國際學生技術與工程素養評估項目的比較研究

顧乃景

[ 摘 要 ] 為促進我國技術與工程教育的發展，提升學生科學與技術素養水平，實現“以評促教”“以評促學”，從框架目標和項目特點兩方面出發，比較分析ICILS 2018與NAEP TEL 2018兩種典型模式的異同，得出兩者在維度劃分、重視情境、采用量規等方面存在相似點，在評估重點、試題分布、編制依據等方面存在不同點的結論。結合我國實際，提出了科學與技術素養評估今后的發展思路：統一課程標準，完善評估體系；明確評估目標，構建三維架構；營造真實情境，提升解決能力；凸顯整體平衡，科學編制試題；重視人機交互，增強現實體驗；強化過程評價，實現“質”“量”結合；重視環境影響，改進后續教學。

[ 關鍵詞 ] ICILS 2018；TEL 2018；技術與工程素養；比較研究

[ 中圖分類號 ] G632.0? [ 文獻標識碼 ] A? [ 文章編號 ] 1005-4634（2023）02-0009-09

當今，作為促進經濟增長和提升國家競爭力的重要戰略，STEAM教育日益成為全球教育變革的核心議題。21世紀以來，技術與工程的重要性不斷增加，而作為STEAM教育重要組成部分，除藝術（Art，A）外，技術（Technology，T）與工程（Engineering，E）相較于科學（Science，S）及數學（Mathematics，M）長期以來“評估核心學科”的地位而言[1]，重視程度及相關評估力度嚴重不足。

技術與工程素養評估作為評價學生科學素養的有效方式，對技術與工程教育的發展、學生技術與工程素養水平的提高起著重要的導向作用。由國際教育成就評價協會（International Association for the Evaluation of Educational Achievement，IEA）主持的國際計算機與信息素養研究項目（International Computer and Information Literacy Study，ICILS）和美國國家教育評測中心（National Center for Education Statistics，NCES）推行的美國NAEP技術與工程素養評估（NAEP Technological and Engineering Literacy Assessment，NAEP TEL）作為當前國際上大規模評估學生技術與工程素養的典型模式，其成熟的運作體系對我國的科學素養評估有著重要的借鑒意義[2]。本研究從“測什么”（即架構目標）和“怎么測”（即項目特點）兩方面來比較ICILS 2018和NAEP TEL 2018（以下簡稱TEL 2018）評估體系的異同，歸納有益經驗，從而為我國的技術與工程素養評估及相關問題研究解決提供參考建議。

1 架構目標的比較

1.1 總體框架

在框架設計目的方面，ICILS 2018的主要目的是“系統評估學生為實現一系列不同目的，從而利用信通技術能力的有效度”，次要目的是“調查學生、教師使用計算機與其他數字設備的情況，以及對使用計算機技術的態度”[3]。而TEL 2018突出“作為數字信息時代NAEP評估的重要補充”特點，主要包括三個目的：一是評估學生對技術與工程知識的掌握程度；二是了解技術和工程知識在日常生活中的使用程度；三是了解工程師設計和開發技術的程度。

在具體框架內容（或維度）方面，ICILS 2018包含兩個維度：“領域”（Areas）、“情境”（Contexts/Contextual Factors）；TEL 2018包含三個維度：“領域”（Areas）、“實踐”（Practices）及“情境”（Contexts）。

1.2 內容領域

ICILS 2018主要涉及三個核心領域：計算機與信息素養（Computer Information Literacy，CIL）、計算思維（Computational Thinking，CT）、學習中使用數字技術（Use of Digital Technologies in Learning）。TEL 2018也包含三個領域：技術與社會（Technology and Society，TS）、設計與系統（Design and Systems，DS）、信息和通信技術（Information and Communication Technology，ICT）。ICILS 2018和TEL 2018各自三大領域都有具體的子領域，且子領域又包含具體的評估方面（見圖1、圖2）[4]。

就核心領域看，ICILS 2018基于其“系統評估學生利用信通技術能力的有效度”的主要目標，將計算機與信息素養（CIL）定義為“個人使用計算機進行調查、創造和交流的能力，以便在家庭、學校、工作場所和社會生活中得到有效參與”；計算思維（CT）定義為“個人識別現實世界問題的各方面的能力，采用計算公式，評估和開發解決問題的相關方案，并實施以相關計算機操作”。值得一提的是，ICILS 2018首次創造性地對學生的計算思維進行了大規模國際測評，這為各國深入理解計算思維、把握學生計算思維發展狀況、明確相關影響因素等提供了科學有效的途徑與工具。在TEL 2018方面，將技術與社會（TS）定義為“涉及技術對社會和自然的影響，以及由此產生的倫理問題”；設計與系統（DS）定義為“涵蓋技術的性質、開發設計及日常處理的基本原則，包括相關維護及故障排除”；信息和通信技術（ICT）定義為“包括計算機和軟件學習工具、網絡系統協議、數字化設備及獲取、新建和推進創造性表達的其他技術”[5]。由此可見，TEL 2018對“技術與工程”的關注比ICILS 2018對“計算機信息素養及計算思維”的關注更廣泛。

1.3 情境方面

情境，即上下文因素，是ICILS 2018及TEL 2018評估的重要方面。ICILS 2018強調將測評設置在校內外不同影響因素之下，讓學生通過自身不同知識經驗來解決系列問題（見圖3）[3]。ICILS 2018認為影響學生計算機與信息素養（CIL）及計算思維（CT）水平的背景因素復雜，如不同的學習場所、不同的家庭環境以及學生自身經歷，等等。ICILS 2018將其細化為四個方面，一是宏觀（社區）環境：學生計算機與信息素養、計算思維學習的廣泛背景，如整個教育系統、教育政策等；二是學校（課堂）環境：學校及課堂條件，包括學校的ICT課程、教師引導能力等；三是個人因素：學生自身特征，如年齡、性別、學習動機等；四是家庭環境：學生的家庭背景特征，如家長的社會經濟地位、學生ICT資源使用頻率等。圖3 ICILS 2018情境（上下文）因素

由圖3可見，宏觀環境對個人、家庭及學校環境均產生作用，其中學生成長受到學校和家庭環境的雙重影響。按照關聯程度，ICILS 2018將影響學生信息素養的情境分為間接因素和直接因素。間接因素，也稱前置因素，即限制學生信息素養的外在條件，如家長的社會經濟地位；直接因素，也稱過程因素，即影響學生信息素養的直接條件，其受間接因素及更高層次因素的影響，如課堂中教師CIL與CT的引導能力[6]。上述提到的個人、家庭、社區、學校四個層次都涉及到間接因素和直接因素。其中，間接因素直接作用于直接因素，如教育系統的相關特征決定著Internet網絡課程的設置[7]；直接因素與結果相互影響、相互制約，如學生在家庭中ICT資源使用頻率越高，其計算機與信息素養越高，反過來又在一定程度上增進了學生ICT資源使用的頻率，從而形成了一個良性循環。

TEL 2018圍繞“社會議題（Issues）”“設計問題（Problems）”“學校和社區目標（Goals）”三方面，突出“將相關任務及問題設置于相關情境下”的理念，重在獲取真實的學生測試及反應數據[1]。由于三個領域內問題類型、測試目標側重點不同，評估項目的背景情況也會有所不同[8]。四年級、八年級和十二年級學生的評估難度由“相對簡單”到“相對復雜”遞進。以八年級學生為例，其信息與技術素養評估的三個領域情境各不相同（見表1[4]），在每個領域對應的子領域（及情境下）下，又包含著相應的核心原則和具體的情境描述（見表2[4]）。

1.4 實踐方面

實踐是技術與工程素養的重要內容。在ICILS 2018方面，雖未明確提出“實踐”這一概念，但其著重強調“在學習中使用數字技術”，并提出“使用計算機進行調查、創造和交流的能力，以便在家庭、學校、工作場所和社會生活中有效參與”，突出數字技術運用的重要性，足見其對“實踐”的重視程度。而在TEL 2018層面，將“實踐”定義為“對學生技術與工程思維及推理的期望”，即期望學生在實際生活中展現出其對技術知識和技能的理解和運用。TEL強調學生所進行的實踐活動是帶有“普遍性”和“跨領域”特點的推理過程，并將其分為“理解技術原則”“設計方案與實現目標”以及“交流與合作”[1]。由此可見，ICILS 2018與TEL 2018均重視“實踐”的作用，即要培養一個精通技術與工程知識，且思維活躍、推理和行動能力強的人。

此外，評估的內容領域、實踐和情境三者構成了TEL 2018評估的三維架構。由圖3[4]可知，整個架構由內到外分別為三個內容領域、三個實踐目標和三種情境。其中，內容領域構成了一個三面金字塔，顯示了其基礎作用。而最外側為情境，充分展現了“內容領域與實踐都依賴于情境的實現”這一理念[9]。

2 項目特點的比較

2.1 試題類型分布

ICILS 2018針對計算機與信息素養（CIL）和計算思維（CT）兩大內容領域，采用“模塊”概念，將整個測評分為CIL和CT兩個測試模塊，并將相關模塊劃分為六種任務類型，其中：CIL測試模塊包含基礎信息響應任務（Information-Based Response Tasks）、技能任務（Skills Tasks）、編輯任務（Authoring Tasks）；CT測試模塊包含非線性系統傳輸任務（Nonlinear Systems Transfer Tasks）、仿真模擬任務（Simulation Tasks）、可視化編碼任務（Visual Coding Tasks）。ICILS 2018題型主要為情境任務題，按照難易程度和耗時長短，可分為簡短任務、持續性任務等類型。一般來講，學生有120分鐘的時間完成整個測評的四個模塊。

TEL 2018主要包含兩種題型：一是基于場景的任務題（Scenario-Based Item Sets，SBT）；二是傳統的獨立題（Discrete Item Sets）。其具體的時間及反應類型見表3[4]。

在TEL 2018評估中，基于場景的任務題（SBT）通過構建真實世界的場景，使學生處在宏觀的背景之下，著重強調學生“必須使用ICT工具來分析技術對人類社會的影響”，最為典型的就是計算機交互任務，即計算機構建相關虛擬情境，學生在相關提示下通過操作計算機來逐步完成相關任務。可見，SBT任務可以“復制”生活中可能遇到的真實情況，從而為學生提供“其他類型評估任務中無法展現的真實性”，大大提升了評估的有效性。但在SBT任務中，由于相關問題多與同一場景相關，導致許多度量相互依賴，為抵消這種相互依賴性并確保可靠性，TEL 2018還采用了傳統的獨立題（Discrete Item Sets），包含10～15個獨立項目，并通過建構或選擇的響應類型，讓學生在60分鐘內完成。

在評分方面，ICILS 2018與TEL 2018均采用評分量規（Scoring Rubric）對學生的答案進行測評，根據學生答案中所包含答題要點的多少，由高到低分為三個層次，分別給予滿分、部分分和零分。

2.2 試題編制方式

評價試題的編制是評估體系的核心。ICILS 2018試題是根據其測評目標進行編制，測評內容在其評估框架中有詳細規定。而TEL 2018遵循NAEP的試題編制的依據，主要根據《美國國家科學教育標準》和《科學素養基準》兩個基本文件，基于學生的“表現期望”（Performance Expectation），編制相關測評試題。由試題引發出學生相關反應，以此作為測評學生科學素養的依據（見圖5）[2]。此外，TEL 2018特別強調測評時間分布的整體平衡，如在內容領域，四年級強調信息與通信技術，八年級強調設計與系統，而十二年級則注重信息與通信技術、設計與系統間的平衡。具體的時間占比見表4[4]。

2.3 相關比較

基于探究ICILS 2018與TEL 2018兩個評估框架之間異同的目的，美國國家教育統計中心（NCES）于2018年對兩個評估相關項目（主要涉及八年級學生）進行編碼，具體為：ICILS 2018包含113個基于場景的測試題（SBT）；TEL 2018包含184個項目，其中：基于場景的測試題（SBT）107題，獨立題77題（見表5、表6）[10]。

接下來，按照主題、實踐、情境、評分級別、評分方法對兩個評測項目進行比較。

2.3.1 相關主題（科目）

“相關主題（科目）”是指測評內容（或題目）所涉及到的相關科目，如數學、科學、藝術等。通過相關科目的講授、學習，可以更好地評估學生所需的內容及能力。由表7[10]可知：在ICILS 2018方面，有近一半（49%）的項目進入計算機科學。在TEL 2018方面，SBT任務中，有41%的項目進入科學，34%進入社會研究；獨立題中，均有43%的項目進入科學和社會研究。可見，ICILS 2018側重于計算機科學，而TEL 2018則側重于科學和社會研究領域方面，這與其各自的評估框架目標是一致的。

2.3.2 實踐

TEL 2018明確提出“實踐”是其評測框架的主要組成部分，而ICILS 2018未明確提出“實踐”這一詞。為了更好地進行比較，美國國家教育統計中心（NCES）把ICILS相關項目也進行了編碼（見表8）[10]。由表8可知，兩個評估框架均強調方案制定和目標實現的重要性。

2.3.3 情境（上下文）因素

情境（上下文）因素是影響測評的重要因素，兩個評估項目所涉及到的情境因素編碼情況見表9[10]。ICILS 2018中，有一半的項目是在娛樂及課外活動的情境下提出的。而TEL 2018項目則涵蓋了更多的上下文因素，如政府、工業、工程和商業等。

2.3.4 評分級別

ICILS 2018與TEL 2018均采用評分量規（Scoring Rubric）對學生的答案進行測評，即根據學生答案中所包含的答題要點由高到低分為三個層次（多個級別），分別給予滿分、部分分和零分。由表10[10]可見，在ICILS 2018中，分別有42%的項目有兩個或三個評分級別，有約10%的項目有八個或更多的評分級別。在TEL 2018 SBT任務中，大約一半（47%）的項目有三個評分級別，只有4%的項目有五個或六個評分級別。對于TEL 2018獨立題，只有兩個和三個評分級別，其中60%的項目只有兩個評分級別，這意味著學生要么得到全部學分，要么得到零分。

2.3.5 評分方法

關于評分方法，ICILS 2018與TEL 2018 SBT任務是較為相似的：大約一半為機器評分，一半為人工評分。而在TEL 2018獨立題中，機器評分的比例（62%）遠高于人工評分（38%）（見表11[10]）。

總之，兩項評估具有很多相似的特點，如均包含“領域”“情境”兩大維度，并采用“分層”概念，確立核心領域并劃分具體的子領域；均高度重視“情境”（上下文）因素的作用，采用“基于場景的測試題（SBT）”這一題型，并使用評分量表加以評判等。然而，兩項評估又存在許多不同，如評估重點上，TEL 2018更注重技術和工程整體素養，而ICILS 2018更側重計算機和信息素養；試題設置上，TEL 2018除SBT任務外，還配置了相當數量的獨立題等。

3 相關啟示

就我國技術與工程素養評估而言，當前存在“評測目標籠統”“重知識輕實踐”“評價模式傳統”“試題類型單一”“輕視過程性評價”“忽視非正式環境作用”等問題。為解決上述問題，實現“以評促教”“以評促學”的評測目的，通過ICILS 2018與TEL 2018評估框架的比較，可以得出以下啟示。

3.1 統一課程標準，重視評估體系構建

2017年，教育部頒布《小學科學課程標準》，將技術與工程作為一個獨立領域納入課程體系，標志著我國科學教育特別是技術工程教育進入了一個新的發展階段。但學前、中學階段尚未有相應的政策規定，造成學前、小學、中學三個階段技術與工程教育的“脫節”。對我國而言，為達到“從幼兒階段便開始以螺旋式上升的方式提升學生的技術與工程素養”的目標，制定學前、小學、中學統一連貫的技術與工程課程標準是十分必要的[11]。而課程標準的實施成效需要一定的評測予以展現，如TEL 2018重點評估四年級、八年級和十二年級學生，形成了小學及中學一以貫之的評價體系，有力保障了學生技術與工程素養培養的連續性。同時，針對我國學生的技術與工程素養評估“數量龐大”“復雜度高”的特征，我國需要借鑒ICILS及TEL“由專門的機構實施推進”的經驗，建立自上而下的評估領導、組織、執行體系，構建科學有效的評估體系，強化政府、學校、家庭的交流合作，保證學生技術與工程素養評估的持續有效推進。

3.2 明確評估目標，構建評估三維結構

為實現教育部《小學科學課程標準》（2017版）明確提出的具體的技術與工程領域的學段目標，取得“了解技術是人類能力的延伸，技術是改變世界的力量，技術推動人類社會的發展和文明的進程”[12]的效果，我國技術與工程素養評估體系的構建應當秉持“以人為本”理念，實施差異化的評測定位和發展目標，進一步細化評測目標的層次，如借鑒ICILS 2018和TEL 2018設立“維度”的概念，通過構建“內容”“情境”及“實踐”三維結構，凸顯“評測學生技術與工程知識掌握及運用水平高低，全面提升學生的技術與工程素養”的目標。建立協調一致的評估框架是評估得以實施的重要基礎，如在內容方面，可以借鑒兩個評估體系“分層”的方式，確立核心領域并劃分具體的子領域，并參照TEL 2018技術與社會（TS）、設計與系統（DS）及信息和通信技術（ICT）的領域劃分，使得學生充分理解現實問題，提出相應解決方案，并通過利用信息技術等手段進行實際操作，解決實際問題。

3.3 營造真實情境，評測解決問題能力

《中國STEAM教育發展報告》認為，STEAM以解決真實世界的問題為導向，以工程和技術為核心。但長期以來，我國學科教學過程中，呈現出“忽視情境”“缺少實踐”及“高分低能”的傾向，即重視知識傳授，忽視動手實踐。而實踐是技術與工程素養的重要內容，又與相關情境緊密相連。ICILS 2018及TEL 2018明確提出：“上下文情境是其評估的重要方面”，“內容與實踐都依賴于情境的實現。”ICILS 2018和TEL 2018均采用“基于情境的任務”，將需要評估的內容，如知識、能力等融入模擬的現實問題中，通過解決問題的系列活動，從而評估出學生的“技術原則的理解度”“方案設計的有效度”和“交流合作的協同度”。為此，在評估中需要構建真實的情境，積極評測學生的實踐能力。評估前，通過問卷等形式，了解學生所處的學校環境、家庭環境以及學生個人因素，從學生的實際出發，制定科學可行的評估內容及學習任務。評估中，讓學生在特定環境下進行評估，更好地激發學生對科學知識的求知欲，重點評測學生合理運用相關知識，采用多種方法收集、解釋數據，提升自身解決實際問題的能力。評估后，要對學生的評測信息進行及時的分析挖掘，總結經驗，彌補不足。

3.4 科學編制試題，凸顯評測整體平衡

試題編制是評估體系的核心。在我國，科學素養試題的編制以課程標準為基礎，這與TEL 2018“根據《美國國家科學教育標準》和《科學素養基準》兩個基本文件進行試題編制”不謀而合，均強調試題編制要體現出“對國家課程標準所規定要求的具體量化”。但不同的是，TEL 2018更加注重以“任務驅動”和“問題解決”作為學習和研究活動的主線，基于學生的“表現期望”（Performance Expectation）編制相關評測試題，并通過試題引發出學生相關反應，以此作為評測學生素養水平的依據，取得了良好的效果。為此，在我國技術與工程素養評估試題編制過程中，要積極貫徹“將評測能力外顯為具體化、可測量的行為”的理念。首先，要重視評測的“整體平衡性”。根據學生的實際與相關表現期望，規劃并建構相關的評估內容、實踐、題型及反應類型，將相關評估難度按年級順序依次遞增，從易到難。同時，合理分配相關主題（科目）的比例，體現跨學科知識及方法的融合，平衡自然科學與社會科學等主題及“基于場景的測試題（SBT）”題型的使用比例等。其次，試題類型應當多樣化。通過情境任務題（SBT）構建真實世界的場景，將學生置于特定背景之下，促使其制定相應實施方案，更具有現實性與社會性。此外，在充分發揮情境任務題（SBT）優勢的基礎上，結合傳統試題，通過不同題型的組合更全面地評估學生的技術與工程素養狀況，從而實現新穎性、獨立性和可靠性的融合。

3.5 注重人機交互，增強學生“現實體驗”

當前，我國科學素養評價方式仍然較為單一，主要集中于標準化測驗（如紙筆測試）、量表設計及問卷調查等傳統方式[13]。伴隨信息技術的發展，具備良好的ICT能力日益成為學生的基本素養之一，學生的知識與能力已不能簡單地通過一張試卷或一份問卷進行衡量。以計算機為依托的評測項目，憑借其人機交互與虛擬現實的特點，已成為ICILS 2018、TEL 2018等國際主流評測框架的發展方向。為此，在我國技術與工程素養評估體系構建中，要以計算機交互任務為主要評測方式，積極創設現實問題情境，通過虛擬任務，增強學生的“現實體驗”，考查學生信息技術的實操作能力，衡量學生利用信息技術工具解決真實問題的能力，促進技術與工程素養內化為學生知識經驗的內在組成部分，從而打破傳統紙筆測試的局限性，取得“評測過程也是不斷學習新知識的過程”的效果[14]。此外，要充分發揮計算機ICT技術數字智能、實時存儲及省時省力的優勢，推廣大規模評測，存儲海量信息，以供后續深入挖掘。

3.6 強化過程評價，實現評定“質”“量”結合

長期以來，我國關于科學素養的評價評分標準主要體現出“量化評定”的特點，即學生通過完成相關紙筆測試或問卷調查，得出具體分數并以此作為素養高低的衡量依據。這種量化評定方式在操作程序上簡單易行，便于大規模評測的開展與實施，但由于各個評測試題編制的理念、方式不同，導致評估結果效度不高，可解釋性較差。而ICILS 2018與TEL 2018采用人工評分與機器評分相結合的方式，并使用專門的評分指南即評分量規（Scoring Rubric）對學生的答案進行評測，實現了技術與工程素養評價量與質的結合。為此，我國在評價標準的制定上，要在運用量化方式進行評價的基礎上，更加注重開展形成性評價質性評價標準的構建，如利用計算機的情境任務，并結合檔案袋等形式對學生的信息素養進行過程性評價。同時，應當積極借鑒ICILS 2018與TEL 2018“評分方式、級別與題型相對應”的特點，針對不同的題型，平衡人工評分、機器評分的比例，并合理安排評分級別，從而實現科學高效的評測。

3.7 重視非正式環境，改進后續教學

ICILS 2018及TEL 2018均重視上下情境及非正式環境因素[15]。特別是ICILS 2018強調校內外不同影響因素，讓學生通過自身不同知識經驗來解決系列問題，主要涉及到宏觀環境、學校環境、家庭環境以及學生個人因素。國家層面，需要為技術與工程教育提供良好的教育資源支持，建議加大信息基礎設施建設力度，并出臺全國性文件，指導各級部門、學校研發或開展更多的技術與工程課程項目。學校層面，合理安排課程設置，增加技術與工程課程開設節次，如將選修改為必修，破除“輕視技術和工程”現象；強化教師專業培訓，如學習大數據、學習分析等技術，增強“以人為本”的培育理念，精準提取學生學習需求，為后續開展科學有效的教學設計做好準備。家庭層面，由于學生原生家庭的背景，如收入等具有一定的穩定性和差異性，在短時間內難以得到改變。為此，可以采取家校合作機制，如在收集學生家庭相關信息的基礎上，圍繞技術與工程特別是學生計算思維發展等問題，為受教育程度相對不高（主要指學士以下）的家長提供切實可行的咨詢和建議，提升其對技術與工程教育的重視程度。

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Abstract In order to promote the development of China′s technology and engineering education，improve the level of students′ scientific and technological literacy，and achieve "promoting teaching by evaluation" and "promoting learning by evaluation".We should proceed from the frame goal and the characteristics of the project，by comparing and analyzing the similarities and differences between ICILS 2018 and NAEP TEL 2018.It is concluded that there are some similarities between the two models in dimension division，emphasis on context，and the use of gauges，and there are different conclusions in the aspects of assessment emphasis，distribution of test questions and compilation basis. Combining with the reality of our country，this paper puts forward the development ideas of science and technology literacy evaluation in the future：unify curriculum standards to build an assessment system;clarify assessment goals and build a three-dimensional structure;create a real situation and improve solving capabilities;highlight the overall balance and scientifically prepare test questions;pay attention to humans and machines Interaction，augmented reality experience;strengthen process evaluation to achieve the combination of "quality" and "quantity";attach importance to environmental impact and improve follow-up teaching.

Keywords ICILS 2018;TEL 2018;technological and engineering literacy;comparative study

[責任編輯 馬曉寧]