TIMSS 中的科学素养

TIMSS中的科学素养作者：魏冰文章来源：转载点击数： 1774更新时间：2006-11-22 （原载: 外国中小学教育2001年第1期）一、关于TIMSSTIMSS是“第三次国际数学和科学研究”的英文缩写。它是国际教育成就协会(IEA)发起的、迄今为止规模最大的国际数学与科学教育比较研究。整个研究历时近十年，涉及45个国家和地区，先后有50万学生参加测试。IEA曾于60年代初70年代末和80年代初分别进行了第一、第二次国际数学和科学教育比较研究，其结果在世界范围内引起了巨大反响。TIMSS的理论框架酝酿于90年代初，大部分国家和地区于1995年五、六月份完成测试，有关的评价结果从1996年底开始陆续发表。TIMSS的研究集中于三个年级段：小学中段、初中中段和中学最后一年 (相当于美国学制的12年级)。研究问题集中于三级课程，即所谓“期望的课程”、“实施的课程”和“达到的课程”。对各级课程则从“课程框架”（Curriculum Framework）入手进行研究。其中，“科学课程框架”包括三个方面：1、科学内容：地球科学，生命科学，物理科学(包括化学，下同笔者注)，科学、技术和数学，科学和技术史，环境问题，科学的本质，科学和其它学科；2、预期的行为：理解，理论化、分析、问题解决，使用工具、常规做法和科学过程，探索自然世界；3、科学观点：态度，职业，参与，兴趣，安全，思维习惯（habits of mind ）(1)。与前两次研究相比，TIMSS的一个重要特点是对数学和科学研究同时进行，而且对中学最后一年的学生(不管他们是否在学习科学课程)进行科学素养（Mathematics and Science Literacy )测试。本文主要介绍TIMSS中的科学素养概念及其关于科学素养的测试。二、TIMSS中的科学素养概念从80年代开始，培养未来公民(非职业科学工作者)的科学素养以适应与科学技术发展密切相关的现代社会的需要己成为世界各国理科教育改革的首要目标。尽管这个名词早在50年代就己出现，但直到现在学术界对其具体内容和含义尚没有形成统一的认识。一般说来，科学素养包括三个方面的含义：1、关于科学知识的理解；2、关于科学方法和科学本质的认识；3、关于科学、技术和社会相互关系的认识(2)。如何把这种理念性的含义落实到科学素养水平的测试中对TIMSS的研究人员是一个新的挑战。为此TIMSS专门成立了一个工作组研究这个问题。研究人员最初认为科学素养测试要集中于两个方面：首先是科学概念和技能，其次是关于科学的信念和态度，因而科学素养的定义应为“科学内容以及相应的社会影响、推理过程、社会/历史发展和态度”。但有人认为这个定义过于强调科学知识和技能而对知识背景以及科学的社会意义等重视不够。研究人员根据有关建议提出科学素养的基本成分应包括：1、科学内容； 2、科学对社会的影响；3、科学的推理过程；4、科学的社会历史发展；5、对科学的积极态度。为了进一步落实科学素养的具体内容和测试的操作定义，TIMSS组织了一次由科学素养工作组和科学素养研究专家组成的研讨会。研讨会认为科学素养应包括三个方面，即：1、科学内容；2、数学、科学和技术中的推理；3、数学、科学和技术对社会的影响。其中每一个方面都包含若干具体内容，这些内容与上文提到的“科学课程框架”里的内容基本一致。后来第2、3项又合称为“数学、科学和技术中的推理和应用”。因此TIMSS最后关于科学素养的概念实际包括两项内容，即“科学内容”和“推理和应用”。TIMSS在其“数学和科学素养测试蓝图”里对这两项内容进行了进一步的解释。科学内容是科学素养的重要组成部分，一个具有科学素养的人应该理解(而不是仅仅记住)一些基本的科学概念。科学素养教育强调科学知识在真实的背景(conTIMSS中的科学素养，广州师范学院 魏冰text)或情景中呈现，因而科学素养测试的问题应当是真实的，而不是凭空编造的。科学素养的功能不仅仅在于理解和认识，而更在于对与科学有关的问题进行思考和判断，进而对问题作出决策。这些认识被概括为指导科学素养测量的三个原则，即“内容原则”、“背景原则”和“过程原则”。科学素养测试题依据这些原则进行设计。三、TIMSS中的科学素养测试TIMSS关于科学素养的正式测试题共有32项。其中，26项属于“科学内容”方面，6项属于“推理和应用”方面。试题类型有多项选择题、简答题和详答题三种。下面分别予以介绍。（一）科学内容方面1、地球科学这部分的试题共有4项，涉及了课程框架中关于地球科学的三个类别，即地球的特征、地球的过程和宇宙中的地球。这4项试题的题号、题型、所属类别、预期的行为以及注释见表1。D5作为样题分析于后。表1 地球科学部分的科学素养测试题号题型内容类别预期的行为注释B10多大气理解复杂的信息温室效应B11多太阳系中的地球发展解释能力日食C19简物理循环发展解释能力水循环D5详水体发展解释能力农场的位置多多项选择题；简简答题；详详答题D5：下图显示一条河流流经一块平原。这块平原有几种土壤层和沉积物。（1）写出一个原因说明这块平原是适合耕作的好地方。（2）写出一个原因说明这块平原不是适合耕作的好地方。自然界中的实际问题是复杂的，往往没有非错即对的答案，不同的人从不同的角度思考会得到不同的见解。因此，对待这类问题要全面考虑各种因素，权衡利弊，力求作出切实可行的决策。TIMSS关于科学素养测量的“背景原则”的意义也正在于此。2、生命科学这部分的试题共有10项，分属人类生物学和其它生物学。由于前者是课程框架中的重点内容，因而这部分的题量也最多，共有5项。这10项试题的题号、题型、所属类别、预期的行为以及注释见表2。 D1作为样题分析于后。表2 生命科学部分的科学素养测试题号题型内容类别预期的行为注释（1）人类生物学B3多器官和组织人类生物学和健康理解简单信息白血细胞的功能B7多变异和遗传人类生物学和健康理解简单信息基因传递B13简感觉和反应人类生物学和健康应用科学原理热天中的口渴反应C21详器官、组织人类生物学和健康理解复杂信息血型和输血D3简人类生物学和健康理解复杂信息感冒的传染（2）其它生命科学B2多营养理解简单信息水果和蔬菜B8多生物群落和生态系统理解简单信息生态系统C14多器官和组织理解简单信息树的年龄C18简能量处理组织表达数据解释光合作用的实验D1多营养设计探索活动煮过的蔬菜的营养价值多多项选择题；简简答题；详详答题D1：人们常说：“煮过的蔬菜没有新鲜的蔬菜的营养好”。怎样做才能证明这种说法是正确的?A、比较煮前和煮后的蔬菜的重量。B、比较煮前和煮后的蔬菜的颜色。C、测量煮过蔬菜的水的酸性。D、比较煮过和没煮过的蔬菜的维生素含量。本题不仅要求学生具备基本的营养知识，还要求能够考虑设计适当的实验来检验一个假设或判断，进而把科学知识和科学方法联系到生活实际中。另外，它的意义还在于培养学生具有批判性思维的能力，做到不盲从，不迷信，具有真正的科学精神(3)。3、物理科学这部分的试题共有12项。其中4个是有关能量的（能量是课程框架中的一个重要知识点)。另外8个涉及物理学和化学的基本概念。这12顶试题的题号、题型、所属类别、预期的行为以及注释见表3。D2作为样题分析于后。表3 物理科学部分的科学素养测试题号题型内容类别预期的行为注释（1）能量B1多能量类型理解复杂的信息能量类型的转变B6多能量类型理解复杂的信息能量变化C17多能量类型理解简单信息功率的含义D4详能量类型应用科学原理解决定量问题转化过程中的能量损失（2）其他物理科学B4多化学变化污染理解简单信息酸雨的原因BS多物理性质解释数据水中物理的重量B9多电建构、解释和应用模型电路B12简核化学发展解释能力半衰期概念C15多波现象理解简单信息辐射和日晒C16多热量和温度发展解释能力体温和浅色衣服C20简热量和温度发展解释能力开水的温度D2简运动力学发展解释能力打碎窗户多多项选择题；简简答题；详详答题D2：下图是两扇玻璃窗户的示意图。左边的一扇被一块飞来的石头击裂。右边这扇同样的窗户被与石头同重的网球以同样的速度击中但却没有裂。为什么会出现上述情况?这是一个典型的物理试题，其目的是测量学生对压力和压强两个概念的区别。但与传统测验不同，本题的背景是日常现象，它测试了学生能否应用科学知识进行合理的解释。（二）推理和社会应用这部分着重测量学生的科学推理能力以及对科学、技术和社会相互关系的认识。测试题共有6个，均来源于一般社会上经常遇到的问题。这些问题有大有小，包括核能、危险的化学品、生物控制、高跟鞋对地面的影响等，它们对个人生活和社会发展都具有重要意义。这6项试题的题号、题型、所属类别、预期的行为及注释见表4。A11作为样题分析于后。表4 推理和社会应用部分的科学素养测试题号题型内容类别预期的行为注释A1多能量的类型/来源/转化技术的本质理解简单信息原子核裂变和聚变A2多污染大气理解简单信息氟里昂的危害A6简生命的互相依赖性理解复杂信息生物控制A7简力的类型和运动动力学发展解释能力高跟鞋对地板的影响A9详科学、技术和社会解释数据对工业创造力的评价A11详化学性质做决策新油漆的使用多多项选择题；简简答题；详详答题A11：一座钢桥需要10名油漆工用2年时间从一端刷到另一端。这种油漆能持续2年的时间，而当工人们在一端完工时，他们又要从另一端开始工作。（1）为什么钢桥必须刷油漆？（2）现在开发了一种可持续4年的新油漆，而且它的成本与原来的油漆一样。试说明使用新油漆所带来的两个可能的结果。一般来讲，技术革新当然是好事，但是在实际的社会情景中，其结果可能是复杂的。例如，它在给某些组织或个人带来益处的同时，也会使另外一些人的利益受损(如本题的油漆工)。在这个意义上，科学素养教育要求学生能够在社会的大背景下认识科学、技术问题。作为科学素养教育的科学技术社会（STS）运动的主旨也正在于此。注释：（1）Robitaille, D.,et a1.Curriculum Frameworks for Mathematics and Science. Vancouver, 1993.（2）Miller, J.A conceptual and empirical review, Dadealus,112 (2);19-48.1983.（3）魏冰，“科学史、科学哲学和科学教学”，比较教育研究3：52-54,1999。（4）魏冰，“STS与理科课程改革”，比较教育研究2：33-35. 1999。我的大学爱情观1、什么是大学爱情：大学是一个相对宽松，时间自由，自己支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花最肥沃的土地。大学生恋爱一直是大学校园的热门话题，恋爱和学业也就自然成为了大学生在校期间面对的两个主要问题。恋爱关系处理得好、正确，健康，可以成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康，可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健康之上，并且树立正确的恋爱观是十分有必要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大学爱情观。2、什么是健康的爱情：1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不把爱情放第一位，不痴情过分；2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的情怀，这种爱情常有病态的夸张;3)缺乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大学生处理两人的在爱情观需要三思：1. 不影响学习：大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是大学的基本和主要任务，这两者之间有错综复杂的关系，有的学生因为爱情，过分的忽视了学习，把感情放在第一位；学习的时候就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。2. 有足够的精力：大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈感情，把握合理的精力，分配好学习和感情。3、 有合理的时间；大学时间可以分为学习和生活时间，合理把握好学习时间和生活时间的“度”很重要；学习的时候，不能分配学习时间去安排两人的在一起的事情，应该以学习为第一；生活时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。5、大学生对爱情需要认识与理解，主要涉及到以下几个方面：（1） 明确学生的主要任务“放弃时间的人，时间也会放弃他。”大学时代是吸纳知识、增长才干的时期。作为当代大学生，要认识到现在的任务是学习学习做人、学习知识、学习为人民服务的本领。在校大学生要集中精力，投入到学习和社会实践中，而不是因把过多的精力、时间用于谈情说爱浪费宝贵的青春年华。因此，明确自己的目标，规划自己的学习道路，合理分配好学习和恋爱的地位。（2） 树林正确的恋爱观提倡志同道合、有默契、相互喜欢的爱情：在恋人的选择上最重要的条件应该是志同道合，思想品德、事业理想和生活情趣等大体一致。摆正爱情与学习、事业的关系：大学生应该把学习、事业放在首位，摆正爱情与学习、事业的关系，不能把宝贵的大学时间，锻炼自身的时间都用于谈情说有爱而放松了学习。 相互理解、相互信任，是一份责任和奉献。爱情是奉献而不时索取，是拥有而不是占有。身边的人与事时刻为我们敲响警钟，不再让悲剧重演。生命只有一次，不会重来，大学生一定要树立正确的爱情观。（3） 发展健康的恋爱行为 在当今大学校园，情侣成双入对已司空见惯。抑制大学生恋爱是不实际的，大学生一定要发展健康的恋爱行为。与恋人多谈谈学习与工作，把恋爱行为限制在社会规范内，不致越轨，要使爱情沿着健康的道路发展。正如马克思所说：“在我看来，真正的爱情是表现在恋人对他的偶像采取含蓄、谦恭甚至羞涩的态度，而绝不是表现在随意流露热情和过早的亲昵。”（4） 爱情不是一件跟风的事儿。很多大学生的爱情实际上是跟风的结果，是看到别人有了爱情，看到别人幸福的样子（注意，只是看上去很美），产生了羊群心理，也就花了大把的时间和精力去寻找爱情（5） 距离才是保持爱情之花常开不败的法宝。爱情到底需要花多少时间，这是一个很大的问题。有的大学生爱情失败，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们在一起的时间太多。相反，很多大学生恋爱成功，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们准确地把握了在一起的时间的多少程度。（6） 爱情不是自我封闭的二人世界。很多人过分的活在两人世界，对身边的同学，身边好友渐渐的失去联系，失去了对话，生活中只有彼此两人；班级活动也不参加，社外活动也不参加，每天除了对方还是对方，这样不利于大学生健康发展，不仅影响学习，影响了自身交际和合作能力。总结：男女之间面对恋爱，首先要摆正好自己的心态，树立自尊、自爱、自强、自重应有的品格，千万不要盲目地追求爱，也不宜过急追求爱，要分清自己的条件是否成熟。要树立正确的恋爱观，明确大学的目的，以学习为第一；规划好大学计划，在不影响学习的条件下，要对恋爱认真，专一，相互鼓励，相互学习，共同进步；认真对待恋爱观，做健康的恋爱；总之，我们大学生要树立正确的恋爱观念，让大学的爱情成为青春记忆里最美的风景，而不是终身的遗憾！