地方院校數學師范生STEM教育能力的現狀調查及影響因素分析——以青海省為例

王 煜，王 瑩，王乙晴，郭承育

地方院校數學師范生STEM教育能力的現狀調查及影響因素分析——以青海省為例

王 煜，王 瑩，王乙晴，郭承育

（青海師范大學 數學與統計學院，青海 西寧 810008）

從STEM學科基礎、STEM跨學科能力、STEM教育理解、STEM課程開發與實施4個維度出發，在考慮到影響數學師范生STEM教育能力因素的基礎上，編制“數學師范生STEM教育能力調查問卷”，并對青海省高校數學師范生進行全樣本調查，對年級間進行差異性分析．得出的主要結論是：數學師范生STEM教育能力在年級上存在顯著性差異，在STEM學科基礎、STEM跨學科能力、STEM教育理解和STEM課程開發與實施4個維度上均存在顯著性差異．通過對存在差異的群體進行影響因素與STEM教育能力結構方程模型分析，得出5個影響因素對不同年級數學師范生STEM教育能力4個維度不盡相同的影響路徑及影響強度．

地方院校；數學師范生；STEM教育能力；年級差異

1 問題提出

近年來，源自美國的STEM教育開始進入中國公眾的視野[1–6]，它帶來的不僅是一種教育模式，更是一種全新的教育理念，它強調科學、技術、工程與數學的有機融合．要求教師具有良好的跨學科專業融合能力，中國教育科學研究院發布的《STEM教育白皮書》[7]指出，STEM教育應是一種跨學科、跨學段的連貫課程群，因此STEM課程需要一系列完整的課程體系，這就要求教師必須擁有完整的知識體系，可以將各個學科完整地融合在一起，并在教學中向學生滲透除本科目以外其它科目的信息，使學生能夠對各科知識有整體把握．2018年5月，中國教育科學研究院推出了“中國STEM教育2029行動計劃”，該計劃表明要集各方力量推動STEM教育創新且能夠惠及全體學生，注重培養學生創新思維能力與科學探究能力[8]．

中國近年來對STEM教育的研究逐漸增多，教育部頒布了一系列推動STEM教育的文件，在STEM初等教育領域，隨著《普通高中數學課程標準（2017年版）》的頒布，新出版的人教版高中數學教材和北師大版高中數學教材均涉及了STEM所含學科的知識領域，在教材中很多部分都涉及真實情境，突出綜合性特點，還設置了“數學建模活動”模塊[9]，說明STEM教育理念正在向數學教學中滲透，這也就要求數學教師需要具備一定的STEM教育能力，以應對復雜的數學教育工作．在高等教育領域，西南大學宋乃慶教授及其團隊認為在高等教育這一領域STEM教育的涉及還略顯薄弱，多數學生對STEM教育熟悉度低、STEM教育對大多數學生來說還很陌生，但對STEM教育的態度都很積極[10]，說明STEM教育理念正向大學校園邁進，對于綜合性大學的學生而言接受STEM教育理念能夠幫助他們在未來的工作中應對更大的挑戰，對于師范院校的數學師范生而言，不僅僅需要他們接受STEM教育理念，更需要數學師范生具備一定的STEM教育能力，以應對未來充滿挑戰性的數學教育工作．中國部分院校已經開設了專門的STEM課程，一部分承擔STEM教育工作的教師學科背景為數學專業，因此，研究數學師范生STEM教育能力對發展STEM教育具有重要意義．特別是對教育欠發達的青藏高原地區，研究該地區數學師范生STEM教育能力能夠為STEM教育扎實而穩健地推進做準備．

2 研究設計

2.1 研究思路

美國國家科學研究院發布的《21世紀研究生STEM教育》報告提出，研究生STEM教育培養的人才應同時具備學科能力、專業能力、研究能力與可轉移能力4種核心能力，以應對經濟社會形勢的不斷變化與需求．具體體現為基于核心學科與多學科知識發展跨學科能力、基于人才培養定位發展專業能力、基于研究全過程的研究能力、靈活遷移于多種職業之間的可轉移能力[11]．聯合國教科文組織國際教育局（IBE-UNESCO）將STEM能力定義為：“在21世紀背景下，以能動性和倫理性地使用知識技能、價值觀、態度和技術，實現個人有效參與體現集體和全球利益的行動并發展的能力．”STEM能力包括要體現特定的倫理態度和價值觀，并能夠運用整體的方式工作[12]．加拿大英屬哥倫比亞大學（University of British Columbia）的STEM學者米爾納—博洛廷和安德森認為STEM教師應該具備以下3種能力：跨學科教學能力、了解自身不熟知的領域并能夠有針對性提升的能力、團隊協作能力[13]．美國MS Urban STEM項目組認為STEM教師需具備以下3種能力：一定的創新能力、基本的教學技能及知識儲備、跨學科能力[14]．《中國STEM教師能力等級標準》[15]中將STEM教師能力劃分為5個維度，分別為STEM教育價值理解、STEM學科基礎、STEM跨學科理解與實踐、STEM課程開發與整合、STEM教學實施與評價．袁智強等學者認為[16]，加強中國STEM教師培養要讓學生掌握基于問題的學習、基于探究的學習、基于設計的學習、基于協作的學習等教學技能．拓展學生學科知識儲備，學生在主修某個STEM專業的同時，再輔修與之相關的一到兩個專業．廣州市荔灣區教育發展研究院劉琨[17]認為教師STEM教育能力包括STEM教育能力基礎、STEM課程設計能力、STEM教學策略與手段的應用能力3個方面．華東師范大學沈中宇等對李業平進行訪談[18]，李業平表示在STEM教育背景下，數學教師不僅要掌握學科知識，還需要具備跨學科知識．青島大學師范學院的馬勇軍、姜雪青[19]在《中國STEM教師能力等級標準》的基礎上，將小學STEM教師能力結構分為以下5個方面：STEM教育價值理解、STEM學科基礎、跨學科理解與實踐、STEM課例選擇與設計、STEM課例實施與反思．楊開城[20]等認為STEM教師需具備以下4種能力：掌握STEM教育所包含學科的學科基礎知識；能夠獨立完成工程設計作品；能夠獨立完成某種科學實驗；具備科學精神及工程意識．

由已有研究可以看出，STEM教育的概念既包含專門的STEM課程也包含在分科教學中滲透其它相關學科的知識；對于從事STEM教育的教師需要具備的素養與能力稱之為STEM教育能力，即能夠勝任科學、技術、工程、數學學科的教育，具備這些學科的通用素養，能夠在教學中抓住各學科交叉點進行STEM教育的能力；具備STEM教育能力的群體包括正從事STEM教育的教師與未來能夠勝任STEM教育教學、踐行STEM教育理念的教師儲備力量．

從現有文獻來看，對數學師范生STEM教育能力的研究較少，也未見有教育行政部門對數學師范生STEM教育能力做出具體要求，數學師范生并不等同于從事STEM教育的教師，還有很多自身的限制．綜合國內外學者對STEM教育能力維度劃分的特點，結合數學師范生的實際情況，將STEM教育能力劃分為4個維度，即STEM學科基礎維度、STEM跨學科能力維度、STEM教育理解維度和STEM課程開發與實施維度．

2.2 研究工具

所使用的“數學師范生STEM教育能力調查問卷”由3部分組成，第一部分為基本信息，包括性別、年級；第二部分為“STEM教育能力現狀調查”，其中1～5題測試STEM學科基礎維度、6～10題測試STEM跨學科能力維度、11～14題測試STEM教育理解維度、15～18題測試STEM課程開發與實施維度；第三部分為“STEM教育能力的影響因素調查”，其中1～3題測試教師職業認同維度、4～6題測試動機與自我效能維度、7～11題測試知識儲備維度、12～15題測試實踐經歷維度、16～18題測試學校資源與環境維度．選項分為“完全符合”“基本符合”“中立”“不太符合”“完全不符合”，按照5至1李克特式計分．

2.3 研究對象

研究對象為青海省3所高校數學（師范）專業大學4個年級的學生，共發放560份問卷，經剔除無效問卷，共計回收520份有效問卷，研究對象分布見表1所示．

表1 研究對象分布

3 研究過程

3.1 STEM教育能力的年級差異性分析

首先對數學師范生STEM教育能力進行年級差異性分析，其次對數學師范生STEM教育能力4個維度分別進行差異性分析．不同年級數學師范生STEM教育能力及在4個維度上的差異性分析見表2所示．

表2 數學師范生STEM教育能力的年級差異性分析

從表2可知，數學師范生STEM教育能力大四年級高于其他年級，分維度來看，每個維度也都是大四年級高于其他年級，且顯著性值均小于0.05，表明4個年級數學師范生STEM教育能力均存在顯著性差異．

3.2 STEM教育能力的多重比較分析

不同年級數學師范生STEM教育能力及在4個維度上的多重比較結果見表3所示．

表3 不同年級數學師范生STEM教育能力及在四維度上的多重比較

注：*表示均值差的顯著性水平為0.05．

從表3可知，數學師范生STEM教育能力在4個年級間均存在顯著性差異，數學師范生在STEM教育能力的4個維度上4個年級之間也都存在顯著性差異．

3.3 不同年級數學師范生STEM教育能力影響因素的路徑分析

從上述分析可以看出，大四年級數學師范生STEM教育能力高于其他年級，4個年級數學師范生在STEM教育能力的4個維度上均存在顯著性差異，為了探究產生顯著性差異的原因，對不同年級數學師范生STEM教育能力進行影響因素的路徑分析．

3.3.1 大一年級數學師范生STEM教育能力影響因素的路徑分析

經AMOS22.0軟件分析得到大一年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型的擬合指數見表4所示．模型的路徑系數圖如圖1所示．

表4 大一年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型的擬合指數

圖1 大一年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型路徑系數

由圖1可知，大一年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型中共有6條路徑．通過路徑分析，得出以下結果．

（1）假設5個影響因素對大一年級數學師范生STEM教育能力有影響，該假設成立．

（2）該模型的路徑及路徑系數如下．

①影響因素對大一年級數學師范生STEM學科基礎維度影響的軌跡：

知識儲備→STEM學科基礎=0.92；實踐經歷→STEM學科基礎=0.07．

②影響因素對大一年級數學師范生STEM跨學科能力維度影響的軌跡：

實踐經歷→STEM跨學科能力=0.23．

③影響因素對大一年級數學師范生STEM教育理解維度影響的軌跡：

實踐經歷→STEM教育理解=0.26；動機與自我效能→STEM教育理解=0.23．

④影響因素對大一年級數學師范生STEM課程開發與實施維度影響的軌跡：

實踐經歷→STEM課程開發與實施=0.77．

3.3.2 大二年級數學師范生STEM教育能力影響因素的路徑分析

大二年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型的擬合指數見表5所示，模型的路徑系數圖如圖2所示．

由圖2可知，大二年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型中共有4條路徑．通過路徑分析，得出以下結果．

（1）假設5個影響因素對大二年級數學師范生STEM教育能力有影響，該假設成立．

（2）該模型的路徑及路徑系數如下．

①影響因素對大二年級數學師范生STEM學科基礎維度影響的軌跡：

知識儲備→STEM學科基礎=0.87．

②影響因素對大二年級數學師范生STEM跨學科能力維度影響的軌跡：

實踐經歷→STEM跨學科能力=0.21．

③影響因素對大二年級數學師范生STEM教育理解維度影響的軌跡：

教師職業認同→STEM教育理解=0.26．

④影響因素對大二年級數學師范生STEM課程開發與實施維度影響的軌跡：

實踐經歷→STEM課程開發與實施=0.88．

3.3.3 大三年級數學師范生STEM教育能力影響因素的路徑分析

大三年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型的擬合指數見表6所示，模型的路徑系數圖如圖3所示．

表6 大三年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型的擬合指數

圖3 大三年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型路徑系數

由圖3可知，大三年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型中共有5條路徑．通過路徑分析，得出以下結果．

（1）假設5個影響因素對大三年級數學師范生STEM教育能力有影響，該假設成立．

（2）該模型的路徑及路徑系數如下．

①影響因素對大三年級數學師范生STEM學科基礎維度影響的軌跡：

知識儲備→STEM學科基礎=0.90．

②影響因素對大三年級數學師范生STEM跨學科能力維度影響的軌跡：

實踐經歷→STEM跨學科能力=0.14．

③影響因素對大三年級數學師范生STEM教育理解維度影響的軌跡：

知識儲備→STEM教育理解=0.21．

④影響因素對大三年級數學師范生STEM課程開發與實施維度影響的軌跡：

實踐經歷→STEM課程開發與實施=0.91；

教師職業認同→STEM課程開發與實施=0.06．

3.3.4 大四年級數學師范生STEM教育能力影響因素的路徑分析

大四年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型的擬合指數見表7所示，模型的路徑系數圖如圖4所示．

表7 大四年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型的擬合指數

圖4 大四年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型路徑系數

由圖4可知，大四年級數學師范生STEM教育能力影響因素模型中共有6條路徑．通過路徑分析，得出以下結果．

（1）假設5個影響因素對大四年級數學師范生STEM教育能力有影響，該假設成立．

（2）該模型的路徑及路徑系數如下．

①影響因素對大二年級數學師范生STEM學科基礎維度影響的軌跡：

知識儲備→STEM學科基礎=0.89；

實踐經歷→STEM學科基礎=0.11．

②影響因素對大二年級數學師范生STEM跨學科能力維度影響的軌跡：

實踐經歷→STEM跨學科能力=0.30．

③影響因素對大二年級數學師范生STEM教育理解維度影響的軌跡：

教師職業認同→STEM教育理解=0.19．

④影響因素對大二年級數學師范生STEM課程開發與實施維度影響的軌跡：

實踐經歷→STEM課程開發與實施=0.81；

教師職業認同→STEM課程開發與實施=0.22．

4 結論與啟示

數學師范生的STEM教育能力水平呈逐年上升趨勢，在大四年級達到最高水平．數學師范生的STEM教育能力在年級上存在顯著性差異，數學師范生的STEM教育能力經過不斷學習隨著年級的增長均有增強．

對STEM學科基礎維度的影響，知識儲備及實踐經歷這兩個影響因素對大一、大四年級的STEM學科基礎能力有較強的正向影響，知識儲備影響因素對大二、大三年級的STEM學科基礎能力有較強的正向影響．

對STEM跨學科能力維度的影響，實踐經歷影響因素對每個年級的STEM跨學科能力均有較強的正向影響．

對STEM教育理解維度的影響，實踐經歷、動機與自我效能這兩個影響因素對大一年級的STEM教育理解有較強的正向影響，教師職業認同影響因素對大二、大四年級的STEM教育理解有較強的正向影響，知識儲備影響因素對大三年級的STEM教育理解有較強的正向影響．

對STEM課程開發與實施維度的影響，實踐經歷影響因素對大一、大二年級的STEM課程開發與實施有較強的正向影響，實踐經歷、教師職業認同這兩個因素對大三、大四的STEM課程開發與實施有較強的正向影響．

綜上所述，青海省高校要對數學師范生進行有針對性的培養，以期學生的STEM教育能力得到更好的發展．在此提出如下建議．

（1）樹立大學教師STEM教育理念．從研究結論可以看出，數學師范生在STEM教育能力和STEM教育理解維度的得分低于其它維度，說明數學師范生對STEM教育并不熟悉，STEM教育作為一個正在興起的教育理念還沒有被大多數學生所熟知，因此，建議大學教師多向學生滲透STEM教育理念．

（2）為數學師范生開展多學科課程．建議師范院校開設多學科課程，培養數學師范生的跨學科教育能力；培養數學師范生教學實踐能力．在開展數學教育課程時，講授與實踐并重，STEM教育理念的踐行更是凸顯了實踐的重要性，讓學生體會各學科知識間的融合，使學到的知識與生活建立起聯系．

（3）在STEM教育中培養數學師范生職業理想．積極推動高校對數學師范生進行有意義的STEM教育培養工作，讓學生在活動中提高學科興趣，潛移默化地感受到STEM教育，并且在活動中堅定教育事業的責任感，堅定職業理想，從而提高STEM教育能力．

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Current Situation Investigation and Influencing Factor Analysis of STEM Educational Ability of Mathematics Normal Student in Local Colleges and Universities——Taking Qinghai Province as an Example

WANG Yu, WANG Ying, WANG Yi-qing, GUO Cheng-yu

(College of Mathematics and Statistics, Qinghai Normal University, Qinghai Xining 810008, China)

This study questionnaire on STEM Educational ability of Mathematics normal university students was compiled from the four dimensions of STEM discipline foundation, STEM interdisciplinary ability, STEM educational understanding, STEM curriculum development and implementation. The questionnaire also considers the factors that affect STEM education ability of mathematics normal university students. A full-sample survey is conducted on mathematics normal university students in colleges and universities in Qinghai Province, and the differences between grades are analyzed, and the main conclusions are as follows. There are significant differences in STEM education ability of mathematics normal university students in grade levels, and there are significant differences in the four dimensions of STEM discipline foundation, STEM interdisciplinary ability, STEM educational understanding and STEM curriculum development and implementation. Through the analysis of the influencing factors and the STRUCTURAL equation model of STEM educational ability for the groups with differences, it is concluded the five influencing factors have different impact paths and intensity on the four dimensions of STEM education ability of mathematics normal university students of different grades.

local universities; mathematics normal students; STEM educational ability; grade difference

G645

A

1004–9894（2023）04–0090–06

王煜，王瑩，王乙晴，等．地方院校數學師范生STEM教育能力的現狀調查及影響因素分析——以青海省為例[J]．數學教育學報，2023，32（4）：90-95．

2023–02–08

國家社會科學基金“十三五”規劃2019年度教育學西部項目——青海少數民族地區中學理科教師勝任力研究（XHA190294）

王煜（1964—），男，陜西寶雞人，教授，主要從事數學課程與教學論研究．郭承育為本文通訊作者．

[責任編校：周學智、張楠]