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长期STEM课程的实施对学生学习动机的影响

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一、介绍

如今,人们十分重视在学校推广STEM课程,各国政府都认为,培养高水平的科学家、技术人员、工程师和数学家对保证经济繁荣至关重要 。但是,青少年对这些学科普遍缺乏兴趣,因此STEM教育的改革已经成为全世界政治、经济和教育界共同讨论的话题。

本文在前人研究的基础上,提出了能够克服学生对STEM学科缺乏兴趣的问题的STEM主动学习课程,并使他们参与到学习中来。课程的理念是在帮助学生提高学习动机的同时解决基于现实世界的问题。本研究的重点是分析实施STEM课程对学生动机的影响,因此研究旨在回答以下问题:

(1)学生有学习STEM的积极性吗?

(2)学生是否能够保持学习动机?

(3)动机是否受参与者的性别影响?

(4)动机是否受参与者的年级影响?

研究者采用基于ARCS模型的教学材料动机调查(IMMS)对学生的动机进行量化。ARCS模型能够测量四个动机影响因子:注意力、相关性、自信和满意度。对这四类影响因子的研究,可为将来重新设计STEM课程版本时提供参考。

二、研究准备工作

(一)STEM课程设置

研究者设计了一门具有教学普适性的STEM课程。课程的实施理念是引入技术和工程概念,同时增强学生学习的动力和兴趣。正式的STEM课程在6年级(小学)和7年级(中学)两个年级分别展开,课程教学时间为期一年。

(二)小组工作

学生以3人小组的形式展开团队合作,每组配备一台电脑。教师将根据不同的课程给每组分发特定的材料箱、慧鱼套件的使用手册以及用于介绍材料箱的组件、主要特征和使用说明的课程资料。资料中还包含了学生需要解决的问题,所以学生必须根据课程搭建、操作相应模型,并回答相应的问题。

(三)实践学习

STEM课程的目标之一是促进学生在学习过程中积极主动地学习。也就是说,为了激励学生学习,教师需要给学生提供基于现实对象的学习活动。学生在学习过程中必须建立一个基于真实对象的模型,如桥梁结构,汽车模型等。为了模拟它的工作方式,他们有可能需要对模型进行编程。教师在教学中扮演指导者的角色,在课程结束时,教师通过观察各小组回答的问题、模型图片以及个人观察记录,了解他们的工作情况。

三、研究设计

(一)研究对象

研究的被试为六年级和七年级学生,其中六年级学生有26名(男生14人,女生12人),七年级学生有22名(男生11人,女生11人)。

(二)研究方法

本研究的主要目的是分析实施STEM课程对学生学习动机的影响,通过教学材料动机调查法(IMMS)进行动机评估。此外,为了避免学生对新材料产生的积极反应和动机对测量产生干扰,我们在第一学期(2015年12月)结束,学生接受了12课时的教学时,第一次测量学生的动机;在第三学期(2016年6月)结束时,再次对学生进行测量,检测他们的学习动机是否有变化。研究还分析了学习动机与参与者性别之间的关系,以及学习动机与年级间的关系。

(三)研究工具

我们使用IMMS作为研究工具,目的是了解学生对某门特定课程的积极度和期望。IMMS在ARCS模型的基础上发展而来,测量题由36道李克特量表题组成,包括12道与注意力有关的问题、9道与相关性有关的问题、9道与自信有关的问题和6道与满意度有关的问题,单道题的分数范围从1(不正确)到5(非常正确)。IMMS的信度为0.96 (Keller 2010)。

四、实验结果与讨论

(一)学生学习动机

本节通过分析各年级测试得分的平均分和标准差来研究学生的学习动机。由于第一学期末和第三学期末进行的两次测试结果并没有显著的差异,所以为了避免重复,只对第一学期末的测试结果进行详细说明。

注意力对应问题的平均分和标准差如表2所示,值得注意的是,反向题的得分最低。我们认为,出现这一现象是因为学生很难理解这类问题。六年级得分最高的题目是第20题,平均分为4.85。

表2 第一学期测试中注意力得分的平均分和标准差

长期STEM课程的实施对学生学习动机的影响

相关性对应题的平均分和标准差如表3所示。同样,反向题得分最低。六年级和七年级学生得分最高的题目都是第23题。

表3 第一学期测试中相关性得分的平均分和标准差

长期STEM课程的实施对学生学习动机的影响

自信对应题的平均分和标准差如表4所示。六年级得分最高的题目是第13题,平均分为4.81。七年级得分最高的题目是第15题,平均分为4.14。

表4 第一学期测试中自信得分的平均分和标准差

长期STEM课程的实施对学生学习动机的影响

最后,满意度对应题的平均分和标准差如表5所示。六年级和七年级的总平均分分别为4.68和3.92。六年级得分最高的题目是第32题,平均分为4.88。七年级得分最高的题目是第36题,平均分为4.36。

长期STEM课程的实施对学生学习动机的影响

所有学生的平均成绩如图1所示,六年级和七年级分别为3.18-4.75和2.77-4.53。由此我们可以得出结论,大多数学生的学习动机来源于STEM课程。

长期STEM课程的实施对学生学习动机的影响

图1 第一学期学生的学习动机

(二)学生学习动机的变化

本节通过比较第一学期末和第三学期末两次测试获得的结果,探索在STEM课程中学生学习动机的演变。

图2显示了6年级和7年级学生在第一学期测试(2015年12月)和第三学期测试(2016年6月)中的平均分。根据这些较高的分数,我们由此可以确定大多数学生的学习动机来源于STEM课程中所使用的材料和教学方法。此外,6年级的第一学期到第三学期的平均分只是略有下降,高水平的学习动机能够在STEM课程中得到保持。7年级的平均分略有增加,因此可以得出结论该年级学生的高水平的学习动机总体上增加了。

长期STEM课程的实施对学生学习动机的影响

图2 两个年级的学生学习动机的变化

(三)学习动机和性别的关系

六年级女生的得分高于男生,而七年级男生的得分高于女生。但是无论在动机因素上还是在成绩上,女性和男性被试给出的平均分数之间的差异都没有统计学意义。只有在注意因素和七年级第三学期测试中所有因素的平均值方面,男女参与者的得分差异具有统计学意义。

(四)学习动机和年级的关系

六年级和七年级学生的成绩差异有统计学意义,六年级学生的学习动机总体上比七年级学生更强。自信是唯一在每个年级的平均分数间的差异没有统计学意义的影响因子。

五、结论

本文通过采用基于ARCS模型的IMMS对第一学期末和第三学期末学生的学习动机进行测量,分析实施STEM主动学习课程对学生学习动机的影响。从IMMS测量的高分可以看出,大多数学生在STEM课程中都是具有学习动机的。其中满意度影响因子得分最高,这说明多数学生满意于自己的学习成就,并对STEM课程感到满意。

在整个学年中,学生的学习动机水平总体上保持不变。甚至在最后一节课上,大多数学生都要求第二年继续学习STEM课程。此外,研究结果还显示,男性被试和女性被试的得分并没有统计学上的显著差异。

最后,六年级学生的得分明显高于七年级学生。六年级学生仍在接受小学教育,这可能是他们对STEM课程更感兴趣的原因之一。而七年级的学生开始接受中学教育,STEM课程可能很难吸引他们的注意力和好奇心。

综上所述,研究结果一方面增强了STEM在学校设计和推广的可行性。另一方面也证实了,当学生在课堂上积极参与到基于现实的问题解决的过程中,他们有着积极的学习动机。需要注意的是,在实施STEM课程之前,应该考虑到教师是否具备了相应的技术工程知识。同时,学校必须为STEM课程提供具体的时间安排来帮助学生更好地学习这门课程。

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