中美中學(xué)生環(huán)境意識(shí)差異分析
——基于PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)結(jié)果

肖磊峰 林靜

（北京師范大學(xué)，北京 100875）

1 研究緣起

20世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)和生活中的影響越來越深遠(yuǎn)，推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步。然而，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，人類也開始面臨著資源、環(huán)境和能源等一系列新問題。2015年9月25日，在聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展峰會(huì)上，各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人一致簽署了面向2030年的17個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，分別從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)維度推進(jìn)地球與人類的可持續(xù)發(fā)展。峰會(huì)還指出，環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是前提，經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展是核心，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展是最終目標(biāo)。17個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中，6個(gè)是關(guān)于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，其中包含了清潔飲水與衛(wèi)生設(shè)施、廉價(jià)和清潔能源、氣候、水下動(dòng)物和陸地生物等。

由于環(huán)境對(duì)地球與人類可持續(xù)性發(fā)展的重要性，培養(yǎng)環(huán)境意識(shí)也是各國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育的重要組成部分。美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》[1]和我國(guó)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[2～5]對(duì)學(xué)生環(huán)境意識(shí)的培養(yǎng)均提出了具體要求。《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》更加鮮明地強(qiáng)調(diào)將功能與技術(shù)有機(jī)結(jié)合到科學(xué)課程中，并將環(huán)境意識(shí)教育貫穿在新一代科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中。我國(guó)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的培養(yǎng)目標(biāo)也強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境意識(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自然的整體認(rèn)識(shí)和與自然界和諧相處的生活態(tài)度，提升學(xué)生在科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境等方面的認(rèn)識(shí)和能力，提升保護(hù)自然的意識(shí)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)。

基于中美兩國(guó)科學(xué)課程目標(biāo)均有環(huán)境意識(shí)培養(yǎng)要求，本研究借用PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)中美中學(xué)生的環(huán)境意識(shí)進(jìn)行比較分析，了解中美中學(xué)生的環(huán)境意識(shí)差異，進(jìn)而對(duì)我國(guó)中學(xué)生的環(huán)境意識(shí)教育提供參考信息。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所用數(shù)據(jù)來自參加PISA2015測(cè)試的中國(guó)抽樣的9 841名學(xué)生（來自北京、上海、江蘇、廣東）與美國(guó)抽樣的5 712名學(xué)生的環(huán)境意識(shí)作答數(shù)據(jù)。

針對(duì)大氣中溫室氣體的增加、轉(zhuǎn)基因生物的作用、核廢料等問題的了解程度，PISA2015學(xué)生問卷中的環(huán)境意識(shí)測(cè)試提供了被賦予不同分值的4個(gè)選項(xiàng)（1表示從沒聽說過；2表示聽說過，但不知道如何解釋；3表示了解，且知道如何解釋；4表示熟悉，且能夠很好地解釋），供學(xué)生選擇作答。

2.2 分析方法

本研究采用Rasch模型分析方法，通過原始分和Rasch分轉(zhuǎn)換，比較中美參加測(cè)試學(xué)生在環(huán)境意識(shí)上的差異。Rasch模型最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以通過對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換,將個(gè)體和題目在單一維度的量尺上進(jìn)行標(biāo)定[6]；數(shù)據(jù)通過線性轉(zhuǎn)換，可以將非線性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為具有等距的線性數(shù)據(jù)，使得工具開發(fā)驗(yàn)證的過程更加精確[7]。在科學(xué)教育領(lǐng)域中，研究者發(fā)現(xiàn)，Rasch分析在評(píng)估和改進(jìn)科學(xué)測(cè)試工具的過程中是非常有效的，它不僅可以檢驗(yàn)工具的信度，同時(shí)也檢驗(yàn)效度，如測(cè)驗(yàn)的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)等[8]。

2.3 程序與數(shù)據(jù)處理

首先，采用SPSS22.0對(duì)收集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和轉(zhuǎn)化，使用WINSTEPS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Rasch分析，其中主要包括擬合情況、信度檢驗(yàn)和懷特圖分析。然后，采用SPSS22.0對(duì)中美兩國(guó)參加測(cè)試中學(xué)生的Rasch分?jǐn)?shù)和單題作答進(jìn)行t檢驗(yàn)。

3 研究結(jié)果

3.1 模型擬合度和信度分析

模型擬合度是評(píng)價(jià)項(xiàng)目質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)[7]。表1呈現(xiàn)了中美兩國(guó)中學(xué)生的Rasch模型試題信息、測(cè)量數(shù)據(jù)與Rasch模型的擬合情況。從數(shù)據(jù)可知，美國(guó)參加測(cè)試中學(xué)生數(shù)據(jù)的Outfit MNSQ數(shù)值范圍為 0.73～1.40，Infit MNSQ 數(shù)值范圍為 0.73～1.37；中國(guó)參加測(cè)試中學(xué)生數(shù)據(jù)的Outfit MNSQ數(shù)值范圍為 0.69～1.41，Infit MNSQ 數(shù)值范圍為 0.76～1.36?？梢?，全部的Outfit MNSQ和Infit MNSQ均在可接受的范圍（0.6～1.4）[6]，說明本次中國(guó)和美國(guó)的測(cè)量數(shù)據(jù)與Rasch模型均擬合很好。信度分析發(fā)現(xiàn)，中國(guó)數(shù)據(jù)的信度為1，項(xiàng)目數(shù)據(jù)的信度為0.84；美國(guó)數(shù)據(jù)的信度為0.81，項(xiàng)目數(shù)據(jù)的信度為1，說明環(huán)境意識(shí)的測(cè)試工具可信程度很高。

表1 中美中學(xué)生環(huán)境意識(shí)數(shù)據(jù)與Rasch模型的擬合信息

3.2 中美中學(xué)生環(huán)境意識(shí)Rasch分?jǐn)?shù)及其分布

以100分為平均分、15分為標(biāo)準(zhǔn)差，將測(cè)試學(xué)生的環(huán)境意識(shí)能力估計(jì)值轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)分，其Rasch分?jǐn)?shù)與原始分?jǐn)?shù)的轉(zhuǎn)換對(duì)比見表2。對(duì)中美學(xué)生環(huán)境意識(shí)Rasch分?jǐn)?shù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中美學(xué)生環(huán)境意識(shí)的Rasch分?jǐn)?shù)存在極其顯著性差異（p＜0.001）（見表3）。為進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可解釋性，尤其是不同群體之間差異的實(shí)際意義，需要進(jìn)一步計(jì)算差異間的效應(yīng)量。計(jì)算效應(yīng)量Cohen’sd值發(fā)現(xiàn)，中美學(xué)生環(huán)境意識(shí)差異的效應(yīng)量為0，即中美學(xué)生環(huán)境意識(shí)整體上不存在差異。

表2 原始分與標(biāo)準(zhǔn)化Rasch分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)表

3.3 中美兩國(guó)中學(xué)生環(huán)境意識(shí)分布和項(xiàng)目難度分布

Rasch模型通過對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成等距的logit，將個(gè)體能力和項(xiàng)目難度放到同一坐標(biāo)系中進(jìn)行標(biāo)定，可以方便而直接地比較個(gè)體與個(gè)體之間、個(gè)體與項(xiàng)目之間、項(xiàng)目與項(xiàng)目之間的差異。圖1和圖2分別呈現(xiàn)了中國(guó)與美國(guó)的學(xué)生環(huán)境意識(shí)水平與項(xiàng)目難度的分布。兩圖中，左邊呈現(xiàn)學(xué)生環(huán)境意識(shí)分布情況（刻度數(shù)字以logit為單位），右邊呈現(xiàn)項(xiàng)目難度分布情況。從下往上，隨著學(xué)生環(huán)境意識(shí)增高，項(xiàng)目難度增大?？拷鼒D頂端的學(xué)生能力水平最高，項(xiàng)目最難，反之亦然。學(xué)生之間的距離代表了能力水平差異，項(xiàng)目間距則表示項(xiàng)目難度水平的差異。項(xiàng)目難度水平與學(xué)生的能力水平越接近，對(duì)學(xué)生能力水平的估計(jì)越精確。對(duì)于中國(guó)的學(xué)生而言，學(xué)生環(huán)境意識(shí)能力分布主要集中在-2～+4個(gè)logit，美國(guó)學(xué)生環(huán)境意識(shí)能力分布主要集中在-1～+3個(gè)logit。中國(guó)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)水平相對(duì)比較分散，高環(huán)境意識(shí)的學(xué)生多于美國(guó)學(xué)生，低環(huán)境意識(shí)的學(xué)生也略多于美國(guó)學(xué)生。

表3 中美中學(xué)生環(huán)境意識(shí)Rasch分?jǐn)?shù)差異分析

圖1 中國(guó)數(shù)據(jù)的懷特圖

圖2 美國(guó)數(shù)據(jù)的懷特圖

對(duì)于中國(guó)的學(xué)生而言，項(xiàng)目難度分布范圍為-2～+2.5個(gè)logit，項(xiàng)目的難度分布比較離散；美國(guó)學(xué)生的項(xiàng)目難度集中分布范圍為-1～+1個(gè)logit。相關(guān)項(xiàng)目并未覆蓋所有能力水平的學(xué)生，說明PISA2015的環(huán)境意識(shí)測(cè)評(píng)還可以增加高難度的項(xiàng)目試題。

3.4 中美中學(xué)生環(huán)境意識(shí)單題分析

為了從多個(gè)角度了解中美兩國(guó)中學(xué)生在環(huán)境意識(shí)項(xiàng)目上的具體表現(xiàn)差異，對(duì)PISA2015環(huán)境意識(shí)測(cè)評(píng)的7個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中美中學(xué)生在7個(gè)環(huán)境意識(shí)具體項(xiàng)目上均存在極其顯著性差異（p＜0.001）。在“大氣中溫室氣體的增加”“砍伐森林的后果/其他土地使用”“空氣污染”和“水資源短缺”4個(gè)項(xiàng)目中，中國(guó)學(xué)生的表現(xiàn)好于美國(guó)學(xué)生。美國(guó)中學(xué)生對(duì)“轉(zhuǎn)基因生物的作用”“核廢料”和“瀕臨滅絕的植物和動(dòng)物”3個(gè)環(huán)境意識(shí)項(xiàng)目的了解程度顯著地高于中國(guó)學(xué)生（如表4所示）。Cohen’sd顯示，“空氣污染”和“瀕臨滅絕的植物和動(dòng)物”兩個(gè)項(xiàng)目之間的效應(yīng)量較小說明這兩個(gè)項(xiàng)目之間的中美差異很小，其余5個(gè)項(xiàng)目之間的效應(yīng)量均為中等程度差異說明中美學(xué)生在這5個(gè)項(xiàng)目之間存在實(shí)際差異[6]。

4 主要結(jié)論與結(jié)果討論

4.1 主要結(jié)論

本研究基于PISA2015中國(guó)和美國(guó)科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試的樣本數(shù)據(jù)，應(yīng)用Rasch模型對(duì)中美中學(xué)生在科學(xué)態(tài)度環(huán)境意識(shí)維度的表現(xiàn)進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，PISA2015所測(cè)的7個(gè)項(xiàng)目均有不錯(cuò)的信效度和模型擬合度。對(duì)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)中美中學(xué)生在環(huán)境意識(shí)整體水平上沒有顯著差異，但中美中學(xué)生在對(duì)不同環(huán)境問題的了解上表現(xiàn)出不同程度的差異。中國(guó)學(xué)生對(duì)“大氣中溫室氣體的增加”“砍伐森林的后果/其他土地使用”“空氣污染”和“水資源短缺”的了解程度高于美國(guó)學(xué)生，美國(guó)學(xué)生對(duì)“轉(zhuǎn)基因生物的作用”“核廢料”和“瀕臨滅絕的植物和動(dòng)物”的了解程度高于中國(guó)學(xué)生。

4.2 結(jié)果討論

分析中美中學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，整理出PISA2015測(cè)評(píng)的7個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容在兩國(guó)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的要求（見表5）。從表5可知，中美兩國(guó)的科學(xué)教育都重視培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)，但在關(guān)注的內(nèi)容上略有差異。例如，對(duì)于溫室效應(yīng)這一話題，我國(guó)物理課程標(biāo)準(zhǔn)中物質(zhì)的形態(tài)和變化模塊，要求學(xué)生了解說出生活環(huán)境中常見的溫度值，嘗試對(duì)溫室效應(yīng)、熱島效應(yīng)等環(huán)境問題發(fā)表見解，并要求學(xué)生關(guān)注溫室效應(yīng)的成因和溫室效應(yīng)對(duì)人類的影響。然而，在美國(guó)的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中，地球系統(tǒng)模塊主要關(guān)注全球氣候變化，要求學(xué)生能夠收集氣候變化影響了人類活動(dòng)的證據(jù)并作出解釋。對(duì)于核廢料這一話題，我國(guó)物理課程標(biāo)準(zhǔn)的能源與可持續(xù)發(fā)展模塊要求學(xué)生知道核能等新能源的特點(diǎn)和可能帶來的問題，了解處理核廢料的常用辦法；而美國(guó)學(xué)生在中學(xué)階段就已經(jīng)開始學(xué)習(xí)核反應(yīng)、核裂變和核聚變等內(nèi)在過程，從更深層次了解核廢料知識(shí)。

表4 中美中學(xué)生環(huán)境意識(shí)7個(gè)項(xiàng)目差異分析

從以上分析可知，我國(guó)中學(xué)科學(xué)教育開始關(guān)注一些現(xiàn)代科技生化問題，但在如何促進(jìn)學(xué)生理解方面，尚有待進(jìn)一步提升。本研究基于PISA測(cè)試結(jié)果的中美中學(xué)生環(huán)境意識(shí)差異分析以及相應(yīng)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容分析，僅為理解中美中學(xué)生在環(huán)境意識(shí)具體差異方面提供了思路，如何改進(jìn)提升我國(guó)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)，仍有待進(jìn)一步研究。

表5 PISA所測(cè)7個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容在中美課程標(biāo)準(zhǔn)中的體現(xiàn)

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