沈啟正 夏 晶
研究基于2019 年浙江省初中教育質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù),探索家庭社會經(jīng)濟地位不同的學(xué)生在數(shù)學(xué)、科學(xué)學(xué)科中“問題解決”能力的表現(xiàn)。家庭社會經(jīng)濟背景通常指學(xué)生家長的社會經(jīng)濟地位和家庭的物質(zhì)文化條件[1]。 家庭社會經(jīng)濟地位被認為是影響學(xué)生學(xué)業(yè)成就的重要因素。美國社會學(xué)家科爾曼在20 世紀60 年代就發(fā)現(xiàn)了學(xué)生家庭背景與學(xué)業(yè)成就的正相關(guān)性。 就整體而言,家庭社會經(jīng)濟地位越高,學(xué)生的學(xué)業(yè)成績越好。但與此同時,也發(fā)現(xiàn)一部分家庭社會經(jīng)濟地位較低的學(xué)生,可以克服由此帶來的不利影響,取得優(yōu)異的學(xué)業(yè)成績,這部分學(xué)生被稱為抗逆學(xué)生。
問題解決能力屬于高層次認知能力, 是近年來國際教育界比較關(guān)注的一種教學(xué)方法和教育思想[2],它始于1980 年的美國,至今被人們廣泛接受,成為理科教育的中心課題。 真實情景下的學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的項目化探究,均是以問題解決能力為出發(fā)點的。
本文集中研究抗逆學(xué)生在數(shù)學(xué)、 科學(xué)學(xué)科中問題解決能力表現(xiàn)與其他類型學(xué)生的差異, 分析抗逆學(xué)生在問題解決各個維度中的不同表現(xiàn), 以期為分析這種教學(xué)規(guī)律,為提升抗逆學(xué)生分析問題與解決問題能力提供參考。
參考PISA 報告對“抗逆學(xué)生”和“弱勢學(xué)生”的劃分方式[3],將社會經(jīng)濟地位在全省樣本后四分之一,同時語、數(shù)、科三門學(xué)科的學(xué)業(yè)量尺分①學(xué)業(yè)量尺分是指依據(jù)學(xué)生原始作答模式將其在學(xué)科上的得分依據(jù)項目反應(yīng)理論模型轉(zhuǎn)化為平均分為500 分、標準差為100的量尺分,每個學(xué)科分維度轉(zhuǎn)化為平均分為300、標準差為50 的量尺分數(shù)。與原始分相比,量尺分的優(yōu)越性在于對不同時間、內(nèi)容和難度的測試結(jié)果,可采用統(tǒng)一的標準進行衡量、比較。均值在本地區(qū)前四分之一的學(xué)生稱為“抗逆學(xué)生[4]”;將社會經(jīng)濟地位處于全省后四分之一, 量尺分均分在本地區(qū)后四分之一的學(xué)生稱為“弱勢學(xué)生”;將社會經(jīng)濟地位處于全省前四分之一, 量尺分均分在本地區(qū)后四分之一的學(xué)生稱為“落后學(xué)生”(因校本數(shù)過少,本文不做研究);將社會經(jīng)濟地位在全省前四分之一,且量尺分均分也在全省前四分之一的高社會經(jīng)濟地位和高學(xué)業(yè)表現(xiàn)學(xué)生稱為“雙高學(xué)生”。
參加2019 年浙江省初中質(zhì)量監(jiān)測的8 年級學(xué)生共41590 名,剔除變量缺失值樣本,最終有效人數(shù)38600 人,分布在城市、縣鎮(zhèn)、農(nóng)村學(xué)校。 其中抗逆學(xué)生2951 名,弱勢學(xué)生2849 名,雙高學(xué)生2027 名。
2019 年浙江省初中教育質(zhì)量監(jiān)測開發(fā)了語文、數(shù)學(xué)、科學(xué)三個學(xué)科的紙筆測試卷。 語文學(xué)科主要考查閱讀能力; 數(shù)學(xué)學(xué)科側(cè)重考查 “問題解決”能力,包括信息收集與理解、計劃探索與制定、方案實施與改進、結(jié)果反思與評判四個維度;科學(xué)學(xué)科側(cè)重考查探究能力,包括提出科學(xué)問題、設(shè)計探究方案、獲取和解釋證據(jù)、科學(xué)解釋現(xiàn)象、評價科學(xué)探究五個維度。
科學(xué)學(xué)科試題的“科學(xué)探究”是以問題解決為導(dǎo)向,數(shù)學(xué)與科學(xué)兩個學(xué)科都呈現(xiàn)出問題新穎、內(nèi)容綜合、指向目標、立足能力、關(guān)注策略等特點,本研究按測試框架與命題意圖,合并數(shù)學(xué)、科學(xué)兩學(xué)科的相近能力維度,以數(shù)學(xué)學(xué)科的名稱為主干,組成本文所稱的“問題解決”能力框架,見表1。
表1 問題解決能力的分析維度
圖1 反映了三個群體學(xué)生在數(shù)學(xué)、 科學(xué)和總的問題解決能力方面的得分率情況。 不同群體得分率存在明顯差異: 抗逆學(xué)生和雙高學(xué)生的得分率相接近,均遠遠高于弱勢學(xué)生。
表2 表明針對不同類型的學(xué)生, 各類得分率均有顯著差異性(P<0.05)。
圖1 問題解決得分率
表2 不同類型問題解決得分率事后檢驗表
圖2 反映了三個群體學(xué)生問題解決能力不同維度的得分率情況。 同群體在不同維度上的得分率較為均衡,但不同群體得分率存在明顯差異:抗逆學(xué)生與雙高學(xué)生得分率比較接近;得分率均遠遠高于弱勢學(xué)生。
表3 表明,在本文研究的問題解決各維度中,不同類型的學(xué)生均有顯著差異性(P<0.05)。
圖2 不同類型學(xué)生問題解決維度得分率
表3 不同類型學(xué)生在問題解決維度中的事后檢驗表
圖3 綜合了圖1 和圖2 的內(nèi)容, 縱坐標是各維度中雙高與抗逆學(xué)生的得分率差值、 抗逆與弱勢學(xué)生的得分率差值情況。結(jié)果顯示:數(shù)學(xué)問題解決的得分率,抗逆與弱勢學(xué)生差值高達52.1%,遠超問題解決能力維度差值的42.7%; 而科學(xué)問題解決的得分率差值為35.1%, 比總的問題解決能力維度差值42.7%要低7.6%。 另一個值得注意的現(xiàn)象是:在“結(jié)果反思與評價”分維度上,抗逆與雙高學(xué)生的得分率差值最小,為6.2%;“方案實施與改進”分維度差值最大,為9.7%。 說明抗逆學(xué)生在“結(jié)果反思與評價”維度上與雙高學(xué)生水平比較接近,在“方案實施與改進”維度上與雙高學(xué)生之間尚存在差距。
圖3 不同類型學(xué)生維度得分差值
各科試卷難度不同,得分率相差較大,引入得分率的相對百分比, 容易看出哪個學(xué)科的問題解決能力對抗逆的作用更大, 研究納入語文閱讀的認知能力一起進行比較。
由圖4 可知,抗逆與弱勢學(xué)生相比,語文閱讀高層次能力得分率的相對百分比為51.3%,明顯低于總的問題解決的62.1%。 更顯著低于數(shù)學(xué)問題解決的66.9%和科學(xué)問題解決的57.1%。而抗逆與雙高學(xué)生相比,各學(xué)科的相對百分比較為接近,差異不大。 因此可以初步得出結(jié)論:抗逆學(xué)生之所以能夠從弱勢學(xué)生中脫穎而出,與他們數(shù)學(xué)和科學(xué)的問題解決能力較強、尤其是數(shù)學(xué)學(xué)科的優(yōu)勢明顯有關(guān)。
本研究進一步分析了科學(xué)試題中的物理和化學(xué)部分,得到圖5。
圖4 得分率相對百分比示意圖
圖5 相對百分比示意圖
可見, 物理學(xué)科中的問題解決能力對抗逆的作用也相當大,僅次于數(shù)學(xué)學(xué)科;化學(xué)問題解決維度的得分率相對百分比與語文閱讀能力則很接近。因此,數(shù)學(xué)、 物理學(xué)科的問題解決能力強是抗逆學(xué)生取得優(yōu)異成績的重要因素。
圖6 是抗逆與弱勢學(xué)生在問題解決各維度中得分率的相對百分比。從圖中發(fā)現(xiàn),問題解決的四維度中,“方案實施與改進” 維度是抗逆學(xué)生超過弱勢學(xué)生最大的亮點,其次是“計劃探索與制定”維度,而這兩個維度正是問題解決中的核心環(huán)節(jié), 是需要綜合運用多種思維才能突破的關(guān)鍵難點, 確實需要學(xué)生具備創(chuàng)新思維。結(jié)合圖7 可發(fā)現(xiàn),“結(jié)果反思與評價”維度中, 無論是抗逆學(xué)生與弱勢學(xué)生的相對優(yōu)勢還是抗逆與雙高學(xué)生的相對差距, 與前兩個維度相比都有很明顯的壓縮。 綜合研究這三個維度的試題可發(fā)現(xiàn),“結(jié)果反思與評價”維度較“計劃探索與制定”、“方案實施與改進”維度,思維的深度與廣度要求有明顯的降低,弱勢學(xué)生在“結(jié)果反思與評價”維度上的得分率有較大的提高。
圖7 反映了雙高與抗逆學(xué)生在問題解決各維度中得分率的相對百分比。可見雙高與抗逆學(xué)生在“結(jié)果反思與評價”維度上比較接近,在“方案實施與改進”維度存在著12.7%的差距。
圖6 抗逆與弱勢學(xué)生相對得分示意圖
圖7 雙高與抗逆學(xué)生相對得分示意圖
本次監(jiān)測中,科學(xué)、數(shù)學(xué)學(xué)科的主觀題都具有較新的情境,要求學(xué)生擁有足夠的思維廣度和深度,需要學(xué)生具備綜合運用所學(xué)知識解決復(fù)雜問題的能力。 圖8 是以科學(xué)和數(shù)學(xué)的主觀題得分率作為學(xué)生綜合解決復(fù)雜問題的能力指標。從得分率大小可知,雙高與抗逆學(xué)生科學(xué)、 數(shù)學(xué)的綜合解決復(fù)雜問題能力都遠遠高于弱勢學(xué)生;從三條圖線的斜率可知,抗逆學(xué)生與雙高學(xué)生科學(xué)、 數(shù)學(xué)得分率組成的斜率幾乎相同,但弱勢與抗逆學(xué)生則差距明顯,反映抗逆學(xué)生在數(shù)學(xué)綜合解決復(fù)雜問題能力上相對于弱勢學(xué)生優(yōu)勢更加明顯。
本次監(jiān)測中,抗逆學(xué)生共2951 名,其中,男生1601 名,占54.3%,女生1350 名,占45.7%。 圖9 為男、女生抗逆生問題解決維度的得分率情況??梢园l(fā)現(xiàn)男、女生問題解決能力總體比較接近,女生在科學(xué)問題解決中略為占優(yōu),但差別不大。
圖10 為不同性別抗逆學(xué)生在問題解決各維度中的得分率情況,可見男、女生總體比較接近,女生略占在“計劃探索與制定”維度上優(yōu)勢略明顯,但女生也僅比男生高1.5%。
圖8 復(fù)雜問題得分率示意圖
圖9 不同性別抗逆學(xué)生得分率示意圖
圖10 不同性別學(xué)生問題解決維度得分示意圖
以下選取典型試題具體考察抗逆學(xué)生與其他類型學(xué)生在問題解決中的表現(xiàn)情況。
典型題1:如圖,有兩個全等的直角三角形硬紙片,它們的兩條直角邊分別為2 和4。用這兩個紙片可拼出各種不同的四邊形,畫出所有符合要求的四邊形。(此處四邊形不包含凹四邊形。)
圖
本題的解題過程包含了問題解決的全部維度:著重考查了信息收集與提問、計劃探索與制定這兩個維度。 按照SOLO 理論評分,學(xué)生答題共有18 種情況。 圖12 的橫坐標是不同的得分值,縱坐標是相應(yīng)的人數(shù)百分比。
圖12 不同得分的人數(shù)百分比
圖12 揭示,弱勢學(xué)生得0 分的高達32%,得5分的人數(shù)最多,占33.5%;抗逆學(xué)生得7 分的人數(shù)最多,占52.5%??鼓鎸W(xué)生在平均約6.2 分以上時,各分數(shù)的人數(shù)百分比均超過弱勢學(xué)生,7 分時與弱勢學(xué)生拉開了最大的差距, 人數(shù)百分比差值達到了40.6%, 達滿分8 分的人數(shù)百分比則比弱勢學(xué)生高近28%。 可見抗逆學(xué)生的思維嚴密性與深刻度要遠勝弱勢學(xué)生。 雙高學(xué)生得滿分8 分的人數(shù)最多,占52.5%, 抗逆學(xué)生得5-7 分的人數(shù)百分比均超過了雙高學(xué)生;但得滿分8 分的人數(shù)百分比則比雙高學(xué)生少23.5%。三類學(xué)生的人數(shù)峰值分別出現(xiàn)在5 分、7 分和8 分,根據(jù)項目反應(yīng)理論(IRT)得到的能力值(下簡稱為能力值),得5 分的學(xué)生能力值為-1.94,得7 分的能力值為-0.52, 得8 分學(xué)生能力值為1.43,能力值區(qū)間范圍為[-3,3]。 也就是說大多數(shù)弱勢學(xué)生的能力值位于[-3,-1.9]之間,大多數(shù)的抗逆學(xué)生的能力值位于0 左右,大多數(shù)雙高學(xué)生的能力值位于1.4 附近??梢娫陔y度值要求較高時,抗逆學(xué)生會被雙高學(xué)生拉開一些距離,說明抗逆學(xué)生與雙高學(xué)生相比,思維的嚴密性和深刻性仍存在著差距。
典型題2:為觀測水結(jié)冰的過程,某同學(xué)進行如圖的實驗:在小試管中倒入適量的水,在水中插入并固定溫度計,再將此小試管放入加有食鹽的碎冰中冷卻,每隔1 分鐘記錄溫度計的示數(shù)及小試管內(nèi)水的狀態(tài),結(jié)果如下表。
時間(分) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11溫度(℃) 7 4 2 0 -1 0 0 0 0 0 -1 -3狀態(tài) 液 液 液 液 液 固液 固液 固液 固液 固 固 固
(1)請根據(jù)表中數(shù)據(jù)在下面方格中畫出小試管內(nèi)水的溫度隨時間變化的關(guān)系圖像。
(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù),某同學(xué)認為冰是晶體,你是否贊同?
(3)針對上小題的回答,說明理由。
本物理題全面考查了問題解決中的 “信息收集與提問、計劃探索與制定、方案實施與改進、結(jié)果反思與評價”這四個維度。 按照SOLO 理論,第(1)小題采用4 級評分,第(2)小題采用2 級評分,第(3)小題采用4 級評分。
根據(jù)項目反應(yīng)理論(IRT)得到的難度值,第(1)小題得1 分對應(yīng)難度值-1.34;得2 分對應(yīng)難度值-1.26;得3 分對應(yīng)難度值0.48;難度值區(qū)間范圍為[-3,3]。 由圖13 可知, 雙高學(xué)生得3 分的人數(shù)比例為60.5%,抗逆學(xué)生為51.4%,均為各自的最多人數(shù),而弱勢學(xué)生得3 分的僅為8.1%, 弱勢學(xué)生最多人數(shù)比例出現(xiàn)在2 分處,為36.7%,另一個高峰位于0 分處,高達35.4%,即1/3 弱勢學(xué)生得0 分;可見本小題由于得滿分對應(yīng)的能力值僅為0.63,難度不大,抗逆學(xué)生與雙高學(xué)生差距不明顯,但抗逆學(xué)生與弱勢學(xué)生相比,得滿分的學(xué)生數(shù)百分比幾乎是弱勢學(xué)生得0 分和1 分的人數(shù)總和。
圖13 不同得分人數(shù)百分比
第(2)小題得2 分對應(yīng)的難度值為0.38,考查問題解決中的“結(jié)果反思與評價”環(huán)節(jié),答案唯一。 但學(xué)生的得分率不高。 圖14 反映出雙高學(xué)生有59.9%得滿分,而抗逆學(xué)生有45.7%、弱勢學(xué)生有37.9%得滿分。 這個比例看來差距不是很大,但這是二選一的判斷填空題,可能存在著一定的猜測成分。
圖14 不同得分人數(shù)百分比
第(3)小題得1 分對應(yīng)難度值2.37;得2 分對應(yīng)難度值2.89;得3 分對應(yīng)難度值3.38。 這是難度相當大的問題,三類學(xué)生的錯誤率均極高。 本小題4 級評分。 由于要得滿分需要三段論嚴謹推理,故只有17.5%的雙高學(xué)生、8.3%的抗逆學(xué)生和0.9%的弱勢學(xué)生得1 分,得2 或3 分的學(xué)生就很少了。 不過值得注意的是在難度值達到2.37 的情況下,雙高學(xué)生的人數(shù)百分比超過了抗逆學(xué)生近一倍,說明雙高學(xué)生中的頂尖學(xué)生比例大幅超過抗逆學(xué)生,如圖15。
圖15 不同得分人數(shù)百分比
典型題3:某科學(xué)小組為了測量容器中氧氣的含量隨可燃物燃燒的變化情況,利用如圖中甲所示的實驗裝置,進行了如下操作:用相同規(guī)格的集氣瓶收集三瓶空氣,依次標為A、B、C;分別往燃燒匙里加入足量的紅磷,使紅磷依次處于圖乙所示標注處;密閉容器并點燃紅磷,直至熄滅一段時間后;其中紅磷位于圖17 乙“2”處時,圖像顯示儀顯示的容器內(nèi)氧氣含量隨時間變化圖像如圖17 丙所示。
(1)將紅磷分別置于圖乙標注的三個位置進行測量,其目的是_____。
(2)由圖丙可得出的結(jié)論是_____。
(3)請針對燃燒后容器內(nèi)最終的氧氣含量提出一個適合進一步探究的科學(xué)問題。
本化學(xué)題著重考查問題解決中的“方案實施與改進、結(jié)果反思與評價”這兩個維度。 按照SOLO 理論,第(1)小題采用4 級評分,第(2)小題采用2 級評分,第(3)小題采用4 級評分。 從基于IRT 模型的難度值來看,難度相當大,各小題的最高難度值均超過3 。
第(1)小題對應(yīng)的難度值,得1 分為1.19、得2分為2.72、得3 分為4.78。 從圖16 可知,90.1%的弱勢學(xué)生、62.7%的抗逆學(xué)生和49.8%的雙高學(xué)生均得0 分。對比得1 分的人數(shù),抗逆學(xué)生占比為33.2%,雙高學(xué)生占比為44.7%,但弱勢學(xué)生僅占8.8%,明顯弱于抗逆學(xué)生。得2 分和3 分的學(xué)生更少,全省得3 分的只有27 人,缺乏統(tǒng)計意義。
第(2)小題對應(yīng)的難度值,得1 分為0.10、得2分為2.11、得3 分為4.63;本題得0、1、2 分的區(qū)分度很高, 抗逆學(xué)生與雙高學(xué)生在0、1 得分中區(qū)分不明顯, 得2 分時雙高學(xué)生人數(shù)百分比約為抗逆學(xué)生一倍,但弱勢學(xué)生得2 分的極少。得3 分的情況因為人數(shù)太少,已無統(tǒng)計對比的意義,如圖17。
第(3)小題對應(yīng)的難度值,得1 分為1.64、得2 分為2.12、得3 分為3.07。 從圖18 可知,大多數(shù)學(xué)生得0分,18%的雙高學(xué)生得1 分,13.6%的抗逆學(xué)生得1 分,2.5%的弱勢學(xué)生得1 分。 而得2 分或3 分時,雙高學(xué)生的人數(shù)百分比(1.5%)約是抗逆學(xué)生(0.8%)的一倍。
圖16 不同得分人數(shù)百分比示意圖
圖17 不同得分人數(shù)百分比示意圖
本次監(jiān)測數(shù)據(jù)表明, 抗逆學(xué)生與弱勢學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決的得分率差值最大, 其次是科學(xué)中的物理學(xué)科,這兩者都遠高于語文和化學(xué)等學(xué)科。學(xué)習(xí)的客觀條件有所制約,但邏輯思維能力強、數(shù)理推理能力佳的學(xué)生仍有可能擺脫自身社會經(jīng)濟地位弱勢的影響,在數(shù)學(xué)和物理這兩門需較強邏輯思維推理、卻不需要太多資源支撐學(xué)習(xí)的學(xué)科中展示較好水平。
從問題解決能力的四個維度的數(shù)據(jù)分析可知,“方案實施與改進”維度是抗逆學(xué)生超過弱勢學(xué)生最大優(yōu)勢,其次是“計劃探索與制定”維度。這兩個維度是問題解決的核心能力, 是需要綜合運用多種思維能力才能解決問題的關(guān)鍵突破點。數(shù)據(jù)還顯示“結(jié)果反思與評價”是抗逆學(xué)生與弱勢學(xué)生相對優(yōu)勢收斂的維度??梢?,問題解決的難度制高點在“方案實施與改進”這一維度上,難度次高點則是“計劃探索與制定”維度。
圖18 不同類型學(xué)生得分百分比
無論從數(shù)學(xué)和科學(xué)問題解決的得分率來看,還是從四個維度的分項得分率來研究, 抗逆學(xué)生與雙高學(xué)生的圖線都近乎于平行折線, 存在著較穩(wěn)定的基礎(chǔ)背景式“能級差”。 抗逆學(xué)生社會經(jīng)濟地位的制約,存在著學(xué)習(xí)背景、教育資源等差異,因此在初二階段暫時出現(xiàn)在問題解決能力上的“能級差”也是正常的。隨著學(xué)習(xí)的深入和閱歷的增加,相信這樣的差距總體上會有所彌補。
從學(xué)生解決各學(xué)科復(fù)雜問題的實例分析可知,在基于IRT 模型的難度值小于零或約等于零時,抗逆學(xué)生得分的人數(shù)百分比超過了雙高學(xué)生得分的人數(shù)百分比;當基于IRT 模型的難度值位于1 附近時,抗逆學(xué)生與雙高學(xué)生得分率均下降明顯, 兩者存在著一定差距;當基于IRT 模型的難度值大于2 時,兩者的得分率顯著大幅減小,并且二者的差距增大。究其原因,當試題難度在中等或以下時,無論是抗逆學(xué)生還是雙高學(xué)生, 學(xué)業(yè)成績均處于群體中的前1/4,故差距不大。 但當難度更大時,處于群體中前1/4 的學(xué)生也大部分均無法應(yīng)對, 只能少數(shù)頂尖學(xué)生才能答對,這時若雙高學(xué)生中尖子生比例高,就會與抗逆學(xué)生拉開距離。
抗逆學(xué)生性別比例男生略多于女生, 占比分別為54.3%和45.7%。 無論是在科學(xué)還是數(shù)學(xué)學(xué)科,男女抗逆學(xué)生在問題解決的得分率上十分接近, 女生略好于男生, 綜合解決復(fù)雜問題的能力兩者也十分接近。在問題解決各維度中女生略有優(yōu)勢,但總體上差異較小,在差異最大的“計劃探索與制定”維度,女生也僅比男生得分率高1.5%。 可見性別不是阻礙抗逆的決定因素。
近年來,隨著基于核心素養(yǎng)的課程改革的深入,對于問題解決能力的研究, 更多著眼于學(xué)校教育和課堂教學(xué)。但也應(yīng)該清醒認識到,學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)是個漸進的過程,是終身學(xué)習(xí)的目標。由于此能力的綜合性,學(xué)生成長環(huán)境對它的影響大。因此研究抗逆學(xué)生在解決問題中的能力表現(xiàn), 有利于我們進一步了解抗逆學(xué)生的成功機制, 有助于我們思考學(xué)生成長的本質(zhì), 有益于我們降低不必要的教育成本,對各類學(xué)生的成長都有著重要的意義。