思维技能是21世纪不可或缺的一项能力，对于如何培养学生的批判性思维技能，笔者认为可以从以下三方面考虑。

    1.提升自我，树立榜样

    在学生批判性思维技能培养的方式上，笔者深刻地体会到教师角色的重要性，因此教师首先要提高自己的批判性思维技能水平，树立榜样，以身作则，只有这样才能有效培养学生的批判性思维意识。加强职前师范教育的批判性思维锻炼，教育主管部门多开展关于批判性思维的活动，教师的考核指标丰富化、多样化等举措都能在一定程度上帮助教师提高批判性思维技能水平。

    2.创造机会，发展思维

    在课堂中，多设计促进学生主动思考、提问和探究的活动，让学生置身于敢于质疑、敢于反思、敢于发现的批判性思维环境中，不要轻易地否决学生的“唱反调”行为，而要换位思考，重新认识这个问题，要培养一种对任何事物“知其然，知其所以然”的追求。

    3.发动大家，无限可能

    学生批判性思维技能的培养，不是教师一个人的事情，需家长、学校、社会三方同心协力，共铸学生美好蓝图，让每个人都认识到批判性思维的重要性。

    批判性思维技能的培养不是一蹴而就的，未来可期！

    参考文献：

    [1][3][8]郑葳.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2017：55.

    [2]台湾师范大学科技应用与人力资源发展学系.数学/科学/科技统整课程与国中学生创造力之关系[D].台北：台湾师范大学，2008.

    [4]舒越，盛群力.聚焦核心素养 创造幸福生活——OECD学习框架2030研究述要[J].中国电化教育，2019（03）：9-15.

    [5]胡卫平，首新，陈勇刚.中小学STEAM教育体系的建构与实践[J].华东师范大学学报（教育科学版），2017，35（04）：31-39+134.

    [6][7]罗清旭.批判性思维理论及其测评技术研究[D].南京：南京师范大学，2002.

    [9]Ferguson C J，Christopher J.An effect size primer：A guide for clinicians and researchers[J].Professional Psychology：Research and Practice，2009，40（05）：532-538.

    [10]Gedik， H. （2013）. Social studies teacher candidates critical thinking skills. Procedia - Social and Behavioral Sciences， 93， 1020-1024. doi：10.1016/j.sbspro.2013.09.322.

    作者简介：孔维磊（1989.3—），男，江苏徐州人，中小学二级教师，学士，研究方向为STEAM教育、信息技术教育教学。叶红霞（1993.6—），女，江苏苏州人，中小学二级教师，硕士在读，研究方向为STEAM教育、信息技术教学。

    基金项目：本文系江苏省“十三五”规划重点资助课题成果“基于学科素养养成的K12一贯制科学课程一体化实践研究”（立项编号B-a/2016/02/03）的研究成果。

    第六届“互联网+教育”创新周隆重开幕

    资讯

    2020年8月19日，第六届“互联网+教育”创新周在中关村互联网教育创新中心开幕。本届创新周以助力教育深化改革进程，促进教育资源共享，推动教育公平发展和质量提升，推進“互联网+教育”发展与应用，持续优化教育创新创业服务平台为目标，邀请相关领域嘉宾参会，共同探讨教育创新路径和教育产业发展趋势。

    本届创新周由中国教育学会、中国教育科学研究院、中国教育发展战略学会指导，北京市海淀区人民政府主办，中关村科技园区海淀园管理委员会、北京市海淀区教育委员会支持，中关村互联网教育创新中心承办。全国政协常委兼副秘书长、民进中央副主席朱永新，中国教育学会常务副会长刘堂江，中国教育发展战略学会常务副会长兼秘书长韩民，海淀区委常委、政法委书记、区委办公室主任吴计亮，海淀区人民政府副区长张若冰，海淀置业集团董事长张丽君等六位嘉宾共同为本届创新周启幕。

    在以“未来的教育与个性化学习”为主题的高端对话中，全国政协常委兼副秘书长、民进中央副主席朱永新，新东方教育科技集团董事长俞敏洪，对教育新基建与教育变革、素质教育与评价体系变革、培训机构对学生品德培养的作用等话题发表了各自的观点，引发了思维的碰撞，获得了全场的阵阵喝彩。

    随后，北京师范大学副校长陈丽教授、网易有道CEO周枫分别发表了主题演讲。在圆桌论坛上，北京师范大学未来教育高精尖创新中心执行主任余胜泉、北京教育网络和信息中心主任武装、北京市海淀区教师进修学校校长罗滨、慧科集团合伙人陈滢共同探讨了“融合化在线教育的共建与共享”。