小学生科学学科能力发展均衡问题研究——基于TIMSS 2011研究视角

于学清 黄爱芬 董李娜

(1.北京市海淀外国语实验学校，北京 100195；

2.北京市建华实验学校，北京 100039)

教育调查

小学生科学学科能力发展均衡问题研究
——基于TIMSS 2011研究视角

于学清1黄爱芬2董李娜2

(1.北京市海淀外国语实验学校，北京 100195；

2.北京市建华实验学校，北京 100039)

以TIMSS 2011评测框架为研究基础，以北京市为例，通过调查问卷，从地域和学生性别两个视角评估小学生科学学科能力的总体发展状况和“知道”“应用”“推理”三个不同维度的成就表现。研究显示城区学校小学生科学学科能力发展明显优于郊县学校的学生，同时小学男生和女生的科学学科能力发展无显著性差异。

小学生；科学学科能力；均衡；TIMSS 2011

培养学生的学科能力是学科教育的重要功能，是学生特定心理能力发展的表现。科学学科能力就是在科学学科教育的认知活动中形成、发展，并在科学探究中运用的特殊能力，是学生在学校科学课程活动中逐渐习得并运用的认知能力。[1]重视小学生科学学科能力的培养是基础教育改革和发展的必然要求，对改进我国小学科学教学实践和提高评价水平具有重要意义。

一、TIMSS 2011与科学学科能力

TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study)是由国际教育成就评价协会(IEA)主办的国际测试项目，每四年一个周期，考察对象为四年级和八年级学生，其框架由内容和认知两个维度构成。以TIMSS 2011四年级框架为例，内容维度包括生命科学、物质科学以及地球科学，认知能力则包括知道、应用和推理。“知道”指学生需要知道的科学事实、过程和概念；“应用”指学生在问题情境中应具备的知识应用和概念理解的能力；“推理”指学生针对新情境、复杂关系或多步骤的问题提出非常规的解决方案的能力。[2]本研究借助TIMSS 2011研究成果把科学学科能力分为知道、应用及推理三个维度，并通过测试题对三个维度能力进行了整体评估。

二、研究对象、方法及问卷内容

1.研究对象及方法

研究本着方便抽样、准确性与稳定性兼顾的原则，对北京城区及郊县8所不同类型学校的四年级上学期在读学生进行抽样。城区学校包括海淀的1所私立学校(城区-J)、1所重点学校(城区-R)、1所普通校(问卷不符要求，文中未出现)，朝阳(城区-F)、东城(城区-Q)各1所普通校；郊县学校包括房山(郊县-L)、大兴(郊县-D)和平谷(郊县-P)的各1所普通学校。每个学校抽取2个班，人数在42～80不等，共发放问卷536份，回收问卷536份，回收率为100%。回收后评测教师专门进行数据的统计与核实，除海淀区1所学校问卷不符要求，有效样本为7所学校的456份问卷，有效率为85.07%。

本研究对测试对象采用了相同问卷，用以评价学生科学学科能力水平，通过SPSS进行数据统计和处理，做平均数差异比较、影响因子与题目相关性比较等。

2.问卷内容

本问卷分为两部分。第一部分为基本信息调查，主要包括学校、性别、家庭环境、对待科学的态度以及科学阅读等情况。第二部分为科学能力测试，题目来自TIMSS 2011题库，共28题，除了一题(24题，属知道能力维度)满分为2分外，其余各题均赋值1分，共29分。测试题型包括选择题和简答题，知道及应用维度选择题比例较高，推理维度则简答题比重较大。同TIMSS 2011相比，各能力维度所占比例接近(见表1)。

表1 实测题各维度学科能力比例 %

三、结果分析

1.不同学校整体均分差异性分析

对不同学校学生在科学学科能力测试成绩上的总平均分进行单因素方差分析，结果显示不同学校之间具有显著性差异(如表2所示)。从测试总平均分看，城区学校样本最高平均分为24.24分，最低为18.49分；郊县最高平均分仅为15.69分，比城区样本最低平均分低2.8分，三个郊县学校平均分均明显低于市平均分18.64分。因此北京地区小学生科学学科能力有如下发展趋势和结论：城区学校整体科学学科能力表现突出，与郊县样本相比差距较大，尤其在推理能力考查中，各校差异明显。

表2 不同学校总平均分情况

进一步检验，不同学校之间方差齐性(P=0.120>0.05)，事后检验(LSD)的结果显示不同组别之间呈现显著性差异(F=47.563，P=0.000<0.05)。J校和其他几个学校在总分上都存在显著性差异，具体表现为J校均分显著高于其他学校均分。R校和其他几个学校之间也存在显著性差异，其均分也显著高于L校、F校、D校、Q校和P校，但显著低于J校。L校和P校、D校间无显著性差异，但均分显著低于其他几个学校。F校均分显著低于J校和R校，同时显著高于P、D和L校。D校显著低于J校、R校、F校和Q校，但和L校和P校相比则无显著性差异。Q校明显低于J校和R校，但显著高于L校、D校和P校。P校则明显低于J校、R校、F校和Q校。

进一步对同类子集进行分类(如表3所示)，结果显示L校、D校及P校属于一类，均分最低；而F校和Q校属于第二类，均分比第一类要高，R校为第三类，J校为第四类。第一类为郊县学校，第二、三、四类属于城区学校，其中第四类为城区私立学校。从各校均分上也可以直观看出，城区学校科学学科能力测试均分显著高于郊县学校均分。

表3 科学学科能力总平均分的同类子集(alpha=0.05)

注：将显示同类子集中的组均值：a.将使用调配和均值样本大小为62.516；b.组大小不相等，将使用组大小的调配和均值，不保证Ⅰ类错误级别。

再进一步对城区学校和郊县学校进行独立样本T检验，也验证了城区学校和郊县学校在整体科学学科能力上的显著性差异 (P=0.000<0.05，见表4)。城区学校学生的科学学科能力均分(21.07分)显著高于郊县学校学生的科学学科能力均分(15.41分)(如表5所示)。

表4 城区学校与郊县学校总平均分差异性检验

表5 城区学校与郊县学校总平均分比较

2.不同学校科学学科能力各维度的差异性分析

分别考查科学学科能力的不同维度，整体上各校推理维度的能力表现突出，各题均分为0.74分，应用其次(0.69分)，知道以0.62分的均分排在末位。这和科学教学重视探究活动的特点相关，而知道能力则更倾向于记忆、描述、举例、下定义等能力要素。由于科学考试较少，学生较少精力投入偏重记忆的知道能力训练，因此这部分成绩较低就不难理解。通过对比城区及郊县学校学生在科学学科能力各维度的成就表现可知，城区样本校中知道、应用、推理维度学科能力平均分最高分分别为0.89分、0.82分、0.93分，最低分分别为0.60分、0.68分、0.75分；郊县样本校最高平均分分别为0.50分、0.62分、0.64分，最低平均分分别为0.47分、0.58分、0.56分。城区学校与郊县学校在知道、应用及推理的差值分别为0.42分、0.24分及0.37分，显示出较大的差异性。

进一步单独检验城区及郊县学校表现，城区学校和郊县学校在知道、应用、推理维度的均分具有显著性差异(P<0.05，见表6)。通过对均分的比较发现，城区学校学生在知道、应用及推理各维度均分分别为0.72分、0.75分及0.83分，整体分别高于郊县的0.48分、0.60分及0.61分(见表7)。进行纵向比较发现，城区及郊县学生整体上呈现出推理能力高于应用能力，应用能力高于知道能力。

表6 城区学校与郊县学校不同维度科学学科能力差异性检验

表7 城区学校与郊县学校不同维度科学学科能力均分比较

以下分别对三个维度科学学科能力测试题进行分析：

(1) 不同学校知道维度科学学科能力差异性比较。不同学校间学生在知道维度的表现具有显著性差异(如表8所示)。具体表现在J校得分显著高于其他学校；R校和其他几个学校之间也存在显著性差异，其均分显著高于L校、F校、D校、Q校、P校的均分；L校和P校、D校无显著性差异；F校显著低于J校和R校的，同时显著高于P校、D校和L校；D校显著低于J校、R校、F校和Q校，但相比L校和P校无显著性差异。Q校明显低于J校和R校，但显著高于L校、D校和P校。各校在该维度表现结果和这些学校在总平均分上的差异性表现是一致的，同类子集的分布也呈现出与均分的一致性。因此整体来看，属于城区的J校、R校、Q校和F校的学生在知道维度科学学科能力发展好于属于郊县的D校、P校及L校。

表8 不同学校知道维度均分

(2) 不同学校应用维度科学学科能力差异性比较。不同学校学生在该维度的表现具有不同的显著性差异(如表9所示)。J校和R校间无显著性差异，但是和L校、F校、D校、Q校具有显著性差异，J校学生在该维度学科能力上的表现显著高于其他学校。R校 同J校、Q校无显著性差异，但同L校、F校、D校间具有显著性差异，其学生该维度科学学科能力显著高于其他几个学校。L校和J校、R校和Q校之间具有显著性差异，但其学生在该维度科学学科能力明显低于这些城区学校。F校只和J校、D校和P校之间有显著性差异，和其他学校之间无显著性差异。D校和J校、R校、F校和Q校间具有显著性差异，其学生应用能力得分显著低于这几个学校。Q校同J校、L校、D校和P校间具有显著性差异，P校和J校、R校、F校、Q校之间具有显著性差异，其学生在应用维度科学学科能力上的表现显著低于上面几个学校学生的均分。

表9 不同学校应用维度均分

进一步进行同类子集分类，因为不同学校之间分类界限不是很明显，我们以平均分参考，J校、R校、Q校均分都在平均线以上，F校与均线持平，而P校、D校、L校均在平均线以下。不难发现J校、R校、Q校、F校均为城区学校，其中J校、R校教学资源更加优质；而P校、D校、L校为郊县学校。整体来看城区学校的小学生应用维度科学学科能力发展好于郊县学校。

(3) 不同学校推理维度科学学科能力差异性比较。不同学校推理维度均分情况(如表10所示)统计结果具体表现为J校和R校无显著性差异，但是和L校、F校、D校、Q校具有显著性差异的，同时J校学生在推理维度科学学科能力上的表现显著高于其他各校学生。R校除了和J校、Q校没有显著性差异外，和L校、F校、D校之间具有显著性差异，其学生推理维度科学学科能力显著高于其他几个学校。L校同J校、R校、Q校之间具有显著性差异，和D校、P校之间无显著性差异，其学生推理维度科学学科能力明显低于其他城区学校。F校、D校、Q校之间无显著性差异，同其他学校则存在显著性差异，同J校、R校呈现负相关，均分显著低于这两所学校，同L校、P校呈正相关，均分显著高于这两所学校。D校同J校、R校、Q校之间具有显著性差异，表现为D校学生推理维度科学学科能力得分显著低于这几个学校。Q校同J校、L校、D校、P校间具有显著性差异，同R校、F校无显著性差异。P校同J校、R校、F校、Q校之间具有显著性差异，其学生在推理维度科学学科能力上的表现显著低于上述学校。

表10 不同学校推理维度均分情况

进一步进行同类子集分类，与应用维度结果相似，J校、R校、Q校均分都在平均线以上，F校与均分持平，而P校、D校、L校都在平均线以下。整体上城区学校的小学生推理维度科学学科能力发展也好于郊县学校。

3.男女生科学学科能力差异性分析

对男生和女生的均分进行独立样本T检验结果显示(如表11、12所示)，男生均分(18.89分)和女生均分(18.36分)之间无显著性差异(P=0.291>0.05)，仅在个别题目上表现出了男女生之间的显著性差异。如第4题男生均分0.67分，女生均分0.46分，男生成绩显著高于女生在这一题目上的得分(P=0.000)；第13题男生为0.88分，女生0.78分，男生成绩显著高于女生在这一题目上的得分(P=0.003)；第23题男生(0.65分)显著高于女生(0.81分)在这一题目上的得分(P=0.000)。

表11 科学学科能力男女生均分

表12 男女生科学学科能力差异性检验

表13 知道维度科学学科能力男女生均分

表14 男女生知道维度差异性检验

表15 应用维度科学学科能力男女生均分

表16 男女生应用维度差异性检验

表17 推理维度科学学科能力男女生均分

表18 男女生推理维度差异性检验

分别对男女生在知道、应用、推理维度的均分进行独立样本T检验，结果显示(如表13～18)，男女生仅在知道维度上具有显著性差异(P=0.013<0.05)，具体表现为男生在知道维度的均分显著高于女生在该维度的均分；在应用维度及推理维度的均分上无显著性差异。

四、讨论与建议

本文基于TIMSS 2011对北京部分学校四年级学生科学学科能力进行了测查，经过分析可以得出如下结论：北京小学生科学学科能力发展整体良好，但并不均衡，城区学校明显好于郊县学校，表现出城区和郊县学校学生科学学科能力发展的不均衡性，在资源配置丰富的私立学校和重点学校，学生的科学学科能力得到更好培养和发展。整体来看，虽然受测学校间各维度科学学科能力表现各不相同，但是推理维度能力表现普遍好于应用维度，更好于知道维度能力。由于探究是小学科学学习的主要学习方式，《科学(3～6年级)课程标准》中明确提出科学探究是科学学习的中心环节，科学探究能力的形成依赖于学生的学习和探究活动。目前，科学教师普遍重视学生在探究活动中逐渐发展起来的提出问题、分析问题、提出合理假设、归纳与证明并得出结论等能力的培养，而这些恰恰是推理维度科学学科能力的重要组成要素，因此学生能在推理维度科学学科能力取得更好的成绩就不难理解。而知道维度的能力侧重于记忆和辨识、描述和举例等能力要素，学生在日常教学中由于没有考试压力，往往较少精力投入偏重记忆的知道能力训练，这也是导致这部分测试成绩低的主要原因。其次，从整体来看，男女生在科学学科能力的表现上并无明显差异，但由于学习兴趣、学习偏好、认知发展等特点的不同，女生在科学学科能力发展上的表现稍弱于男生，尤其由于科学阅读量的不同，男生在知道维度科学学科能力的表现更有优势。

[参 考 文 献]

[1] 于学清.国内外小学生科学学科能力解析[J].现代教育科学，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

北京市教育科学“十二五”规划青年专项课题(CBA13046)。

于学清(1975-)，男，黑龙江人，讲师；黄爱芬(1985-)，女，河北邢台人，硕士；董李娜(1986-)，女，辽宁锦州人，硕士。

G465

A

1002-1477(2016)04-0121-06

陈学涛]