北京市遠郊區縣中學生科學素養現狀調查

徐靜 王晶瑩 羅躍 劉青

21世紀以來，隨著科學技術的迅猛發展，科學教育的成效成為各國討論的焦點。美國“2061計劃”認為：美國下一代必須面臨巨大的變革，而科學、數學和技術位于變革的核心，它們導致變革，塑造變革，并且對變革作出反應，它們對今日的兒童適應明日的世界十分重要[1]。因此，提高全體學生的科學素養已經成為世界各國科學教育改革的主要目標。目前，國外對科學素養已展開了大量的研究與測量，而我國對科學素養研究的方法和測量手段尚未成熟，主要集中在定性和理論研究階段，缺乏實證研究。因此，本文在文獻研究基礎上構建了學生科學素養的評價體系，并通過實證調查，希望為學生科學素養評價提供一些參考。

一、文獻回顧

科學素養一詞最早出現在1952年科南特的《科學中的普通教育》一書中，科南特把科學素養定位于普通教育的層面上。直到20世紀80年代科學素養作為科學教育的目標才被明確提出。之后，研究者們從不同的學科角度深入探討科學素養的內容和含義。在這一時期，影響最大的是國際科學素養發展中心（芝加哥）主任米勒（Miller）在1983年提出的三維模式，他將科學素養定義為：關于科學概念的理解；關于科學過程和科學方法的認識；關于科學、技術和社會的相互關系的認識三個層面[2]。米勒模式抓住了科學素養的核心并以一定的實證數據作基礎，在學術界得到了較為普遍的認同。

我國將科學教育的目標定位于全面提高學生的科學素養。其中《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》中提到科學素養的三個基本要素：對科學知識的積累和應用，對科學探究過程與方法的了解與實踐，對與科學相關的積極向上情感態度與價值觀的培養。

總體而言，對中學生科學素養構成的研究應該綜合考慮以下三個層面。首先，中學生是未來公民；其次，學生的科學素養包含在公眾科學素養的構成中，但又不同于公眾科學素養，具有學生的特點；最后，科學教育的目的是提高學生的科學素養，科學課程標準又是科學教育的指南性文件，所以學生的科學素養構成也應該參考科學課程標準中有關科學素養的內涵論述。

二、研究設計

1.樣本與資料

研究本課題期間，正值筆者教育見習。見習學校多分布在北京郊區，通過同學協調，筆者最終對首師大大興附屬中學、首師大密云附屬中學和首師大延慶附屬中學三所北京遠郊區縣的中學生科學素養進行測評研究。三所學校在北京市排名都處于中等位置，沒有明顯的差異。其中大興附中和密云附中為高中，延慶四中為初中，調查涉及初三、高一、高二年級。最終共回收有效問卷數209份。

2.指標體系與測試問卷

國際學生評價項目（PISA）是目前國際上比較認可的對學生科學素養的測評。因此我們從公民科學素養指標體系、PISA評價指標體系和科學課程標準三個角度探討了中學生科學素養的評價體系，設計了本研究的指標體系。一級指標包括：科學知識與技能、科學探究過程、情感態度與STSE。其中，科學知識與技能維度包括：科學知識、科學技能、實際應用；科學探究過程包括：探究認識、探究運用、科學本質；科學情感與STSE包括：科學情感、STS、STSE。每個二級指標細分為三個三級指標，如科學知識又分為理解掌握、解釋現象、解釋規律三個遞進層次。

我們認為物理、化學、生物等學科都是科學教育的組成部分。我們設計的問卷主要涉及物理學科在科學素養中反映出的問題。根據對指標體系的調整，可以測量化學、生物或科學綜合等學科的科學素養。問卷題目的設計盡量與生活情境相聯系，測查學生情境中問題解決的科學素養。采用五點法測量，例如科學知識的解釋規律的指標，問卷的題目設置為：我能夠用……（阿基米德原理等）解釋生活中的浮力相關規律，合理地預測可能發生的事情。A非常符合，B符合，C一般，D不符合，E非常不符合。

在指標體系設計時，我們還考慮了維度的遞進關系，如：一級指標科學知識與技能中，科學知識、科學技能、實際應用三個維度難度逐漸加深，即科學知識、科學技能、實際應用分別屬于科學知識與技能中的低水平、中水平和高水平。我們在問卷發放時采用不記名方式，以盡量減小測量誤差。此外，我們還收集了被試者的性別、年級、學校等基本信息，用來作差異統計分析。

我們采用了SPSS17.0進行統計分析和差異分析。通過統計，問卷的信度為0.911，大于0.7，滿足統計的信度要求。

三、結果分析

我們根據學生答題情況，以0—4分給予賦值分等級。2分為中間值（對應C一般選項），3分正向程度加1（對應B符合項），1分為負向程度加1。

1.整體分析

整體來看（見圖1），科學素養的各個二級指標都沒有達到3.0，處于中等偏上的水平。二級指標的中水平（科學技能、探究運用與STS）低于高水平（實際應用、科學本質與STSE）。

在各年級一級指標整體水平中，科學知識與技能和科學情感與STSE兩個維度走勢基本相同，初三和高一處于同一水平，而到達高二有一個上升的過程。科學探究維度，初三到高二表現出先下降后上升的過程（見圖2）。

雖然從整體的趨勢我們能夠發現上述兩個問題，但是我們看到的只是各級指標的平均結果。而各指標具體差異，如知識與技能維度，高一和高二2.71和2.89之間是否真的能表現出差異，到底在哪個題目上存在明顯差異，還需要我們進行深入分析。

2.差異分析

我們主要進行了性別差異和年級差異分析，試圖回答整體分析中出現的問題。

（1）性別差異

我們對整體樣本進行了關于性別的獨立樣本T檢驗，發現男女生在解釋規律、過程技能、綜合技能、問題解決、理解方法、科學作用等六道測試題目的回答結果上有明顯差異（雙尾檢驗大于0.05）。其中過程技能和綜合技能都屬于二級指標科學技能范圍。

根據SPSS獨立樣本T檢驗，我們對男女生在這六個題目上回答的結果作了比較，發現男生得分都高于女生得分，表明在這六方面男女生差異明顯，并且男生在這六方面的科學素養要優于女生。

（2）年級差異

從整體上來看，在科學知識與技能和科學情感與STSE兩個維度上，初三和高一沒有明顯的差別，在高二有一個突變的過程。而在科學探究維度，初三和高一有下降的過程，到了高二又有一個上升的過程。為分析這兩種情況，我們對高一和高二學生的回答結果作了獨立樣本T檢驗。在科學探究維度，對初三和高一學生的回答結果作了獨立樣本T檢驗。

經過分析，我們發現高一和高二學生在問題解決、探究原理、探究過程、知道內涵、理解方法、素養習慣、科學精神、理解STS、社會聯系、理解STSE和環境關聯等方面存在差異，高二學生表現明顯優于高一學生。其中，知道內涵、理解方法、素養習慣這三個內容屬于二級指標中的科學本質的維度，理解STS、社會聯系屬于二級指標的STS維度，理解STSE和環境關聯屬于二級指標的STSE維度，說明在這幾個維度上高二學生的科學素養要優于高一學生。

針對科學探究維度為什么在高一會下降，我們進行了科學探究維度，根據初三和高一學生各個題目回答結果的獨立樣本T檢驗，發現只有在科學本質這一個題目考查上，兩個年級學生的回答存在明顯差異。從分析中得出，高一年級學生對于科學本質內涵的了解并不比初三好，而是明顯低，可以解釋為隨著年級的升高，高一學生對科學本質的理解更加糊涂。我們推測由于教師更加強調知識的重要性，使學生對科學本質的理解呈現起伏走勢。

四、結論與討論

1.中學生的科學素養處于中等偏上水平

整體來看，北京市遠郊區縣中學生科學素養處于中等偏上的水平。其中科學技能、探究運用和STS在每個一級指標維度中處于最低水平。我們認為科學技能、探究運用和STS在每個維度屬于中等水平，但是結果表明學生在這三個方面表現不好，說明我們認為的科學素養中等水平和學生評價反映出來的水平有差異。

2.男女生在科學技能等六個維度上存在差異

男女生在解釋規律、過程技能、綜合技能、問題解決、理解方法、科學作用等六個方面的回答有明顯差異，并且男生得分都比女生得分高，表明在這幾方面男生的科學素養比女生好。從物理學習的成績來看，男生成績平均要高于女生，這也體現了物理學習的性別差異。并且，科學素養的考查主要關注了真實生活情境中的應用，男生更具有樂于動手、樂于思考的特點。

3.各年級分別在不同維度存在差異

在年級差異分析中，初三和高一在科學知識與技能和科學情感與STSE兩個維度中處于同一水平，而到高二有一個上升的過程。在科學探究維度中，初三到高二表現出先下降后上升的趨勢。

學生從高一到高二有一個飛躍的過程，主要體現在問題解決、探究原理、探究過程、知道內涵、理解方法、素養習慣、科學精神、理解STS、社會聯系、理解STSE和環境關聯等10個方面。經過初中和高中一年的物理學習之后，學生的科學素養在上述10個方面都有明顯的提升，說明高一到高二的教學對于學生素養的提升發揮關鍵作用。

對于科學探究維度，高一學生對于科學本質的理解遠低于初三學生。對于高一年級的學生，剛剛進入高中物理的學習，教師如果不強調科學本質教育，學生很難自己理解科學本質。所以要在高一教學中適量增加科學本質的教學，幫助學生加強對科學本質的理解。

最后需要說明的是，學生的科學素養是一個復雜且重要的問題。本研究的結果也只是對這一問題的初步探討。同時本研究還存在以下局限性：一是調查樣本較少，并且只分布在北京郊區，對北京市的代表性不夠；二是指標體系和調查問卷的問題設置有待斟酌，尤其是問卷問題，采用主觀評價給調查結果帶來很大的誤差。我們期望在后續的研究中來彌補這些不足。

注：本文系2012年中國科協研究生科普研究能力提升項目“青少年非正式科學教育和科學素質測評的研究”（2012KPYJD06）和第51批中國博士后科學基金面上資助“我國中小學生科學素養測評的理論與實踐研究”（2012M510519）階段成果。

參考文獻：

[1]美國科學促進協會.科學素養的基準[M].北京：科學普及出版社，2001：i.

[2]魏冰.西方科學素養理論的形成與發展[J]，外國中小學教育，2003（6）.

（作者單位：1.首都師范大學物理系 2.中國科普研究所）

（責任編輯：馬贊）