徐靜 王晶瑩 羅躍 劉青

21世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，科學(xué)教育的成效成為各國(guó)討論的焦點(diǎn)。美國(guó)“2061計(jì)劃”認(rèn)為：美國(guó)下一代必須面臨巨大的變革，而科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)位于變革的核心，它們導(dǎo)致變革，塑造變革，并且對(duì)變革作出反應(yīng)，它們對(duì)今日的兒童適應(yīng)明日的世界十分重要[1]。因此，提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)已經(jīng)成為世界各國(guó)科學(xué)教育改革的主要目標(biāo)。目前，國(guó)外對(duì)科學(xué)素養(yǎng)已展開(kāi)了大量的研究與測(cè)量，而我國(guó)對(duì)科學(xué)素養(yǎng)研究的方法和測(cè)量手段尚未成熟，主要集中在定性和理論研究階段，缺乏實(shí)證研究。因此，本文在文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上構(gòu)建了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的評(píng)價(jià)體系，并通過(guò)實(shí)證調(diào)查，希望為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)提供一些參考。

一、文獻(xiàn)回顧

科學(xué)素養(yǎng)一詞最早出現(xiàn)在1952年科南特的《科學(xué)中的普通教育》一書(shū)中，科南特把科學(xué)素養(yǎng)定位于普通教育的層面上。直到20世紀(jì)80年代科學(xué)素養(yǎng)作為科學(xué)教育的目標(biāo)才被明確提出。之后，研究者們從不同的學(xué)科角度深入探討科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)容和含義。在這一時(shí)期，影響最大的是國(guó)際科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展中心（芝加哥）主任米勒（Miller）在1983年提出的三維模式，他將科學(xué)素養(yǎng)定義為：關(guān)于科學(xué)概念的理解；關(guān)于科學(xué)過(guò)程和科學(xué)方法的認(rèn)識(shí)；關(guān)于科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)三個(gè)層面[2]。米勒模式抓住了科學(xué)素養(yǎng)的核心并以一定的實(shí)證數(shù)據(jù)作基礎(chǔ)，在學(xué)術(shù)界得到了較為普遍的認(rèn)同。

我國(guó)將科學(xué)教育的目標(biāo)定位于全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。其中《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中提到科學(xué)素養(yǎng)的三個(gè)基本要素：對(duì)科學(xué)知識(shí)的積累和應(yīng)用，對(duì)科學(xué)探究過(guò)程與方法的了解與實(shí)踐，對(duì)與科學(xué)相關(guān)的積極向上情感態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)。

總體而言，對(duì)中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)構(gòu)成的研究應(yīng)該綜合考慮以下三個(gè)層面。首先，中學(xué)生是未來(lái)公民；其次，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)包含在公眾科學(xué)素養(yǎng)的構(gòu)成中，但又不同于公眾科學(xué)素養(yǎng)，具有學(xué)生的特點(diǎn)；最后，科學(xué)教育的目的是提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)又是科學(xué)教育的指南性文件，所以學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)構(gòu)成也應(yīng)該參考科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵論述。

二、研究設(shè)計(jì)

1.樣本與資料

研究本課題期間，正值筆者教育見(jiàn)習(xí)。見(jiàn)習(xí)學(xué)校多分布在北京郊區(qū)，通過(guò)同學(xué)協(xié)調(diào)，筆者最終對(duì)首師大大興附屬中學(xué)、首師大密云附屬中學(xué)和首師大延慶附屬中學(xué)三所北京遠(yuǎn)郊區(qū)縣的中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)進(jìn)行測(cè)評(píng)研究。三所學(xué)校在北京市排名都處于中等位置，沒(méi)有明顯的差異。其中大興附中和密云附中為高中，延慶四中為初中，調(diào)查涉及初三、高一、高二年級(jí)。最終共回收有效問(wèn)卷數(shù)209份。

2.指標(biāo)體系與測(cè)試問(wèn)卷

國(guó)際學(xué)生評(píng)價(jià)項(xiàng)目（PISA）是目前國(guó)際上比較認(rèn)可的對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的測(cè)評(píng)。因此我們從公民科學(xué)素養(yǎng)指標(biāo)體系、PISA評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)角度探討了中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的評(píng)價(jià)體系，設(shè)計(jì)了本研究的指標(biāo)體系。一級(jí)指標(biāo)包括：科學(xué)知識(shí)與技能、科學(xué)探究過(guò)程、情感態(tài)度與STSE。其中，科學(xué)知識(shí)與技能維度包括：科學(xué)知識(shí)、科學(xué)技能、實(shí)際應(yīng)用；科學(xué)探究過(guò)程包括：探究認(rèn)識(shí)、探究運(yùn)用、科學(xué)本質(zhì)；科學(xué)情感與STSE包括：科學(xué)情感、STS、STSE。每個(gè)二級(jí)指標(biāo)細(xì)分為三個(gè)三級(jí)指標(biāo)，如科學(xué)知識(shí)又分為理解掌握、解釋現(xiàn)象、解釋規(guī)律三個(gè)遞進(jìn)層次。

我們認(rèn)為物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都是科學(xué)教育的組成部分。我們?cè)O(shè)計(jì)的問(wèn)卷主要涉及物理學(xué)科在科學(xué)素養(yǎng)中反映出的問(wèn)題。根據(jù)對(duì)指標(biāo)體系的調(diào)整，可以測(cè)量化學(xué)、生物或科學(xué)綜合等學(xué)科的科學(xué)素養(yǎng)。問(wèn)卷題目的設(shè)計(jì)盡量與生活情境相聯(lián)系，測(cè)查學(xué)生情境中問(wèn)題解決的科學(xué)素養(yǎng)。采用五點(diǎn)法測(cè)量，例如科學(xué)知識(shí)的解釋規(guī)律的指標(biāo)，問(wèn)卷的題目設(shè)置為：我能夠用……（阿基米德原理等）解釋生活中的浮力相關(guān)規(guī)律，合理地預(yù)測(cè)可能發(fā)生的事情。A非常符合，B符合，C一般，D不符合，E非常不符合。

在指標(biāo)體系設(shè)計(jì)時(shí)，我們還考慮了維度的遞進(jìn)關(guān)系，如：一級(jí)指標(biāo)科學(xué)知識(shí)與技能中，科學(xué)知識(shí)、科學(xué)技能、實(shí)際應(yīng)用三個(gè)維度難度逐漸加深，即科學(xué)知識(shí)、科學(xué)技能、實(shí)際應(yīng)用分別屬于科學(xué)知識(shí)與技能中的低水平、中水平和高水平。我們?cè)趩?wèn)卷發(fā)放時(shí)采用不記名方式，以盡量減小測(cè)量誤差。此外，我們還收集了被試者的性別、年級(jí)、學(xué)校等基本信息，用來(lái)作差異統(tǒng)計(jì)分析。

我們采用了SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異分析。通過(guò)統(tǒng)計(jì)，問(wèn)卷的信度為0.911，大于0.7，滿足統(tǒng)計(jì)的信度要求。

三、結(jié)果分析

我們根據(jù)學(xué)生答題情況，以0—4分給予賦值分等級(jí)。2分為中間值（對(duì)應(yīng)C一般選項(xiàng)），3分正向程度加1（對(duì)應(yīng)B符合項(xiàng)），1分為負(fù)向程度加1。

1.整體分析

整體來(lái)看（見(jiàn)圖1），科學(xué)素養(yǎng)的各個(gè)二級(jí)指標(biāo)都沒(méi)有達(dá)到3.0，處于中等偏上的水平。二級(jí)指標(biāo)的中水平（科學(xué)技能、探究運(yùn)用與STS）低于高水平（實(shí)際應(yīng)用、科學(xué)本質(zhì)與STSE）。

在各年級(jí)一級(jí)指標(biāo)整體水平中，科學(xué)知識(shí)與技能和科學(xué)情感與STSE兩個(gè)維度走勢(shì)基本相同，初三和高一處于同一水平，而到達(dá)高二有一個(gè)上升的過(guò)程?？茖W(xué)探究維度，初三到高二表現(xiàn)出先下降后上升的過(guò)程（見(jiàn)圖2）。

雖然從整體的趨勢(shì)我們能夠發(fā)現(xiàn)上述兩個(gè)問(wèn)題，但是我們看到的只是各級(jí)指標(biāo)的平均結(jié)果。而各指標(biāo)具體差異，如知識(shí)與技能維度，高一和高二2.71和2.89之間是否真的能表現(xiàn)出差異，到底在哪個(gè)題目上存在明顯差異，還需要我們進(jìn)行深入分析。

2.差異分析

我們主要進(jìn)行了性別差異和年級(jí)差異分析，試圖回答整體分析中出現(xiàn)的問(wèn)題。

（1）性別差異

我們對(duì)整體樣本進(jìn)行了關(guān)于性別的獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)男女生在解釋規(guī)律、過(guò)程技能、綜合技能、問(wèn)題解決、理解方法、科學(xué)作用等六道測(cè)試題目的回答結(jié)果上有明顯差異（雙尾檢驗(yàn)大于0.05）。其中過(guò)程技能和綜合技能都屬于二級(jí)指標(biāo)科學(xué)技能范圍。

根據(jù)SPSS獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，我們對(duì)男女生在這六個(gè)題目上回答的結(jié)果作了比較，發(fā)現(xiàn)男生得分都高于女生得分，表明在這六方面男女生差異明顯，并且男生在這六方面的科學(xué)素養(yǎng)要優(yōu)于女生。

（2）年級(jí)差異

從整體上來(lái)看，在科學(xué)知識(shí)與技能和科學(xué)情感與STSE兩個(gè)維度上，初三和高一沒(méi)有明顯的差別，在高二有一個(gè)突變的過(guò)程。而在科學(xué)探究維度，初三和高一有下降的過(guò)程，到了高二又有一個(gè)上升的過(guò)程。為分析這兩種情況，我們對(duì)高一和高二學(xué)生的回答結(jié)果作了獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。在科學(xué)探究維度，對(duì)初三和高一學(xué)生的回答結(jié)果作了獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)高一和高二學(xué)生在問(wèn)題解決、探究原理、探究過(guò)程、知道內(nèi)涵、理解方法、素養(yǎng)習(xí)慣、科學(xué)精神、理解STS、社會(huì)聯(lián)系、理解STSE和環(huán)境關(guān)聯(lián)等方面存在差異，高二學(xué)生表現(xiàn)明顯優(yōu)于高一學(xué)生。其中，知道內(nèi)涵、理解方法、素養(yǎng)習(xí)慣這三個(gè)內(nèi)容屬于二級(jí)指標(biāo)中的科學(xué)本質(zhì)的維度，理解STS、社會(huì)聯(lián)系屬于二級(jí)指標(biāo)的STS維度，理解STSE和環(huán)境關(guān)聯(lián)屬于二級(jí)指標(biāo)的STSE維度，說(shuō)明在這幾個(gè)維度上高二學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)要優(yōu)于高一學(xué)生。

針對(duì)科學(xué)探究維度為什么在高一會(huì)下降，我們進(jìn)行了科學(xué)探究維度，根據(jù)初三和高一學(xué)生各個(gè)題目回答結(jié)果的獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有在科學(xué)本質(zhì)這一個(gè)題目考查上，兩個(gè)年級(jí)學(xué)生的回答存在明顯差異。從分析中得出，高一年級(jí)學(xué)生對(duì)于科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵的了解并不比初三好，而是明顯低，可以解釋為隨著年級(jí)的升高，高一學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解更加糊涂。我們推測(cè)由于教師更加強(qiáng)調(diào)知識(shí)的重要性，使學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解呈現(xiàn)起伏走勢(shì)。

四、結(jié)論與討論

1.中學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)處于中等偏上水平

整體來(lái)看，北京市遠(yuǎn)郊區(qū)縣中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)處于中等偏上的水平。其中科學(xué)技能、探究運(yùn)用和STS在每個(gè)一級(jí)指標(biāo)維度中處于最低水平。我們認(rèn)為科學(xué)技能、探究運(yùn)用和STS在每個(gè)維度屬于中等水平，但是結(jié)果表明學(xué)生在這三個(gè)方面表現(xiàn)不好，說(shuō)明我們認(rèn)為的科學(xué)素養(yǎng)中等水平和學(xué)生評(píng)價(jià)反映出來(lái)的水平有差異。

2.男女生在科學(xué)技能等六個(gè)維度上存在差異

男女生在解釋規(guī)律、過(guò)程技能、綜合技能、問(wèn)題解決、理解方法、科學(xué)作用等六個(gè)方面的回答有明顯差異，并且男生得分都比女生得分高，表明在這幾方面男生的科學(xué)素養(yǎng)比女生好。從物理學(xué)習(xí)的成績(jī)來(lái)看，男生成績(jī)平均要高于女生，這也體現(xiàn)了物理學(xué)習(xí)的性別差異。并且，科學(xué)素養(yǎng)的考查主要關(guān)注了真實(shí)生活情境中的應(yīng)用，男生更具有樂(lè)于動(dòng)手、樂(lè)于思考的特點(diǎn)。

3.各年級(jí)分別在不同維度存在差異

在年級(jí)差異分析中，初三和高一在科學(xué)知識(shí)與技能和科學(xué)情感與STSE兩個(gè)維度中處于同一水平，而到高二有一個(gè)上升的過(guò)程。在科學(xué)探究維度中，初三到高二表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)。

學(xué)生從高一到高二有一個(gè)飛躍的過(guò)程，主要體現(xiàn)在問(wèn)題解決、探究原理、探究過(guò)程、知道內(nèi)涵、理解方法、素養(yǎng)習(xí)慣、科學(xué)精神、理解STS、社會(huì)聯(lián)系、理解STSE和環(huán)境關(guān)聯(lián)等10個(gè)方面。經(jīng)過(guò)初中和高中一年的物理學(xué)習(xí)之后，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)在上述10個(gè)方面都有明顯的提升，說(shuō)明高一到高二的教學(xué)對(duì)于學(xué)生素養(yǎng)的提升發(fā)揮關(guān)鍵作用。

對(duì)于科學(xué)探究維度，高一學(xué)生對(duì)于科學(xué)本質(zhì)的理解遠(yuǎn)低于初三學(xué)生。對(duì)于高一年級(jí)的學(xué)生，剛剛進(jìn)入高中物理的學(xué)習(xí)，教師如果不強(qiáng)調(diào)科學(xué)本質(zhì)教育，學(xué)生很難自己理解科學(xué)本質(zhì)。所以要在高一教學(xué)中適量增加科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)，幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

最后需要說(shuō)明的是，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是一個(gè)復(fù)雜且重要的問(wèn)題。本研究的結(jié)果也只是對(duì)這一問(wèn)題的初步探討。同時(shí)本研究還存在以下局限性：一是調(diào)查樣本較少，并且只分布在北京郊區(qū)，對(duì)北京市的代表性不夠；二是指標(biāo)體系和調(diào)查問(wèn)卷的問(wèn)題設(shè)置有待斟酌，尤其是問(wèn)卷問(wèn)題，采用主觀評(píng)價(jià)給調(diào)查結(jié)果帶來(lái)很大的誤差。我們期望在后續(xù)的研究中來(lái)彌補(bǔ)這些不足。

注：本文系2012年中國(guó)科協(xié)研究生科普研究能力提升項(xiàng)目“青少年非正式科學(xué)教育和科學(xué)素質(zhì)測(cè)評(píng)的研究”（2012KPYJD06）和第51批中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助“我國(guó)中小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)的理論與實(shí)踐研究”（2012M510519）階段成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì).科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)[M].北京：科學(xué)普及出版社，2001：i.

[2]魏冰.西方科學(xué)素養(yǎng)理論的形成與發(fā)展[J]，外國(guó)中小學(xué)教育，2003（6）.

（作者單位：1.首都師范大學(xué)物理系 2.中國(guó)科普研究所）

（責(zé)任編輯：馬贊）