从概念理解到跨学科创新：高中生IESR的中介机制

《Frontiers in Psychology》：From conceptual understanding to interdisciplinary innovation: the mediating mechanism of IESR among high school students

　　

培养青少年跨学科创新能力已成为中等教育的核心议题，然而，抽象概念资源如何转化为真实创新实践的心理机制仍未得到充分阐明。基于自我调节学习（SRL）、知识建构和学习迁移理论，本研究考察了高中生抽象思维与概念理解（ATCU）、探究执行与策略调节（IESR）以及跨学科整合与实践创新（IIPI）之间的关系，并特别关注IESR的中介作用。中国G省10至12年级共2,466名学生完成了一份27题自陈式测量工具，该工具改编自Watson-Glaser批判性思维测评、Torrance创造性思维测验以及PISA 2015科学素养评估框架。该工具表现出较强信度（Cronbach's alpha = 0.977）和良好结构效度。基于5,000次重抽样的结构方程模型（SEM）与bootstrap中介分析得到四项主要发现：（1）ATCU可显著预测IIPI（β = 0.220, p < 0.001）；（2）ATCU可显著预测IESR（β = 0.769, p < 0.001）；（3）IESR可显著预测IIPI（β = 0.704, p < 0.001）；（4）IESR在ATCU与IIPI的关系之间发挥部分中介作用（总效应 = 0.756；直接效应 = 0.220，占29.10%；间接效应 = 0.536，占70.90%；95% CI [0.509, 0.563]）。该模型解释了IIPI 74.9%的变异。上述发现表明，抽象概念理解主要通过探究执行与元认知调节促进跨学科创新，形成“理解—探究—反思”循环，这一循环是青少年科学素养发展的核心。本研究将元认知理论拓展至跨学科创新领域，并为基于能力导向的STEM课程设计、教学干预和评价改革提供了循证启示。

本文发表于《Frontiers in Psychology》，聚焦高中生跨学科创新能力形成的心理机制。研究背景在于，全球知识经济与科技创新持续加速，教育目标正在由学科知识传授转向高阶能力与真实问题解决能力培养。STEM整合教育与项目式学习逐渐成为主流路径，但现实中仍存在显著的“知识—行动鸿沟”：学生即使具备较多学科知识，也常难以在新颖、复杂、跨学科情境中实现知识迁移、整合与创新应用。既有研究虽已证明认知能力和元认知能力对学业成就的重要性，但仍存在三方面不足：其一，多数研究关注元认知对成绩的直接作用，较少考察其在高阶认知资源转化为创新结果过程中的中介作用；其二，跨学科创新研究更多聚焦课程设计和教学干预，对学习者内部如何协调抽象概念、探究执行与策略调节这一心理过程探讨不足；其三，面向高中阶段的大样本实证证据仍较有限。因此，开展该研究具有明确的理论与实践必要性。

围绕上述问题，研究人员构建并检验了一个中介模型，考察抽象思维与概念理解（ATCU）如何经由探究执行与策略调节（IESR）影响跨学科整合与实践创新（IIPI）。理论上，研究综合自我调节学习理论、知识建构理论和学习迁移理论，提出“理解—探究—反思”循环，用以解释陈述性知识如何转化为程序性能力，并进一步表现为创新产出。研究结果表明，ATCU不仅能够直接正向预测IIPI，还能显著促进IESR，而IESR又显著正向预测IIPI，并在ATCU影响IIPI的过程中发挥显著部分中介作用。间接效应占总效应的70.90%，说明跨学科创新能力的形成在很大程度上依赖于探究过程中的计划、监控、调节与反思。研究的重要意义在于，它将元认知理论具体推进到跨学科创新情境中，为能力导向STEM教育、课堂教学组织及评价改革提供了经验依据。

在研究方法上，研究人员以中国G省2,466名10至12年级高中生为样本，采用基于Watson-Glaser Critical Thinking Appraisal、Torrance Tests of Creative Thinking（TTCT）和PISA 2015 Science Literacy Assessment Framework改编的27题自陈量表进行测量。量表包含ATCU、IESR、IIPI三个维度，采用5点评分。研究首先进行信度、效度与共同方法偏差检验，随后开展Pearson相关分析、验证性因素分析（CFA）、结构方程模型（SEM）分析，并使用PROCESS 4.1 Model 4结合5,000次bootstrap重抽样检验IESR的中介效应。

研究结果部分可概括如下。

5.1 Descriptive statistics and correlations
研究人员首先对ATCU、IESR和IIPI进行描述性统计与相关分析。结果显示，三项变量均处于中等偏上水平，均值范围为M = 2.931–3.139，其中IESR得分最高，IIPI相对略低。三者之间均呈显著正相关（r = 0.746–0.854, p < 0.01），其中IESR与IIPI之间的相关系数最高（r = 0.854）。这一结果说明，抽象思维与概念理解、探究执行与策略调节、跨学科整合与实践创新之间存在紧密联系，也为进一步开展中介效应检验提供了统计学前提。

5.2 Direct effects of ATCU and IESR on IIPI
在多元回归分析中，ATCU与IESR共同解释了IIPI 74.9%的总变异（R² = 0.749, F = 3679.751, p < 0.001）。其中，ATCU对IIPI具有显著正向预测作用（β = 0.220, p < 0.001），IESR对IIPI也具有显著正向预测作用（β = 0.704, p < 0.001）。从标准化回归系数看，IESR的预测效应明显强于ATCU。该结果表明，概念性理解确实构成跨学科创新的重要认知基础，但探究执行与策略调节在创新表现中的作用更为直接而强劲，说明学生要把抽象知识转化为创新成果，仅具备概念理解尚不足够，还需要高水平的过程性调控能力。

5.3 Mediating role of IESR
研究人员进一步利用PROCESS宏程序与bootstrap方法对IESR的中介作用进行检验，并成功在AMOS中建立中介模型。结果显示，ATCU显著正向预测IESR（β = 0.769, p < 0.001），IESR显著正向预测IIPI（β = 0.704, p < 0.001）；在控制IESR之后，ATCU对IIPI的直接效应仍然显著（β = 0.220, p < 0.001），说明该中介为部分中介而非完全中介。效应分解结果显示，ATCU对IIPI的总效应为0.756，其中直接效应为0.220，占29.10%；通过IESR产生的间接效应为0.536，占70.90%，95%置信区间（CI）为[0.509, 0.563]，不包含0。由此可见，ATCU对IIPI的影响主要是通过提升IESR实现的。换言之，抽象思维与概念理解为学生提供了高质量的认知资源，但这些资源是否能够真正转化为跨学科创新能力，关键取决于学生能否在探究过程中有效计划任务、监控进度、灵活调整策略并开展反思评价。

讨论部分主要围绕三方面展开。首先，ATCU对IIPI的直接正向作用说明，具备较强抽象推理与深层概念理解的学生，更可能识别不同问题情境中的结构相似性，从而进行知识迁移与跨学科整合。但该直接效应相较总效应并不突出，提示单纯的概念理解无法充分解释创新表现，这一发现与“知识—行动鸿沟”相一致。其次，IESR的大比例中介作用支持了“理解—探究—反思”循环模型，表明知识与创新之间并不是简单线性关系，而是一个动态、递归的转化过程。学生需要借助探究计划、过程监控、策略调整和反思评价，将抽象概念重新组织并情境化为问题解决行动。再次，这一模型对于高中阶段具有特殊发展意义。青春期是高阶思维逐步成熟、学业与职业选择日益关键的时期，学生虽可能积累大量学科知识，但如果缺乏探究与调节能力，就难以在新颖的跨学科任务中取得高质量表现。因此，在这一阶段加强IESR的培养具有重要教育价值。

在实践启示方面，研究认为课程设计应将探究与反思置于核心位置，而非仅作为概念教学的附属环节；项目式学习和问题式学习与这一目标较为契合，尤其适合嵌入显性的元认知支架。在课堂教学中，教师可通过元认知提示、结构化反思、逐步复杂化的探究任务等方式，引导学生规划、监控和评价其跨学科问题解决过程。在评价改革上，则应超越单纯内容记忆测试，更加重视对探究过程、调节策略及情境化创新表现的测量。

论文也指出若干局限。其一，横断面设计限制了因果解释的强度，尚不能严格确认ATCU、IESR与IIPI之间的时间序列关系；其二，样本仅来自中国高中生，研究结论的跨文化普遍性仍需进一步检验；其三，所有变量均依赖自陈测量，仍存在共同方法偏差风险；其四，现有模型主要聚焦认知与调节因素，尚未纳入动机、情绪和社会互动等可能影响跨学科创新的重要变量。

研究结论部分可译述如下：本研究考察了中国2,466名高中生抽象思维与概念理解（ATCU）、探究执行与策略调节（IESR）以及跨学科整合与实践创新（IIPI）之间的心理路径。基于自我调节学习、知识建构和学习迁移理论，结果表明ATCU与IIPI呈正相关，并且这种关系在很大程度上受到IESR的中介。该中介模式与“理解—探究—反思”循环相一致，说明概念理解对创新表现的促进，部分依赖于学习者计划、监控、调整和反思探究过程的能力。从理论上看，本研究将元认知研究拓展到跨学科创新领域，并通过将IESR界定为中介过程而非并列预测变量，更细致地揭示了调节机制如何连接概念资源与创新结果。从实践上看，研究提示中学教育应超越以学科知识积累为主的取向，更强调探究式与反思导向学习。这一方向与能力导向STEM教育以及SDG 4、SDG 9的目标高度一致。总体而言，研究为理解青少年概念理解如何通向跨学科创新提供了过程性实证支持，也为中等教育创新素养培养研究作出了贡献。