學校教育資源對科學素養成績影響的跨文化比較——以中國香港、日本、芬蘭和美國學生PISA成績為例

李 斌 ，張文靜 ，辛 濤

（1．北京師范大學 發展心理研究所，北京 100875；2．教育部基礎教育課程教材發展中心，北京 100816）

學校教育資源對科學素養成績影響的跨文化比較
——以中國香港、日本、芬蘭和美國學生PISA成績為例

李 斌1，2，張文靜1，辛 濤1

（1．北京師范大學 發展心理研究所，北京 100875；2．教育部基礎教育課程教材發展中心，北京 100816）

基于國際學生評價項目PISA 2006的數據，采用多水平線性模型，比較了中國香港、日本、芬蘭和美國這四個國家（地區）的學校教育資源與學生科學素養成績的關系。結果發現，學校教育資源中的客觀特征變量在不同的國家（地區）有不同的影響，而學校教育投入變量對學生成績基本沒有影響，這一結果在四個國家（地區）基本一致。最后，探討這一結果對我國科學教育的啟示和意義。

PISA 2006；科學素養；學校教育資源；跨文化比較

一、前 言

學校教育資源投入能否促進學生學習成績的提高，是教育決策者和學校管理者比較關心的問題。1964年，美國人科爾曼博士向國會提交了《教育機會均等》報告（又稱“科爾曼報告”），該報告使用“教育產出方程”，在控制學生背景特征的條件下，研究了教育投入和產出之間的關系。其結論是學生的家庭社會經濟地位對學生成績有很大的影響，能解釋學生成績變異的絕大部分；而學校和教師對學生成績的影響則相對較?。?］。這一結論引發了教育領域的討論，促使研究者繼續開展相關的研究，并形成了教育領域中新的研究領域——學校效能的研究，即對學校教育資源和學生成績關系的探討［2］。

以往關于學校教育資源與學生學習成績關系的研究，并未達成一致的結論，有的甚至得到了完全相反的結果。Hanushek使用綜合推斷方法多次對已有的教育產出方程研究文獻進行了綜合分析，得到的結論是沒有足夠的證據說明學校教育資源和學生成績之間存在一致關系［3-6］，這一結論雖受到了質疑［7］，但在學術界和公共政策領域具有相當大的影響力。Hedges，Laine和Greenwald使用元分析的方法對已有的教育產出方程研究進行總結，結果顯示大部分教育資源投入和學校輸出如學生成績之間有系統的正向關系，且這些關系的強度足夠大并達到顯著性水平［8-9］。

本文使用PISA 2006的數據，選取中國香港、日本、芬蘭和美國四個國家（地區）的PISA 2006數據，采用多水平線性模型的分析技術，考察各個國家學校教育資源和學生科學素養成績的關系，希望為我國的科學教育提供有意義的借鑒。選取這四個國家（地區）的原因是美國是世界上最大的移民國家，可以作為跨文化研究的比較標準；芬蘭學校教育的公平性和均衡性是世界上最優秀的，也是歐洲國家的代表；日本是亞洲國家中發達國家的代表，且成績較為優異；中國香港地區與大陸同根同源，文化傳統類似，能為中國大陸的教育研究帶來啟示。

二、研究方法

1.被試

本研究所用PISA 2006的數據選自PISA官方網站（http：//www.pisa.oecd.org）。PISA項目的學生問卷和學校問卷構成有嚴格的理論構想，從試題和問卷的編制到施測和數據整理嚴格規范，數據準確、科學，具有很高的可靠性，且含有本研究所需的學生變量和學校變量。PISA 2006的主評估領域是科學素養，既包括各種科學知識又包含學生的科學能力［10］，學生的科學成績具有較強的綜合性和代表性。

剔除相應變量的缺失值后，四個國家（地區）參與研究的共有18965名15歲在校學生，涉及597所學校的數據。其中中國香港4549名學生，來自144所學校；日本5673名學生，來自178所學校；芬蘭4447名學生，來自147所學校；美國4296名學生，來自128所學校。

2.變量的選擇與設定

本研究從PISA 2006學生問卷和學校問卷數據構成的嵌套關系中，考察兩個層次的變量對學生科學素養成績的影響。因變量是學生的科學素養成績，自變量分為兩層：第一層是兩個學生水平變量，即學生性別和學生家庭的經濟、社會和文化地位；第二層是學校水平變量，即學校教育資源的投入，由9個變量構成，其中有3個學?？陀^特征變量，包括學校大小、班級大小和學校類型，6個學校易于操作的教育投入變量，包括學?？衫玫挠嬎銠C比例、用于教學的計算機比例、連接互聯網的計算機比例、生師比、教師短缺和學校教育資源的質量。自變量的定義和記分方式如表1所示。本研究將控制學生水平變量，來探討學校教育資源對學生科學素養成績的影響。

表1 自變量名稱及其編碼方式

3.數據的分析與處理

本研究采用多水平線性模型方法對數據進行分析，使用的相關統計軟件是SPSS15.0和SAS9.0。使用SPSS15.0進行數據的初步整理和轉換；使用SAS9.0實現對缺失值的處理；對數據的多水平分析采用SAS9.0軟件的PROC MIXED過程進行。

三、結果分析

1.學生和學校變量描述

從四個國家（地區）學生變量和學校變量的統計描述（見表2）可以看出：（1）學生水平的變量中，芬蘭的科學素養成績最高，其次是中國香港和日本，均高于OECD國家的平均水平（500），而美國的科學素養成績在四個國家（地區）中最低，且低于OECD平均水平。四個國家（地區）樣本的男女生比例基本都為1比1。學生的經濟、社會和文化地位變量均值從高到低依次為芬蘭、美國、日本和中國香港。（2）學校水平的變量中，美國和中國香港的學校人數比較多，日本和芬蘭的則相對較少；四個國家（地區）中大部分學校都是公立學校，以芬蘭為最；計算機的占有和使用情況大體相似；中國香港的生師比最大，芬蘭的最?。幻绹芙處煻倘睂W校教學的影響最大，日本最?。挥捎趯W校教育資源質量的影響，日本和中國的教學所受限制較大，芬蘭受這一因素的影響最小。

表2 四個國家（地區）學生變量和學校變量描述統計（均值/標準差）

2.零模型結果分析

根據多水平線性模型的統計原理，將影響學生科學素養成績的變量分為兩層，第一層為學生水平變量，第二層為學校水平變量。首先建立零模型（the null model），分析在不加入任何預測變量的情況下，學校間變異和學校內變異對學生成績總變異的貢獻。

表3為四個國家（地區）學生的科學素養成績的變異在學校間和學校內的估計，學校間變異與學校內變異之和為學生成績的總變異。根據表中結果進行簡單的運算可知，中國香港、日本、芬蘭和美國的學校間變異分別占各自國家學生成績總變異的36.39%、46.32%、5.23%和19.77%，并且四個國家（地區）的學校間科學素養成績的變異均非常顯著。可以看出，日本和中國香港的學校間變異所占的比重相對較大，說明這兩個國家（地區）學生成績變異可部分地由學校間因素所解釋；而芬蘭和美國的學校間變異所占比重則相對較小，尤以芬蘭為最。芬蘭僅有5.23%的變異來自學校間因素，這意味著學校內變量，即學生自身的一些因素，更有可能解釋學生成績的差異；同時這一比例也說明芬蘭在學校教育的公平性和均衡性上做得比較好，這也與前兩次PISA評價的結果相一致［11］。

表3 學生的科學素養成績變異在學校間和學校內的估計

3.完整模型的結果分析

將學生水平變量和學校水平變量加入到模型中建立完整模型，考察其對學生科學素養成績的影響，如表4所示。

（1）完整模型中學生水平變量的結果分析

表3和表4的結果顯示，學生水平背景變量的加入，解釋了一部分學校內變異。中國香港、日本、芬蘭和美國的學校內變異下降的百分比分別是4.33%、1.89%、7.62%和8.89%。

對學生性別與學生的家庭經濟、社會和文化地位兩個學生水平變量的分析發現，中國香港學生的科學素養成績有顯著的性別差異（=21.18***），男生比女生的成績表現好；而日本、芬蘭和美國在科學素養成績上則不存在性別差異。學生的家庭經濟、社會和文化地位對中國香港（=10.27***）、日本（=6.51***）、芬蘭（=30.48***）和美國（=35.39***）學生的科學素養成績都有顯著的正向預測作用，說明學生的家庭社會經濟地位越高，科學素養成績也越高。由該變量對四個國家（地區）學生科學素養成績影響的系數可以發現，美國學生受家庭社會經濟地位的影響最大，學生的家庭社會經濟地位每提高一個單位，學生的科學素養成績便增加35.39分，其次是芬蘭和中國香港，而該變量對日本學生的科學素養成績影響最小。

表4 學生科學素養成績影響因素的多層線性回歸分析

（2）完整模型中學校水平變量的結果分析

加入第二層學校水平變量后，不同國家（地區）學校間變異都有不同程度的下降。中國香港、日本、芬蘭和美國的學校間變異下降的百分比分別是62.20%、49.18%、54.17%和77.68%，總體來說，除了日本外，第二層的變量解釋了四個國家（地區）大部分的學校間變異。

學?？陀^特征變量中，學校大小對中國香港（=0.06*）和日本（=0.05***）學生的科學素養成績有顯著影響，學校中人數越多，對學生的科學素養成績越有利，但是這一影響的數值在這兩個國家（地區）都比較?。欢鴮W校大小對芬蘭和美國學生的科學素養成績沒有顯著性的影響。班級大小只對日本（=3.43***）學生的科學素養成績有顯著的正向預測作用，而對其他三個國家（地區）則無顯著影響。學校類型對日本（=28.79**）和美國（=-31.38**）學生的科學素養成績有顯著的影響，但在這兩個國家的趨勢卻是相反的：在日本，公立學校的學生科學素養成績比私立學校的高，在美國則是公立學校的學生科學素養成績比私立學校的低；學校類型對中國香港和芬蘭學生的科學素養成績沒有顯著影響。

除了上述三個學校水平的變量外，其余的學校變量都屬于學校易于操作的教育投入部分。這些變量中，除了生師比對中國香港（=12.68***）學生的科學素養成績有顯著的正向作用外，其他變量對各個國家（地區）的成績都沒有顯著影響。中國香港生師比每增加一個單位，學生的科學素養成績便提高12.68分?？傮w來看，學校教育資源變量對學生科學素養成績的預測力較弱。

四、討論

1.學生水平變量的影響

研究結果顯示，學生科學素養成績的性別差異僅在中國香港存在。Linn和Hyde通過對學生數學和科學成績的元分析和過程分析得到的證據說明，認知和心理任務上的性別差異比較小且在不斷減少；性別差異并不是普遍的而是與文化和情境背景密切相關［12］。此外，這一結果也與PISA 2006的結果報告相一致，即對大部分國家（地區）來說，男生和女生科學素養的平均成績沒有顯著的差異［13］。中國香港學生科學素養成績的性別差異可能是由于學生對科學的興趣、家長的支持和相關的教育經歷導致的。但需要注意的是，盡管學生在科學的整體成績上性別差異并不顯著，但在不同的科學能力和科學知識上還是存在的，科學學習中的性別差異仍是科學教學中不可忽視的問題。

從科爾曼報告開始，學生的家庭社會經濟地位一直都是教育研究中非常關注的常用變量。盡管在不同的研究中，研究者對這一變量采取不同的測量方法，但得到的結果都驚人的一致，即學生的家庭社會經濟地位在解釋學生成績的差異方面有非常重要的影響［14］。本研究的結論也證實了這一點，說明對不同文化和教育傳統的國家來說，學生家庭社會經濟地位對成績的影響都是一致的。

2.學校水平變量的影響

學校教育資源的學校客觀特征變量中，學校大小對中國香港和日本學生的科學素養成績有顯著的影響，但是兩者的系數都非常小。總體來說，學校大小對這四個國家（地區）學生的科學素養成績的預測力比較弱。Greenwald等人使用元分析的方法發現，39個有關學校大小與學生成績之間關系的研究中，沒有得到一致的結論，其中有18個研究結果是顯著的，21個研究是不顯著的［15］。Hoxby在縱向追蹤的背景下考察班級大小對學生成績的效應，結果發現班級大小對學生成績沒有統計顯著性影響［16］。本研究中除日本外，其他三個國家（地區）的班級大小變量對學生科學素養成績都沒有顯著影響。公立學校和私立學校學生的科學素養成績在中國香港和芬蘭沒有顯著的差異，但是在日本和美國則存在顯著的差異，且兩者對成績的影響方向是相反的。日本的公立學校成績之所以高于私立學校的成績，原因可能在于日本對公立學校的教育改革，使得日本的公立學校改變了以往的官僚行政管理體制，轉而下放更多的權利給學?；鶎?，并引入市場競爭機制，大大提高了公立學校的運行質量和競爭力；美國的私立學校成績優于公立學校的成績，大部分源于美國這兩種類型學校的存在狀況，公立學校一直是美國聯邦政府出資維持，由于不存在競爭的壓力，公立學校的教育質量逐年下降，而私立學校憑借其本身優越的組織特性、社區和社會資本，使得學生的學習成績優于公立學校。

學校易于操作的投入變量中，四個國家（地區）的研究結果表現出相當的一致性，即這些學校教育資源對學生的科學素養成績基本沒有影響。Summers和Wolfe使用縱向追蹤研究學校資源和學生成績的關系發現，學校的基礎設施（如操場的大小、學校的計算機利用情況等）對學生成績幾乎沒有影響［17］；Hanushek對教育產出方程研究的總結得到的結論是學校在管理和設施方面的花費與學生的成績沒有系統的關系［18］。本研究的結果支持這些結論。

總體來說，在控制學生背景變量的條件下，四個國家（地區）的學校教育資源對學生科學素養成績的影響模式基本一致，即學校教育資源對學生成績的預測力比較弱。

五、結論與展望

傳統的教育產出方程的研究中，除了學生的背景特征變量和學校投入變量之外，教師也是影響學生成績的重要因素。本研究所基于的PISA數據，是以15歲學生的年齡標準在不同的學校進行抽樣，而不是以學校中的班級為單位進行抽樣，因此PISA研究中并沒有收集有關科學教師的具體信息，只是從校長問卷處間接收集整個學校教師的一般狀況。受此限制，這里也無法考察科學教師因素對學生成績的影響。此外，PISA每隔三年舉行一次，且每次施測的對象都不是同一批被試，也無法從同一群體的縱向追蹤角度加以研究。

另外，“學校教育資源”是一個寬泛的概念，但本研究涉及到的學校教育資源變量限于PISA 2006學校問卷調查的相關變量，因此，在以后的研究中有必要繼續考察其他一些可能影響學生科學成就的因素，如實驗室儀器設備、為教師教學提供的資源等。在中國的實際情況是，許多農村中學沒有辦法完成科學實驗，這在一定程度上可能會影響學生的科學成就，只是在PISA的研究中沒有涉及這些變量，有待以后的研究進一步加以檢驗。

本研究在加入學生水平的背景變量和學校水平的教育資源變量后，學校間和學校內變異仍然是顯著的。這說明仍有其他一些重要的變量對學生的科學素養成績有重要的影響，如學生對科學的興趣、學生參與科學的活動等方面的影響，將成為以后研究的新方向。

在當今以科技為核心競爭力的社會中，公民的科學素養已成為一個國家國際競爭力的重要標志之一，對于提高國民科技素養水平和國家創新能力的科學教育尤為重要。本研究的結論顯示，學校教育資源對學生科學素養成績的預測力比較弱。雖然教育資源是教育發生必不可少的條件，但是科學教育不能僅僅通過提高學校的硬件設施來提升教育質量，而要根據科學教育的內容和目標，結合學生的發展特點和多樣化的教學方式，極大地促進學生科學素養的發展。

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Effects of School Educational Resources on the Achievement of Science Literacy：A Cross-Culture Comparison

Li Bin1，2，Zhang Wenjing1，Xin Tao1
（1.School of Psychology，Beijing Normal University，Beijing 100875，China；2.National Center for School Curriculum and Textbook Development，Ministry of Education，Beijing 100816，China）

Based on the Program for International Student Assessment 2006 data，the effects of school educational resources on the science literacy achievement of Hong Kong China，Japan，Finland and the United States were compared.The hierarchical linear model was employed to analyze the data.The findings indicated that among the school educational resources，the schools’objective characteristics variables had different effects on different countries/regions.The easily-manipulated educational resources variables basically had no effect on the science literacy achievement.And this was consistent across different countries/regions.Finally，we discussed the meaning of the results for the science education in China.

PISA 2006，science literacy；educational resources；cross culture comparison

C40-058.1

A

1000-2529（2010）06-0091-06

2010-08-05

李 斌（1974-），男，山東章丘人，北京師范大學發展心理研究所博士研究生，教育部基礎教育課程教材發展中心助理研究員；張文靜（1985-），女，山東棗莊人，北京師范大學發展心理研究所博士研究生；辛 濤（1968-），男，陜西周至人，北京師范大學發展心理研究所教授。

（責任編校：文 泉）