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编译：康玉琼 东南大学脑与学习科学系，儿童发展教育研究所 研究生导师：姜飞月 柏毅 作者：He Sun, Yueguang Xie, Jari Lavonen  【摘要】：长期以来，科学教育研究一直关注科学高阶思维（S-HOT），并观察到学生的高阶思维在科学学习过程中发挥着重要作用。然而，现有研究往往忽视了S-HOT的综合性，也没有界定其独特性。为此，本研究提出了一个综合五种能力的S-HOT新模型，并编制了一份新的问卷来测量学生的S-HOT。采用结构方程模型确认了S-HOT结构中创造性思维、批判性思维、元认知、科学自我效能感和科学推理之间的因果关系。结果显示，在创造性思维方面，男生的平均得分明显高于女生。研究还发现，五种能力之间存在相关性：元认知对科学推理有显著影响，科学自我效能感对批判性思维和创造性思维有显著影响，科学推理直接影响科学自我效能感。 【关键词】：高阶思维；因素结构；科学教育；教育技术  一、介绍 科学教育改革和创新的最重要问题之一是教育技术的整合使用。在这种形势下，对学生的技能水平提出了更高的要求。科学中的高阶思维（HOT）是所有学生必不可少的思维技能。在科学中培养HOT也是教育机构越来越关注的问题，特别是在丰富的技术类环境中，确保教育工作者采取适当的方法来促进学生的思维发展。 因此，本研究的目的是：1）通过对科学推理、批判性思维、创造性思维、科学自我效能感和元认知等概念的解释，对科学教育中的科学自我效能感进行深入的研究；（2）考察这些能力是否与科学学习相关，以及如何与科学学习相关。这项研究的意义是双重的。首先，在数据分析过程中建立了S-HOT结构，并揭示了在科学学习情境中形成S-HOT结构能力的因果关系；此外研究结果对科学教育中恰当的教学方法的进一步研究和实践有一定的参考价值。 二、研究方法 本研究采用了混合研究法：（1）开发了新的问卷来测量S-HOT；（2）采用定量分析来探索和确认调查结构；（3）采用SEM分析来确保“S-HOT研究框架”五种技能之间的关联。 2.1.研究对象 本研究的参与者为中国15所初中的1153名学生（552名女生）。学生年龄从14岁到16岁不等。根据研究目的，对苏州、深圳、长春、银川四市初中378名学生（190名女生）的数据进行探索性分析。之后，从佛山、宁波、山东和长春的初中收集了675名学生（362名女生）的数据，进行验证性分析。数据收集在教室进行，历时三个月。在探索性因素分析（EFA）部分，学生使用答题纸回答问题。在验证性因素分析（CFA）部分，学生使用电脑在线回答问题。在项目经理的监督下，每个教室由三名教师进行测试。 2.2.研究工具 2.2.1.科学中的批判性和创造性思维 参考加州批判性思维倾向量表和托兰斯创造性思维测验设计批判性和创造性思维问题。这些问题旨在将科学素养中的高阶特征纳入其中。科学中的批判性思维和创造性思维量表项目包括两个量表中每一个的5-6个项目（例如，“我喜欢对科学问题进行猜测或假设，并对其进行测试”和“我可以提出不同的解决方案或表达自己独特的观点”）。 2.2.2.科学自我效能感 根据班杜拉的说法，自我效能感受四个主要来源的影响：掌握经验、替代经验、情绪唤起和口头说服。本研究参考了PISA 2015测试对科学自我效能概念的定义。科学自我效能感量表项目包括四个项目（例如：“我意识到自己有能力成功地完成一项学习任务或解决一个科学问题”和“当我在解决问题遇到困难时，我会勇敢地做出一些努力并试图克服它们”）。 2.2.3.元认知技能 元认知技能不能直接测量，它必须从学生的行为中推断出来。测量的元认知技能包括学生对解决问题过程的监控，改进他们解决问题的解决方案，分析他们不能解决问题的原因，并制定学习计划。该量表包括五个项目（例如：“我将根据学习目标制定学习计划”和“当我的学习成果没有达到预期时，我会分析原因并制定改进计划”）。 2.2.4.科学推理 科学推理量表项目涉及四个维度：生成调查问题;细化问题，以便可以对其进行调查（例如：“我能识别我从互联网上获得的信息的真实性”）；使用先验知识来设计（例如：“我用我的科学知识和调查技能来解决现实生活中的问题”）；确定该设计是否与该问题相匹配，并确保结论得到数据的支持（例如：“我从各种来源收集信息，并在做出决定之前仔细考虑”）。 三、结果和讨论 1.1. 探索性因子分析（EFA）结果 各因子的信度系数（Cronbach’s Alpha）分别为0.846、0.816、0.805、0.725、0.772，总信度为0.929，表明量表能够测量学生的S-HOT。KMO = 0.944，Bartlett球形度检验χ2= 3614.110，df=253，p<0.001，KMO测量和Bartlett检验表明数据是可因子分解的。根据平行分析的百分位数，因子数为5个（图1）。  图 1平行数据和原始数据的分析结果 表1显示了通过使用旋转因子分析提取的五个因子。最终版本的S-HOT调查中共保留了23个项目。这五个因素共同解释了观察到的方差的61.74%。对于因子1、2、3、4和5，每个因子分别能够解释13.71%、13.38%、12.87%、11.2%和10.58%的方差。 表 1 EFA的结果和S-HOT调查的可靠性  注：N = 378; CRE = Creative thinking; SSE = Science self-efficacy; ME = Metacognition; CRI = Critical thinking; SR = Scientific reasoning. 3.2. 验证性因子分析（CFA）结果 3.2.1 S-HOT调查的CFA 使用AMOS 22.0确定了S-HOT调查每个项目的CFA因子负荷（表2）。各项目与S-HOT调查的拟合度（单位自由度=397.755，RMSEA=0.045，CFI=0.960，TLI=0.953）显示出充分的拟合，并有助于确认问卷的结构。起初，测量结果与数据不符，总体而言，CRI5项目的负荷因子小于0.5，因此在最终版本中被省略。其余22个项目的负荷因子均大于0.5，因此被视为重要项目。 表 2 CFA结果  3.2.2 S-HOT的相关性分析 表3显示了675名学生在S-HOT调查中的平均项目得分和标准差。学生在不同S-HOT能力方面的水平排序如下（从高到低）：批判性思维、科学自我效能感、科学推理、元认知、创造性思维。结果显示，大多数学生的成绩趋于平均水平，只有创造性思维能力普遍较低。通过t检验发现，男女学生在批判性思维、元认知、科学自我效能感和科学推理方面没有明显差异。不过，男生的创造性思维得分明显高于女生（3.2 vs. 2.9；t = 3.8，p < 0.00）。 表 3 男女生S-HOT汇总统计  表4中的因子协方差显示了S-HOT技能之间的相关性。表中列出了S-HOT 相关性的标准化估计系数。批判性思维、创造性思维、元认知、科学自我效能感和科学推理之间存在适度相关（0.547-0.663）。 表 4 S-HOT能力之间的相关性（N = 675）  CFA数据用于检验结构方程模型。结果显示，模型拟合度χ2 = 419.472，p < 0.000，df = 179，RMSEA = 0.036，CFI = 0.958，TLI = 0.51。然而，元认知与创造性思维（β = 0.051; p = 0.18）或批判性思维（β = 0.059; p = 0.102）之间的关系没有主效应。删除不显著的路径后，最终建立了S-HOT模型，S-HOT模型的拟合优度有所提高（χ2 = 422.868，p < 0.000，df =181，RMSEA = 0.045，CFI = 0.958，TLI = 0.951）。最后，元认知（β = 0.658; p < 0.001）直接影响科学推理。同时，科学自我效能感（β = 0.82; p < 0.001）（β = 0.621; p < 0.001）直接影响批判性思维和创造性思维，科学推理（β = 0.327; p < 0.001）直接影响科学自我效能感（图 2）。  图 2 S-HOT结构方程模型 结果显示，元认知的不同组成部分对创造性思维过程有不同的影响。在科学教育中，S-HOT在课堂学习活动过程中表现得更为明显。创造性思维过程涉及自我监控。在这一模型中，创造性思维和批判性思维都受到自我效能感的影响，信任度越高，两者之间的关系越密切。这意味着自我效能感与创造性思维和批判性思维的关系随着自我效能感的提高而增强。 本研究中，科学自我效能感对初中生批判性思维的影响强于科学自我效能感对创造性思维的影响。学生的自信心有助于他们在解决科学问题时运用批判性思维。此外，元认知对科学推理的影响强于科学推理对科学自我效能感的影响。这说明，个体的元认知对其科学推理有积极的调节作用，进而增强其科学自我效能感。当个体的科学自我效能感提高时，创造性思维和批判性思维也会提高。由于元认知与科学自我效能感、科学推理与批判性和创造性思维之间存在正相关，因此这些能力也是相互促进的。  四、结语 本研究有助于促进科学教育中学生S-HOT结构的发展。首先，本研究强调，缺乏明确的S-HOT结构是一个必须解决的基本问题。为此，根据以往的量表和干预措施，编制了一份S-HOT调查表，以测量学生的表现，帮助确认S-HOT的结构。其次，研究结果强调了S-HOT模式在科学学习中的独特之处。研究结果能够为科学教育提出各种建议。 但本研究也存在一些局限性。首先，需要进行更多的研究，以考察S-HOT在不同阶段的具体技能评估。其次，调查范围有限，今后的研究应在考虑学生不同的经济状况、学校质量和学生学业成绩的基础上，对学生的S-HOT进行研究，并通过应用这一模式让学生练习解决复杂问题，探索解决问题的教学设计。最后，今后还可以探索合适的教学方法和手段，以促进不同类型知识的学习和S-HOT的进一步发展。 查阅原文：He Sun, Yueguang Xie, Jari Lavonen Thinking Skills and Creativity DOI：10.1016/j.tsc.2022.100999 |
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