小學生科學學科能力發(fā)展均衡問題研究
——基于TIMSS 2011研究視角

于學清 黃愛芬 董李娜

(1.北京市海淀外國語實驗學校，北京 100195；

2.北京市建華實驗學校，北京 100039)

教育調(diào)查

小學生科學學科能力發(fā)展均衡問題研究
——基于TIMSS 2011研究視角

于學清1黃愛芬2董李娜2

(1.北京市海淀外國語實驗學校，北京 100195；

2.北京市建華實驗學校，北京 100039)

以TIMSS 2011評測框架為研究基礎(chǔ)，以北京市為例，通過調(diào)查問卷，從地域和學生性別兩個視角評估小學生科學學科能力的總體發(fā)展狀況和“知道”“應用”“推理”三個不同維度的成就表現(xiàn)。研究顯示城區(qū)學校小學生科學學科能力發(fā)展明顯優(yōu)于郊縣學校的學生，同時小學男生和女生的科學學科能力發(fā)展無顯著性差異。

小學生；科學學科能力；均衡；TIMSS 2011

培養(yǎng)學生的學科能力是學科教育的重要功能，是學生特定心理能力發(fā)展的表現(xiàn)?？茖W學科能力就是在科學學科教育的認知活動中形成、發(fā)展，并在科學探究中運用的特殊能力，是學生在學校科學課程活動中逐漸習得并運用的認知能力。[1]重視小學生科學學科能力的培養(yǎng)是基礎(chǔ)教育改革和發(fā)展的必然要求，對改進我國小學科學教學實踐和提高評價水平具有重要意義。

一、TIMSS 2011與科學學科能力

TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study)是由國際教育成就評價協(xié)會(IEA)主辦的國際測試項目，每四年一個周期，考察對象為四年級和八年級學生，其框架由內(nèi)容和認知兩個維度構(gòu)成。以TIMSS 2011四年級框架為例，內(nèi)容維度包括生命科學、物質(zhì)科學以及地球科學，認知能力則包括知道、應用和推理?！爸馈敝笇W生需要知道的科學事實、過程和概念；“應用”指學生在問題情境中應具備的知識應用和概念理解的能力；“推理”指學生針對新情境、復雜關(guān)系或多步驟的問題提出非常規(guī)的解決方案的能力。[2]本研究借助TIMSS 2011研究成果把科學學科能力分為知道、應用及推理三個維度，并通過測試題對三個維度能力進行了整體評估。

二、研究對象、方法及問卷內(nèi)容

1.研究對象及方法

研究本著方便抽樣、準確性與穩(wěn)定性兼顧的原則，對北京城區(qū)及郊縣8所不同類型學校的四年級上學期在讀學生進行抽樣。城區(qū)學校包括海淀的1所私立學校(城區(qū)-J)、1所重點學校(城區(qū)-R)、1所普通校(問卷不符要求，文中未出現(xiàn))，朝陽(城區(qū)-F)、東城(城區(qū)-Q)各1所普通校；郊縣學校包括房山(郊縣-L)、大興(郊縣-D)和平谷(郊縣-P)的各1所普通學校。每個學校抽取2個班，人數(shù)在42～80不等，共發(fā)放問卷536份，回收問卷536份，回收率為100%。回收后評測教師專門進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與核實，除海淀區(qū)1所學校問卷不符要求，有效樣本為7所學校的456份問卷，有效率為85.07%。

本研究對測試對象采用了相同問卷，用以評價學生科學學科能力水平，通過SPSS進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理，做平均數(shù)差異比較、影響因子與題目相關(guān)性比較等。

2.問卷內(nèi)容

本問卷分為兩部分。第一部分為基本信息調(diào)查，主要包括學校、性別、家庭環(huán)境、對待科學的態(tài)度以及科學閱讀等情況。第二部分為科學能力測試，題目來自TIMSS 2011題庫，共28題，除了一題(24題，屬知道能力維度)滿分為2分外，其余各題均賦值1分，共29分。測試題型包括選擇題和簡答題，知道及應用維度選擇題比例較高，推理維度則簡答題比重較大。同TIMSS 2011相比，各能力維度所占比例接近(見表1)。

表1 實測題各維度學科能力比例 %

三、結(jié)果分析

1.不同學校整體均分差異性分析

對不同學校學生在科學學科能力測試成績上的總平均分進行單因素方差分析，結(jié)果顯示不同學校之間具有顯著性差異(如表2所示)。從測試總平均分看，城區(qū)學校樣本最高平均分為24.24分，最低為18.49分；郊縣最高平均分僅為15.69分，比城區(qū)樣本最低平均分低2.8分，三個郊縣學校平均分均明顯低于市平均分18.64分。因此北京地區(qū)小學生科學學科能力有如下發(fā)展趨勢和結(jié)論：城區(qū)學校整體科學學科能力表現(xiàn)突出，與郊縣樣本相比差距較大，尤其在推理能力考查中，各校差異明顯。

表2 不同學校總平均分情況

進一步檢驗，不同學校之間方差齊性(P=0.120>0.05)，事后檢驗(LSD)的結(jié)果顯示不同組別之間呈現(xiàn)顯著性差異(F=47.563，P=0.000<0.05)。J校和其他幾個學校在總分上都存在顯著性差異，具體表現(xiàn)為J校均分顯著高于其他學校均分。R校和其他幾個學校之間也存在顯著性差異，其均分也顯著高于L校、F校、D校、Q校和P校，但顯著低于J校。L校和P校、D校間無顯著性差異，但均分顯著低于其他幾個學校。F校均分顯著低于J校和R校，同時顯著高于P、D和L校。D校顯著低于J校、R校、F校和Q校，但和L校和P校相比則無顯著性差異。Q校明顯低于J校和R校，但顯著高于L校、D校和P校。P校則明顯低于J校、R校、F校和Q校。

進一步對同類子集進行分類(如表3所示)，結(jié)果顯示L校、D校及P校屬于一類，均分最低；而F校和Q校屬于第二類，均分比第一類要高，R校為第三類，J校為第四類。第一類為郊縣學校，第二、三、四類屬于城區(qū)學校，其中第四類為城區(qū)私立學校。從各校均分上也可以直觀看出，城區(qū)學?？茖W學科能力測試均分顯著高于郊縣學校均分。

表3 科學學科能力總平均分的同類子集(alpha=0.05)

注：將顯示同類子集中的組均值：a.將使用調(diào)配和均值樣本大小為62.516；b.組大小不相等，將使用組大小的調(diào)配和均值，不保證Ⅰ類錯誤級別。

再進一步對城區(qū)學校和郊縣學校進行獨立樣本T檢驗，也驗證了城區(qū)學校和郊縣學校在整體科學學科能力上的顯著性差異 (P=0.000<0.05，見表4)。城區(qū)學校學生的科學學科能力均分(21.07分)顯著高于郊縣學校學生的科學學科能力均分(15.41分)(如表5所示)。

表4 城區(qū)學校與郊縣學校總平均分差異性檢驗

表5 城區(qū)學校與郊縣學?？偲骄直容^

2.不同學校科學學科能力各維度的差異性分析

分別考查科學學科能力的不同維度，整體上各校推理維度的能力表現(xiàn)突出，各題均分為0.74分，應用其次(0.69分)，知道以0.62分的均分排在末位。這和科學教學重視探究活動的特點相關(guān)，而知道能力則更傾向于記憶、描述、舉例、下定義等能力要素。由于科學考試較少，學生較少精力投入偏重記憶的知道能力訓練，因此這部分成績較低就不難理解。通過對比城區(qū)及郊縣學校學生在科學學科能力各維度的成就表現(xiàn)可知，城區(qū)樣本校中知道、應用、推理維度學科能力平均分最高分分別為0.89分、0.82分、0.93分，最低分分別為0.60分、0.68分、0.75分；郊縣樣本校最高平均分分別為0.50分、0.62分、0.64分，最低平均分分別為0.47分、0.58分、0.56分。城區(qū)學校與郊縣學校在知道、應用及推理的差值分別為0.42分、0.24分及0.37分，顯示出較大的差異性。

進一步單獨檢驗城區(qū)及郊縣學校表現(xiàn)，城區(qū)學校和郊縣學校在知道、應用、推理維度的均分具有顯著性差異(P<0.05，見表6)。通過對均分的比較發(fā)現(xiàn)，城區(qū)學校學生在知道、應用及推理各維度均分分別為0.72分、0.75分及0.83分，整體分別高于郊縣的0.48分、0.60分及0.61分(見表7)。進行縱向比較發(fā)現(xiàn)，城區(qū)及郊縣學生整體上呈現(xiàn)出推理能力高于應用能力，應用能力高于知道能力。

表6 城區(qū)學校與郊縣學校不同維度科學學科能力差異性檢驗

表7 城區(qū)學校與郊縣學校不同維度科學學科能力均分比較

以下分別對三個維度科學學科能力測試題進行分析：

(1) 不同學校知道維度科學學科能力差異性比較。不同學校間學生在知道維度的表現(xiàn)具有顯著性差異(如表8所示)。具體表現(xiàn)在J校得分顯著高于其他學校；R校和其他幾個學校之間也存在顯著性差異，其均分顯著高于L校、F校、D校、Q校、P校的均分；L校和P校、D校無顯著性差異；F校顯著低于J校和R校的，同時顯著高于P校、D校和L校；D校顯著低于J校、R校、F校和Q校，但相比L校和P校無顯著性差異。Q校明顯低于J校和R校，但顯著高于L校、D校和P校。各校在該維度表現(xiàn)結(jié)果和這些學校在總平均分上的差異性表現(xiàn)是一致的，同類子集的分布也呈現(xiàn)出與均分的一致性。因此整體來看，屬于城區(qū)的J校、R校、Q校和F校的學生在知道維度科學學科能力發(fā)展好于屬于郊縣的D校、P校及L校。

表8 不同學校知道維度均分

(2) 不同學校應用維度科學學科能力差異性比較。不同學校學生在該維度的表現(xiàn)具有不同的顯著性差異(如表9所示)。J校和R校間無顯著性差異，但是和L校、F校、D校、Q校具有顯著性差異，J校學生在該維度學科能力上的表現(xiàn)顯著高于其他學校。R校 同J校、Q校無顯著性差異，但同L校、F校、D校間具有顯著性差異，其學生該維度科學學科能力顯著高于其他幾個學校。L校和J校、R校和Q校之間具有顯著性差異，但其學生在該維度科學學科能力明顯低于這些城區(qū)學校。F校只和J校、D校和P校之間有顯著性差異，和其他學校之間無顯著性差異。D校和J校、R校、F校和Q校間具有顯著性差異，其學生應用能力得分顯著低于這幾個學校。Q校同J校、L校、D校和P校間具有顯著性差異，P校和J校、R校、F校、Q校之間具有顯著性差異，其學生在應用維度科學學科能力上的表現(xiàn)顯著低于上面幾個學校學生的均分。

表9 不同學校應用維度均分

進一步進行同類子集分類，因為不同學校之間分類界限不是很明顯，我們以平均分參考，J校、R校、Q校均分都在平均線以上，F(xiàn)校與均線持平，而P校、D校、L校均在平均線以下。不難發(fā)現(xiàn)J校、R校、Q校、F校均為城區(qū)學校，其中J校、R校教學資源更加優(yōu)質(zhì)；而P校、D校、L校為郊縣學校。整體來看城區(qū)學校的小學生應用維度科學學科能力發(fā)展好于郊縣學校。

(3) 不同學校推理維度科學學科能力差異性比較。不同學校推理維度均分情況(如表10所示)統(tǒng)計結(jié)果具體表現(xiàn)為J校和R校無顯著性差異，但是和L校、F校、D校、Q校具有顯著性差異的，同時J校學生在推理維度科學學科能力上的表現(xiàn)顯著高于其他各校學生。R校除了和J校、Q校沒有顯著性差異外，和L校、F校、D校之間具有顯著性差異，其學生推理維度科學學科能力顯著高于其他幾個學校。L校同J校、R校、Q校之間具有顯著性差異，和D校、P校之間無顯著性差異，其學生推理維度科學學科能力明顯低于其他城區(qū)學校。F校、D校、Q校之間無顯著性差異，同其他學校則存在顯著性差異，同J校、R校呈現(xiàn)負相關(guān)，均分顯著低于這兩所學校，同L校、P校呈正相關(guān)，均分顯著高于這兩所學校。D校同J校、R校、Q校之間具有顯著性差異，表現(xiàn)為D校學生推理維度科學學科能力得分顯著低于這幾個學校。Q校同J校、L校、D校、P校間具有顯著性差異，同R校、F校無顯著性差異。P校同J校、R校、F校、Q校之間具有顯著性差異，其學生在推理維度科學學科能力上的表現(xiàn)顯著低于上述學校。

表10 不同學校推理維度均分情況

進一步進行同類子集分類，與應用維度結(jié)果相似，J校、R校、Q校均分都在平均線以上，F(xiàn)校與均分持平，而P校、D校、L校都在平均線以下。整體上城區(qū)學校的小學生推理維度科學學科能力發(fā)展也好于郊縣學校。

3.男女生科學學科能力差異性分析

對男生和女生的均分進行獨立樣本T檢驗結(jié)果顯示(如表11、12所示)，男生均分(18.89分)和女生均分(18.36分)之間無顯著性差異(P=0.291>0.05)，僅在個別題目上表現(xiàn)出了男女生之間的顯著性差異。如第4題男生均分0.67分，女生均分0.46分，男生成績顯著高于女生在這一題目上的得分(P=0.000)；第13題男生為0.88分，女生0.78分，男生成績顯著高于女生在這一題目上的得分(P=0.003)；第23題男生(0.65分)顯著高于女生(0.81分)在這一題目上的得分(P=0.000)。

表11 科學學科能力男女生均分

表12 男女生科學學科能力差異性檢驗

表13 知道維度科學學科能力男女生均分

表14 男女生知道維度差異性檢驗

表15 應用維度科學學科能力男女生均分

表16 男女生應用維度差異性檢驗

表17 推理維度科學學科能力男女生均分

表18 男女生推理維度差異性檢驗

分別對男女生在知道、應用、推理維度的均分進行獨立樣本T檢驗，結(jié)果顯示(如表13～18)，男女生僅在知道維度上具有顯著性差異(P=0.013<0.05)，具體表現(xiàn)為男生在知道維度的均分顯著高于女生在該維度的均分；在應用維度及推理維度的均分上無顯著性差異。

四、討論與建議

本文基于TIMSS 2011對北京部分學校四年級學生科學學科能力進行了測查，經(jīng)過分析可以得出如下結(jié)論：北京小學生科學學科能力發(fā)展整體良好，但并不均衡，城區(qū)學校明顯好于郊縣學校，表現(xiàn)出城區(qū)和郊縣學校學生科學學科能力發(fā)展的不均衡性，在資源配置豐富的私立學校和重點學校，學生的科學學科能力得到更好培養(yǎng)和發(fā)展。整體來看，雖然受測學校間各維度科學學科能力表現(xiàn)各不相同，但是推理維度能力表現(xiàn)普遍好于應用維度，更好于知道維度能力。由于探究是小學科學學習的主要學習方式，《科學(3～6年級)課程標準》中明確提出科學探究是科學學習的中心環(huán)節(jié)，科學探究能力的形成依賴于學生的學習和探究活動。目前，科學教師普遍重視學生在探究活動中逐漸發(fā)展起來的提出問題、分析問題、提出合理假設(shè)、歸納與證明并得出結(jié)論等能力的培養(yǎng)，而這些恰恰是推理維度科學學科能力的重要組成要素，因此學生能在推理維度科學學科能力取得更好的成績就不難理解。而知道維度的能力側(cè)重于記憶和辨識、描述和舉例等能力要素，學生在日常教學中由于沒有考試壓力，往往較少精力投入偏重記憶的知道能力訓練，這也是導致這部分測試成績低的主要原因。其次，從整體來看，男女生在科學學科能力的表現(xiàn)上并無明顯差異，但由于學習興趣、學習偏好、認知發(fā)展等特點的不同，女生在科學學科能力發(fā)展上的表現(xiàn)稍弱于男生，尤其由于科學閱讀量的不同，男生在知道維度科學學科能力的表現(xiàn)更有優(yōu)勢。

[參 考 文 獻]

[1] 于學清.國內(nèi)外小學生科學學科能力解析[J].現(xiàn)代教育科學，2015(3):13-15.

[2] INA V S MULLIS.TIMSS 2011 Assessment Frameworks[M].TIMSS & PIRLS International Study Center， 2009:81-84.

10.16165/j.cnki.22-1096/g4.2016.04.029

2015-11-17

北京市教育科學“十二五”規(guī)劃青年專項課題(CBA13046)。

于學清(1975-)，男，黑龍江人，講師；黃愛芬(1985-)，女，河北邢臺人，碩士；董李娜(1986-)，女，遼寧錦州人，碩士。

G465

A

1002-1477(2016)04-0121-06

陳學濤]