姜言霞

( 山東師范大學 化學化工與材料科學學院，山東 濟南，250014 )

1 研究背景

學生的學業(yè)成就水平不僅代表一個國家教育發(fā)展的水平，也是體現一個國家國際競爭力的實質指標。因此，關于學生學業(yè)成就的研究一直頗受全球各國教育領導部門以及教育研究工作者的高度重視。學生的學業(yè)成就與其將來的職業(yè)選擇有很大關系(1)Bleeker, M. M. & Jacobs, J. E., “Achievement in math and science: Do mothers’ beliefs matter 12 years later?”, Journal of Educational Psychology, Vol.96, No.1, 2004, pp. 97-109; Ross, A. & Willson, V., “The effects of representations, constructivist approaches, and engagement on middle school students’ algebraic procedure and conceptual understanding”,School Science and Mathematics, Vol.112, No.2, 2012, pp.117-128.，通過學生的學業(yè)成就測評可以了解學生的優(yōu)勢學科及發(fā)展方向。另外，學業(yè)成就測評也可以監(jiān)測學校教育的發(fā)展情況，為教育教學改進提供參考。學生的學業(yè)成就現狀如何？為什么學生接受“相同”的教育，卻出現千差萬別的學業(yè)成就結果，甚至差異迥然？有哪些內在和外在因素影響學生學業(yè)成就出現種種差異？這些都屬于學業(yè)成就影響因素研究范疇。事實上，真正能為教育決策以及教育教學改進提供直接依據的并不是“實然”的學業(yè)成就測評結果，而是造成此“實然”狀態(tài)的原因，即學業(yè)成就影響因素。從這種意義上說，探究影響學生學業(yè)成就的重要性是不言而喻的。

事實上，任何大型的學業(yè)成就測評研究，必然相伴著學業(yè)成就影響因素研究。目前國際上較有影響力的學業(yè)成就測評研究PISA、TIMSS和NAEP，都把影響因素研究作為重要的研究和分析領域。除此之外，還有很多研究者進行了不同層次和不同范圍的學業(yè)成就影響因素研究，如學生個人因素、教師教學行為與學業(yè)成就關系研究(2)Cottaar, A.,“Low (linear) teacher effect on student achievement in pre-academic physics education”,Journal of Research in Science Teaching, Vol.49, No.4, 2012, pp.465-488.、背景因素(世代、父母教育程度、家庭經濟資源)、家庭因素(教養(yǎng)行為、教育投資)、學生因素、學校因素(學校質量、文化和諧)等因素層面對學生學業(yè)成就的影響(3)Altschul I., Oyserman D.& Bybee D., “Racial-Ethnic Identity in Mid-Adolescence: Content and Change as Predictors of Academic Achievement”,Child Development, Vol.77, No.5, 2006, pp. 1155-1169.，中學生學習動機、學習策略與學業(yè)成績的關系研究(4)劉加霞、辛濤、黃高慶、申繼亮：《中學生學習動機、學習策略與學業(yè)成績的關系研究》，《教育理論與實踐》2000年第9期；張學民、申繼亮：《中學生學習動機、成就歸因、學習效能感與成就狀況之間因果關系的研究》,《心理學探析》2002年第4期; Ricarda S, Felix C. D. & Birgit S., “Motivation as a Mediator of Social Disparities in Academic Achievement”,European Journal of Personality, Vol.26, No.3, 2012, pp. 335- 349.等等。這些重要的研究成果為我們篩選科學學業(yè)成就影響因素提供了重要參考。

當前多數研究主要是針對一般學業(yè)成就的影響因素，具體到特定學科和領域，對學生學業(yè)成就影響因素進行的系統(tǒng)研究并不多。在我國當前以學科教學為主要形式的背景下，研究具體學科學業(yè)成就的影響因素，能夠為具體學科的教學提供更為直接的指導和參考。

另外，作為一般因素探討的某些學業(yè)成就影響因素，有時也具有一定的學科特性。也就是說，某些因素對學生學業(yè)成就的影響也會隨著具體學科的不同而有一定差異。如某位學生的數學學習動機很強，但科學相關學科如物理、化學等的學習動機可能很弱。自我效能感、對教師的態(tài)度、教師的教學方式和教學行為等這些影響學生學業(yè)成就的重要因素在一定程度上都有學科特性，因此有必要深入研究影響某個具體學科學業(yè)成就的影響因素。

在當前“科學技術是第一生產力”這一時代主題背景下，科學相關課程(物理、化學、生物)的學習對社會培養(yǎng)高科技人才以及提升基本的公民科學素養(yǎng)都具有極為重要的作用。然而，目前我國尚未展開關于科學學業(yè)成就影響因素的系統(tǒng)而深入的研究。因此，本研究主要針對中學生科學學業(yè)成就的影響因素進行系統(tǒng)的探查分析和研究，使研究成果具有較強的解釋力、預測力和指導力，有針對性地為各科學相關學科教學提出可操作性更強的意見或建議。

2 研究設計

2.1 測查工具的設計

2.1.1 測查工具開發(fā)思路和過程

本研究擬對學生的科學學業(yè)成就影響因素進行較為全面的探索和分析。在各影響因素測查工具的設計時，首先基于大量的文獻分析，從中梳理出對學生學業(yè)成就有重要影響的各因素變量，并將其歸類，然后基于不同的學科，將各影響因素變量從學生感知的角度具體化。本研究重點關注物理、化學、生物三大科學相關學科?？茖W學業(yè)成就影響因素測查工具的開發(fā)主要包括文獻分析、專家論證、項目編制、信效度檢驗、初步試用5個環(huán)節(jié)。如圖1所示。

圖1 測查工具開發(fā)思路和過程圖

2.1.2 測查工具內容框架

本研究重點選擇具有學科特質、能夠進行有效干預和調控的因素變量。具體來說，測查工具測查的因素變量包括學生因素、教師因素、學校因素三大類。各類因素均根據不同學科特點進行具體表述，具體拆解及內涵表征。如表1所示。

2.1.3 測查工具的項目編制

要對本研究所構建的科學學業(yè)成就影響因素模型進行實證研究，需要特定的測查工具對模型中各因素變量及其子變量的學生表現情況進行測查。

表1 科學學業(yè)成就影響因素變量拆解與內涵

研究中對各因素變量的測查，主要基于已有研究成果，根據各學科的具體特點和典型學習活動等，將各因素進一步具體化，分學科設計影響因素測查工具(如生物學科的應用實踐類教學活動：運用宏觀到微觀的思維方式解釋一些生物學現象，如從水分子和鹽離子運動的角度解釋植物細胞的質壁分離或復原現象；物理學科的應用實踐類教學活動：根據一些一般的物理規(guī)律推出特殊情況下的物理公式，例如根據勻變速直線運動規(guī)律推出自由落體運動規(guī)律；化學學科的應用實踐類教學活動：學習新概念后，會應用概念進行推論預測。例如，學習氧化劑和還原劑之后，對H2O2或SO2等陌生物質的性質進行預測)。

基于研究設計，本研究測查工具的問題設計主要是從學生能夠感知的視角，選擇相對外顯的和能夠被學生感知到的學習或教學表現，來表征各因素變量的情況。

各量表的具體形式為李克特五級量表，本研究中的五級量表有兩種形式，對于與頻率有關的測查項目，采用“從不、偶爾、有時、經常和總是”五級形式，如“老師引導我們用化學知識分析和解釋實際生活中的問題和現象”。對于事實描述測查學生認同度的項目，采用“非常同意、比較同意、基本同意、不太同意、完全不同意”5級形式，如“老師經常要求我們運用物理規(guī)律來預測物理過程及其可能產生的結果”。

各因素變量測查工具在正式用于測查之前，先后在山東、北京兩地共進行了3輪試測，樣本數分別為431、467和2708。基于3次試測對測查工具進行了細致修訂，包括修訂部分項目的語言表述，刪除學生表現與理論預期差距較大的項目等。

2.1.4 測查工具的信度與效度分析

研究中，我們邀請了各學科有影響力的高等教育研究者、中學一線各學科教師(具有高級職稱)、教研員各1-2名，對我們規(guī)劃的各影響因素變量的測查項目進行審閱，并基于他們的意見對量表進行了修改。通過這一環(huán)節(jié)，主要是保障測查量表的內容效度。接著通過探索性因素分析，檢測測查量表的結構效度，并通過科隆巴赫ɑ(Cronbach’s Alpha)內部一致性系數來檢測量表的信度。

經過探索性因素分析，各學科均顯示萃取到6個因子：教學活動設計、學校支持、學習動機、自我效能、情感態(tài)度、師生關系。其中，學習動機、自我效能、情感態(tài)度屬于非智力因素。6個因子對各科學學科學業(yè)成就影響因素系統(tǒng)的解釋率均高于60%，由此保證了本研究測查工具的結構效度。本研究分別對各學科影響因素測查分量表信度進行分析，結果如表2所示。

表2 學業(yè)成就影響因素量表的信度分析結果

根據表2可以看出，本研究中自行開發(fā)的各學科各影響因素變量測查分量表的信度介于0.813到0.979之間，均大于0.8。根據De Vellis(1991)的觀點，分量表的信度介于0.7到0.8之間表示具有良好的信度，介于0.8到0.9之間表示信度非常好。(5)吳明隆:《問卷統(tǒng)計分析實務——SPSS操作與應用》，重慶：重慶大學出版社，2010年，第477頁。因此本研究中開發(fā)的測量工具內部一致性信度非常好。本研究的因變量——科學學業(yè)成就主要由3部分構成：物理學業(yè)成就、化學學業(yè)成就和生物學業(yè)成就。相關測試題目選自中學生學科能力表現研究項目，項目研究團隊對各學科測查試題的開發(fā)、修訂、施測以及數據分析的整個過程都與國際大型學業(yè)成就測試PISA基本一致，3學科學業(yè)成就測試卷的信度均高于0.9。

所有檢測結果表明，本研究所用測查工具比較理想，可以應用于本研究中相關研究變量的測查。

2.2 樣本

本研究正式測查的樣本選自高中二年級(6)測試時間是10月份，因此實際代表的是十年級學生(高一)的水平。，樣本中包括不同辦學水平的各類高中學校，抽樣時盡量按照各類學校各自不同水平學生的原有比例抽取測查樣本。樣本最后進入統(tǒng)計分析的總有效樣本數為6177份。其中，男生2614人，女生3563人；來自城市學校5081人，來自鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校1096人；公辦學校5166人，民辦學校1011人；高級中學2471人，12年一貫制學校647人，完全中學3059人。因此，研究抽取樣本具有廣泛的代表性。

參與本研究的樣本完成的測試內容相同，包括各學科的學業(yè)成就測試和各學科各項影響因素測試，且樣本均為自愿參加本研究項目，意欲通過參與項目研究，對學生及學校的科學教學和學習進行較為深入的診斷，探尋進一步提升科學學習效果的有效途徑。因此，參與者在研究中愿意配合本研究的所有測試。這在一定程度上保障了所獲得數據的可靠性。

2.3 測試及數據分析

根據研究目的選定抽取的樣本后，采取以學校年級為單位進行集中測試的方法。研究者向施測組織者及監(jiān)考老師說明施測要求，保證各學校組織者及各位實際監(jiān)考的老師能夠明確測試的基本程序和要求。施測時監(jiān)考教師向學生說明注意事項，測試時間為30分鐘。

本研究希望探明有哪些重要的因素會影響學生的科學學業(yè)成就，這些因素如何影響學生的科學學業(yè)成就，影響大小如何？因此，我們對研究中測查到的數據進行結構方程模型(SEM)的統(tǒng)計分析，包括進行驗證性因素分析和路徑分析。數據分析主要使用的軟件工具是AMOS20.0，參數估計采用最大似然法(Maximum likelihood estimates)。

3 主要研究結果及分析

3.1 結構方程模型的擬合檢驗

基于研究所測查的實際數據，利用AMOS20.0軟件采用最大似然法依次應用各學科數據對理論預設的模型進行擬合檢驗。將不顯著的和不合理的路徑關系刪除，得到如下模型(見圖2)。

圖2 修正后的科學學業(yè)成就影響因素模型

圖3 科學學業(yè)成就影響因素簡化模型

綜合分析該擬合模型的基本適配度檢驗、內在適配度檢驗以及整體適配度檢驗(GFI=0.968；AGFI=0.948；RMSEA=0.063；NFI=0.971)(7)此部分展示的各項指標數據均以化學學科數據為例，物理、生物學科的數據與化學學科極為接近。等各項適配指標，除卡方自由度比(NC=25.841)未達標準值外，其余指標均比較理想。研究指出，卡方值的大小易隨樣本數而波動，當樣本數較大時，卡方值會變得很大，表現出假設模型與樣本數據無法適配，因此判斷模型擬合與否不應過于依賴這一評價指標。(8)吳明?。骸督Y構方程模型——AMOS的操作與應用》，重慶：重慶大學出版社，2012年，第491頁。因此，綜合分析各項模型適配指標，絕大多數顯示修正模型適配良好，表示所得到的科學學業(yè)成就影響因素模型擬合良好。且模型中涉及的非智力因素、教學活動設計、師生關系、學校支持四大因素變量對學生各科學相關學科學業(yè)成就的影響情況比較穩(wěn)定，也說明本研究得到的科學學業(yè)成就影響因素擬合模型具有一定的穩(wěn)定性?？茖W學業(yè)成就影響因素簡化模型如圖3所示。

基于科學學業(yè)成就影響因素模型可以看出，學生的非智力因素是影響學生科學學業(yè)成就的核心因素變量，對科學學業(yè)成就有顯著的直接影響；教學活動設計、師生關系以及學校支持等變量均以其為中介變量，對學生科學學業(yè)成就產生重要的間接影響。進一步分析各因素對科學學業(yè)成就的影響效果，如表3所示。

表3 學業(yè)成就影響因素影響效果表

分析各影響因素對學業(yè)成就的總影響效果可以看出，不同的因素對學業(yè)成就的影響效果不盡相同。其中非智力因素對學生學業(yè)成就的總影響效果最大，其次是教師教學活動設計，雖然教學活動設計對學生的科學學業(yè)成就沒有直接影響，但是其以學生非智力因素為中介變量，對學生的學業(yè)成就發(fā)展產生重要影響。另外，師生關系和學校支持，對學生科學學業(yè)成就的間接影響也不可忽視。

對比同一因素對不同科學學科學業(yè)成就的影響效果發(fā)現，各因素對不同學科學業(yè)成就的影響效果比較接近，這說明了本研究所探索的科學學業(yè)成就影響因素模型的穩(wěn)定性，也在一定程度上說明了科學相關學科之間具有緊密的關聯(lián)和內在一致性。

3.2 各主要影響因素的總體表現情況

3.2.1 學生非智力因素總體表現

具體分析學生對科學各學科情感態(tài)度、自我效能以及學習動機的自我評定情況，結果如圖4所示。根據圖中數據可以看出，盡管情感態(tài)度、自我效能以及學習動機是學生非智力因素中非常重要的組成部分，對學生的科學學業(yè)成就具有顯著直接影響，然而學生在這3個方面的表現情況并不樂觀。學生在所有科學學科的情感態(tài)度、自我效能以及學習動機水平均不超過3.50，其中學生在物理學科學習中的3項非智力因素均為3科最低。因此，如何提升學生對各學科的情感態(tài)度、自我效能感以及學習動機等非智力因素的水平，是值得各科學相關學科教師深入思考的。

圖4 學生的非智力因素水平情況

圖5 各學科教師各類教學活動任務設計情況

圖6 師生關系、學校資源和學校校風的表現情況

3.2.2 教師因素總體表現情況

綜合分析學生感知到的各學科教師在教學中設計的學習理解活動、實踐應用活動和創(chuàng)新遷移活動的情況，具體如圖5所示。

學習理解活動、實踐應用活動和創(chuàng)新遷移活動均是各學科教學中有效的教學活動，對科學學業(yè)成就的提升具有重要的影響，但調查顯示，各科學學科教師在教學活動中對這三類活動的設計均不夠理想，無一超過3.50，特別是對科學學業(yè)成就有重要貢獻的較高水平的創(chuàng)新遷移活動，設計頻率更低。這值得科學教師特別關注。

3.2.3 學校因素總體情況

分析學生感知到的師生關系、學校資源和學校校風三方面的表現情況，如圖6所示。圖中數據顯示，關于學校層面的這三個因素，各學科基本都可以達到中等偏上的水平，且相對其他影響因素來說，水平略偏高一些。這說明學校對師生關系、學校資源以及校風的關注度還是較高的，也有一定成效，但仍有進一步優(yōu)化提升的空間。

4 結論和啟示

4.1 結論

4.1.1 本研究關注的影響因素變量對科學學業(yè)成就有重要影響

研究所涉及的3大類7個具體影響因素都與學生科學學業(yè)成就具有顯著正向相關。結構方程研究發(fā)現，非智力因素是影響學生科學學業(yè)成就的核心因素變量，對學生的科學學業(yè)成就有直接顯著影響，而教學活動設計、師生關系、學校資源以及學校校風等變量均以非智力因素為中介對科學學業(yè)成就產生顯著的間接影響，這與之前很多學者的觀點和研究具有一致性。(9)燕國材：《非智力因素與教育改革》，《課程·教材·教法》2014年第7期；吳坤璋、黃臺珠、吳裕益：《影響中小學學生科學學習成就的因素之比較研究》，《教育心理學報》2005年第2期。另外，研究還發(fā)現不同因素對于科學學業(yè)成就的影響程度不同。其中，學生非智力因素的影響效果最大，其次是教師有效教學活動設計。同一影響因素對不同科學學科學業(yè)成就的影響效果基本一致，這也進一步證明了本研究基于科學學科分析各類影響因素的合理性。

4.1.2 當前學生大多數影響因素表現處于中等水平

綜合分析本研究學生樣本在各學業(yè)成就影響因素的表現情況，大抵可以看出，大多數影響因素表現處于中等水平。如學生的學習動機、情感態(tài)度、自我效能等學生表現均處于中等水平。教師教學活動設計方面，學習理解型活動的頻率最高，應用實踐和探究創(chuàng)新這兩項相對高水平活動的頻率基本相當，均略高于3.00，頻率相對較低。師生關系和學校資源、學校校風等學校支持因素的水平相比學生的非智力因素以及教師教學活動設計水平略高，基本都在3.50左右。

4.2 啟示及建議

學生的科學學業(yè)成就是多種因素變量共同影響的結果，絕非單一或幾個因素就可以決定的。因此在今后的教學中，應注意充分關注學生科學學業(yè)成就影響因素變量系統(tǒng)，協(xié)同提升各影響因素的水平，從而有效地提升學生的科學學業(yè)成就。

4.2.1 關注學生非智力因素的發(fā)展

非智力因素雖然不直接參與認知過程，但它們是認知活動的重要動力系統(tǒng)(10)燕國材：《關于非智力因素的幾個問題》，《上海師范大學學報(哲學社會科學版)》1988年第4期。，是高效率學習的動力源泉。(11)沈德立、白學軍：《高效率學習的心理機制研究》，《心理科學》2006年第1期。之前也有很多研究者在研究中發(fā)現各類非智力因素會影響學生的學業(yè)成就。(12)王振宏：《初中學生學業(yè)自我效能與學業(yè)成就關系研究》，《心理發(fā)展與教育》1999年第1期；Dalgety, J., Coll, R. K., & Jones, A., “Development of chemistry attitudes and experiences questionnaire (CAEQ)”，Journal of Research in Science Teaching, Vol.40, No.7, 2003, pp. 649-668.本研究分析顯示，學生的非智力因素對學生的科學學業(yè)成就有直接顯著影響，且是眾多變量影響學業(yè)成就的中介變量。激發(fā)和培養(yǎng)任何年齡段、任何學校類型、任何性別的學生的非智力因素的整體水平，都是提高其學業(yè)成就的有效途徑。(13)李洪玉、陰國恩：《中小學生學業(yè)成就與非智力因素的相關研究》，《心理科學》1997年第5期。然而數據顯示，學生科學學習的自我效能、情感態(tài)度、學習動機均低于3.50，這說明學生自身的非智力因素水平還有較大的提升空間。教師在教學中應重視學生非智力因素水平的培養(yǎng)和提升。如從學生的心理特點和需要出發(fā)，創(chuàng)設合適的學習情景，選擇恰當的教學內容，以喚醒學生強烈的求知欲望，保持持久的學習熱情；根據學生的實際水平和特點設計教學內容，正視學生的個體差異，讓所有的學生都能獲得成功，提升學生的自我效能感和積極的情感體驗；利用模型、圖畫、視頻以及動畫等多媒體形式，既展現科學知識的豐富性，又將一些抽象的內容形象化，有助于提升學生的注意力和興趣水平。

4.2.2 積極引導學生進行各類有效的認知活動

教師質量是影響教育質量的重要因素。盡管有研究者發(fā)現教師對學生學業(yè)成就的直接影響較小(14)Cottaar, A.,“Low (linear) teacher effect on student achievement in pre-academic physics education”，Journal of Research in Science Teaching, Vol.49, No.4, 2012, pp.465-488.，但與本研究并不矛盾，本研究發(fā)現，教師對學生科學學業(yè)成就的影響主要是間接影響。誠然，教師是教與學系統(tǒng)中重要的人的因素，對學生的學習內容、學習活動都起著重要的引導甚至決定作用。學生的認知活動對學生科學學業(yè)成就的提升有重要的影響。然而，學生的認知活動(學習理解活動、實踐應用活動和創(chuàng)新遷移活動)需要教師的設計和引導，也就是說，只有教師在教學中設計了此類活動，學生在課堂學習中才有機會進行此類活動。數據顯示，研究對象感知到的教師設計的有效認知活動的頻率尚偏低，特別是實踐應用和探究創(chuàng)新類活動的頻率，幾乎處于所有影響因素的最低水平。事實上，不同類型的認知活動對學生科學學習的影響是有區(qū)別的，很難想像一個學生一直只進行積極的觀察記憶這類水平較低的認知活動，而其他類型的認知活動較少，卻能獲得較高的科學學業(yè)成就。這一分析結果提醒我們，各科學學科在今后的教學中都應注意教學活動的設計，有效地引導學生進行各類有效的認知活動。之前我們的研究也發(fā)現，學生感受到的教師的教學與其學習行為具有顯著的相關性，表示教師在教學中設計的教學活動對學生的學習活動具有顯著的驅動作用，但從相關系數的情況來看，這些相關僅屬于中度相關。(15)姜言霞：《中學生化學學業(yè)成就影響因素的研究》，北京：北京師范大學出版社，2015年，第149頁。因此，在科學教學中，教師應該重視自己教學設計意圖和行為的外顯化，即采取一定的措施讓學生理解自己的教學是讓學生獲得什么，引導學生進行了什么活動，以及為什么要引導學生進行這些活動，從而引起學生學習與教師教學的更積極、有效的共振。

4.2.3 加強學?？茖W相關資源條件建設和管理

早在1996年，美國的科爾曼報告就開始關注學校資源建設等學校投入對學生學業(yè)成就的影響。此后引發(fā)了學校資源配置研究的熱潮。(16)胡詠梅：《學校資源配置與學生學業(yè)成績關系研究》，博士學位論文，北京師范大學，2007年。研究證明，本研究關注的三項學校層面的影響因素(學校資源、學校校風、師生關系)盡管對學生的科學學業(yè)成就只有間接影響，但其影響效果也非常顯著。調查發(fā)現，此三項學校層面的影響因素還有較大的提升空間。因此，教育管理者和學校管理者要關注學校硬件的建設，如配備相關的教學媒體設備，加強科學實驗室配置，增加并及時更新與科學相關的圖書購置等，并要注意科學預算和分析教育資源投入，提高資源利用率(17)李玲、陶蕾：《我國義務教育資源配置效率評價分析》，《中國教育學刊》2015年第4期。；同時也應該不放松學校軟資源如校風等的建設，保證校風積極向上，尊師愛生，教學秩序井然，并在學校為學生和教師營造良好的師生關系。這些都是學生科學學業(yè)成就進一步提升的基礎和保障。