数学和科学基础教育的国际比较

贺飞  北京大学

这几天，科学网很多博客关注基础教育，一些博主重点介绍了学生国际评估计划(PISA)的相关情况。美国科学基金会（NSF）每两年一卷的《科学与工程指标》中每次也都会比较了全球各国数学与科学基础教育的现状，除了PISA外，还涉及国际数学和科学学习趋势(TIMSS)的比较。2014年报告的相关情况简要介绍如下。

1995年首次执行的TIMSS，每隔4年评估4年级和8年级学生的数学和科学成绩。TIMSS已经进行了5次，最近一次是在2011年。全美超过1000所学校的超过20,000名学生在2011年春参加评估, 还有62个国家和地区将近50万其他学生也参与评估。TIMSS设计用来测试学生特定的数学和科学主题的知识，同所参与的教育系统的课程系统密切相关。评估框架包括两个维度：内容领域的的数学和科学的主题评估以及认知领域的期望学生对所学数学或科学内容的技能评估(例如，知识，应用和推理)。数学的评估内容包括算术，几何形状和测量，数字显示(4年级)；算术，代数，几何，数据和机会(8年级)。科学的评估内容包括生命科学，物质科学，地球科学(4年级)；生物学，化学，物理，地球科学(8年级)。在内容领域的每一主题内，学生被评估的技能有多种，包括其事实、概念和程序的知识；应用这些事实、概念和程序解决问题；以及推理(即解决不熟悉、复杂或多步问题)。尽管4年级和8年级的内容不同，反映了每个年级的数学和科学教育的性质和难度，认知领域在每一年级和课程水平是相同的。

国际数学和科学学习趋势(TIMSS)以及学生国际评估计划(PISA)都可以比较美国和其他国家学生的数学和科学成绩。但这两项评估略有差别，包括研究目的、学生测试的年龄、测试内容以及参与国家的数量等。4年级和8年级的目标学生不考虑其年龄，TIMSS测试聚焦学生的技能和知识应用，与其在学校遇到的任务。相比之下，PISA测试评价15岁学生应用数学和科学技能和信息来解决日常生活中遇到的实际问题的能力。

4年级和8年级学生TIMSS的数学成绩

美国2011 TIMSS数学评估4年级平均分为541，8年级为509 (图1)。两项分数均高于国际TIMSS平均分，每一年级均设定为500,分数按0到1,000的尺度报告，并且TIMSS尺度的平均值设定为500，标准偏差设定为100。在参与2011年TIMSS4年级数学评估的50个国家/地区中，美国的数学平均分在前13位(其中7国高于美国，5个没有差别)，超过37个国家和地区。最高分—新加坡、韩国和香港(中国)—它们的平均分均在600以上。

图1   2011年4年级和8年级学生TIMSS数学平均分

数据来源：Science and Engineering Indicators 2014

对于8年级，美国数学平均分低于6个国家/地区，与7国分数没有差别，高于其余28个国家/地区，美国8年级数学排名在前14。韩国、新加坡和台北（前3名）学生的平均分都至少高出美国8年级学生平均分100分(609−613 对509)。

自1995年第一次TIMSS数学评估的16年来，美国4年级和8年级学生的分数和国际排名均有上升。这里，每一科目和年级的TIMSS尺度最初在1995年的TIMSS中设定为所有参与国家和地区的平均分数为500。自那以后的TIMSS评价调节成绩数据以便能够进行评价之间的比较。这样，例如，2011年四年级数学分数为500，等价于1995、1999、2003或2007的数学分数500。在4年级，2011年的数学平均分为541，高出1995年（518分）23分。不仅美国4年级数学分数上升，美国相对其他国家的位置也上升了。在17个参与1995和2011年4年级TIMSS数学评估的国家中，1995年7国超过美国，而2011年仅有4国超过美国。在8年级，美国2011年平均分为509，高于1995年分数（492）17分。美国8年级数学成绩的相对位置在此期间也在16个参加1995年和2011年8年级学生TIMSS数学评估的国家中也上升，2011年有5个国家超过美国，较1995年的8个国家减少。

4年级和8年级学生TIMSS的科学成绩

2011年，美国4年级和8年级学生的科学平均分(分别为544和525)均高于国际TIMSS平均尺度(500) (图2)。在4年级，美国位于前7国家/地区，在总计50个参与国中超过了43个。韩国、新加坡、芬兰、日本、俄罗斯和台北的学生分数超过美国(552−587 对 544)。在8年级，美国科学平均分525低于这8个国家/地区，高于29个，与其他4个没有测量差别。

图2  2011年4年级和8年级TIMSS科学平均分

数据来源：Science and Engineering Indicators 2014

相比于两个年级均有明显上升的数学趋势，美国学生在TIMSS科学测试的平均分，4年级学生自1995年保持不变，而8年级学生提升12分。美国4年级和8年级学生的国际位置没有提升。在17个同时参与1995和2011年4年级TIMSS科学测试的国家和地区中，2011年有3个超过美国，而1995年有2个；在8年级，两个年份分数超过美国的国家数量均为6个。

参考文献：National Science Board. 2014. Science and Engineering Indicators 2014. Arlington VA: National Science Foundation (NSB 14-01).

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