張　敏　馬宏佳（南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院　江蘇南京　210097）

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高一學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力性別差異研究

張敏馬宏佳*
（南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院江蘇南京210097）

摘要：性別差異是教育中一個(gè)不可忽視的重要因素。為發(fā)現(xiàn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科能力是否存在和存在怎樣的性別差異，本研究基于項(xiàng)目反應(yīng)理論和Rasch模型，通過(guò)對(duì)134名高一學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，并用Winsteps3.72.0、SPSS17.0和Excel對(duì)問(wèn)卷結(jié)果進(jìn)行量化處理，發(fā)現(xiàn)男生和女生在化學(xué)學(xué)科能力上存在性別差異，尤其在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)探究能力上男生明顯高于女生。

關(guān)鍵詞：Rasch模型；化學(xué)學(xué)科能力；性別差異

一、問(wèn)題的提出

現(xiàn)階段各國(guó)中學(xué)大多數(shù)實(shí)行的是班級(jí)授課制，它能大規(guī)模地面向全體學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)效率高，但是在這樣的班級(jí)模式下，教師很容易忽視性別差異。尤其是在我國(guó)，長(zhǎng)期提倡“時(shí)代不同了男女都一樣”，關(guān)注教學(xué)中性別差異問(wèn)題更為稀少。而現(xiàn)代教育的基本理念是以人為本，關(guān)注學(xué)生個(gè)性發(fā)展。顯然，教學(xué)中考慮男女生的性別差異是必要的。因此，高一學(xué)生的化學(xué)學(xué)科能力是否存在和存在怎樣的性別差異，就成為一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

二、研究設(shè)計(jì)

為了測(cè)查高一學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)能力的性別差異，我們選擇南京市一所普通高中的134名高一學(xué)生為研究對(duì)象，以陳功設(shè)計(jì)的高一學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力測(cè)試卷作為化學(xué)學(xué)科能力測(cè)試工具[1]。陳功的測(cè)試卷基于Rasch模型原理設(shè)計(jì)，并經(jīng)由大樣本測(cè)試證明了其符合Rasch模型理論預(yù)期，具有良好的信度、效度。我們?cè)谘芯恐袃H對(duì)該測(cè)試卷中的少量題目表述做了微調(diào)。

學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間和有教師在場(chǎng)的情況下獨(dú)立完成測(cè)試卷，再利用Winsteps3.72.0、SPSS17.0和Excel對(duì)試卷進(jìn)行處理分析，進(jìn)而得出研究結(jié)論。

三、Rasch模型簡(jiǎn)介

為了克服傳統(tǒng)測(cè)試存在的“工具依賴(lài)”（被試成績(jī)高低與試題難度有關(guān)）和“樣本依賴(lài)”（題目難度與被試水平有關(guān)）缺陷，上世紀(jì)60年代，丹麥數(shù)學(xué)家喬治·拉希（Georg Rasch）創(chuàng)立了Rasch模型[2]。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為其中θn是被試n的能力值，δi是試題i的難度值，Pni是被試n答對(duì)試題i的概率，當(dāng)θn＝δi時(shí)，可以得出Pni＝0.5，即當(dāng)題目的難度與被試的能力水平相等時(shí)，被試答對(duì)該題的可能性是50%，被試能力值越大，試題難度值越小，被試通過(guò)的概率越接近于1。通過(guò)這個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式我們可以看出它同時(shí)考慮了被試的能力和項(xiàng)目的難度，所以克服了“樣本依賴(lài)”和“工具依賴(lài)”的局限性。

在Rasch模型中，被試的能力值和項(xiàng)目的難度值是依據(jù)被試答題結(jié)果運(yùn)用最大概率估計(jì)法估算出的，估算可通過(guò)一定的計(jì)算機(jī)程序如Winsteps等實(shí)現(xiàn)[4]。Rasch模型中的能力值和難度值都是對(duì)數(shù)型的（分值差1即是差10倍，差2既是差100倍，與分?jǐn)?shù)段無(wú)關(guān)），從而實(shí)現(xiàn)了二者采用同一個(gè)等距的量規(guī)。

運(yùn)用Rasch模型時(shí)，測(cè)試工具和測(cè)試對(duì)象的反應(yīng)要滿(mǎn)足模型各理論參數(shù)要求，即與理論模型相擬合，如果不擬合，則需要修改測(cè)試題目直至擬合。

四、研究過(guò)程

（一）測(cè)試工具

本研究采用了陳功編制的化學(xué)學(xué)科能力測(cè)試工具，其將化學(xué)學(xué)科能力分成三個(gè)維度：科學(xué)的解釋化學(xué)現(xiàn)象、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)探究、科學(xué)的理解實(shí)驗(yàn)資料和事實(shí)。題目編制時(shí)主要參照了PISA2006中的情境式試題，在情境中考察學(xué)生的以上三種能力。筆者對(duì)測(cè)試工具的修訂主要包括導(dǎo)語(yǔ)的修訂、情境的修訂、題項(xiàng)的修訂和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的修訂等。整套測(cè)試卷設(shè)計(jì)了四個(gè)情境：一、玉米燃料和溫室效應(yīng)；二、自來(lái)水安全嗎？三、霧霾和酸雨；四、從燃素說(shuō)到氧化說(shuō)。每個(gè)情境下設(shè)計(jì)5-6個(gè)小題，共有23個(gè)小題。如：

從燃素說(shuō)到氧化說(shuō)

1703年，德國(guó)醫(yī)生兼化學(xué)家貝歇爾和他的學(xué)生施塔爾共同提出著名的燃素學(xué)說(shuō)來(lái)解釋燃燒現(xiàn)象。燃素說(shuō)學(xué)者認(rèn)為：燃素存在于一切可燃物中，在燃燒過(guò)程中釋放出來(lái)，同時(shí)發(fā)光發(fā)熱。燃燒是分解過(guò)程：

可燃物=灰燼＋燃素

金屬=鍛灰＋燃素

如果將金屬鍛灰和木炭混合加熱，鍛灰就吸收木炭中的燃素，重新變?yōu)榻饘?，同時(shí)木炭失去燃素變?yōu)榛覡a。木炭、油脂、蠟都是富含燃素的物質(zhì)，所以燃燒起來(lái)非常猛烈，而且燃燒后只剩下很少的灰燼；石頭、草木灰、黃金不能燃燒，是因?yàn)樗鼈儾缓妓亍?/p>

后來(lái)，拉瓦錫通過(guò)精確實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)燃素說(shuō)有其自相矛盾的地方。他認(rèn)為可燃物質(zhì)的燃燒或金屬變?yōu)殄懟也皇欠纸膺^(guò)程，而是與氧化合的反應(yīng)。他的《燃燒概論》系統(tǒng)地闡述了燃燒的氧化學(xué)說(shuō)，其中引用的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)是一定量的白磷在空氣中充分燃燒。

請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

1.拉瓦錫想要利用白磷燃燒的實(shí)驗(yàn)證明燃燒是化合而不是分解過(guò)程，他需要提供什么證據(jù)？并做如何說(shuō)明？

2.拉瓦錫還需要做如何的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，才能說(shuō)明白磷燃燒是與空氣中的氧化合？如何說(shuō)明？

3.磷的燃燒實(shí)驗(yàn)還可以用來(lái)測(cè)量空氣中氧氣的含量。但由于燃燒產(chǎn)物P2O5有一定腐蝕性，有人認(rèn)為該反應(yīng)不太環(huán)保。小明想嘗試使用鎂替代磷，測(cè)定空氣中的氧氣含量，裝置圖如下。

（1）請(qǐng)?zhí)顚?xiě)以下實(shí)驗(yàn)步驟：

①按圖裝配儀器，盛裝所需物品。

②_______，關(guān)閉止水夾。

③引燃打磨后的鎂條，迅速插入集氣瓶中，等待鎂條燃燒完畢后，________，打開(kāi)止水夾。

④測(cè)量進(jìn)入集氣瓶中的水的體積和集氣瓶的總體積。

（2）實(shí)驗(yàn)按上述步驟正確操作，但實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入集氣瓶中的水的體積大約為集氣瓶總體積的70%，可能的原因是：____________________。

（3）鎂條燃燒產(chǎn)生的固體在水進(jìn)入集氣瓶后部分溶解，生成白色絮狀沉淀和刺激性氣味的氣體，且在反應(yīng)后溶液中滴加酚酞出現(xiàn)紅色。試推測(cè)溶解過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)：（用反應(yīng)方程式表示）

其中第1題旨在考查學(xué)生設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)探究的能力，此題的Rasch賦分方式為：

2分：證據(jù)：白磷初始的質(zhì)量和生成的五氧化二磷（或白煙）的質(zhì)量（或反應(yīng)前后磷的質(zhì)量差）；說(shuō)明：白磷燃燒產(chǎn)物質(zhì)量比白磷質(zhì)量要大，表明燃燒并不是白磷中燃素的分解，而是白磷和氧氣的化合反應(yīng)；

1分：只說(shuō)明將白磷燃燒，稱(chēng)量其產(chǎn)物質(zhì)量，沒(méi)有說(shuō)明質(zhì)量差；

0分：其他答案或未作答。

（二）資料的收集

本研究調(diào)查了南京某高中高一四個(gè)班級(jí)的學(xué)生，共發(fā)放問(wèn)卷134份，回收問(wèn)卷133份，有效問(wèn)卷115份。2015年5月上旬測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為50min。筆者負(fù)責(zé)問(wèn)卷的發(fā)放和回收并得到該校化學(xué)教研組長(zhǎng)的協(xié)助。

（三）數(shù)據(jù)的分析處理

1.整體信效度分析

下表是基于Rasch模型的被試和項(xiàng)目的整體信效度分析。

表1　測(cè)試工具整體質(zhì)量分析

Rasch測(cè)量模型將項(xiàng)目的平均難度設(shè)置為0，被試能力平均水平隨不同測(cè)試對(duì)象而有所不同，本測(cè)試中被試平均能力水平為-0.82，說(shuō)明測(cè)試卷相對(duì)于被測(cè)樣本而言偏難。Infit和Outfit的MNSQ值和ZSTD值均接近理想值（MNSQ接近1，ZSTD接近0[5]），說(shuō)明測(cè)試數(shù)據(jù)與理想模型有很好的擬合。項(xiàng)目分離度4.95（大于2為好[6]）和分離可靠性0.96（接近1為好[7]）均非常高，體現(xiàn)了項(xiàng)目良好的區(qū)分度。對(duì)于被試而言分離度和分離可靠性相對(duì)較低（但也是可接受的，分離可靠性＞0.65[8]），說(shuō)明被試能力水平層次差異較小，考慮到所測(cè)試的樣本量不大，且來(lái)源于同一所學(xué)校，以上結(jié)果還是比較真實(shí)的。

2.單維性檢驗(yàn)

單維性是Rasch模型的基本要求之一，即要求所要測(cè)量的是一種（而非多種）心理結(jié)構(gòu)。圖1是標(biāo)準(zhǔn)殘差圖，主要鑒別是否有其它可能的因素影響被試的反應(yīng)。

圖1　標(biāo)準(zhǔn)殘差圖

圖中大小寫(xiě)字母代表著各個(gè)項(xiàng)目，橫坐標(biāo)是項(xiàng)目難度，左邊縱坐標(biāo)是當(dāng)主要變量或結(jié)構(gòu)被控制后，項(xiàng)目分?jǐn)?shù)與另一潛在變量之間的相關(guān)系數(shù)，右邊縱坐標(biāo)是某一相關(guān)系數(shù)上對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目數(shù)。若某測(cè)試項(xiàng)目的相關(guān)系數(shù)在-0.4～0.4之間，則認(rèn)為該測(cè)試項(xiàng)目測(cè)量的是被試某一種特定的心理結(jié)構(gòu)或能力[9]。由圖可知，大部分項(xiàng)目的相關(guān)系數(shù)都在可接受范圍之內(nèi)，可以認(rèn)為每一道題目測(cè)量的是一種能力。

3.試題難度與學(xué)生能力匹配度檢驗(yàn)

Rasch模型通過(guò)將原始分轉(zhuǎn)換為logit分，將被試能力、項(xiàng)目難度放在同一把量尺上進(jìn)行比較[10]，圖2是本測(cè)試結(jié)果的項(xiàng)目-被試對(duì)應(yīng)圖。

圖2　化學(xué)學(xué)科能力測(cè)試工具懷特圖

圖中間豎線是logit刻度尺（M、S、T分別代表平均水平、1個(gè)logit、2個(gè)logit），表示所測(cè)量變量?？潭瘸哂覀?cè)是測(cè)驗(yàn)卷中23個(gè)項(xiàng)目的分布情況，從下到上題目難度逐漸增大?？潭瘸咦髠?cè)是學(xué)生能力水平分布，每一個(gè)“?！贝硪欢〝?shù)量的學(xué)生，從下到上學(xué)生能力逐漸增強(qiáng)。由圖可見(jiàn)，23個(gè)項(xiàng)目的難度范圍較廣；被試的能力分布也較為理想，基本呈正態(tài)分布。因?yàn)闇y(cè)試樣本來(lái)自于非重點(diǎn)中學(xué)，故學(xué)生能力大多分布于項(xiàng)目的下部分，整個(gè)測(cè)試卷偏難。雖然其中部分題目未捕捉到能力相當(dāng)?shù)谋辉?，但男女同學(xué)用的是同樣的測(cè)試卷，該不足因抵消而可被忽略。

4.項(xiàng)目擬合度檢驗(yàn)

表2　測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目擬合、誤差統(tǒng)計(jì)

T0305　-0.16　0.12　0.87　-1.20　0.74　-1.60　0.49 T0204　-0.17　0.12　0.37　-7.50　0.44　-4.20　0.44 T0403a2　-0.23　0.12　0.90　-0.90　0.78　-1.40　0.59 T0302　-0.34　0.12　1.23　2.3　1.14　1.00　0..34 T0105　-0.37　0.12　0.66　-4.0　0.62　-3.10　0.57 T0104　-0.47　0.11　0.57　-5.70　0.56　-4.00　0.45 T0403a1　-0.49　0.11　1.16　1.80　1.15　1.20　0.38 T0301a　-0.57　0.11　1.25　2.80　1.17　1.40　0.33 T0201　-0.64　0.11　1.36　4.10　1.47　3.80　0.20 T0202　-1.00　0.11　1.19　2.20　1.18　1.60　0.37 T0101　-1.15　0.11　1.46　4.60　1.68　4.60　0.11 T0102b　-1.60　0.13　1.08　0.70　0.94　-0.20　0.45 T0103　-1.74　0.13　1.35　2.30　1.57　2.30　0.17

由表可以看出，項(xiàng)目難度在-1.74～2.15之間，除了項(xiàng)目T0403c，其他項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)誤差都在0.11～0.30之間。檢驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與模型預(yù)期一致性程度的兩個(gè)基本指標(biāo)是MNSQ（0.7～1.3）[11]和ZSTD（-2～2）[12]，其中除了項(xiàng)目T0204、T0105和T0104，其他基本都在理想值范圍之內(nèi)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)這三個(gè)項(xiàng)目的MNSQ均小于0.7，說(shuō)明被試們?cè)诖隧?xiàng)目上的反應(yīng)過(guò)于一致，但總體來(lái)說(shuō)項(xiàng)目的擬合度是可以接受的。

五、測(cè)試結(jié)果與分析

分別算出男女生測(cè)試結(jié)果的Rasch分，再運(yùn)用SPSS17.0對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到被試化學(xué)學(xué)科能力及學(xué)生性別的描述性統(tǒng)計(jì)如下：

表3　化學(xué)學(xué)科能力及學(xué)生性別的描述性統(tǒng)計(jì)

研究結(jié)果表明：

從男女生比較看，男生能力A、能力B和能力C的平均水平都高于女生。男生和女生在能力B（設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)探究能力）上存在顯著性差異（F＝8.809；P＝0.004）；在能力C（科學(xué)的理解實(shí)驗(yàn)資料和事實(shí)能力）上也存在顯著性差異（F＝4.045；P＝0.047）；在能力A上也有差異，但沒(méi)有達(dá)到顯著水平。

從男女生群體看，男生是能力B＞能力C＞能力A，女生是能力A＞能力C＞能力B。即男生在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)探究這個(gè)能力上水平最高，而女生此能力水平卻最低。

六、討論與思考

以上結(jié)果是有點(diǎn)出乎我們意料的，因?yàn)槟壳芭饶猩鷥?yōu)秀似乎是很普遍的現(xiàn)象，比如在南師大，不論化學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生還是研究生，都是女生比男生多，其他許多高校也有類(lèi)似現(xiàn)象。結(jié)合對(duì)測(cè)試答案的具體分析，我們認(rèn)為產(chǎn)生以上結(jié)果的原因可能有以下兩方面：

（1）教育模式的影響。在目前考試選拔方式長(zhǎng)期影響下，很多中小學(xué)老師傾向于以能出好成績(jī)的教學(xué)目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生，相對(duì)于男生來(lái)說(shuō)女生更傾向于“聽(tīng)老師的話”，記住老師教的和書(shū)本上有的教學(xué)內(nèi)容，探究和質(zhì)疑的能力相對(duì)薄弱。比如在面對(duì)“拉瓦錫還需要做怎樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，才能說(shuō)明白磷燃燒是與空氣中的氧化合？如何說(shuō)明？”這個(gè)問(wèn)題時(shí)，女生的回答普遍是分別將白磷與氧氣和其它氣體反應(yīng)，比較反應(yīng)產(chǎn)物。這樣的回答只考慮到了設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)這一角度；而很多男生的回答則是考慮到了氧氣的體積約為空氣體積的，采用氣壓差法，通過(guò)判斷倒吸到瓶中的水的體積約為瓶子總體積的，從而判斷白磷是與氧化合。女生傾向于單純運(yùn)用書(shū)本上的知識(shí)，而男生更傾向于將學(xué)過(guò)的知識(shí)聯(lián)系到一起去解決這個(gè)問(wèn)題。

（2）思維風(fēng)格的差異。男生一般傾向于獨(dú)立思考問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題的宏觀把握較好，能夠綜合的看待問(wèn)題，理清問(wèn)題之間的聯(lián)系；女生通常注重細(xì)節(jié)的把握，但常因注重細(xì)節(jié)而缺少了對(duì)全局的掌握，處理問(wèn)題缺乏宏觀性。比如題目“用鎂代替磷測(cè)定空氣中氧氣含量，但實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入集氣瓶中的水的體積大約是集氣瓶總體積的70%，可能原因是？”對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答，有12名男生考慮到是Mg還與空氣中的其它氣體反應(yīng)，比如氮?dú)狻⑸倭緾O2。而女生的答案基本上都是Mg與CO2反應(yīng)。Mg的確會(huì)與CO2反應(yīng)，但是女生卻忽略了CO2在空氣中的含量極少，根本沒(méi)法和O2共同占到空氣中70%的體積分?jǐn)?shù)。

因此，在平時(shí)的教學(xué)中，教師應(yīng)意識(shí)到男女生在思維、情感方面的差異，有針對(duì)性采用一些不同的教學(xué)方法或策略，比如，多給女生鼓勵(lì)和宏觀策略上的指導(dǎo)等。真正性別平等的教育并不是無(wú)視男女生的差異，盲目地追求“男女一樣”，而是盡管男女生之間存在著很多差異，但是他們接受教育的權(quán)利和機(jī)會(huì)是平等的。作為一名化學(xué)教師，當(dāng)發(fā)現(xiàn)男女生的某些學(xué)科能力存在性別差異時(shí)，不應(yīng)該“一視同仁”，而應(yīng)該針對(duì)其性別差異因材施教，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力的提高。

本研究發(fā)現(xiàn)該校高一學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力整體上是女生弱于男生的，但還需要更細(xì)致的分析差異產(chǎn)生的原因，另外，生源更好或更差學(xué)校的學(xué)生是否存在以上差異，也需要更多樣本的研究才能回答。這些也是進(jìn)一步研究的方向。

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doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.01.001

文章編號(hào)：1008-0546（2016）01-0002-05

中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

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