STEM活动对学生的STEM职业兴趣、动机、科学过程技能、科学成就和观点的影响外文翻译资料

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STEM活动对学生的STEM职业兴趣、动机、科学过程技能、科学成就和观点的影响

Emrah Hi˘ gde , Hilal Aktamıscedil;

摘要：本研究旨在确定科学、技术、工程和数学 (STEM)活动对七年级中学生的STEM职业兴趣、动机、科学过程技能、科学成就的影响，以及他们对STEM教育的看法。研究样本由44名学生组成。样本分为两组，实验组22人，对照组22人。本研究采用了混合研究方法。结果显示，与对照组学生相比，STEM活动提高了实验组学生的科学过程技能、STEM职业兴趣和对STEM领域的积极性。定性研究结果显示，STEM活动培养了学生对跨学科教育和21世纪技能的积极看法，如创造力、协作、批判性思维和问题解决。研究结果表明，STEM活动的实施可以提高学生的科学过程技能、STEM职业兴趣和动机以及对STEM教育的看法。

关键词：职业兴趣 动机 科学过程技能 Stem活动

1. 引言

尽管技术迅速发展，新的技术工具不断产生，但有效地受益于这些工具的个人数量不足，无法生产新的技术工具。STEM教育有望克服这一缺陷（Guzey, Harwell amp; Moore, 2014）。此外，学生对STEM学科的兴趣也在日益降低。为此，提高学生对STEM学科的兴趣和方法以及引导学生进入STEM领域是非常重要的。只有这样，国家才能培养出对未来竞争开放的人才，在工作能力方面得到发展，跟上时代的步伐，产生企业家和创新（Wang,2012）。因此，许多国家一直在尝试将STEM教育方法纳入他们的课程，以培养具有STEM领域知识和技能的个人。

有人提出了不同的教学方法，以提高学生对STEM学科的积极性和兴趣。在这项研究中，采用探究式STEM教育。教学方法从以教师为中心的传统教学转变为以学生为中心的主动教学，以促进学生对STEM学科的参与，并提供有效的教育（Kennedy amp; Odell, 2014）。

探究式学习是一种有效的教学方法，它能提高学生进行调查、解决问题、分析数据和证据、提出问题、做出解释和结论，以及交流发现的能力（Pedaste等人，2015）。在所有的STEM学科中，基于探究的学习方法都有助于促进学生参与真实的、有意义的、与现实世界相联系的学习。研究文献中对科学探究有许多不同的定义。国家研究委员会给出的一个广泛使用的概念是：科学探究是由技能和理解力组成的，包括探究科学问题、进行科学调查以回答问题、应用合适的工具评估和分析结果、做出基于证据的科学解释以及报告和解释关系（国家研究委员会[NRC]，2012）。

基于设计的学习原则支持在STEM教育中整合工程和技术的探究式学习。基于设计的学习集中于生产新的人工制品和原始解决方案和系统（Puente, van Eijck amp; Jochems, 2013）。学生们面对现实生活中的问题，并参与到反思推理过程和应用中。这一过程包括规划、设计和调查结果的交流（Doppelt, Mehalik, Schunn, Silk amp; Krysinski, 2008）。它涵盖了真实的学习者、迭代决策和预测。工程设计是教育文献领域最引人注目的问题之一，因为它帮助学生克服现实世界中的问题（Purzer, Goldstein, Adams, Xie amp; Nourian, 2015)。工程设计过程包括三个要素：对问题的解释，包括限制和约束：解决方案，包括经过测试和完善的解决方案；设计和评估，最终的设计改进（NRC 2012）。

学生通过积极参与合作小组中的真实科学研究，来了解科学家是如何工作的（Bricker amp; Bell，2008；NRC，2012）。由于参与了与真实世界科学活动相关的基于实践的学习活动，学生对科学的兴趣和动机增加了，成绩也有所提高（Fang amp; Wei 2010）。基于探究的科学课程已被证明可以提高学生的科学成就（Sandoval amp; Morrison，2003年），并促进学生参与基于探究的活动实践，包括科学思维和数据分析（Ebenezer、Kaya amp; Ebenezer，2011年）。因此，基于STEM的活动得到了日常生活中的问题的支持。此外，基于STEM的活动使学生为日常生活做好准备，以便提出基于不同学科的解决方案。通过STEM活动，学生有望发展实验、设计、收集数据、分析、推理和解释的技能，并将科学知识与自然事件联系起来。基于STEM的活动帮助学生理解信息并使其更加持久，因为它通过生活将信息传递给学生（Wang，2012）。因此，对于在课堂上实施以STEM为基础的活动的科学研究有很大的需求（Ormanci，2020）。然而，关于STEM教育在课堂上的实施的研究是有限的，并且不包括土耳其的详细研究（Baran, Canbazoglu Bilici, Mesutoglu amp; Ocak, 2016；Scedil; ahin, Ayar amp; Adiguzel, 2014）。同样地，关于STEM学科如何在课堂上整合和应用的研究也仅限于文献（Bahar, Yener, Yilmaz, Emen amp; Gurer, 2018; Guuml;lhan amp; Scedil; ahin, 2016）。此外，研究学生对STEM活动和STEM教育在不同水平和不同科目上的看法的研究数量也有限（Aydın amp; Karslı Baydere, 2019; Guuml;lhan amp; Scedil; ahin, 2018; Sarı, Duygu, Scedil; en amp; Kırındı, 2020）。

科学过程技能；观察、预测、沟通、分类和测量技能被定义为中学生应具备的技能（Akguuml;n, uml; Ozden, Ccedil;inici, Aslan amp; Berber, 2014）。在日常生活中，知识的获得是系统性的，而不是随机性的，相反，拥有科学过程技能不仅为解决日常生活中的问题提供了机会，而且还增加了科学素养，这是科学教育的目的（Harlen，1999）。它可以通过利用STEM为个人提供的机会提高科学过程技能。因为STEM是一个学习领域，有助于用其内容中的学科找到新的解决方案，以解决日常生活中可能遇到的问题（Sarı等人，2020）。

学生在中学阶段对科学和数学的态度和兴趣也会影响他们未来的职业选择。因而，学生对STEM领域的高度兴趣是他们选择这些领域职业的一种激励因素（Buxton，2001）。根据Christensen和Knezek（2017）的说法，学生在很小的时候没有被告知STEM领域的职业机会，这是降低他们对这些领域的职业兴趣的一个有效因素。因此，确定中学生在STEM领域的兴趣和职业目标，对于准备未来的STEM劳动力来说非常重要(Christensen amp; Knezek, 2017)。

在科学教育文献中，人们普遍认为科学、技术、工程和数学（STEM）课程的参与度很低（Osborne, Simon amp; Collins, 2003）。许多研究指出，职业兴趣、科学成就和动机是确保这种参与的解决方案（Master, Cheryan, Moscatelli amp; Meltzoff, 2017; Restivo, Chouzal, Rodrigues, Menezes amp; Lopes, 2014; Rosenzweig amp; Wigfield, 2016）。科学教育文献的主要主题之一是学生越来越不愿意参与STEM教育（Boslash;e, Henriksen, Lyons amp; Schreiner, 2011）。多年来，具有较高职业兴趣、科学成就和动机的学生继续参与STEM领域，而职业兴趣、科学成就和动机较低的学生往往会随着时间的推移而离开。(Skinner, Furrer, Marchand amp; Kindermann, 2008）。这项研究将有助于揭示STEM活动对学生STEM职业兴趣、科学成就、科学过程技能和动机的影响。

本研究使用了科学科目中 '能源和天文学 '科目的学习成果。学生们普遍认为能源和天文学是一门复杂的学科。这些科目将有助于我们理解在日常生活中经常遇到的和在家里使用的能源的转化。此外，还旨在通过小组活动增强学生的合作意识。为了让学生融入到日常生活问题中，学生们通过STEM活动（包括工程设计过程）获得了积极的、基于问题的学习经验。这将使学生有更多的机会创造科学理念和关于能源和天文学的不同想法。这样一来，学生的科学过程技能、解决问题的能力和创造能力都得到了锻炼。学生们通过涉及现实生活问题的活动来激励自己完成关于能源和天文学的工程设计。

天文和能源问题被看作是我们在日常生活中遇到的问题。学生们对太空总是充满了好奇。此外，太空研究还有许多问题需要克服（如销毁太空垃圾）。再者，能源对今天的许多国家都很重要。诸如能源和寻找可再生能源的问题，又是在日常生活中遇到的问题。STEM的核心是强调让学生参与解决现实生活中的问题。在这种情况下，天文学和能源是我们可以在课程中让学生接触到实际生活问题的首要学科。因此，在准备STEM研究活动时，我们选择了天文学和能源主题。在研究中，通过开发天文学和能源学科的活动，既为该领域的教师提供资源，又确定这些活动对学生的科学过程技能、STEM职业兴趣、对STEM的动机、以及他们在能源和天文学方面的成功以及对STEM的看法的影响。从这个意义上说，与STEM有关的活动的有效性将被揭示。本研究的目的是为了确定科学-技术-工程-数学 (STEM)活动对七年级学生的科学过程技能、动机、职业兴趣、学术成就和对STEM教育的看法的影响。本研究试图回答以下研究问题：

1 在控制前测分数的情况下，实验组和对照组的科学过程技能是否有显著差异？

2 在控制前测分数的情况下，实验组和对照组的科学成就分数是否有显著的差异？

3 在控制前测分数的情况下，实验组和对照组对STEM职业的兴趣是否有显著差异？

4 在控制前测分数的情况下，实验组和对照组在STEM方面的动机是否有显著差异？

5 参与STEM活动后，学生对STEM教育有什么看法？

图1 嵌入式混合方法设计

1. 研究方法

在这项研究中，定性研究被嵌入到定量研究中。为此，采用了嵌入式混合方法设计（Creswell, Clark amp; V., 2011）。前测-后测的准实验研究被用作定量研究。首先，实施定量研究并获得统计数据。然后，对实验组中选定的参与者进行访谈，以对结果进行更深入的研究。在一所位于中等社会经济地区的中学里选择了两个班级。因为随机分配小组参与者是很困难的（Gay, Mills amp; Airasian, 2005). 通过科学、数学和技术课程的学业成绩，对一所学校的整个七年级班级进行了比较，以选择同等的实验组和对照组。根据科学、数学和技术课程的学习成绩，从某中学随机选取两个成绩无显著差异的班级作为控制组和实验组。以STEM活动为基础的教育计划，包括10个活动周，在实验组的学生中实施。实施时间为14周，每周两小时。相反，对照组的学生则是从事基于传统学习方法的活动，包括科学、数学和技术教科书（国家教育部[MoNE]，2018）。随后，研究人员对选定的参与者进行了访谈，以深入了解学生的看法。实验实施后，在2016-2017学年春季学期，研究人员使用半结构式访谈形式采访了实验组学生对STEM的看法（图1）。

1. 参与者

本次实验研究在中等社会经济地区的一所中学的两个班级中实施。实验组有16名女生（72.7%），6名男生（27.3%），共有22名学生（50%）。对照组有12名女生（54.5%），10名男生（45.5%），共22名学生（50%）。所有的学生都是十三岁。根据独立t-检验（Pgt;0.05），两组参与者的学校科学、数学 和技术的成绩没有显著差异。实验组学生的STEM观是通过半结构性访谈的形式进行研究的。最大变异抽样技术被用作一种目的性抽样方法，以获得学生在参与STEM活动后对STEM看法的更详细的理解。学生在测试后的STEM职业兴趣调查得分是本研究中用于最大变异案例的标准。我们对15名（10名女生，5名男生）学生进行了访谈，他们分别拥有低（5名）、中（5名）、高（5名）的STEM职业兴趣调查得分。参与研究的学生年龄在13至14岁之间。学生们在社会经济水平（收入水平、父母的教育水平、住房条件和获得技术工具的机会）和学业成就方面都很相似。

1. 数据收集根据

4.1定量工具

在这项研究中，使用了Kier, Blanchard, Osborne和Albert（2014）开发的科学、技术、工程和数学职业兴趣调查（STEMCIS），这是一种5点李克特量表。该调查由44个问题和 科学、技术、数学和工程四个子维度组成。根据197名七年级学生测试项目的确认性因素分析结果，假设模型得到了支持。此外，STEM-CIS的四因素模型在四个子量表中得到了理论上的评估和证实（chi;2=2222.46, df=896, chi;2/df=2.48, NFI= 0.85，CFI= 0.91，GFI= 0.93，RMR= 0.040，RMSEA= 0.068）（Tabachnick amp; Fidell，2013）。科学、技术、数学、工程和总体量表的Cronbach alpha系数分别为0.88、0.90、0.91、0.92和0.93。

本研究使用的STEM学习动机策略问卷（MSLQ）是由Pintrich, Smith, Garciacute;a和McKeachie（1991）开发的，这是一种7点李克特量表。问卷由31个项目和6个子维度组成。这些项目分

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