從國際初中科學教材比較研究談國際科學教育測評

崔鴻 朱家華 楊舟

從國際初中科學教材比較研究談國際科學教育測評

崔鴻 朱家華 楊舟

科學教育的實施日益朝著以學習者為中心、以科學素養(yǎng)為目標、以綜合科學為主流、以多元媒介為形式、以學生發(fā)展為導向的方向發(fā)展。本研究在初中科學教材難度國際比較研究的基礎上，進行了PISA、TIMSS、NAEP等國際科學教育測評項目與科學教材在目標、內容、評價導向等方面的一致性分析，例析科學教材編排特點與國際科學教育測評的契合程度，探討如何從當前科學教育與測評現(xiàn)狀出發(fā)，進一步推動科學教育課程發(fā)展。

科學教育測評；科學素養(yǎng)；科學教材

放眼國際，科學教育正在推動課程理念從關注物性向關注人性轉化、培養(yǎng)目標由掌握科學知識向培養(yǎng)科學素養(yǎng)轉化、教學價值從追求同一性向尋求多元化轉化、課程方式由體現(xiàn)學科性向體現(xiàn)綜合性轉化、人才培養(yǎng)從同質化輸出向創(chuàng)新型轉化五個“轉變”發(fā)展[1]。

在此背景下，科學教育學習質量、學業(yè)成就及評價日益引起重視。國際上，經濟合作與發(fā)展組織（OECD）組織實施的國際學生評價項目（Program for International Student Assessment，PISA）、國際教育成就評價協(xié)會（IEA）發(fā)起組織和評估的國際數(shù)學和科學學習趨勢項目（Trends in International Mathe?matics and Science Study，TIMSS）被看作國際主流大規(guī)?；A教育評價項目。美國國家教育進展評估項目（National Assessment of Education Progress，NAEP）也備受國際矚目。而對于各國科學教育研究者而言，這些評價項目中有關科學教育質量測評的內容為反思各國科學教育現(xiàn)狀提供了相對可靠的借鑒。本文從測評的對象、理念、目標、實施與內容等維度對上述三大國際科學教育測評項目進行簡單的對比介紹，見表1。

教材是教學內容的主要載體。科學教材作為科學課程的核心組成部分，是課程目標和教學內容的具體體現(xiàn)，也是師生開展教學活動的主要工具，在內容選擇、知識呈現(xiàn)、編排特點、難易程度等方面集中體現(xiàn)了國家對科學課程的定位與課程實施的思想。

對科學教材與國際科學教育測評在目標、內容、評價導向等方面進行分析研究，對把握國際科學教育趨勢、促進我國科學教育質量、完善教材編寫具有一定借鑒意義。

表1 大規(guī)?；A教育評價項目對比

1 研究對象

本研究選取亞洲、歐洲、北美洲和大洋洲具有代表性的十個國家各一套主流的科學教材（見表2），對教材文本按照生命科學、地球空間科學、物質科學和綜合內容四大領域，從回憶性知識、理解性知識、應用性知識進行廣度和難度的定量比較研究，對教材的欄目設置、知識呈現(xiàn)、內容編排等方面進行定性比較研究。同時，本研究對PISA、TIMSS、NAEP測評項目的八年級測試水平在不同領域、認知水平兩個維度進行定量研究，同時對測評樣題的呈現(xiàn)、內容編排進行定性研究。在綜合教材研究和科學測評項目研究的基礎上，進行一致性和契合程度分析。

2 國際科學教育測評對各國科學課程改革的影響

從20世紀60年代中期開始，科學技術的日新月異推動著科學教育的改革。截至20世紀90年代，國際科學課程改革已形成三次浪潮。第三次改革浪潮建立在建構主義理論基礎上，在這次改革浪潮中，科學教育界對綜合科學課程的認識開始逐漸深化，綜合化已由學科之間的綜合發(fā)展為一種科學課程理念[1]。

20世紀90年代后，國際上關于大規(guī)模學業(yè)評價的設計理念、方法和技術、各種社會立場的看法等問題引發(fā)了教育研究者的熱烈討論[2]。隨著TIMSS、PISA等國際測評項目的相繼開展，參與測評的國家依據(jù)測評反饋，反思本國的科學教育定位和發(fā)展現(xiàn)狀，從而促進科學課程的變革和發(fā)展。

表2 十國初中科學教材版本

美國在TIMSS、PISA等國際測評項目中，學生表現(xiàn)欠佳。例如，在PISA（2012）中，美國八年級科學素養(yǎng)測評得分為497分，在參與測評的65個國家中僅排名居中，與超級大國的實力不相匹配，引發(fā)了全民辦學大討論。2011年，美國頒布了《K-12科學教育框架：實踐、跨領域概念和核心思想》，并在此基礎上，將科學課程內容框架分為科學與工程實踐、跨領域概念、學科核心概念三個維度，將“科學探究”改為“科學實踐”，并將K-12年級內容以學習進階的形式統(tǒng)整，試圖克服課程內容“廣而不深”的弊病[3]。2013年，美國公布了《新一代科學教育標準》（NGSS），這個標準不僅將工程實踐與科學實踐并提，強調“使用數(shù)學和計算機思維”，將工程設計與工程、科學、技術和社會的交互關系列入課程核心概念，引起國際教育界的關注。

TIMSS第三次結果顯示，日本學生對理科學習的情感低于國際平均值，主要表現(xiàn)在：理科學習積極性偏低，認為理科是自己得意學科的學生偏少，認為要從事理想的職業(yè)就應獲得好的理科成績的學生偏少等[4]。2006年PISA測試結果顯示，日本學生的科學素養(yǎng)由2000年和2003年的第2位降到2006年的第6位，尤其是解讀能力在所有調查國家中一直處于較低的位次[5]。為了應對理科學力相對低下的現(xiàn)實問題，日本2008年頒布的《學習指導要領》強調全面提高學生科學素養(yǎng)，以科學基本概念為支柱的結構化課程，課程內容強調與生活、社會、環(huán)境之間的關系，學習方式強調多樣化學習活動，學習基礎強調體驗學習等方針[6]。

21世紀以來，科學技術發(fā)展水平成為制約綜合國力水平的重要因素。在國際競爭日益加劇的歷史進程下，各國紛紛對科學課程展開了新一輪的改革。其中，各國教育研究者對新一輪國際科學教育測評結果反饋的思考也潛移默化地影響了各國科學教材的編寫。

3 教材編寫的內容、認知領域與科學教育測評的一致性分析

3.1 教材編寫內容領域與科學教育測評的一致性分析

生命科學、物質科學、地球和空間科學是科學教育的主要內容領域。PISA、TIMSS、NAEP測評項目將內容維度明確限定在這三大內容領域，十國科學教材的編寫除了這三大內容領域外，普遍還有與數(shù)學、計算機科學等跨學科的綜合內容。為了便于分析，本研究選定生命科學、物質科學、地球和空間科學作為研究內容領域，基于對十國初中科學教材分領域內容比例的統(tǒng)計分析，得到如下結果。

由圖1可知，三大測評項目在生命科學領域的內容比例介于30%～36%。在十國初中科學教材中，中國、新加坡、俄羅斯在該領域的內容比例與國際測評項目相仿，其余各國均低于國際測評項目的內容比例。

圖1 十國初中科學教材與國際測評中生命科學領域所占比例

由圖2可知，三大測評項目在物質科學領域的內容比例介于30%～45%，其中TIMSS測評項目在該領域的內容比例顯著高于PISA和NAEP測評項目。在十國初中科學教材中，中國、法國、美國在該領域的內容明顯偏低，其余七國則分布于30%～45%。

由圖3可知，三大測評項目在地球和空間科學領域的內容比例介于20%～40%，其中NAEP測評項目在該領域的內容比例顯著高于PISA和TIMSS測評項目。在十國初中科學教材中，該領域內容均比三大測評所占內容比例偏低，其中新加坡、德國科學教材沒有該領域內容的分布。

綜上，在十國科學教材中，分領域內容比重排序大多為：物質科學＞生命科學＞地球和空間科學（中國教材例外）；國際測評內容比重排序為：物質科學≥生命科學＞地球和空間科學（NAEP測評項目例外）。十國科學教材與三大測評項目分領域內容分布趨勢相近，然而科學教材中地球和空間科學領域內容普遍低于國際科學測評比重。

若僅從分領域內容比重的角度考慮，科學教材內容編排與該國在國際測評的排名并不具有顯著相關性。例如，澳大利亞、美國科學教材具有較多綜合內容，其分領域內容比重均低于三大測評項目，在2011年的TIMSS測評項目和2012年的PISA測評項目中，排名均比較靠后。然而，俄羅斯科學教材的分領域內容比重與PISA測評項目較為接近，測評成績排名卻更加靠后。中國、新加坡的分領域內容比重與PISA、TIMSS測評項目相差較大，卻排名十分靠前?？茖W教材反映了國家對于該國科學課程在意識形態(tài)的定位，在同一國家不同版本的教材面向學生的學習效果是不完全一致的，同時也說明影響國際測評排名的因素是多元的。

3.2 教材編寫認知領域與科學教育測評的一致性分析

圖2 十國初中科學教材與國際測評中物質科學領域所占比例

圖3 十國初中科學教材與國際測評中地球和空間科學領域所占比例

在三大測評項目中，TIMSS測評項目將科學認知界定為“知道、應用和推理”三個層面?！爸缹用妗笔菍W生奠定見識科學基礎所需的回憶、認識和描述事實、概念和程序的能力；“應用層面”是使用這種知識，形成解釋并解決問題；“推理層面”，包括使用證據(jù)和科學認識，分析、綜合和歸納，通常指不熟悉和復雜的環(huán)境[7]。其中，“知道”包括回憶、說明、舉例三個層級，“應用”包括比較（或對比、分類）、關聯(lián)、使用模型、解讀信息、解釋五個層級，“推理”包括分析、綜合、陳述問題（或假設、預測）、設計調查、評估、得出結論六個層級。

NAEP測評項目則立足科學實踐，測評學生在識別科學原理、應用科學原理、實施科學探究、進行科學設計方面的水平。NAEP測評項目在科學實踐上對學生的要求從認知程度逐層遞進，分別是知道是什么、知道為什么、知道何時何地運用科學知識[8]。

作為面向素養(yǎng)的測評，PISA測評項目注重測評學生的科學能力水平，其中包括科學地解釋現(xiàn)象、評估與設計科學探究、科學解讀數(shù)據(jù)和證據(jù)三個維度。

盡管NAEP和PISA測評項目沒有明確提出考查學生認知水平，但是從其對科學實踐或科學能力的考查維度來看，也體現(xiàn)了對于不同認知水平的考查要求。

由圖4可知，TIMSS、NAEP、PISA測評項目偏重考查學生在認知水平達到應用及以上層面的內容比例分別為65%（包括應用和推理）、75%（包括應用科學原理、實施科學探究、進行科學設計）、55%（包括評估與設計科學探究、科學地解讀數(shù)據(jù)和證據(jù)）。

在十國科學教材比較中，本研究采用了布盧姆教育目標分類學的方法，將教材內容從認知維度分為記憶（或回憶）、理解、應用（或分析、評價、創(chuàng)造）三個層級[9]進行賦值，并統(tǒng)計計算難度比例。

由圖5可知，在十國科學教材認知維度難度分布中，各國普遍反映出理解性知識難度比例最大，應用性知識的難度均高于回憶性知識，反映出各國教材對學習者認知水平的要求以“理解”為主，“應用（或分析、評價、創(chuàng)造）”次之，“記憶（或回憶）”要求最低。

將十國初中科學教材與三大科學教育測評在認知領域進行討論分析，發(fā)現(xiàn)教材在認知水平的要求與國際科學教育測評具有一定相關性。例如，日本、韓國的應用性知識難度比重較高，側重科學知識的應用實踐，注重培養(yǎng)科學技能和科學素養(yǎng)，其在PISA、TIMSS測評項目中的分數(shù)也名列前茅。

綜上，可得出三條結論：第一，在十國科學教材中，認知維度內容比重排序均為：理解性知識＞應用性知識＞回憶性知識，國際測評認知維度內容比重排序為：應用性知識＞回憶性知識與理解性知識總和。第二，教材應用性知識比重較大的國家（如日本、韓國），其國際測評結果均比較靠前。第三，在教材比較中發(fā)現(xiàn)，新加坡的教材內容少，廣度和難度也相對較小，這與該國教材編排強調“少而精”的理念分不開。因此，教材的學習要求不等于學習者最終學習水平。教學實施中，教材不是唯一的學習資源。

圖4 三大測評在科學認知、實踐和能力三個維度的比例構成

圖5 十國科學教材認知維度難度比例分布

4 教材編排特點與科學教育測評的一致性分析

教材體現(xiàn)著教材編寫者對教育思想的價值選擇和判斷。從教材欄目設置、知識呈現(xiàn)、文化取向、習題設置等方面對十國初中科學教材進行定性分析，發(fā)現(xiàn)國際科學教材的編排集中體現(xiàn)出四個趨勢的轉化：教材主體由關注科學知識轉向關注學習者，教材目標由掌握科學知識轉向培養(yǎng)科學素養(yǎng)，教材價值從追求同一性到尋求多元化，教材方式由體現(xiàn)學科性到體現(xiàn)綜合性[1]。

本研究在十國科學教材比較的基礎上，對PI?SA、TIMSS、NAEP測評項目進行了樣題分析和文獻研究，總結梳理了兩者的內容特點，見表3。分析發(fā)現(xiàn)，十國初中科學教材和三大國際科學教育測評項目在三個方面具有共性特點。

第一，兩者都重視與真實世界的聯(lián)系。十國科學教材強調教材設計要關注學習者和社會生活問題。例如，新加坡《交互科學》教材內容具有明顯的“實踐-發(fā)現(xiàn)”式呈現(xiàn)特色，每章知識通過生活情境導入，素材的選取也來源于生活。TIMSS和NAEP測評項目則在測試中強調測評情景的真實性。例如，TIMSS（2011）的一道測試題以現(xiàn)實生活中交通壓力增加、二氧化碳排放增長的客觀現(xiàn)實為導入，考查學生判斷“市長建議多種植樹木”決策的正確性。試題將知識與實際生活相聯(lián)系，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，并培養(yǎng)其學習興趣。

第二，兩者都注重培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。十國科學教材的編寫者都強調通過實踐活動滲透科學探究理念，以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)。例如，日本《新科學》教材內容在欄目設置上，以實驗探究為主線，課題研究貫穿整個單元，同時每節(jié)知識學習完成后，有“發(fā)展”“科學與社會”或“科學與生活”等欄目，講述相關的科學史話、本節(jié)內容在生活中的應用、對社會的影響等。PISA、TIMSS、NAEP測評項目也注重科學素養(yǎng)的測評。以PISA（2006）關于“溫室效應”測試題為例，要求學生根據(jù)圖表分析地球上大氣層的平均溫度和二氧化碳排放量之間的關系，既考查學生對溫室效應科學現(xiàn)象的理解，也考查學生科學地解釋數(shù)據(jù)的能力，并要求學生能系統(tǒng)分析問題，總結歸納出合理的結論，凸顯出面向學生科學素養(yǎng)的考查。

第三，兩者都強調多維結合的評價方式。十國科學教材都注重評價方式多元化。例如，韓國《科學》教材中的習題以“概念整理、概念應用、解決問題、做決定、一起探究”等方式展開學習評價，多方面、多層次考查學生的科學學習水平。PISA、TIMSS測評項目也強調測評形式的多樣化。例如，PISA測評項目采用試卷和問卷相結合的形式，試卷的題型包括單項選擇、復合多選、封閉問答、開放性問答等，以綜合、靈活著稱。自2015年實行機考后，試題的類型更加豐富靈活。而PISA問卷也面向學生、教師、校長不同群體發(fā)放，通過多元評價增強測評的可靠性。

表3 十國初中科學教材、三大國際科學教育測評項目的內容特點

毫無疑問，科學教材是學生獲取科學知識的主要載體，然而掌握科學知識絕不是科學教材的全部目標，而僅僅只是其中一個方面。國際科學教育測評越來越注重對學生的多元評價，尤其重視考查學生科學素養(yǎng)的評價。這對我國科學教材的編寫，乃至科學課程的實施都應引起反思。相對發(fā)達國家，從知識維度來看，我國初中科學課程事實性知識比重過大，在培養(yǎng)學生科學思維與實踐方面有所不足；從認知維度來看，我國科學課程教學更傾向于識記、理解層面的要求，易造成學生對所學知識的應用不夠、能力培養(yǎng)欠缺等問題。此外，我國科學課程評價思想落后、手段單一，也制約了我國科學教育質量的提升。本研究通過十國科學教材的比較，以及和PISA、TIMSS、NAEP測評項目國際科學教育測評的分析研究，希望對我國科學教材的編寫，乃至科學課程的實施提供有益的思考。值得強調的是，在科學教材的編寫中，除了讓學生掌握科學知識外，更重要的是讓學習者理解科學的研究過程和方法，清楚科學技術對社會和個人所產生的影響。因此，讓學習者的科學知識、科學方法和科學精神得到綜合發(fā)展和全面提高才是科學教材的目標所在，而如何能夠達成這三者的均衡培養(yǎng)，仍值得我們繼續(xù)探索。

[1]崔鴻.初中科學教材難度國際比較研究[D].武漢:華中師范大學，2013.

[2]劉曉慶.大規(guī)模學業(yè)評價研究[D].武漢:華中師范大學，2013:8.

[3]李佳濤，王靜，崔鴻.以“學習進階”方式統(tǒng)整的美國科學教育課程：基于《K-12科學教育框架》的分析[J].外國教育研究，2013（5）:20-26.

[4]文部科學省生涯學習政策局政策課.國際數(shù)學·理科教育動向調查[EB/OL].（2008-01-23）[2016-05-05].http://www.mext.go.jp/bmenu/houdou/16/12/04121301.htm.

[5]OECD.生徒の學學到達調查[EB/OL].（2008-02-24）[2016-05-05].http://www.mext.go.jp/a-menu/shotou/gakuryoku-chousa/sono?ta/071205/001.pdf.

[6]劉繼和.解讀日本新訂初中理科課程標準[J].全球教育展望，2009（3）:64-65.

[7]胡進.TIMSS 2015科學評估框架概況、發(fā)展及啟示[J].外國中小學教育，2014（10）:8.

[8]馬建生,宋薇薇.美國“國家教育進展評估”的特點與局限解析[J].比較教育研究,2014（5）:95-100.

[9]洛林·安德森.布盧姆教育目標分類學[M].蔣小平，等譯.北京:外語教學與研究出版社，2009.

A Discussion about Science Education Evaluation for Junior High Schools from the Comparative Perspective of Science Textbooks

CUI Hong，ZHU Jiahua&YANG Zhou

The implementation of science education is developing in the direction of taking the learners as the center,the scientific literacy as the goal,the comprehensive science as the mainstream,the multi-media as the form and the development of students as the guide.Based on the international comparative study on the difficulty of science Textbooks for junior high schools,this research compares the similarities and differences between the international scientific education evaluation of PISA,TIMSS,NAEP with the science textbooks in objectives, content,the evaluation guide and other aspects,illustrates the correspondence between the arrangement characteristics of science textbooks and international science education evaluation,and discusses how to further promote the development of science education curriculum from the current situation of science education and evaluation.

Science Assessment;Science Literacy;Science Textbooks

G405

A

1005-8427（2016）08-0026-8

（責任編輯：張瀛天）

本文系全國教育科學“十二五”規(guī)劃2012年度國家重點課題“中小學理科教材國際比較研究——初中科學”（項目編號：AHA120008）的階段性研究成果。

崔 鴻，女，華中師范大學，教授，博士生導師（武漢 430079）

朱家華，男，華中師范大學，在讀博士（武漢 430079）

楊 舟，女，華中師范大學，在讀碩士（武漢 430079）