計(jì)算機(jī)和紙筆測試對科學(xué)能力表現(xiàn)影響述評

柏毅 陳航洋

摘要科學(xué)能力是科學(xué)素養(yǎng)的核心，是公民終身學(xué)習(xí)的必要條件?！皥?jiān)持能力為重”是當(dāng)前基礎(chǔ)教育的重要指導(dǎo)思想。紙筆測試和計(jì)算機(jī)測試結(jié)合問卷調(diào)查比較分析來得出學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)是PISA評測中常用到的評測模式。直接對比是探究評測方式差異性的常用方式。本文從采用靜態(tài)紙筆測試和計(jì)算機(jī)模擬測試的學(xué)生在科學(xué)能力表現(xiàn)上的差異，ICT的熟悉程度是否最終影響學(xué)生的科學(xué)能力表現(xiàn)這兩個方面展開論述。

關(guān)鍵詞 科學(xué)能力 科學(xué)素養(yǎng) 評測模式

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.24.034

A Review of the Impact of Computer and Pen and Paper Tests on the Performance of Scientific Ability

BAI Yi， CHEN Hangyang

（Research Center for Learning Science， Southeast University， Nanjing， Jiangsu 210096）

Abstract： Scientific ability is the core of scientific literacy and a necessary condition for citizens’ lifelong learning. "Attaching importance to ability" is an important guiding ideology of current basic education. Paper pen test and computer test combined with questionnaire survey and comparative analysis show that students’ sci？ entific literacy is a common evaluation mode in Pisa evaluation. Direct comparison is a common way to explore the differences of evaluation methods. This paper discusses the differences in students’ scientific ability perfor？ mance between static paper pen test and computer simulation test， and whether the familiarity of ICT ultimately affects students’ scientific ability performance.

Keywords： scientific ability； scientific literacy； evaluation mode

教育大數(shù)據(jù)時代發(fā)展迅猛，信息通信技術(shù)（ICT）嵌入實(shí)際評測過程中越來越得到關(guān)注和應(yīng)用。學(xué)習(xí)者表現(xiàn)出超越傳統(tǒng)核心學(xué)科的與信息、媒體和技術(shù)相關(guān)的一般技能，借助ICT的人機(jī)交互呈現(xiàn)模式，動畫模擬體現(xiàn)出學(xué)生和教學(xué)情境之間的交互性，除此之外ICT還能模擬許多動態(tài)過程以及潛在的發(fā)生機(jī)制（例如，光合作用，光的傳播、滲透，化學(xué)反應(yīng)前后粒子變化）。在經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）牽頭實(shí)施的國際評測項(xiàng)目（PISA）當(dāng)中就設(shè)計(jì)了針對學(xué)校和學(xué)生的ICT熟悉度的測量問卷，以測量各國學(xué)生的ICT的獲得度及其對科學(xué)素養(yǎng)的影響。先前的ICT對學(xué)生學(xué)習(xí)的研究考察了ICT及相關(guān)因素（例如，ICT的可用性或?qū)CT的態(tài)度）與學(xué)習(xí)結(jié)果的關(guān)系。然而家庭和學(xué)校對ICT的可用性和態(tài)度對學(xué)業(yè)成就的影響可能因?qū)W科、性別或年級而不同。因此對ICT在評測中的使用與結(jié)果的比較分析可以從學(xué)生自身（如對ICT的感知、對ICT的興趣）以及外部條件（社會經(jīng)濟(jì)、ICT的日?？色@得性）等方面進(jìn)行探究。本文據(jù)此從以下兩個問題展開論述：采用靜態(tài)紙筆測試和計(jì)算機(jī)模擬測試的學(xué)生在科學(xué)能力表現(xiàn)上的差異，ICT的熟悉程度是否最終影響學(xué)生的科學(xué)能力表現(xiàn)。

科學(xué)能力概述

科學(xué)能力是科學(xué)素養(yǎng)的核心，是公民終身學(xué)習(xí)的必要條件。近幾十年來，科學(xué)教育的發(fā)展趨勢是越來越重視以能力為基礎(chǔ)的課程和教學(xué)?！皥?jiān)持能力為重”是當(dāng)前基礎(chǔ)教育的重要指導(dǎo)思想。學(xué)生是發(fā)展中的人，其科學(xué)素養(yǎng)處在不斷的動態(tài)變化之中，這也催生對科學(xué)能力評價方式的不斷探究。例如，臺灣科學(xué)教育課程大綱K-12強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生探究能力包括思維能力和解決問題的能力。美國“科學(xué)能力計(jì)劃”致力于科學(xué)能力過程性評價的研究，為進(jìn)一步優(yōu)化和擴(kuò)大中小學(xué)科學(xué)課程的學(xué)科能力研究給予方法論意義上的參考。德國采用了復(fù)雜多維能力素質(zhì)模型來促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。在PISA科學(xué)素養(yǎng)評測框架中，一個反思的公民需要具備科學(xué)能力，以參與科學(xué)相關(guān)的問題，并參與關(guān)于科學(xué)和技術(shù)的理性討論。PISA系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)了三種科學(xué)能力：科學(xué)地解釋現(xiàn)象（如：應(yīng)用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)知識，做出并證明適當(dāng)?shù)念A(yù)測，提供解釋性假設(shè)），評價和設(shè)計(jì)科學(xué)探索（如：在特定的科學(xué)研究中進(jìn)行探索，提出和評價科學(xué)探索特定問題的方法），科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)（如分析和解釋數(shù)據(jù)并得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，評估不同來源的科學(xué)證據(jù)）。

評價因素分析

PISA 2021中ICT框架的主要目標(biāo)是全面描繪15歲學(xué)生對ICT資源的可用性及使用情況，學(xué)生自我報(bào)告使用ICT的熟練程度，記錄學(xué)生如何在校內(nèi)外獲取和使用ICT資源，并確定教師、學(xué)校和教育系統(tǒng)如何將ICT融入教學(xué)實(shí)踐。2018年國際學(xué)生評估項(xiàng)目ICT熟悉度問卷評估了學(xué)生對ICT的興趣、ICT的使用、使用ICT的感知能力和自主性以及社交媒體的使用。表1給出了在PISA 2018評測中圍繞學(xué)生、教師和學(xué)校這三個體系展開的問卷調(diào)查研究。其中，常見的評測維度如下。

1.ICT態(tài)度

態(tài)度是個體對特定對象（人、觀念、情感或者事件等）所持有的穩(wěn)定的心理傾向。這種心理傾向蘊(yùn)含著個體的主觀評價以及由此產(chǎn)生的行為傾向性。在PISA中對學(xué)生的ICT相關(guān)態(tài)度和傾向的評估主要圍繞六個方面的維度，分別是態(tài)度、價值觀和信念、任務(wù)表現(xiàn)、情緒調(diào)節(jié)、合作以及開放溝通。態(tài)度具有直接性和一定的間接性。直接性體現(xiàn)在我們對一件事情采取正面的態(tài)度，更傾向于去接觸這一事物。而間接性表現(xiàn)在，當(dāng)對與不感興趣相關(guān)聯(lián)的事物感興趣的時候，會間接培養(yǎng)起興趣。因此，對ICT的態(tài)度在一定程度上對學(xué)業(yè)表現(xiàn)結(jié)果具有導(dǎo)向作用。

2.ICT興趣

興趣因素在科學(xué)教育文獻(xiàn)中得到了廣泛的研究。在教育環(huán)境中，興趣被認(rèn)為是激發(fā)特定學(xué)習(xí)策略的重要方式。當(dāng)對某個情境感興趣時，學(xué)生往往會參與到該情境的學(xué)習(xí)活動中去。興趣并不是天生的，是由于對某種事物的了解和反復(fù)接觸后產(chǎn)生的；不是靠外界強(qiáng)制力量形成的，而是出于個人的強(qiáng)烈愿望建立和發(fā)展起來的。已有文獻(xiàn)表明，個體興趣對學(xué)習(xí)投入與科學(xué)素養(yǎng)的成就有顯著的預(yù)測作用。

3.ICT自我效能感

感知能力通常定義為特定學(xué)術(shù)或社會背景下的自我信念集合。自我效能感與一個人對未來導(dǎo)向的任務(wù)的信心或期望有關(guān)。PISA 2021提出了對學(xué)生ICT能力的自我效能評估。自我效能問題記錄了學(xué)生執(zhí)行各種任務(wù)的能力，這些任務(wù)涉及ICT框架中確定的能力領(lǐng)域。研究表明，ICT自我效能感和價值信念是學(xué)生選擇計(jì)算機(jī)選修課和在計(jì)算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域繼續(xù)研究的主要動力?；谝陨辖Y(jié)論，ICT可用來作為科學(xué)能力的一個預(yù)測因子。

4.在學(xué)校內(nèi)外使用ICT

由于ICT設(shè)備的普及，學(xué)生可以在學(xué)校內(nèi)外訪問數(shù)字媒體和設(shè)備，以獲得ICT技能和知識。根據(jù)PISA中對此的定義，校內(nèi)使用ICT主要集中在教師指導(dǎo)下的ICT使用，以及學(xué)校政策和學(xué)校對ICT應(yīng)用的外部設(shè)備支持。在校外對ICT的使用更多的是一種自然行為，比如休閑娛樂、閱讀新聞等。PISA對ICT使用從場所、ICT的使用頻率和一周累計(jì)時間以及ICT使用的類型三個角度做了進(jìn)一步的細(xì)化。先前有研究指出，校外使用ICT與學(xué)生學(xué)業(yè)表現(xiàn)之間的關(guān)系結(jié)果并不一致。Skryabin等人發(fā)現(xiàn)基于教育目的在家使用ICT對學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)成績有積極的影響。然而，Leung. F等人發(fā)現(xiàn)學(xué)生ICT在學(xué)業(yè)上的使用與學(xué)生在閱讀和科學(xué)方面的表現(xiàn)呈負(fù)相關(guān)。因此，ICT的使用對學(xué)生學(xué)習(xí)能力和結(jié)果的影響很大程度上取決于ICT使用的地點(diǎn)和信息通信技術(shù)使用的不同目的和動機(jī)。

5.ICT使用相關(guān)的自主性

自主性可以理解為對ICT使用的一種主動傾向性?；谧晕覜Q定理論，自主性是人類增強(qiáng)內(nèi)在動機(jī)的一種基本心理需求。自主性意味著能夠通過自我指導(dǎo)、自我組織和自發(fā)的方式從事活動，自主地建構(gòu)外在的科學(xué)知識進(jìn)而形成自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并逐漸發(fā)展為科學(xué)素養(yǎng)。從這個意義上說，與ICT使用相關(guān)的感知自主性是指個體在不受外部因素控制的情況下，自主地發(fā)起與ICT相關(guān)的活動。自主需求的滿足與內(nèi)在動機(jī)或?qū)W業(yè)動機(jī)顯著正相關(guān)。ICT使用的自主性與對待ICT的看法和態(tài)度以及自身的自我效能感都具有一定的內(nèi)在交互性。

評測方式研究結(jié)果及討論

紙筆測試和計(jì)算機(jī)測試結(jié)合問卷調(diào)查比較分析來得出學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)是PISA評測中常用到的評測模式。直接對比是探究評測方式差異性的常用方式。一項(xiàng)研究中，學(xué)生隨機(jī)被分組（組1：紙筆測試，組2：計(jì)算機(jī)測試，組3：計(jì)算機(jī)結(jié)合交互式動畫和模擬）來探討ICT變量與科學(xué)能力之間的關(guān)系，并結(jié)合問卷調(diào)查形式來收集學(xué)生對ICT的熟悉程度。

表2給出了上述三組不同測試方式分組下根據(jù)PISA科學(xué)能力三個分維度上的結(jié)果差異情況。結(jié)果表明，判斷差異性顯著與否指標(biāo)P值小于0.001，即三組學(xué)生的科學(xué)能力總體水平以及在科學(xué)解釋現(xiàn)象、評價和設(shè)計(jì)科學(xué)探究、科學(xué)解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)這三個分維度上，因紙筆測試和計(jì)算機(jī)測試方式的不同表現(xiàn)出了顯著性的差異。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，組1在三個分維度上表現(xiàn)均居于較高水平。學(xué)生在長期的紙筆測試中形成了較為舒適的應(yīng)試和思考環(huán)境，熟悉的測試環(huán)境有利于學(xué)生較快地完全沉浸到測試內(nèi)容中并進(jìn)行深度思考。此外，Unsworth和Chan得出結(jié)論，在計(jì)算機(jī)文本中，不同類型的圖像、語言關(guān)系對學(xué)生造成的困難程度是不同的。因此，上述因素都有可能導(dǎo)致參加計(jì)算機(jī)互動評估的學(xué)生成績較差。計(jì)算機(jī)的動畫演示能使抽象的過程直觀化，對發(fā)生機(jī)制和原因的理解更為透徹，因此在解釋證據(jù)上組3學(xué)生比組2學(xué)生表現(xiàn)得更加突出。但學(xué)習(xí)本質(zhì)是學(xué)生基于概念單位進(jìn)行自我建構(gòu)形成認(rèn)知加工模式的行為，一味地追求單純的動畫演示無法切實(shí)提高學(xué)生的元認(rèn)知，相反減少并簡化了學(xué)生主動的認(rèn)知加工。

其次，對ICT的熟悉程度是否會對科學(xué)能力表現(xiàn)造成影響，從而宏觀上表現(xiàn)出紙筆測試與計(jì)算機(jī)測試方式不同帶來的影響上，因此ICT的興趣起著對科學(xué)能力很強(qiáng)的預(yù)測作用（如上圖）。在興趣的支持下，學(xué)生更傾向去使用ICT并積極克服ICT可能帶來的困難。本研究的另一個值得注意的發(fā)現(xiàn)是，學(xué)生的ICT熟悉程度對其科學(xué)能力有微弱但顯著的影響，整體影響因子是0.18。評測方式的不同，在微觀上表現(xiàn)的差異不明顯，在宏觀上可能會表現(xiàn)出科學(xué)能力的顯著差異。PISA中通過對學(xué)生使用年齡的調(diào)查顯示“13歲及以上”第一次接觸電腦的學(xué)生（457分）比“10～12歲”第一次接觸電腦的學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)降低了62分。

根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，對ICT熟悉的學(xué)生在測試中對ICT測試環(huán)境認(rèn)知負(fù)荷更少，能夠更快調(diào)整測試環(huán)境不同帶來的心理變化，應(yīng)對場景變化顯得更為從容。除此之外，更早地接觸ICT，使學(xué)習(xí)者在處理ICT等數(shù)字界面的信息過程中建立起了更牢固順暢的感知和應(yīng)答回路。

啟示和思考

1.評測方式的選擇要考慮實(shí)用性和操作性

當(dāng)下的評測搭建更加強(qiáng)調(diào)集合化、系統(tǒng)化，但完整的科學(xué)素養(yǎng)評測還必須考慮到其實(shí)用性和操作性，僅僅使用計(jì)算機(jī)的虛擬情境是不足夠的。借助傳感器和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備并借助計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)的虛擬情境來進(jìn)行評測是未來科學(xué)素養(yǎng)評測的大方向。學(xué)生根據(jù)計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路并進(jìn)行搭建，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案選取合適的傳感器，借助實(shí)驗(yàn)傳感器與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時采集，電腦端安裝數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，學(xué)生對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，根據(jù)考察目的對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的整理分析和歸納。

在上述過程中，ICT平臺所體現(xiàn)的不僅是呈現(xiàn)試題方式的轉(zhuǎn)變，更是有機(jī)嵌入為最終的評測目的服務(wù)，評測學(xué)生的高階思維，在更大范圍內(nèi)克服傳統(tǒng)紙筆測試以及ICT評測模式的相對靜態(tài)化，克服僵化單一的ICT平臺使用，實(shí)現(xiàn)了對計(jì)算機(jī)評測的能動利用。

2.評測方式增強(qiáng)與評測內(nèi)容與目的的適切性

評測方式的選擇要根據(jù)學(xué)科性質(zhì)來進(jìn)行，紙筆測試使學(xué)生形成了很好的適應(yīng)模式，一味求新奇轉(zhuǎn)變評測方式，反而沒有紙筆測試和科學(xué)能力之間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，評測者應(yīng)該在充分考慮評測目的和內(nèi)容的前提下選取評測方式。在對知識概念以及探究過程等需要學(xué)生自主動手實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等的考查上，結(jié)合動畫等的ICT評測效果并不突出。正如上述數(shù)據(jù)分析得到的對ICT的熟悉度對科學(xué)能力存在顯著的影響，在評測內(nèi)容對ICT平臺要求不高的前提下，盡可能根據(jù)學(xué)生的ICT水平降低由于學(xué)生自身的因素導(dǎo)致的結(jié)果差異。

3.關(guān)注未來學(xué)生的ICT素養(yǎng)，培養(yǎng)呼應(yīng)教育大數(shù)據(jù)發(fā)展的人才

學(xué)生對ICT的興趣、對ICT的態(tài)度以及ICT感知都對科學(xué)能力有著顯著的正向預(yù)測，對ICT的熟悉程度也在一個較小范圍內(nèi)影響科學(xué)能力的結(jié)果。在教學(xué)中，教師要不斷提高ICT的理解和管理能力，在設(shè)備允許范圍內(nèi)在課堂中嵌入ICT和傳感器等設(shè)備，提高課堂的創(chuàng)新性和包容性，引導(dǎo)學(xué)生使用交流、探究、分享，逐漸認(rèn)識到計(jì)算機(jī)在科學(xué)學(xué)習(xí)中所扮演的角色，并有機(jī)整合計(jì)算機(jī)在科學(xué)探究中的作用。學(xué)校要制定相應(yīng)的校本政策，鼓勵計(jì)算機(jī)的合理使用，并充分考慮教師日常教學(xué)中的計(jì)算機(jī)使用需求，建立教師內(nèi)部以及師生之間基于合作的ICT使用模式?；诩夹g(shù)使用上的兩面性，使用ICT時面臨的安全問題是增加數(shù)字資源接觸必然會伴隨的，對學(xué)生使用ICT中面臨的網(wǎng)絡(luò)負(fù)面影響，學(xué)校要定期開展教育活動，并形成良性引導(dǎo)機(jī)制。

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