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TIMSS中的科学素养

2012-08-31 |浏览:4195次 | 编辑: 加载失败
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(原载: 《外国中小学教育》2001年第1期)

TIMSS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。

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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。

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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23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。

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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。

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1D5作为样题分析于后。

1 地球科学部分的科学素养测试

B10

大气

理解复杂的信息

温室效应

B11

太阳系中的地球

发展解释能力

日食

C19

物理循环

发展解释能力

水循环

D5

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。

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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。

2 生命科学部分的科学素养测试

1)人类生物学

B3

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

变异和遗传

人类生物学和健康

理解简单信息

基因传递

B13

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

器官、组织

人类生物学和健康

理解复杂信息

血型和输血

D3

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

营养

理解简单信息

水果和蔬菜

B8

生物群落和生态系统

理解简单信息

生态系统

C14

器官和组织

理解简单信息

树的年龄

C18

能量处理

组织表达数据

解释光合作用的实验

D1

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)

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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3D2作为样题分析于后。

3 物理科学部分的科学素养测试

1)能量

B1

能量类型

理解复杂的信息

能量类型的转变

B6

能量类型

理解复杂的信息

能量变化

C17

能量类型

理解简单信息

功率的含义

D4

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

化学变化污染

理解简单信息

酸雨的原因

BS

物理性质

解释数据

水中物理的重量

B9

建构、解释和应用模型

电路

B12

核化学

发展解释能力

半衰期概念

C15

波现象

理解简单信息

辐射和日晒

C16

热量和温度

发展解释能力

体温和浅色衣服

C20

热量和温度

发展解释能力

开水的温度

D2

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。

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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4A11作为样题分析于后。

4 推理和社会应用部分的科学素养测试

A1

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

污染大气

理解简单信息

氟里昂的危害

A6

生命的互相依赖性

理解复杂信息

生物控制

A7

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

科学、技术和社会

解释数据

对工业创造力的评价

A11

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。

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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。

1Robitaille, D.,et a1.Curriculum Frameworks for Mathematics and Science. Vancouver, 1993.

2Miller, 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》352-54,1999

4)魏冰,“STS与理科课程改革”,《比较教育研究》233-35. 1999

 

 


(责任编辑:王翔)


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