发展中国家学生ICT水平对个体科学素养的影响研究——基于PISA数据

李 波 熊震融 张 滢 李 娜

一、研究背景及意义

随着全球化进程不断加快，教育大数据时代迅猛发展，教育全球化浪潮正加速席卷世界，为形塑全球教育治理体系，科学合理制定相应政策，国际组织和区域联盟在教育各个领域革故鼎新、推陈出新，制定了各种教育发展规划或监测指标，成功推动国家间教育改革经验的相互分享与学习，对世界各国与各地区教育政策的内容与结构产生了深远影响。[1]

联合国经济合作发展组织（OECD）对于“信息与通信技术（ICT）①”的发展和评估发挥着领头羊的作用。[2][3][4]由OECD 负责实施的3 年一度针对“15 岁学生准备利用特定领域知识和技能迎接现实生活中的机遇和挑战的能力”的国际学生评价项目PISA，设计了针对学生及学校的ICT 测试问卷（ICT familiarity questionnaire for PISA 2015），以测量各国学生ICT 的获得度以及使用情况，从而衡量学生ICT 水平。[5][6][7]

在对学生科学素养的研究中，王玥从学生个体、同伴、教师以及学校4 个角度探讨了中国与日本中学生科学素养表现的差异[8]；段鹏阳利用两层线性模型从学校与学生的角度对科学课堂上学生的感知反馈对科学成绩的影响[9]；王海涛与刘永东通过4 种科学课堂教学方法对科学素养的成绩影响研究，提出了“适度均衡，灵活合并”的建议[10]。但上述研究主要集中在课堂学习对科学素养得分的影响，并未将学生ICT 水平与其科学素养表现结合起来进行分析。胡翔等学者在The Relationship between ICT and Student Literacy in Mathematics，Reading，and Science across 44 countries：aMultilevel Analysis 一文中指出，相较于发达国家，国家层面ICT 的获得与使用可能对发展中国家学生的学习有着更加深刻的影响。[11]

在上述学者研究的基础上，本文以参与PISA 2015 ICT 问卷测试中的发展中国家作为切入点，结合科学素养得分与ICT 测试问卷内容，致力于挖掘、探究、评析、对比发展中国家学生ICT 水平与其科学素养得分之间的潜在关系。

二、研究数据与变量选择

为使研究结果具有更强的可读性、可解释性与可指导性，数据选择主要依赖于联合国统计局以及PISA 2015 已公开的数据集。

1.发展中国家的筛选

由于国际上对于发展中国家并没有统一定义，本文结合联合国统计局（UNSD）M49 标准②以及国际货币组织（IMF）“世界展望数据库”（World Economic Outlook Database），从参与 PISA 2015 ICT测试的46 个国家或地区中筛选出了10 个发展中国家[12]，它们分别是：智利（Chile）、墨西哥（Mexico）、巴西（Brazil）、中国（China）、哥伦比亚（Colombia）、哥斯达黎加（Costa Rica）、多米尼加共和国（Dominican Republic）、秘鲁（Peru）、泰国（Thailand）以及乌拉圭（Uruguay）。

2.PISA 2015科学素养得分

从 2000 年开始，PISA 每 3 年举办一次，科学素养（Scientific literacy）、阅读素养（Reading literacy）和数学素养（Mathematical literacy）轮流作为每次评估的重点领域，PISA 2015 是PISA 测试的第6 个周期。科学素养既是一个反思性的公民参与科学相关问题和理解科学理念的能力，也是PISA 2015 测试的主要评估领域，而数学素养与阅读素养的评估则分别沿用2012 年和2009 年的框架。

上述10 个发展中国家的科学素养得分从PISA 2015 测试中直接获得。[13][14]由于PISA 2015主要评估领域是科学素养，故在本文中只研究学生ICT 水平与其科学素养得分之间的潜在关系。

3.PISA 2015 ICT问卷典型问题筛选

为了便于比较各个发展中国家的数据，本文选取PISA 2015 测试中学生背景问卷里的ICT 问卷（主要调查版本）。该问卷包含15 个题目，主要涉及数字媒体和数字设备不同方面的问题，同时询问学生对ICT 的熟悉程度和使用情况。笔者从中挑选出能够较好反映学生ICT 水平的7 道题目，根据学生作答情况了解其获得度和使用情况，进一步衡量学生ICT 水平，筛选出的具体问题表述详见表1。

三、发展中国家学生ICT水平概览

针对上文筛选出的10 个发展中国家，本部分以PISA 2015 科学素养得分为载体，评析了学生个体对ICT 问卷中7 个典型问题的作答情况，其中可以折射出基础教育阶段学生个体的ICT水平与科学素养间所存在的共性与个性特征。

表1 PISA 2015 ICT 问卷主要调查版本节选[15]

除了智利和墨西哥2 个国家，其余8 个国家均为非经合组织成员国。在分析过程中研究者引入了经合组织国际科学素养平均值（OECD international science literacy average）作为参考，即 35 个经合组织成员国科学素养得分的算数平均值（记为OECD 均分③），以作为对比的依据。

图1 10 个发展中国家PISA 2015 科学素养得分

根据各国学生科学素养均分绘制出10 个发展中国家PISA 2015 科学素养得分的柱状图（见图 1），图 1 中的虚线表示 OECD 均分（493 分）。可以看出：10 个国家中只有中国学生的科学素养得分（518 分）高于 OECD 均分，分差高达 25 分，即中国学生科学素养较高；其他国家均低于OECD 均分，特别是如多米尼加共和国（332 分）、秘鲁（397 分）、巴西（401 分）等位于美洲的发展中国家，与中国学生均分最大分差达到186 分。总体而言，除中国以外的9 个发展中国家的科学素养得分普遍偏低，得分集中在410 分左右，其中智利学生科学素养得分（447 分）最高，但仍然比中国学生少71 分。说明除了中国，其他发展中国家学生的科学素养有待提高。下文将具体分析学生个体的ICT 水平与科学素养之间的关系。

1.第一次使用电脑的年龄与科学素养得分的潜在关系分析

图2 学生第一次使用电脑的年龄与科学素养得分的关系（IC003）

通过学生对IC003 的回答，我们可以了解10个发展中国家学生“第一次使用电脑的年龄”对科学素养得分的潜在关系（见图2）。一方面，对于上述10 个发展中国家，随着学生“第一次使用电脑的年龄”增长，科学素养均呈现出显著的下降趋势；另一方面，随着年龄的增长，不同国家学生科学素养的下降幅度各不相同。例如，随着第一次接触电脑的年龄增长，泰国和哥斯达黎加的学生科学素养得分降幅并不明显，而多米尼加共和国的学生科学素养降幅则先增大后减小，但对于智利和墨西哥等国的学生而言，科学素养得分的降幅则是不断增大的。就中国学生而言，“13 岁及以上”第一次接触电脑的学生（457 分）比“10～12岁”第一次接触电脑的学生科学素养降低了62分。总的来说，对于以上10 个发展中国家，学生在“6 岁及以下”第一次使用电脑在一定程度上能对其科学素养产生积极影响。

值得注意的是，在10 个发展中国家中，只有中国学生的整体科学素养高于OECD 均分（见图2）。为了详细探究中国学生科学素养与其“第一次使用电脑的年龄”之间的关系，表2 单独提取出中国的数据进行显著性分析。通过对比表2 第一行的数据，即中国学生“6 岁及以前”及其他年龄第一次使用电脑与科学素养得分的关系，可以发现，随着中国学生第一次使用电脑年龄的增长，其科学素养得分的下降速度也不断加快，并且差异是十分显著的（p-value<0.05），例如“6 岁及以前”第一次使用电脑的学生所取得的科学素养均分为576 分，相比同年龄“从未接触”过电脑的学生均分（375 分）要高出201.7 分。因此，相较于其他发展中国家，就中国学生而言，在家长以及学校的有效监督与管理下尽早接触电脑（6 岁及以前）对其科学素养的培养具有显著的促进作用。

2.工作日及周末每天使用网络的时间与科学素养的潜在关系分析

通过 IC005、IC006、IC007 可以了解学生校内外每天使用网络的时间，由图3 可以发现：工作日期间，随着学生在校内使用网络时间的不断增加，10 个发展中国家学生的科学素养得分出现了不同的变化趋势，如巴西学生的科学素养随着在校内使用网络的时间上升出现小幅度上升，当使用时间到达0.5～2 小时，科学素养出现下降，而在2～4 小时，科学素养出现小幅度上升后又出现下降趋势；而对于秘鲁与泰国，学生在学校使用网络的时间较短时（如 1～2 小时或 2～4 小时），使用时间对科学素养影响不显著，而当使用时间继续增加时，科学素养出现了显著的下降趋势。

单就中国学生而言，随着工作日在校内使用网络时间的增加，科学素养得分出现了显著的下降，如工作日在校内使用“4～6 小时”网络的学生（466 分）比“不使用”网络的学生（545 分）科学素养均分要低79 分，而当时间增加到4～6 小时，下降幅度减小，且超过6 小时的得分还出现了小幅度上升趋势。事实上，这样的结果与现实情形是相一致的：如在中国，绝大多数中小学教育管理者要求学生在校期间尽量减少或避免使用电子产品，并引导学生合理有效利用网络辅助学习，适度使用网络有效帮助学生缓解课程压力，提高注意力，从而提升听课效率。

表2 中国四省市学生第一次使用电脑年龄与科学素养得分的关系（IC003）[16]

图4 揭示了学生工作日期间校外使用网络时间对其科学素养得分影响。除了中国、泰国，其他8 个发展中国家学生的科学素养得分随着工作日在校外使用网络时间的增加均出现了先上升后下降的趋势，在“2～4 小时”处达到峰值，且上升幅度大于下降幅度。具体而言，一方面，哥伦比亚具有最大的上升幅度，达到了71 分；另一方面，与工作日期间学生在校外使用“超过6 小时”网络相比，在校外“不使用”网络的学生科学素养得分更低，最大分差达到了54 分（哥斯达黎加）。泰国与其他8 个发展中国家不同的是，工作日在校外使用“1～30 分钟”网络的学生比“不使用”网络的学生科学素养低13 分，而后的变化趋势一致。

对于中国存在的差异性有必要进行单独探讨。关于工作日期间中国学生在校外使用网络的时间与科学素养的关系，首先，中国学生科学素养的最高得分在工作日校外“不使用”网络处；其次，随着中国学生工作日在校外使用网络的时间的增加，科学素养得分在“0～4 小时”内不断下降，到“4～6 小时”出现了小幅度的上升；最后，当使用时间超过6 小时，下降幅度增加，整体降幅达到了 80.9 分。

同样，图5 展示了10 个发展中国家学生“周末使用网络的时间与科学素养得分的关系”。除了泰国和乌拉圭的学生在周末使用网络的时间从“不使用”到“1～30 分钟”出现小幅度下降，之后呈现先升后降的趋势，包括中国在内的其他8 个发展中国家学生的科学素养得分均随着周末使用网络时间的增加先上升后下降。当使用网络的时间到达4 小时以上时，科学素养得分上升趋势放缓，并且除了中国，其他国家学生科学素养的最高得分在“2～4 小时”处取得。

对于中国学生，科学素养得分的最大值在“1～2 小时”处取得，且“不使用”网络与周末使用网络时间“超过6 小时”的学生科学素养得分并没有显著差异。这一现象揭示了中国学生在周末使用网络的时间问题，家长与学校对于学生周末网络的使用不应秉持“一刀切”的态度，允许学生在可控的时间范围内（如1～2 小时）高效合理地使用网络，能在一定程度上提高学生的科学素养；若明令禁止学生在周末使用网络，其潜在的危害与不对学生周末网络使用时间加以约束，肆无忌惮放纵学生使用网络（如超过6 小时）是等同的，二者都将在一定程度上阻碍学生科学素养的稳步提升，这与“借助教育信息化促进教育现代化”的理念背道而驰。

图3 工作日在学校内使用网络的时间与科学素养得分的关系（IC005）

3.关于校内外电子产品使用频率与科学素养得分的潜在关系分析

通过问卷中的 IC008、IC010、IC011 等题项可以了解学生校内外使用电子产品进行关于邮件、浏览作业信息、课程学习、玩游戏、聊天、社交网络等活动的频次。传统观念认为，使用电子产品沉迷娱乐活动势必导致学习成绩的下降。在中国，大部分家长及教师会干预学生使用电子产品参与娱乐活动的频次和时间，而对出于学习目的的使用相对而言干预较少，甚至鼓励学生充分利用电子产品巩固所学。由图6、图7、图8 可以看到，实际上借助ICT 等电子产品辅助学习对学生科学素养有“锦上添花”的效果。

图4 工作日在学校外使用网络的时间与科学素养得分的关系（IC006）

图5 周末使用网络的时间与科学素养得分的关系（IC007）

由图6、图7 可见，随着在校外使用电子产品娱乐或学习的频次增加，10 个发展中国家学生科学素养得分均会出现先增后降的趋势，但总体变化较为平稳。其中使用电子产品的频次达到“几乎每天”或“每天”的学生，以学习为导向的群体科学素养得分迅速下降，降幅远远大于娱乐用途的群体；而与在校外“每天”使用电子产品学习的学生对比，“从未或几乎不”使用电子产品的学生科学素养得分普遍更高。除了中国，其余9 个发展中国家“从未或几乎不”在校外使用电子产品娱乐的学生科学素养得分达到最低值。

图6 校外使用电子产品娱乐的频次对科学素养得分的影响（IC008）

图7 校外使用电子产品学习的频次对科学素养得分的影响（IC010）

另外，图8 揭示出学生在校内使用电子产品的频次越高，其科学素养的得分整体呈现下降的趋势，泰国和墨西哥分别在“一个月1～2 次”和“一个星期1～2 次”处取得科学素养的最高得分，包括中国在内的其余发展中国家则在“从未或几乎不”使用电子产品处取得科学素养的最高得分，同时以“一个星期1～2 次”作为分界点，科学素养得分的降幅增加。结合图3 中关于“工作日在学校内使用网络的时间与科学素养得分的关系”的论述，可以看出，学生在校内使用电子产品无论是“娱乐”还是“学习”用途，随着使用频次或时间的增加，他们的科学素养都将呈现明显的下降趋势。

图8 在校内使用电子产品的频次对科学素养得分的影响（IC011）

图9 校内外使用电子产品的频次与用途对科学素养得分的影响（IC008、IC010、IC011）

更进一步来看，单就我国学生“校内外使用电子产品的频次与用途对科学素养得分”所产生的影响，将IC008、IC010、IC011 里的中国数据单独提出来，从校内层面与校外层面两方面进行测量（见图 9）。

校内层面（图9 中实线部分），学生使用电子产品的频次与其科学素养得分呈现出负向效应。即随着电子产品的使用频次增加，中国学生的科学素养得分迅猛下降，最大差值达到57 分，这也再次印证了从图6、7 中揭示的结论——学生在校内使用电子产品的频次越高，其科学素养的表现越不尽人意。

校外层面（图9 中两条空心线部分），无论使用电子产品的初衷是“娱乐”或是“学习”，中国学生的科学素养得分都会出现一个先增后降的趋势，而随着使用电子产品频次的增加，以“学习”为目的的学生科学素养得分下降速率将大于“娱乐”用途；同时，学生在校外无论是以“学习”还是“娱乐”为导向，科学素养得分的最大值均在“‘一个月1～2 次'使用电子产品娱乐或学习”处取得。有趣的是，在使用频次相同的情况下，校外使用电子产品“学习”的学生科学素养得分普遍要比使用电子产品“娱乐”的学生低一些，并且随着频次的增加，两者间的差距逐渐加大，说明在校外频繁使用电子产品“学习”的危害性甚至大于使用其“娱乐”，产生这一有趣现象的原因将在后文进行探讨分析。

四、结论与启示

本文基于PISA 2015 学生ICT 问卷和科学素养得分，通过对基础教育阶段学生个体科学素养表现的综合测评，详细探究了包含中国在内的10个发展中国家的学生ICT 水平与其科学素养得分之间的潜在关系。研究主要发现：对于中国学生，首先，学校及家长应结合实情酌情考虑让学生在“6 岁及以前”接触诸如电脑等ICT 设备，从而促进学生科学素养的形塑与提升；其次，工作日期间无论是校内还是校外，除了维持日常教学的ICT 设备使用，家校应严格监督并限制学生电子产品以及网络的使用；再者，学生周末时间对于网络等ICT 媒介的使用，家长与学校应时刻手握“合理引导，适度放开”的准绳，允许学生在可控的时间范围内（如1～2 小时）高效合理使用网络，“一刀切”或者肆无忌惮放纵都将产生难以估量的恶性影响。基于上述三点结论，对于教师、家长以及学生在ICT 社会中所扮演的重要角色以及相互依附的关系，我们得到以下两方面的启示与建议。

1.全面提升教师与家长ICT的意识，帮助学生尽早尽快融入以ICT为导向的信息社会

PISA 2015 测试主体为15 岁学生，他们大多处于义务教育阶段的尾声，即将接受更高层次的教育。在教育大数据蓬勃发展的时代背景下，为了帮助他们做好涉及ICT 的知识与技术储备，为他们将来步入社会打好坚实基础，教育管理部门、教育工作者、家长与学生个体应形成“自上而下”“四方联动”的协调配合机制。

具体而言，学校层面，教育管理者与一线教师应自始至终秉承“全方位立德树人”的现代教育观念；建立健全以ICT 作为核心驱动力的学生培养体系，全面提升教师队伍整体ICT 素养水平；在现有教师队伍的基础上，不断更新ICT 设备，不断引进ICT 高端人才，不断增强教师在教学过程中对学生ICT 意识培养的融入与融合，为他们开设与ICT 知识与技术相关的校本研修课程。

家庭层面，家长在自身经济条件允许的情况下，应鼓励学生早接触、多接触以ICT 为导向的电子设备，激发学生的好奇心与求知欲。同时，通过不断强化学生对电子设备的接触与使用，教师与家长双方应共同帮助其尽早树立“求知若饥，虚心若愚”的学习观和创新创造的“双创”观，尽早、尽快融入以ICT 为核心驱动力的信息社会，家校联动，真正做到“未雨绸缪，早为之所”。

2.家校携手，共同把控学生ICT电子产品使用时间，引导学生树立自我管理意识

从10 个发展中国家整体变化趋势来看，学生在校内外使用电子产品无论是以“学习”或“娱乐”为导向，无论频次是以“一周1 次”或“每天”为基调，学生科学素养水平并未受到显著影响。相反，“如何把控学生在校内外使用电子产品的总时长”才是教育工作者应当密切关注的问题。

一方面，当学生对使用电子产品“学习”产生依赖后，将会投入大量宝贵时间用于寻找、过滤、筛选有用信息，进而忽略学习重点，使得学习效率“断崖式”下降，学习成绩“过山车式”下滑；另一方面，以“娱乐”为导向使用电子产品对学生科学素养成绩反而没有形成较为严重的负面影响。因此，科学、合理、有效的“多位一体”监督管理机制的精准实施则显得尤为重要。

就学校和家庭双方而言，大数据时代“信息爆炸，知识杂乱”的特征势必给学校的管理与家长的监督带来前所未有的巨大考验。首先，学校应充分结合自身学情，对学生电子产品使用频次与时间总量进行有效抽样问卷调查，并将结果进行及时的分析与反馈；其次，学校应在调查结果的基础上“对症下药”——联合互联网公司、教育管理相关部门、教育管理者、教师、家长以及学生个体，共同形成“多位一体”的协同监管机制，对学生使用电子产品时间总量以及娱乐内容的价值导向传播等进行有效把控；再次，学校应加强市域合作与校际交流，通过举办ICT 创新论坛或者交流访问等模式共同探讨最为行之有效的监管治理模式。同时，家长应积极配合学校工作，在课余时间接过监管“接力棒”，积极引导学生在以ICT 为导向的电子设备使用上端正态度，尽快形成自我管理意识。

此外，教育大数据的发展离不开ICT 的广泛应用，而互联网在教育信息化、现代化进程中自始至终扮演着举足轻重的作用，但网络“双刃剑”效应犹存，防微杜渐，实时监测义务教育阶段学生的心理特征，防患未然，坚持“取其精华，去其糟粕”原则应对网络“双刃剑”效应才是有效的举措。

第一，学校应高度重视义务教育阶段末期学生的心理特征，加强学生心理健康教育，提升学生的核心自我评价水平。[17]贪玩心理频现、自控力不足等诱因或将对学生个体成长发展造成难以估量的损失。因此，学校应高度重视，加大心理健康教育课程的开设力度，引导学生树立正确的人生观、价值观以及“信息通信技术ICT 应用观”。第二，家校联动，严格把控学生使用电子产品时间，引导学生合理利用网络。[18]

注释：

①信息与通信技术（ICT）是指用于交流、创建、传播、存储和管理信息的各种技术工具和资源，包括了计算机、互联网、电话、个人数字助理（PDA）、电视、广播和视听设备等。

②M49 标准是联合国统计局发表的一份关于“联合国标准国家代码”的文件，被编入M 系列第49 号，因此被称为M49 标准，目前世界上使用相对广泛，相对具有权威的关于“发达国家”及“发展中国家”统计分类的一套标准。

③OECD 成员国包括美国、日本等发达国家，同时也包含智利、墨西哥等发展中国家，故用OECD 均分作为基准，对比发展中国家学生科学素养得分与OECD 均分的差距。