TIMSS科学素养监测报告---兼与PISA比较

新一轮的国际竞争在一定程度上将集中在富有科学、技术竞争力的高素质人才上，因此世界各国都十分重视培养青少年的科学素质。将青少年培养成为有科学素养的公民是当今世界科学教育的一个大趋势，许多国家和科研组织都将此作为课程改革的核心。然而科学素养的含义是什么？怎样对它进行监测，影响因素又有哪些？当今各国科学教育成就的现状如何？一系列问题都亟待探索、研究、了解、回答。 鉴于此，在继对PISA2003调查报告介绍之后，呈上国际教育成就评价协会（International Association for the Evaluation of Educational Achievement，简称IEA）2004年12月公布的“第三次国际数学与科学研究（Third International Math and Science Study ，简称TIMSS）的最新结果报告（Findings From IEA’s Trends in International Mathematics and Science Study at the Fourth and Eighth Grades ），无疑有助于我们更进一步理解上述问题。 一、 TIMSS的目标 TIMSS是国际教育成就评价协会（IEA）从1995年开始实施的一个大型国际比较研究项目，项目每4年一轮，主要通过测试和问卷，测量国际上学生在数学和科学成绩的状况，了解影响成绩的不同因素。 IEA是独立的国家间的合作研究机构，同时也是政府研究机构，通过其开展得比较研究和评价项目，IEA的目标在于： –为政策制定者在识别其国家教育系统的相对优势和弱势项目上提供国际标准。 –为政策制定者提供权威资料，以提高对那些影响教育和学习的学校内部或外部重要因素的理解力。 –提供数据资料作为一种资源，为识别确认需要关注和行动的领域以及为教育改革所做的准备和评估服务。 –发展和增强教育系统的能力来参与制定与教育监督和改善作用相关的国家策略。 二、TIMSS的成员国 1995年的第三次国际数学和科学研究（TIMSS-1995）有40个国家和地区参加，50万学生参与。1999年的TIMSS研究（TIMSS-1999）有38个国家和地区参加，18万8年级学生参与。 2003年的TIMSS研究（TIMSS-2003）则有46个国家参与了监测计划。从地域上看：范围广泛。通过亚洲、欧洲、大洋洲、非洲和拉丁美洲；参与调查的既有国家又有个别国家的部分地区。从选取国家上看：角度全面。综合国力上，既有发达国家、发展中国家也有不发达国家。宗教信仰上，既有宗教性国家也有非宗教性国家。地理面积上，国家不分大小均有取样，民族、种族上也有考虑，例如比利时就选取了两个民族之一的佛兰基人作为调查对象。 三、TIMSS的调查方法及框架 TIMMS也是主要以向各国派发问卷的方法来采集数据资料以“比较”作为主要的研究方式来进行分析，并以得分排名的形式简明扼要地呈现。TIMSS的调查研究是深入而又全面的，总框架上看各国或地区之间的对比，同时也列出国际平均水平以供参考。调查对象年龄段上选取了两组，分别是四年级（9岁）和八年级（13岁）的学生，并以美国为主要研究对象做了深入研究。从年代、性别、种族、贫困程度、科学教育的内容、被测人数等影响因素全面描述其变化并分析原因。 四、TIMSS的监测方法和手段 TIMSS监测所用的主要理论是IRT（Item Response Theory）。学生可以选择参与监测的一部分或是全部，因此他们的成绩不受相同测试题目的这一客观原因的制约。那么如何提高监测的有效性呢？IEA通过获取有关学生背景特点的信息以及他们对所参与项目的反应来解决。IEA认为学生的背景是影响学业成就的重要因素，但却常常被忽略。所有的监测项目都有参与国自己的监测周期，因此也可以做优势和弱势的分析。 TIMMS2003年的科学框架由两个主要方面构成—认知方面和内容方面。每个方面都有不同的领域。科学内容领域包括：生命科学、化学、物理、地球科学和环境科学。科学认知领域包括：事实知识、概念理解、推理分析。每一方面都有若干题目，每一题目又有一系列的具体监测目标呈现。这些题目针对四年级和八年级的学生分别设计并反映科学课的内容。IEA的监测是分年级、分科目的。对四年级的学生可能只监测内容方面，而对八年级学生则会涉及内容和认知等方面，而且是分开监测的。 （一）内容方面的监测点 1。生命科学——理解人类自身以及和人类生活相关的其他生物。并且包含一个独立的单元—人类健康。领域有生物的类型、特点、分类；结构功能、进化历程；细胞及其功能；生物体的形成和周期；繁衍、遗传；多样性、适应性和自然选择；生态环境；人类健康。 2。化学——将监测学生对以下相关概念的理解：物质的分类和构成；物质的粒子结构；水的性质和用途；酸性物质及其主要成分；化学变化。 3。物理——主要监测学生对能量和自然过程的掌握：物质的自然状态和变化；能量类型、来源及变化；热和温度；声音和振动；电和磁；力和运动。 4。地球科学——理解人类所居住的星球及它在宇宙中的位置：地球的结构和自然特点；地球的演化、周期性和历史；地球在太阳系及宇宙中的位置。 5。环境科学——主要是理解人类与生态环境的相互作用，人力或自然原因所造成的环境变化以及保护、节约能源：人口变化；自然资源的使用及保护；环境变化。 （二）认知方面的监测点： 1。 事实性知识：能够记忆识别、描述概念；使用工具和程序。 2。 概念的理解：能够举例说明；进行对比、比较、分类；再现模型；描述、摘录、应用信息去推出结论。 3。 解释、推理和分析：能够分析、解释、解决问题；综合、假设、预测；设计和规划；处理数据、得出结论。 （三）新的监测点—科学探究 除了内容和认知这两个领域，TIMSS-2003的科学框架还包括一个独立的监测因素——科学探究。它涵盖了涉及有一系列认知要求的不同知识内容背景下的知识、技巧和能力。这些项目或任务用来监测与科学探究意愿相关的理解力和其他能力。科学探究占据了整个监测过程15%的时间。 首先学生将通过完成需要在实际情况中应用所掌握的知识、技巧和思维过程的项目或任务来监测他们对科学探究的理解程度和能力。其中并不刻意强调，而是尝试监测学生是否具备对科学探究过程的基本理解力或是重要的技能。包括：能有系统地描述问题以及假说；设计调查方案；收集数据资并进行分析、解释；得出结论和形成性解释。 五、TIMSS的评分标准 科学素养较高（约690分）的学生通常能够创造或使用概念模型来进行预测或解释，能对科学调查进行分析进而掌握诸如实验的设计或明确被试的概念，评析不同观点等。 得分在550左右的学生，能够运用科学知识进行预测或解释，识别出哪些是科学研究能回答的问题，在数据比较时选择相关信息等。 400分以下的学生能够识记简单的事实性科学知识（例如名称、因素、术语、简单规律），并且能够使用科学常识得出结论。 六、TIMMS的科学教育监测成果 1995年和2003年各国四年级学生平均科学分数变化 国 家 1995 2003 差值j 新加坡 523 565 42↑ 日本 553 543 -10↓ 中国香港② 508 542 35↑ 英格兰③ 528 540 13↑ 美国 542 536 - 6↓ (匈牙利) 508 530 22↑ (拉托维亚LSS)④ 486 530 43↑ (荷兰)③ 530 525 - 5↓ 新西兰⑤ 505 523 18↑ (澳大利亚) 522 521 -1↓ 苏格兰p 514 502 -12↓ (斯洛文尼亚) 464 490 26↑ 塞浦路斯 450 480 30↑ 挪威 504 466 -38↓ 伊朗 380 414 34↑ 注: j差值是使用不循环的数字从2003年评价中扣除1995年的数值所计算出来的。 k香港是中华人民共和国特别行政区。 l只有在包括“replacement school”的条件下，才满足参与2003年评估的要求。 m标出LSS是因为在1995年只包括讲拉托维亚语的学校，所以在2003年也只有讲拉托维亚语的学校 n在1995年，讲毛利语的学生没有包括在内。表格中只是评估了讲英语的学生，但这代表了这两年98%-99%的学生。 括号表明的国家在1995年未达到国际取样或其他指导方针，但在2003年的调查中除了已标明的外，所有国家则都达标了。有关1995年的具体调查数据可参阅NCES(1997)。测试考虑了由于报告的差异而引起的评估标准误差，因此一个国家与平均水平的重大差异则或许并不重要。 国家 1995 国家 2003 日本 533 新加坡 565 美国 542 日本 543 荷兰 530 中国香港 542 英格兰 528 英格兰 540 新加坡 523 美国 536 澳大利亚 521 匈牙利 520 苏格兰 514 拉托维亚 520 中国香港 508 荷兰 525 匈牙利 508 新西兰 523 新西兰 505 澳大利亚 521 挪威 504 苏格兰 502 拉托维亚 486 斯洛文尼亚 490 斯洛文尼亚 464 塞浦路斯 480 塞浦路斯 450 挪威 466 伊朗 380 伊朗 414 注：■ 表示平均水平高于美国的国家。 □ 表示平均水平与美国相同的国家。 □ 表示平均水平低于美国的国家。 在针对四年级的调查中，在1995年只有一个国家即日本的学生成绩高于美国学生而居于首位。到了2003年新加坡和中国香港均上升了5位分居第一位和第三位，美国则降到了第五位。美国的学生在1995年至2003年的科学教育成就并无重大变化，在同一时间段的另外有两个国家的四年级学生也没显示重大变化。有九个国家的学生平均科学分数则有所增长，分别是：塞浦路斯、英格兰、中国香港、匈牙利、伊朗、拉托维亚、新西兰、新加坡、斯洛文尼亚。另外有日本、挪威和苏格兰的学生平均成绩有所下降。在2003年，中国台北、日本和新加坡这三个国家的四年级学生在科学上优于美国的同龄人，而其它13个国家的学生则相反。美国学生优于五个OECD成员国的同龄人(澳大利亚、意大利、新西兰、挪威和苏格兰)其中三个国家是讲英语的(澳大利亚、新西兰和苏格兰)。 1995年.1999年和2003年各国八年级学生平均科学分数变化 国家 差异① 1995 1999 2003 (2003-1995) (2003-1999) 新加坡 580 568 578 -3 10 中国台北 - 569 571 ╂ 2 韩国 546 549 558 13 10 中国香港②③ 510 530 556 46 27 日本 554 550 552 -2 3 匈牙利 537 552 543 6 -10 (荷兰)② 541 545 536 -6 -9 (美国) 513 515 527 15 12 (澳大利亚)④ 514 - 527 13 ╂ 瑞典 553 - 524 -28 ╂ (斯洛文尼亚)④ 514 - 520 7 ╂ 新西兰 511 510 520 9 10 (立陶宛)⑤ 464 488 819 56 31 斯洛伐克共和国 532 535 516 -15 -18 比利时—佛兰芒 533 535 516 -17 -19 俄联邦 523 529 514 -9 -16 (拉托维亚LSS)⑥ 476 503 513 37 11 苏格兰② 501 - 512 10 ╂ 马来群岛 - 492 510 ╂ 18 挪威 514 - 494 -21 ╂ 意大利⑦ - 493 491 ╂ -2 (以色列)⑦ - 468 488 ╂ 20 (保加利亚) 545 518 479 -66 -39 约旦 - 450 475 ╂ 25 摩尔多瓦共和国 - 459 471 ╂ 13 (罗马尼亚) 471 472 470 -1 -2 伊朗 463 448 453 -9 5 (马其顿共和国) - 458 449 ╂ -9 塞浦路斯 452 460 441 -11 -19 印度尼西亚 - 435 420 ╂ -15 智利⑤ - 420 413 ╂ -8 突尼斯 - 430 404 ╂ -26 菲律宾 - 345 377 ╂ 32 南非⑧ - 243 244 ╂ 1 注： - 代表无用的，无效的。 ╂ 代表不可应用的。 ①差异是使用不可循环数字从2003年扣除1995年或1999年的数值计算得出。 ②只有在包括“replacement school”的条件下，才满足参与2003年评估的要求。 ③香港是中华人民共和国特别行政区。 ④由于在学校的初始数据年龄方面国家标准有所变化，澳大利亚和斯洛文尼亚的1999年数据不能与2003年相比较。 ⑤立陶宛国家的人口数没有达到国际要求，印度尼西亚在2003年也是如此。 ⑥标出LSS是因为在1995年只包括讲拉托维亚语的学校，所以在2003年也只有讲拉托维亚语的学校。 ⑦由于被测试人数的要求为显示1995年以色列和意大利的数据 ⑧由于缺少课堂取样的说明，未显示1995年南非的数据 国家是按照2003年的平均分数分类排列的，有关1995年和1999年详细数据请参阅Gonzales et al (2000)。资料来源：IEA.TIMSS（国际数学与演讲研究趋势）1995.1999.2003。 12下一页 GOvar pager=new iwmsPager(1,2,false);