第三次國際數學和科學研究的科學探究能力評價體系及其啟示

作者簡介：羅國忠，副研究員，生于1968年9月，廣西教育學院教研部物理教研員，兼廣西教育學會物理教學專業委員會秘書長。主要研究中學物理教學與科學探究能力評價，在《中國教育學刊》等刊物上發表論文20余篇，在陜西師范大學出版社等主編與合編著作6本。

摘 要：本文主要介紹第三次國際數學和科學研究的科學探究能力評價體系，并討論其對我國科學探究能力評價的借鑒意義。

關鍵詞：TIMSS；科學探究能力；評價；工作單

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2007)6(S)-0001-2

在20世紀70、80、90年代，國際教育成就評估協會（IEA）分別進行了三次大規模的科學研究，即第一次國際科學研究（FISS）、第二次國際科學研究（SISS）、第三次國際數學和科學研究（TIMSS），它們都包含了科學探究能力評價，這里主要討論90年代的TIMSS。TIMSS評價對象是來自美國、英國、加拿大、挪威、新加坡等19個國家9歲、13歲以及初中畢業年級的學生（Garden，1999； Harris， 1999； Zuzovsky， 1999）。^{［1］［2］}

1 第三次國際數學和科學研究的科學探究能力評價體系

1．1 評價目標

TIMSS對科學探究及其能力的基本假設是：盡管科學探究能力復雜，但其包含一些要素能力，并且這些要素能力相對穩定，可以可靠地被測量出來。因此，為了確保評價任務的開發有據可依，以及評分可靠，TIMSS把科學探究能力解析成一系列要素能力，其評價目標把這些要素能力分成兩部分：①常規程序；②探究自然世界。這兩部分側重點不同，第一部分側重于常規的實驗能力，包括使用儀器、設備和計算機、做常規的實驗操作、收集數據、組織和呈現數據、解釋數據；第二部分側重于探究能力，包括找出要探究的問題、設計探究方案、做探究、解釋探究數據、從數據中形成結論。

1．2 評價任務

對于科學探究能力的評價方式，現場觀察被國際科學教育界公認為最有效的，但其高成本卻制約了其大規模的廣泛使用，更多的國際評價項目則采用更低成本的工作單。所謂工作單（worksheet），即讓一群學生動手探究，同時把探究過程和結果寫在一張紙質單子上，然后評分者按照評分標準進行延時評價。有研究發現，如果學生已經做了探究，那么其工作單能可靠地記錄其探究過程和結果（Woolnough Toh，1990）。^［3］

TIMSS也采用工作單來評價科學探究能力。TIMSS有12個探究任務，包括科學和數學各5個，科學和數學結合2個。這12個任務安排在9個工作臺，每個工作臺安排一個長任務或兩個短任務，長任務主要是開放性任務，短任務主要是常規程序性任務，長任務探究時間為30分鐘，短任務探究時間為15分鐘。在兩個短任務中，一個是數學任務，一個是科學任務。9個學生為一組，每個學生只需訪問其中的3個工作臺，做4~5個任務，共需90分鐘。

每個任務的工作單包括材料單、指導語和探究框架。表1、表2給出了兩個長探究任務的探究框架（材料單、指導語略）。

這個任務評價的能力包括：按照程序操作、觀察、構建表格、記錄數據、把數據轉換成圖、從圖中獲取信息、概括結論。

在這個任務中，學生在前半部分并沒有經歷自主假設、制定探究方案等過程，而是按照既定的程序進行操作，只是在后半部分才能自主地記錄數據、轉換數據、分析數據。總體而言，這個任務的探究程度不高，類似于菜單式實驗。

這個任務評價的能力包括：設計方案、操作、觀察、構建表格、記錄數據、概括結論、解釋結論、方案修訂等。這個任務比上一任務更開放些，從方案制定到得出結論、解釋結論、方案修訂等全由學生自主建構。但是，與第一個任務一樣，都只有一個自變量，任務本身不復雜，缺乏挑戰性。

1.3 評分標準

TIMSS為每個探究任務開發了相應的評分標準。首先，把每個任務解析成若干探究步驟，諸如設計方案、使用器材、執行常規程序、數據收集、數據組織和轉換、數據分析、概括結論、應用等等，當然不是每個任務都全部具有這些步驟。然后，再把各步驟解析成一些關健成分，如對于“數據組織和轉換”步驟，解析成制作表格、數據的排序、坐標圖的標示和單位等關鍵成分，不同關鍵成分的權重不一樣，1、2、3分不等，視其復雜程度而定。最后，預評一些抽樣出來的工作單，對學生的各種建構反應進行歸類，把經常出現的建構反應類型用來做編碼，不經常出現的用作“其他”。這樣，每個編碼用兩個數字表示，第一個數字表示該成分的得分，第二個數字表示學生對該成分的建構反應類型，包括所用的方法、錯誤等。例如，對于某個關鍵成分，兩個學生的得分編碼分別為10和11，第一個數字1表示他們都得1分，第二個數字0和1表示不同的建構反應類型。

2 討論及啟示

從以上看到，TIMSS采用較低成本的工作單來評價科學探究能力。一般地，工作單可劃分為開放性工作單、結構性工作單和引導性工作單。開放性工作單只要求學生把探究過程和結果寫在空白的工作單上，沒有其他限制；結構性工作單要求學生按照工作單的提示結構寫上過程和結果；引導性工作單針對具體探究任務一步步地引導學生探究并寫在工作單上（Woolnough Toh，1990）。^［4］顯然，以上TIMSS的兩個工作單分別屬于引導性工作單和結構性工作單。

Woolnough Toh認為，如果工作單引導過多，可能有利于中下水平學生按照既定程序探究下去，也有利于他們描述探究過程和結果，但會使探究性實驗演變成了菜單式實驗，破壞了科學探究的整體性，難以體現學生真實的科學探究能力。^［5］但Germann Aram（1996）發現，開放性工作單沒有給出描述的框架，給學生提供自由發揮的空間，有利于高水平學生發揮創造性和靈活性，但不利于中下水平學生，中下水平學生失去了描述的框架，也難以體現他們真實的探究能力。^［6］因此，Donaldson Odom（2001）認為，采用哪種類型的工作單，不僅跟評價目的有關，也跟評價對象等有關。^［7］

應該說，TIMSS采用引導性工作單和結構性工作單，是充分考慮到了大多數學生實際探究水平的，這對我國中學生探究能力的評價無疑具有借鑒意義。受各種因素的影響，目前我國探究教學處于初級階段，學生探究經歷少，難以獨立完成探究，讓學生自主探究的開放性工作單顯然是不合適的。而引導式評價可能更適合于中下水平學生，有利于鼓勵和保護中下水平學生的探究熱情，但可能會束縛高水平學生的靈活性。相對而言，結構性工作單處于開放性工作單和引導性工作單之間，它給出描述的框架結構而不是探究的操作步驟，讓學生按照框架把探究過程和結果描述下來，但它不引導學生的探究，因此能保持實驗的探究性。可以預計，隨著探究教學的深入開展，學生探究能力的逐步提高，可以逐步發展到適度開放的工作單。

參考文獻：

［1］Garden，R.A. Development ofTIMSS performance assessment tasks. Studies in Educational Evaluation，1999，25(3):217-241.

［2］Zuzovsky，R. Problematic aspects of the scoring system of the TIMSS performance assessment:Some examples. Studies in Educational Evaluation，1999b，25(3): 315-323.

［3］［4］［5］Woolnough，B.E.， Toh，Ka. Alternative approaches to assessment of practical work in science. School Science Review，1990，71(256):127-130.

［6］Germann，P.J.， Aram，R.J. Student performances on the science processes of recording data， drawing conclusions， and providing evidence. Journal of Research in Science Teaching， 1996， 33(7):773-798.

［7］Donaldson， N.L.， Odom，A.L. What makes swing time? A directed inquiry-based lab assessment.?Science Activities， 2001，38(2):29-33.

(欄目編輯廖伯琴)