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原文链接：Chang, D., Hwang, GJ., Chang, SC.et al.Promoting students’ cross-disciplinary performance and higher order thinking: a peer assessment-facilitated STEM approach in a mathematics course.Education Tech Research Dev69, 3281–3306 (2021). https://doi.org/10.1007/s11423-021-10062-z

提升学生的跨学科能力及高阶思维水平：一种以同伴评估为手段的 STEM 教育方法在数学课程中的应用

一、概念解析

STEM教育

STEM 教育是以科学、技术、工程与数学的内在联系为基础，依托真实问题与项目式学习，倡导做中学、探究与迭代设计，打破传统分科教学边界，旨在培育学生跨学科问题解决能力、创新素养与科学工程素养的整合式教育模式。

衍生：STEAM（增加 Art 艺术）、STREAM（再加阅读），在原有理工基础上融入人文审美。

核心特征：

1.跨学科整合：打破分科壁垒，知识联动，而非拼盘式教学

2.项目驱动：从真实任务出发（如搭建小车、净水装置），PBL 项目式学习为主

3.做中学、迭代改进：遵循工程循环：设计→制作→测试→修改

4.素养导向：重点培养创新思维、批判性思维、协作能力、科学素养、工程思维

PA‑STEM（peer assessment‑facilitated STEM approach）

即同伴评价赋能的 STEM 教学模式，依托数字化平台与标准化评价量规，将同伴互评嵌入跨学科项目全过程，构建 “创作‑多元反馈‑迭代修订” 学习闭环，在不新增独立课程前提下，依托常规学科课堂实现 STEM 跨学科教学，促进学生学业表现以及协作、批判性思维、元认知等高阶思维能力发展。

二、摘要

1.研究目的

在STEM任务中，为了帮助学生理解教师的评价标准，增加观察和学习同伴工作的机会，并提高他们的认知水平以及批判性思维等高级思维能力，提出了一种以同伴评估为基础的 STEM 教学方法。

2.研究对象

实验在台湾一所初中进行，共有 112 名学生参与了这项实验。实验组由两个班级，共 53 名学生，采用 PA-STEM 教学方法进行学习；对照组则由两个班级，共 59 名学生，采用传统的 STEM 教学方法。

3.实验结论

实验结果表明，实验组学生的学习效果更为出色。他们的协作能力、批判性思维水平、解决问题的能力以及元认知能力都明显优于对照组学生。此外，同伴评估的分数与教师评估的分数高度一致，这表明学生们能够充分理解教师的评分标准，并能准确评价同伴在 STEM 方面的表现。

三、研究问题

本研究采用了以同伴评价为驱动的 STEM 教学方法，让学生能够根据评分标准来评价同伴的作品，并利用同伴的反馈来改进自己的作品。为了评估这种学习方法的有效性，我们提出了以下研究问题：

1.与传统的 STEM 教学方法相比，PA-STEM 方法对学生学习成果的影响如何？

2.与传统的 STEM 教学方法相比，PA-STEM 方法是如何影响学生的协作能力、批判性思维、解决问题的能力以及元认知能力的发展的？

3.采用 PA-STEM 教学法进行学习时，学生的学习成绩与高阶思维能力之间究竟存在着怎样的关联呢？

4.在 PA-STEM 方法中，同伴反馈与教师反馈在多大程度上能够相互印证？

四、研究设计

1.实验工具

在本研究中使用的工具包括：用于预测和后测的学习成就测试、用于评估 STEM 项目成果的评分标准，以及关于合作倾向、批判性思维意识、问题解决倾向和元认知倾向的问卷。

预测和后测的学习成就测试由两位经验丰富的教师设计和实施，包含 10 道选择题和 10 道测验题，总分 100 分。

同行评估的评分标准包含四个维度：构建性、准确性、认知性以及创新性。每个维度的评分范围从1 到 5 分，其中 1 分表示最低分，5 分表示最高分。同时，协作倾向问卷、批判性思维意识问卷、问题解决倾向问卷、元认知倾向问卷也都采用 5 点 Likert 量表评分体系。

2.实验对象

参与这项研究的是来自台湾北部的 112 名台湾学生，他们来自四个不同的班级。这些学生都没有使用软件设计拼贴图案的经验。本研究采用了准实验设计。实验组采用 PA-STEM 方法（53 名学生），而对照组则采用传统的 STEM 方法（59 名学生）。

在每节课中，参与者被分成四到五人的小组，共同完成 STEM 项目。学生的学习成果、合作能力、批判性思维水平、解决问题的能力以及元认知能力被作为因变量来研究。这两组学生都由同一位老师授课，不过这位老师并不知晓哪一组学生属于实验组。

3.实验过程

如图所示，实验持续了 3 周时间，每周进行两次 50 分钟的学习活动。在第一周，教师引导学生完成预测试问卷，然后进入学习成果预测试环节。在活动开始之前，教师先复习了相关的勾股定理知识，以确保两组学生都能顺利完成课程。之后，教师使用 GeoGebra 软件为学生们演示了平台的使用方法，帮助他们熟悉该平台。接下来，学生们自由发挥。

在第二周，学生一起讨论教师在平台上提出的问题，然后继续开展他们的 STEM 项目。随后进行了小组展示的第一阶段。实验组的学生的评分是由同伴进行的，每位学生都需要对另一位学生进行评估。学生们根据反馈和建议对其他团队开发的项目进行了修改和调整。对照组的学生则由老师进行评估，并根据老师的意见进行改进。

在最后一周的第二阶段，学生们展示了修改后的 STEM 项目。此时，实验组的同学再次进行了同伴评估，而对照组的学生则由老师进行评估。老师随后指导学生们如何使用激光切割机，并从中挑选出每个团队中最优秀的作品。学生们被引导使用激光切割机来完成他们的 STEM 项目作品。最后，学生们需要完成一份学习成果测试问卷以及一次学习成果测试。

五、实验结果

1.学习成果

对学生学习成果前测数据进行正态性检验，根据结果，实验组和对照组P值均大于0.05；

分别绘制实验组与对照组学习成果前测的标准 Q-Q 图进行正态性检验。结果显示，两组样本数据点基本沿对角线分布；两组均近似服从正态分布，满足后续协方差分析（ANCOVA）的正态性假设。

通过莱文方差等同性检验，P=0.160>0.05，说明两组的方差是齐性的；

之后我们再看均值等同性t检验，P值为0.786>0.05，表明实验组和对照组学生之间的学习成果没有显著差异。

通过莱文方差等同性检验，我们可以知道显著性P值0.359＞0.05，说明方差是齐性的，条件满足。

通过单因素协方差分析（ANCOVA）来评估 PA-STEM 组和传统 STEM 组学生的学习成绩。表 1 展示了实验组和对照组在后测成绩上的 ANCOVA 分析结果：PA-STEM 组的调整后平均值和标准差分别为 74.188和 0.72，而传统 STEM 组则分别为 66.85和 0.683。

这些结果表明，两组在后测成绩上存在显著差异。在这两个组之间，实验组的得分（F= 54.653，p < 0.001）明显优于对照组。这表明，与传统的 STEM 教学方法相比，PA-STEM 方法更能帮助学生取得更好的成绩。

与此同时，采用 Mann‑Whitney U 检验比较两组前后测增益分的差异，结果显示U=60.500，Z=-5.496，P＜0.05，表明两组干预带来的得分增益存在统计学差异。该结果与协方差分析结论基本一致，说明该结论具有较好稳健性。

2.合作倾向

对学生合作倾向前测数据进行正态性检验，根据结果，实验组和对照组P值均大于0.05；

通过莱文方差等同性检验，P=0.357>0.05，说明两组的方差是齐性的；

之后我们再看均值等同性t检验，P值为0.625>0.05，表明实验组和对照组学生之间的合作倾向前测没有显著差异。

前测满足正态，基线主检验使用独立样本 t 检验；为增加分析严谨性、补充非参数检验结果，额外使用 Mann‑Whitney U 交叉验证基线均衡情况，U=1498.00，Z=-0.382，P=0.703＞0.05，两种检验结论一致。

从描述性统计数据中可以看出，实验组在创造性思维倾向方面的评分平均值和标准差分别为 4.37 和 0.50，而对照组的相关数值分别为 3.87 和 0.56。通过莱文方差等同性检验，我们可以知道显著性P值0.061＞0.05，说明方差是齐性的，条件满足。

如表 2 所示，结果显示两组在合作倾向上存在显著差异，F=39.236，p<0.001。调整后的平均值分别为：PA-STEM 组为 4.38，传统 STEM 组为 3.857；标准差分别为 0.061 和 0.057。实验组的合作倾向明显高于对照组。这一发现表明，PA-STEM 方法更有可能增强学生的合作意愿，而传统 STEM 方法则难以达到这一效果。

与此同时，采用 Mann‑Whitney U 检验比较两组前后测增益分的差异，结果显示U=651.00，Z=-5.318，P＜0.001，表明两组干预带来的得分增益存在统计学差异。该结果与协方差分析结论基本一致，说明该结论具有较好稳健性。

3.批判性思维意识

对学生批判性思维前测数据进行正态性检验，根据结果，实验组和对照组P值均大于0.05；

通过莱文方差等同性检验，P=0.317>0.05，说明两组的方差是齐性的；

之后我们再看均值等同性t检验，P值为0.604>0.05，表明实验组和对照组学生之间的批判性思维前测无显著差异。

从描述性统计数据中可以看出，实验组在批判性思维倾向方面的评分平均值和标准差分别为 4.41 和 0.61，而对照组的相关数值分别为 4.17 和 0.57。通过莱文方差等同性检验，我们可以知道显著性P值0.708＞0.05，说明方差是齐性的，条件满足。

如表 3 所示，两组在批判性思维意识方面存在显著差异（F=9.087，p<0.05）。PA-STEM 组的调整后平均值为 4.427，而传统 STEM 组为 4.157，标准差分别为 0.065 和 0.061。实验组的批判性思维意识明显高于对照组。这一结果表明，与传统的 STEM 方法相比，PA-STEM 方法在提升学生批判性思维意识方面更为有效。

采用 Mann‑Whitney U 检验比较两组前后测增益分的差异，结果显示U=1006.500，Z=-3.246，P=0.001＜0.05，表明两组干预带来的得分增益存在统计学差异。该结果与协方差分析结论基本一致，说明该结论具有较好稳健性。

4.解决问题能力

对前测数据进行正态性检验，根据结果，实验组和对照组P值均大于0.05；

通过莱文方差等同性检验，P=0.981>0.05，说明两组的方差是齐性的；

之后我们再看均值等同性t检验，P值为0.482>0.05，表明实验组和对照组学生之间的前测没有显著差异。

前测满足正态，基线主检验使用独立样本 t 检验；为增加分析严谨性、补充非参数检验结果，额外使用 Mann‑Whitney U 交叉验证基线均衡情况，U=1442.500，Z=-0.705，P=0.481＞0.05，两种检验结论一致。

从描述性统计数据中可以看出，实验组在解决问题能力方面的评分平均值和标准差分别为 4.34 和 0.65，而对照组的相关数值分别为 3.73 和 0.75。通过莱文方差等同性检验，我们可以知道显著性P值0.180＞0.05，说明方差是齐性的，条件满足。

如表 4所示，两组在解决问题倾向上存在显著差异（F=20.46，p<0.001）。调整后的平均值分别为：PA-STEM 组为 4.321，传统 STEM 组为 3.748；标准差分别为 0.092 和 0.087。实验组的解决问题倾向明显优于对照组。这一结果说明，PA-STEM 方法比传统 STEM 方法更能提升学生的解决问题能力。

与此同时，采用 Mann‑Whitney U 检验比较两组前后测增益分的差异，结果显示U=795.00，Z=-4.479，P＜0.001，表明两组干预带来的得分增益存在统计学差异。该结果与协方差分析结论基本一致，说明该结论具有较好稳健性。

5.元认知倾向

对学生元认知前测数据进行正态性检验，根据结果，实验组和对照组P值均大于0.05；

分别绘制实验组与对照组元认知前测的标准 Q-Q 图进行正态性检验。结果显示，两组样本数据点基本沿对角线分布，两组均近似服从正态分布，满足后续协方差分析（ANCOVA）的正态性假设。

通过莱文方差等同性检验，P=0.069>0.05，说明两组的方差是齐性的；

之后我们再看均值等同性t检验，P值为0.150>0.05，表明实验组和对照组学生之间的元认知前测没有显著差异。

从描述性统计数据中可以看出，实验组在元认知方面的评分平均值和标准差分别为 4.26 和 0.63，而对照组的相关数值分别为 3.88 和 0.73。通过莱文方差等同性检验，我们可以知道显著性P值0.435＞0.05，说明方差是齐性的，条件满足。

如表 5 所示，两组元认知倾向存在显著差异（F=6.669，p<0.05）。PA-STEM 组的调整后平均值為 4.199，而传统 STEM 组為 3.932；标准差分别为0.075 和 0.071。实验组的元认知倾向明显高于对照组。这一结果表明，与传统 STEM 方法相比，PA-STEM 方法在提升学生元认知倾向方面更为有效。

六、结论

这项研究试图将同伴评价的方法引入 STEM 课程中，期望通过这种方式能够帮助学生比较和反思自己的学习成果，增强与同伴之间的互动。实验组采用了 PA-STEM 方法，而对照组则采用了传统的 STEM 方法。研究结果表明，同伴评价显著提高了学生的学习成绩、合作能力、解决问题的能力、批判性思维能力以及元认知能力。此外，同伴评价的结果与教师评价的结果高度相关。

虽然本研究提出的 PA-STEM 方法对学生学习成果和高阶思维能力的提升产生了积极影响，但该方法也存在一些局限性。首先，该 STEM 活动是在数学课程中实施的，因此将研究结果推广到其他课程可能并不合适。 其次，本研究采用了传统的 PA 评估方式，即评估者向评估对象提供评分和意见；而评估对象则没有机会对收到的评分和意见进行反馈。在未来的研究中，可以采用双向同伴评估的方式，以促进学生之间的互动交流。评估者与被评估者之间的互动可能是进一步提升学习表现的一种方式。 此外，本研究并未分析学生之间的同伴评估过程。在未来的研究中，值得记录并分析学生在小组讨论中的互动情况，以更深入地探讨影响他们学习表现的因素。 另外，在本研究的结果中，除了元认知之外，其他高级思维维度与学习成就之间都没有相关性。因此，在未来的研究中，可以使用多元回归来分析高级思维的其他维度对学习成就的预测效应。

收获

1.实验设计出两轮同伴评价‑修改循环：

小组完成初稿 STEM 项目；第一轮展示 + 同伴互评；接收反馈，修改作品；

修改后二次展示，开展第二轮同伴互评；再优化；最终作品经过数字加工，激光切割生成实体成品。

和传统只做一次评价的区别：评价不是结尾，而是迭代修改中间环节；评价嵌入项目全过程，形成 “创作 — 评价反馈 — 修订” 闭环，属于形成性评价技术。

2.同伴评价效度检验方法

很多文献或研究的同伴评价研究都默认评价有效，但现实情况下同伴评价对学生的自觉要求更高，真实性往往有待评估，但该文章做了校验：做同伴得分与教师专家得分回归相关分析，证明学生在量规支持下，可以给出和教师高度一致评分，证实同伴评价的效度。