性別、年級、最喜歡的老師影響學生STEM學習態度研究
——基于浙江省六所中學的調查

張燕軍 裴文潔 吳麗雯

(1.浙江師范大學 教師教育學院，浙江金華 321004;2.杭州市春暉小學，浙江杭州 310052;3.浙江師范大學 化學與生命科學學院， 浙江金華 321004)

近年來，STEM教育日益受到社會各界的重視。2018年5月，我國推出了“中國STEM教育2029行動計劃”，為STEM教育研究及推廣提供了必要的指導。2019年3月發布的《2019教育信息化和網絡安全工作要點》要求從網絡學習空間、在線開放課程、跨學科學習(STEM教育)、智能教育四方面遴選組建15個不同方面的實踐共同體。

很多教育工作者、研究者均意識到STEM教育對提升勞動力素質的重要性，但在實際教育教學過程中仍缺乏對學生STEM自我效能感和學習認知的了解(陳凱等, 2019)。從社會認知職業理論(Social Cognitive Career Theory)角度看，STEM學習態度和STEM職業期望是預測學生未來是否參與STEM職業的關鍵變量(Lent et al., 2010)。同時，隨著信息時代對人才技能與核心素養的重視， “21世紀技能自信”也日益成為衡量人才質量重要變量(Unfried et al., 2015)。評估中學生STEM學習態度，不僅有利于研究者掌握他們的心理狀態和認知水平，理解學生對STEM職業生涯的選擇和堅持，還有利于教師引導學生積極開展STEM職業規劃，拓寬STEM人才培養途徑(Popa & Ciascai, 2017)。

本研究圍繞中學生STEM教育現狀探討以下兩個問題：1)中學生STEM學習態度和職業興趣的現狀如何？2)性別、年級、最喜歡的老師對中學生STEM學習態度有無顯著影響？

一、文獻綜述

(一) STEM學習態度和21世紀技能自信

STEM教育通過活動探究、項目設計等培養學習者綜合利用STEM知識解決現實問題，強調將STEM學科融合為整體的教學策略和方法(李學書, 2019)。學習態度是否積極對學習目標的達成尤為重要，也是影響學習成效的最重要非智力因素之一(孫利民, 2010)。我國頒布的高中新課程標準將“形成積極主動的學習態度”作為主要目標，涵蓋了學生的學習興趣、學習的價值信念及未來職業的傾向和偏好。STEM學習態度是學習者對STEM學習活動涉及對象的一種心理傾向(孫維勝, 2003)，它綜合了自我效能感和期望價值信念兩部分。期望價值理論認為，成功期望主要由自我概念和感知任務難度構成，個體行為動機主要取決于個體對任務的成功期望及所賦予任務的主觀價值。積極的STEM學習態度有助于培養學生STEM素養，提升學生的知識、思維、能力。已有研究表明，正向的STEM學習態度在一定程度上加大了學生未來選擇STEM職業的可能性(Mitchell & Hoff, 2006)。

同時，學生要應對21世紀日益激烈的STEM職業挑戰，除了有積極的STEM學習態度，還要對掌握21世紀技能有足夠的自信。美國《21世紀技能框架》(Framework for 21st Century SLearning)指出，21世紀技能分為三大類：學習和創新能力、信息化技能、職業和生活技能。我國學者在借鑒歐美經驗的基礎上，研制了“文化基礎”“自主發展”和“社會參與”三方面的六大“核心素養”。這些都構成本研究“21世紀技能自信”的核心要素。

綜上所述，學習態度是綜合主觀經驗和他人看法的心理傾向，“21世紀技能自信”是對知識技能學習和創新等的自我肯定。兩者對學生STEM學習都必不可少。本研究對STEM學習現狀的測量主要涵蓋STEM科目(數學、科學、工程和技術)的學習態度和21世紀技能自信兩方面。

(二) 影響STEM學習態度和職業興趣的因素

從生涯規劃看，學生的年齡、性別會影響其STEM職業興趣。有研究指出，學生的STEM職業興趣隨年齡的增長而波動，呈逐漸下降趨勢(Blickenstaff, 2005; Kerr & Kurpius, 2004; Mitchell & Hoff, 2006; Riegle-Crumb et al., 2011)。還有研究發現，女生對科學的整體態度要么不如男生積極，要么隨著年齡的增長下降得更明顯(Brotman & Moore, 2008)。一項具有全國代表性的調查數據表明，女生對STEM職業興趣整體保持率較低，在高中階段吸引女生進入STEM領域的難度更大(Mau, 2003)。對STEM職業感興趣的人數比例，女生呈下降趨勢，男生比例保持穩定(Sadler et al., 2012)。隨著年齡的增長，有很多因素導致男女生的職業興趣差異日益顯著，如缺乏女性榜樣、性別刻板印象等(Beede et al., 2011)。此外，教師和同伴的影響也是預測女生STEM學習興趣和信心的重要因素(Rabenberg, 2013)。

從心理學角度看，影響STEM職業選擇的關鍵因素是學生對STEM的興趣和參與度(Fouad & Smith, 1996; Fouad et al., 2002; Lent et al., 1994; Tai et al., 2006)及自我認知(Hazari et al., 2010)。自我效能感主要有四種來源：社會勸說、已有成就、替代經驗和情感學習。其中，自我效能感與興趣、成績和堅持相互關聯，并隨時間推移而相互強化(Nauta et al., 1998; Nauta et al., 2002; Zeldin et al., 2008)。他人的看法對學生自我認知及未來職業選擇至關重要。有研究發現，父母對孩子數學和科學學習能力的認知和期望影響孩子自我效能感(Bleeker & Jacobs, 2004; Jacobs & Eccles, 2000; Smith, 1991; Trusty, 2000; Turner et al., 2004)，并與生涯規劃直接掛鉤。中學男生對數學和科學的自我效能感、成果期望往往高于女生，但沒有證據表明男生比女生學習能力更強(Kratochwill & Stoiber, 2000)。學業自我效能感也解釋了優異的學業成績和后來對STEM興趣和成就之間的聯系(O'brien et al., 1999)。與對科學和數學技能更有信心的女生相比，缺乏信心的女生更不可能在STEM職業道路上堅持(Hill et al., 2010)。同時，STEM學業成績也與職業抱負有關(Nauta et al., 1998)。信心和職業自我認知的不足(MacPhee et al., 2013)、有限的知識儲備(Deberard et al., 2004)都是阻礙學生從事STEM教育和職業的重要因素。

從社會角度看，學生STEM學習態度和相關職業選擇、家庭環境等密切相關，家庭的社會經濟地位與學生的職業愿望顯著相關。經濟不利群體能獲得優質STEM教育機會相對較少，對STEM職業信息掌握不足會降低學生選擇STEM職業的可能性(Shaw & Barbuti, 2010)。此外，正面的家庭教育會對青少年學業抱負和職業選擇產生積極影響。家長對子女的高期望在一定程度上促進子女實現向上的社會流動(Ashby & Schoon, 2010)。父母的學歷、職業、教育模式等對學生STEM職業選擇產生影響。

綜上，學生STEM學習態度和職業興趣是個人、家庭、學校和社會等因素共同作用的結果。鑒于學校教育更系統、全面和專業，本研究意在以浙江部分PISA參評學校為例，以漢化版學生STEM態度量表等為調研工具，探討中學生的STEM興趣、21世紀技能自信和職業興趣的差異及其可能原因。

二、研究設計

(一) 研究對象

本研究根據浙江省11個地級市的地理位置分布，利用隨機抽樣法抽取寧波、紹興、金華、杭州、湖州等五個城市的六所中學的部分學生作為調查對象。這些學生均已學習過數學、科學(包括物理、化學、生物等)、技術等STEM科目，參加過STEM課程學習或培訓。由于初二是成就目標的轉折期(高娜, 2012; 陸桂芝等, 2010)，本研究選擇初二作為初中生的代表群體；相對于高三學生，高一、高二學生處于生涯探索的快速成長期(劉曉芳等, 2019)，本研究選擇高一、高二學生代表高中生群體。調查對象的男女生比例接近1:1(見表一)。

(二) 研究方法

1. 資料收集

本次調研時間為2019年11-12月，共發放問卷769份，按照以下標準剔除無效問卷：有連續5個及以上問題選擇同一選項、同一維度出現明顯矛盾的答案、選項出現較多空缺、答題時間過短和過長。有效問卷747份，有效問卷回收率為97.14%。

2. 資料分析

研究者借助SPSS 23.0軟件，采用克隆巴赫系數(Cronbach's alpha)和校正項總計相關性評價量表的信度，描述主要變量的均值、標準差及變量之間的Pearson相關系數，并用獨立樣本T檢驗探究自變量對因變量是否存在顯著性差異；用AMOS 24.0驗證分析變量指標的測量模型，探討觀察變量和潛變量之間的關系，通過驗證性因子分析(CFA)檢驗收斂效度，比較某一潛變量平均方差提取值(AVE)的平方根是否大于它與其它潛變量之間的相關系數，從而判斷區分效度。

(三) 研究工具及其信效度

1. 研究工具

本研究使用埃里克·韋博(Eric Wiebe)團隊編制的STEM學習態度量表(Unfried et al., 2015)。該量表包括數學(A1～A8)、科學(B1～B9)、工程技術(C1～C9)和21世紀技能(D1～D11)四個維度，共37個題項。本研究還采用STEM職業興趣調查表(Wiebe,2018)，共12個題項，所有題項均以李克特五點計分(1-5代表“非常不贊同”到“非常贊同”)。數據分析時，研究者對A1、A3、A5和B8四道反向計分題正向化處理。

表一 被調查對象的人口統計學信息

2. 信效度檢驗

各分量表的Cronbach's alpha大于0.7，所有題項的校正項總計相關值均不低于0.4，刪除任意一項均未發現能使量表的Cronbach's a提高，說明該量表信度良好。樣本的驗證性因子分析顯示，四個維度的標準化因子載荷均大于 0.5，組合信度系數(CR)大于 0.8，平均方差提取值大于0.5，說明量表收斂效度良好(見表二)。驗證性因子分析擬合指數均達到最優適配標準，表明測量模型與實際數據的擬合程度較好(見表三)。

表二 STEM學習態度量表驗證性因子分析結果

表三 STEM學習態度量表CFA模型的擬合優度指標

所有分量表均呈顯著正相關(p < 0.001)，“21世紀技能自信”與“對數學的學習態度”的相關系數是 0.333，為弱相關，其余各分量表之間的相關系數介于 0.4 ～ 0.6 ，為中等相關。各因子的平均方差提取值的平方根均大于與其他因子間的相關系數，說明量表的區分效度較好(見表四)。

表四 STEM學習態度量表平均方差提取值的平方根與相關系數

三、數據分析與發現

(一)中學生STEM學習態度總體上是積極的，但仍需提升

本研究各維度和總量表的均分在 3.17～3.64 之間，表明中學生的STEM學習態度總體上是積極的。其中，“21世紀技能自信”(3.64)得分最高，數學學習態度(3.17)得分最低(見表五)。

表五 分量表與總量表的描述性統計

浙江省中學生STEM學習態度、技能自信整體水平得分，既低于江蘇省學生數學學習態度平均分(0.31)和技能自信題項得分(0.25)，又低于美國北卡羅萊納州學生數學學習態度平均分和技能自信題項得分(均為0.36)(見表六)。如果將浙江、江蘇作為整體，兩省學生的STEM學習態度平均得分也低于北卡羅來納州學生。僅江蘇省學生科學態度得分高出北卡羅來納州學生0.18分，兩省學生其它各項得分均低于北卡羅來納州學生(Wiebe et al., 2018)。

表六 浙江省、江蘇省與美國北卡羅來納州學生STEM學習態度比較

表七 性別對STEM學習態度影響差異的獨立樣本t檢驗

表八 年級對STEM學習態度影響差異的獨立樣本t檢驗

(二) 性別、年級、最喜歡的老師顯著影響中學生STEM學習態度

1. 男生STEM學習態度比女生積極

男生各維度得分均高于女生。男女生STEM科目的學習態度(p<0.01)和“21世紀技能自信”(p<0.01)均呈顯著性差異，但STEM學習態度總體(p=0.103)上不存在顯著性差異。這表明，男生STEM科目的學習態度和“21世紀技能自信”顯著高于女生(見表七)。

2.初中生STEM學習態度比高中生積極

初中生各維度得分均高于高中生(見表八)。初中生數學學習態度(p<0.01)、科學學習態度(p<0.01)以及總量表(p<0.01)均顯著高于高中生，但在“工程與技術學習態度”(p=0.271)和“21世紀技能自信”(p=0.130)維度上，初高中生不存在顯著性差異。

3.最喜歡的老師對STEM學習態度有顯著影響

本研究以中學生最喜歡的老師作為影響因素，初高中學生對STEM各科目的學習態度(p<0.01)、“21世紀技能自信”(p<0.05)、總量表(p<0.01)均有顯著性差異。最喜歡的老師為STEM教師的中學生各維度得分均顯著較高(見表九)。

(三) 中學生STEM職業興趣得分整體不高

從年級看，對STEM職業持積極態度(得分4分和5分)的初高中生所占比例均未超過 50%，且兩者比例接近，差異未超過 6.7%。整體上，中學生對生物學和動物學、計算機科學、物理科學、醫藥學等更感興趣(見圖1)。從性別看，男生對多數STEM職業持積極態度。在計算機科學、物理科學、能源、化學、工程等領域，男女STEM職業興趣比例嚴重失衡。僅在醫學、醫藥學和獸醫類學科中，女生比例略高于男生(見圖2)。

表九 最喜歡的老師對STEM學習態度影響差異的獨立樣本t檢驗

圖1 初高中學生對STEM職業興趣持積極態度的比例

圖2 男女生對STEM職業持積極態度的比例

四、結論與討論

(一)結論

1.中學生STEM學習態度表現出較高的興趣，但仍待改善

一方面，中學生對STEM學習表現出較高的興趣。本調查研究發現，雖然不同年級、性別的學生學習STEM各科的態度和“21世紀技能自信”均表現出顯著差異，但整體不存在統計學意義上的差異。在受訪學生STEM各科的學習態度中，數學得分最低，尤其不愿意選擇與數學相關職業。這跟陳凱等人(2019)的研究發現相似。相比之下，隨著課程改革的深入，學校、家庭和社會對科學技術日益重視，學生也更愿意學習這些課程，對相關職業表現出較高興趣。另一方面，中學生STEM學習態度仍然有較大改進空間。無論是整體STEM學習態度，還是在STEM學習態度各子維度及技能自信，浙江省學生既低于江蘇省，又低于美國北卡羅來納州。這說明，浙江省學生STEM學習態度仍有較大改進空間。若將浙江省和江蘇省作為整體，兩省學生STEM學習態度得分仍低于北卡羅萊納州。雖然兩省教育在我國名列前茅，即便在經合組織舉辦的PISA測評中也榮居榜首，但學生STEM學習態度仍待改善。

2.中學生STEM學習態度存在顯著的性別、學段差異

從性別看，男生STEM學習態度和“21世紀技能自信”顯著高于女生。從學段看，初高中學生 “工程技術學習態度”和“21世紀技能自信”差異不顯著，但在數學、科學學習態度上，高中生明顯不如初中生積極。此外，隨著年級的增長，STEM學習興趣逐漸減弱具有一定的普遍性。這容易導致學生與STEM職業“漸行漸遠”。因此，教師開展數學、科學教學應靈活多變，借助榜樣示范等方式，激發和維持學生興趣，尤為應重視適時滲透職業生涯規劃教育。

3.中學生對STEM老師的喜好顯著正向影響其STEM學習態度

這主要表現為，最喜歡STEM老師的中學生在STEM學習態度上明顯比最喜歡非STEM老師的積極性高。本研究中，喜歡STEM教師對中學生數學、科學、工程技術的學習態度和“21世紀技能自信”的影響顯著而又全面。除教師對中學生“21世紀技能自信”的影響在P=0.025的顯著水平上外(P<0.05，具有顯著性統計學意義)，教師對中學生學習數學、科學、工程技術的態度和整體STEM態度的影響都在P<0.01的顯著水平上。

(二)討論與思考

1.在 “21世紀技能自信”維度，初、高中學段在浙江省不存在顯著差異，但江蘇省存在顯著差異

浙江省初、高中學段差異不顯著，均分分別為3.88、3.569，初中生得分高出高中生(0.311分)，無統計學意義上的顯著差異(見表十)。相比之下，江蘇省初中生(4.056)比高中生(3.806)在“21世紀技能自信”維度上得分高出0.25分，且存在統計意義上的顯著差異(p<0.01) (陳凱，2019)。這可能存在多種原因。

表十 浙江省與江蘇省“21世紀技能自信”維度比較

首先，浙江省與江蘇省初、高中學段的差異，可能與調查樣本有關。本研究的對象為初二、高一、高二學生，以高一學生居多；陳凱等人(2019)選擇的是初一、初二、高一、高三學生，高三學生占49.3%。和其他年級相比，高三學生多處于升學應試的“題海戰術”和“機械重復”中，自主探究學習時間不足，從而“消耗”了“21世紀技能自信”。這在整體上拉低了江蘇省高中學生的“21世紀技能自信”分值，使其與初中生有顯著差異。

其次，上述差異還可能與浙江省的“新高考”首批試點及其考試模式有關。浙江2017年啟動全國首輪新高考改革，實行“3+3”和“7選3”考試模式。江蘇省即將推行第三批“新高考”改革實施的“3+1+2”模式，這一模式賦予學生自由空間更大，便于高中生根據興趣、特長和新課程標準(有選修和選擇性必修課程規定)，選擇課程重點進行學習。這在一定程度上彌合了“21世紀技能自信”維度的學段差距。

社會環境也可能造成浙江、江蘇兩省學生的“21世紀技能自信”差異。浙江不是教育強省，其內部教育差距相比江蘇小。浙江地域文化的最大特色是政府支持下的自由精神，這種“自由選擇、自由發展”的文化是影響浙江教育均衡發展的根本因素。比較而言，江蘇地域文化偏向傳統和保守，注重安穩(姚佳，2019)，教育發展不均衡問題較突出。

2.不同學段、性別的中學生的數學、科學學習態度差異顯著

本研究發現，在數學、科學課程的學習上，女生不如男生自信，高中生不如初中生積極，這在統計學上具有顯著性，與劉永東等(2019)、陳凱等(2019)的研究發現一致。其中，陳凱等將此歸咎于“學習難度”和“不同學段認知水平差異”，有一定合理性。數學、科學是我國基礎教育的基礎科目，其難度隨年級升高而增大。高中生的數學、科學課程目標達成度低，致使其科學、數學學習態度明顯不如初中生。然而，上述兩方面不能有效解釋有同樣“學習難度”和“認知水平”的高中女生在數學、科學課程學習上的非凡表現，也不能說明高中生“工程技術態度”和“21世紀技能自信”并非明顯高于初中生(至少在浙江省是如此)。除了學生、課程內容的原因外，教師教學和課程標準實施狀況等也是重要原因。我國2018年在高中實施的新課程標準強調，通過各科學習，提高學生的“核心素養”，日益注重有明確目標指向的過程性評價和終結性評價。然而，高考的選拔性、指揮棒的特點依舊突出。中學生在數學、科學學習過程中，時刻感受到外部競爭壓力，難以用心感受整合學習STEM課程的樂趣。在教學方面，為了讓更多學生能考進名校，教師的實際教學仍主要參考“考綱”，對核心素養關注不足。

3.喜歡STEM老師顯著影響學生的STEM態度

本研究與王平(2014)的發現一致——最喜歡STEM教師的學生STEM學習態度得分更高，且顯著高于最喜歡非STEM老師的學生，這令人欣喜。教師是學生學習興趣的重要啟發者，也是培養學生學習能力的組織者，能夠激發學生學習，使學生學習知識技能的需要在現實環境中得以實現。中學生喜歡STEM教師，不僅有助于改善其STEM學習態度，還有利于提高其“21世紀技能自信”，從而為探尋改善中學生的STEM職業興趣提供突破口。喜歡STEM老師的學生，課堂注意力會更集中，學習興趣和學習動機也會明顯提升。同時，對STEM教師的喜愛，會影響學生STEM學習的自我效能感和期望價值，這有利于學生獲得成功所必須的內在驅動力(Bong & Skaalvik, 2003)。

然而，這也令人擔“憂”。由喜歡STEM老師而喜歡STEM學習，乃至將來從事STEM職業，這種動力源自一種外驅力，不是出于對STEM知識的喜愛和價值認可，難以長期持續發展，也會影響學生有限時間內效率的提高。一項關于中國四省與新加坡學生科學態度差異的研究表明，我國學生注重工具性動機激發，缺乏內部動機，這影響到科學成績的大幅提高(劉永東等, 2019)。如果不促使學生盡早完成由喜愛老師轉向喜愛STEM知識的過渡，隨著學生學段變化，就可能因不喜歡新STEM老師的教法而喪失對STEM及相關職業的興趣。

五、結 語

中學生STEM學習態度整體上是正向、積極的，但存在顯著的性別、學段差異，主要表現為男生比女生積極，初中生比高中生積極。學生對STEM老師的喜好顯著正向影響其STEM學習態度，這一方面需要STEM教師持續獲得專業發展，提高人格魅力；另一方面需要引導學生增強學習STEM課程的動機，使學生STEM學習和職業選擇的動力由“向師型外驅力”轉向持續激發自身潛能的“自源性內驅力”。這將有利于學生在STEM學習和職業發展上從自身獲得源源不斷的動力。本研究還發現，不同省域中學生STEM學習態度存在“不均衡的差異”。這突出表現為，不同省份學生在“21世紀技能自信”上存在學段和性別差異。就STEM學習態度研究而言，由于時間、精力、資源等限制，本研究未能在更大范圍展開調查，后續研究可以擴大樣本量，在STEM各科興趣以及學生的整合能力上做深入探討，采用多樣化的研究方法，調研學生STEM態度影響因素發生作用的條件和機理，在不同區域乃至不同國家之間進行實證性調研比較。