北京市遠(yuǎn)郊區(qū)縣中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)現(xiàn)狀調(diào)查

徐靜 王晶瑩 羅躍 劉青

21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，科學(xué)教育的成效成為各國討論的焦點。美國“2061計劃”認(rèn)為：美國下一代必須面臨巨大的變革，而科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)位于變革的核心，它們導(dǎo)致變革，塑造變革，并且對變革作出反應(yīng)，它們對今日的兒童適應(yīng)明日的世界十分重要[1]。因此，提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)已經(jīng)成為世界各國科學(xué)教育改革的主要目標(biāo)。目前，國外對科學(xué)素養(yǎng)已展開了大量的研究與測量，而我國對科學(xué)素養(yǎng)研究的方法和測量手段尚未成熟，主要集中在定性和理論研究階段，缺乏實證研究。因此，本文在文獻研究基礎(chǔ)上構(gòu)建了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的評價體系，并通過實證調(diào)查，希望為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)評價提供一些參考。

一、文獻回顧

科學(xué)素養(yǎng)一詞最早出現(xiàn)在1952年科南特的《科學(xué)中的普通教育》一書中，科南特把科學(xué)素養(yǎng)定位于普通教育的層面上。直到20世紀(jì)80年代科學(xué)素養(yǎng)作為科學(xué)教育的目標(biāo)才被明確提出。之后，研究者們從不同的學(xué)科角度深入探討科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)容和含義。在這一時期，影響最大的是國際科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展中心（芝加哥）主任米勒（Miller）在1983年提出的三維模式，他將科學(xué)素養(yǎng)定義為：關(guān)于科學(xué)概念的理解；關(guān)于科學(xué)過程和科學(xué)方法的認(rèn)識；關(guān)于科學(xué)、技術(shù)和社會的相互關(guān)系的認(rèn)識三個層面[2]。米勒模式抓住了科學(xué)素養(yǎng)的核心并以一定的實證數(shù)據(jù)作基礎(chǔ)，在學(xué)術(shù)界得到了較為普遍的認(rèn)同。

我國將科學(xué)教育的目標(biāo)定位于全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。其中《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中提到科學(xué)素養(yǎng)的三個基本要素：對科學(xué)知識的積累和應(yīng)用，對科學(xué)探究過程與方法的了解與實踐，對與科學(xué)相關(guān)的積極向上情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)。

總體而言，對中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)構(gòu)成的研究應(yīng)該綜合考慮以下三個層面。首先，中學(xué)生是未來公民；其次，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)包含在公眾科學(xué)素養(yǎng)的構(gòu)成中，但又不同于公眾科學(xué)素養(yǎng)，具有學(xué)生的特點；最后，科學(xué)教育的目的是提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)又是科學(xué)教育的指南性文件，所以學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)構(gòu)成也應(yīng)該參考科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵論述。

二、研究設(shè)計

1.樣本與資料

研究本課題期間，正值筆者教育見習(xí)。見習(xí)學(xué)校多分布在北京郊區(qū)，通過同學(xué)協(xié)調(diào)，筆者最終對首師大大興附屬中學(xué)、首師大密云附屬中學(xué)和首師大延慶附屬中學(xué)三所北京遠(yuǎn)郊區(qū)縣的中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)進行測評研究。三所學(xué)校在北京市排名都處于中等位置，沒有明顯的差異。其中大興附中和密云附中為高中，延慶四中為初中，調(diào)查涉及初三、高一、高二年級。最終共回收有效問卷數(shù)209份。

2.指標(biāo)體系與測試問卷

國際學(xué)生評價項目（PISA）是目前國際上比較認(rèn)可的對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的測評。因此我們從公民科學(xué)素養(yǎng)指標(biāo)體系、PISA評價指標(biāo)體系和科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)三個角度探討了中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的評價體系，設(shè)計了本研究的指標(biāo)體系。一級指標(biāo)包括：科學(xué)知識與技能、科學(xué)探究過程、情感態(tài)度與STSE。其中，科學(xué)知識與技能維度包括：科學(xué)知識、科學(xué)技能、實際應(yīng)用；科學(xué)探究過程包括：探究認(rèn)識、探究運用、科學(xué)本質(zhì)；科學(xué)情感與STSE包括：科學(xué)情感、STS、STSE。每個二級指標(biāo)細(xì)分為三個三級指標(biāo)，如科學(xué)知識又分為理解掌握、解釋現(xiàn)象、解釋規(guī)律三個遞進層次。

我們認(rèn)為物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都是科學(xué)教育的組成部分。我們設(shè)計的問卷主要涉及物理學(xué)科在科學(xué)素養(yǎng)中反映出的問題。根據(jù)對指標(biāo)體系的調(diào)整，可以測量化學(xué)、生物或科學(xué)綜合等學(xué)科的科學(xué)素養(yǎng)。問卷題目的設(shè)計盡量與生活情境相聯(lián)系，測查學(xué)生情境中問題解決的科學(xué)素養(yǎng)。采用五點法測量，例如科學(xué)知識的解釋規(guī)律的指標(biāo)，問卷的題目設(shè)置為：我能夠用……（阿基米德原理等）解釋生活中的浮力相關(guān)規(guī)律，合理地預(yù)測可能發(fā)生的事情。A非常符合，B符合，C一般，D不符合，E非常不符合。

在指標(biāo)體系設(shè)計時，我們還考慮了維度的遞進關(guān)系，如：一級指標(biāo)科學(xué)知識與技能中，科學(xué)知識、科學(xué)技能、實際應(yīng)用三個維度難度逐漸加深，即科學(xué)知識、科學(xué)技能、實際應(yīng)用分別屬于科學(xué)知識與技能中的低水平、中水平和高水平。我們在問卷發(fā)放時采用不記名方式，以盡量減小測量誤差。此外，我們還收集了被試者的性別、年級、學(xué)校等基本信息，用來作差異統(tǒng)計分析。

我們采用了SPSS17.0進行統(tǒng)計分析和差異分析。通過統(tǒng)計，問卷的信度為0.911，大于0.7，滿足統(tǒng)計的信度要求。

三、結(jié)果分析

我們根據(jù)學(xué)生答題情況，以0—4分給予賦值分等級。2分為中間值（對應(yīng)C一般選項），3分正向程度加1（對應(yīng)B符合項），1分為負(fù)向程度加1。

1.整體分析

整體來看（見圖1），科學(xué)素養(yǎng)的各個二級指標(biāo)都沒有達到3.0，處于中等偏上的水平。二級指標(biāo)的中水平（科學(xué)技能、探究運用與STS）低于高水平（實際應(yīng)用、科學(xué)本質(zhì)與STSE）。

在各年級一級指標(biāo)整體水平中，科學(xué)知識與技能和科學(xué)情感與STSE兩個維度走勢基本相同，初三和高一處于同一水平，而到達高二有一個上升的過程?？茖W(xué)探究維度，初三到高二表現(xiàn)出先下降后上升的過程（見圖2）。

雖然從整體的趨勢我們能夠發(fā)現(xiàn)上述兩個問題，但是我們看到的只是各級指標(biāo)的平均結(jié)果。而各指標(biāo)具體差異，如知識與技能維度，高一和高二2.71和2.89之間是否真的能表現(xiàn)出差異，到底在哪個題目上存在明顯差異，還需要我們進行深入分析。

2.差異分析

我們主要進行了性別差異和年級差異分析，試圖回答整體分析中出現(xiàn)的問題。

（1）性別差異

我們對整體樣本進行了關(guān)于性別的獨立樣本T檢驗，發(fā)現(xiàn)男女生在解釋規(guī)律、過程技能、綜合技能、問題解決、理解方法、科學(xué)作用等六道測試題目的回答結(jié)果上有明顯差異（雙尾檢驗大于0.05）。其中過程技能和綜合技能都屬于二級指標(biāo)科學(xué)技能范圍。

根據(jù)SPSS獨立樣本T檢驗，我們對男女生在這六個題目上回答的結(jié)果作了比較，發(fā)現(xiàn)男生得分都高于女生得分，表明在這六方面男女生差異明顯，并且男生在這六方面的科學(xué)素養(yǎng)要優(yōu)于女生。

（2）年級差異

從整體上來看，在科學(xué)知識與技能和科學(xué)情感與STSE兩個維度上，初三和高一沒有明顯的差別，在高二有一個突變的過程。而在科學(xué)探究維度，初三和高一有下降的過程，到了高二又有一個上升的過程。為分析這兩種情況，我們對高一和高二學(xué)生的回答結(jié)果作了獨立樣本T檢驗。在科學(xué)探究維度，對初三和高一學(xué)生的回答結(jié)果作了獨立樣本T檢驗。

經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)高一和高二學(xué)生在問題解決、探究原理、探究過程、知道內(nèi)涵、理解方法、素養(yǎng)習(xí)慣、科學(xué)精神、理解STS、社會聯(lián)系、理解STSE和環(huán)境關(guān)聯(lián)等方面存在差異，高二學(xué)生表現(xiàn)明顯優(yōu)于高一學(xué)生。其中，知道內(nèi)涵、理解方法、素養(yǎng)習(xí)慣這三個內(nèi)容屬于二級指標(biāo)中的科學(xué)本質(zhì)的維度，理解STS、社會聯(lián)系屬于二級指標(biāo)的STS維度，理解STSE和環(huán)境關(guān)聯(lián)屬于二級指標(biāo)的STSE維度，說明在這幾個維度上高二學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)要優(yōu)于高一學(xué)生。

針對科學(xué)探究維度為什么在高一會下降，我們進行了科學(xué)探究維度，根據(jù)初三和高一學(xué)生各個題目回答結(jié)果的獨立樣本T檢驗，發(fā)現(xiàn)只有在科學(xué)本質(zhì)這一個題目考查上，兩個年級學(xué)生的回答存在明顯差異。從分析中得出，高一年級學(xué)生對于科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵的了解并不比初三好，而是明顯低，可以解釋為隨著年級的升高，高一學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解更加糊涂。我們推測由于教師更加強調(diào)知識的重要性，使學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解呈現(xiàn)起伏走勢。

四、結(jié)論與討論

1.中學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)處于中等偏上水平

整體來看，北京市遠(yuǎn)郊區(qū)縣中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)處于中等偏上的水平。其中科學(xué)技能、探究運用和STS在每個一級指標(biāo)維度中處于最低水平。我們認(rèn)為科學(xué)技能、探究運用和STS在每個維度屬于中等水平，但是結(jié)果表明學(xué)生在這三個方面表現(xiàn)不好，說明我們認(rèn)為的科學(xué)素養(yǎng)中等水平和學(xué)生評價反映出來的水平有差異。

2.男女生在科學(xué)技能等六個維度上存在差異

男女生在解釋規(guī)律、過程技能、綜合技能、問題解決、理解方法、科學(xué)作用等六個方面的回答有明顯差異，并且男生得分都比女生得分高，表明在這幾方面男生的科學(xué)素養(yǎng)比女生好。從物理學(xué)習(xí)的成績來看，男生成績平均要高于女生，這也體現(xiàn)了物理學(xué)習(xí)的性別差異。并且，科學(xué)素養(yǎng)的考查主要關(guān)注了真實生活情境中的應(yīng)用，男生更具有樂于動手、樂于思考的特點。

3.各年級分別在不同維度存在差異

在年級差異分析中，初三和高一在科學(xué)知識與技能和科學(xué)情感與STSE兩個維度中處于同一水平，而到高二有一個上升的過程。在科學(xué)探究維度中，初三到高二表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢。

學(xué)生從高一到高二有一個飛躍的過程，主要體現(xiàn)在問題解決、探究原理、探究過程、知道內(nèi)涵、理解方法、素養(yǎng)習(xí)慣、科學(xué)精神、理解STS、社會聯(lián)系、理解STSE和環(huán)境關(guān)聯(lián)等10個方面。經(jīng)過初中和高中一年的物理學(xué)習(xí)之后，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)在上述10個方面都有明顯的提升，說明高一到高二的教學(xué)對于學(xué)生素養(yǎng)的提升發(fā)揮關(guān)鍵作用。

對于科學(xué)探究維度，高一學(xué)生對于科學(xué)本質(zhì)的理解遠(yuǎn)低于初三學(xué)生。對于高一年級的學(xué)生，剛剛進入高中物理的學(xué)習(xí)，教師如果不強調(diào)科學(xué)本質(zhì)教育，學(xué)生很難自己理解科學(xué)本質(zhì)。所以要在高一教學(xué)中適量增加科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)，幫助學(xué)生加強對科學(xué)本質(zhì)的理解。

最后需要說明的是，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是一個復(fù)雜且重要的問題。本研究的結(jié)果也只是對這一問題的初步探討。同時本研究還存在以下局限性：一是調(diào)查樣本較少，并且只分布在北京郊區(qū)，對北京市的代表性不夠；二是指標(biāo)體系和調(diào)查問卷的問題設(shè)置有待斟酌，尤其是問卷問題，采用主觀評價給調(diào)查結(jié)果帶來很大的誤差。我們期望在后續(xù)的研究中來彌補這些不足。

注：本文系2012年中國科協(xié)研究生科普研究能力提升項目“青少年非正式科學(xué)教育和科學(xué)素質(zhì)測評的研究”（2012KPYJD06）和第51批中國博士后科學(xué)基金面上資助“我國中小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)測評的理論與實踐研究”（2012M510519）階段成果。

參考文獻：

[1]美國科學(xué)促進協(xié)會.科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)[M].北京：科學(xué)普及出版社，2001：i.

[2]魏冰.西方科學(xué)素養(yǎng)理論的形成與發(fā)展[J]，外國中小學(xué)教育，2003（6）.

（作者單位：1.首都師范大學(xué)物理系 2.中國科普研究所）

（責(zé)任編輯：馬贊）