PISA閱讀素養(yǎng)子能力對數(shù)學(xué)與科學(xué)表現(xiàn)的影響
——以PISA2018中國四省市樣本數(shù)據(jù)為例

黃山 張一平

一、引言

PISA（Programme for International Student Assessment）是由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）主持的一項(xiàng)國際評估，主要針對義務(wù)教育完成階段的15歲學(xué)生，通過聚焦閱讀、數(shù)學(xué)、科學(xué)等關(guān)鍵領(lǐng)域的素養(yǎng)，測評學(xué)生對現(xiàn)實(shí)生活中機(jī)遇與挑戰(zhàn)的準(zhǔn)備程度[1]。被試學(xué)生除了接受這三科的能力測試外，還需完成一份包含個(gè)人背景及學(xué)習(xí)態(tài)度、動機(jī)等項(xiàng)目的問卷。

PISA測評于2000年首次舉行，其后每3年進(jìn)行一次，每次以閱讀、數(shù)學(xué)、科學(xué)中的一個(gè)領(lǐng)域?yàn)闇y評重點(diǎn)，2018年是第三個(gè)循環(huán)，重點(diǎn)是閱讀素養(yǎng)。PISA2018共有79個(gè)國家/地區(qū)參加，我國約有12000余名來自于北京市、上海市、江蘇省及浙江?。˙-SJ-Z）四省市的學(xué)生參加。我國四省市的閱讀、數(shù)學(xué)與科學(xué)的平均分均為參加國家/地區(qū)的首位[2]。

自2019年起，國內(nèi)學(xué)界對我國學(xué)生在PISA2018閱讀素養(yǎng)表現(xiàn)的研究日益增多。這些研究大體分為兩類：其一是非量化研究，主要介紹PISA2018閱讀評估的原理、方法和特點(diǎn)，及其對語文教學(xué)和試題編制帶來的啟示和借鑒；其二是對閱讀影響因素進(jìn)行量化研究，如陳純槿將影響因素區(qū)分為先賦性因素與自致性因素，并考察和比較兩類因素對我國四省市學(xué)生閱讀素養(yǎng)的影響[3]。也有學(xué)者聚焦某領(lǐng)域深入探討閱讀能力的影響關(guān)系，如張佳慧和辛濤側(cè)重主觀幸福感對學(xué)業(yè)表現(xiàn)的影響[4]，劉寶存等聚焦研究學(xué)校背景與學(xué)生背景對學(xué)生閱讀水平的影響[5]等等，從而為學(xué)生的學(xué)業(yè)輔導(dǎo)、教育政策的制定提供建議和參考。多數(shù)研究以PISA2018的閱讀素養(yǎng)能力的似真值①PISA各領(lǐng)域能力似真值的生成過程為：首先將每個(gè)領(lǐng)域中所有項(xiàng)目的參數(shù)固定為IRT的最終估計(jì)值，再利用多元潛在回歸模型，從多元潛在回歸模型估計(jì)的貝葉斯后驗(yàn)分布中為每個(gè)學(xué)生生成十個(gè)該領(lǐng)域的似真值（詳見PISA2018 Technical Reports，Chapter 9）。（Plausible Value）為因變量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

PISA2018閱讀、數(shù)學(xué)和科學(xué)三科測驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)研究不多。可以查閱到的往年P(guān)ISA的相關(guān)研究結(jié)果顯示，閱讀表現(xiàn)與數(shù)學(xué)表現(xiàn)、科學(xué)表現(xiàn)存在著高度關(guān)聯(lián)。例如PISA2015中國四省市數(shù)據(jù)中，閱讀和數(shù)學(xué)、科學(xué)的相關(guān)系數(shù)分別為0.84、0.90，而OECD對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)分別為0.78、0.86[6]。對于PISA閱讀、數(shù)學(xué)、科學(xué)表現(xiàn)的高相關(guān)，有學(xué)者解釋為這是因?yàn)殚喿x能力有助于處理問題理解過程中的語言語義學(xué)特征和文本復(fù)雜性[7]。而PISA的數(shù)學(xué)和科學(xué)試題中有多項(xiàng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用問題，被試的閱讀能力越高，越有助于他們在數(shù)學(xué)和科學(xué)測試中的答題表現(xiàn)。

閱讀素養(yǎng)是PISA2018的測試重點(diǎn)。該年度的閱讀素養(yǎng)包含了信息定位（Locating Information）、文本理解（Understanding）、評價(jià)與反思（Evaluating and Reflecting）三個(gè)子能力維度。PISA數(shù)據(jù)庫給出了信息定位、文本理解、評價(jià)與反思三個(gè)閱讀子能力維度的測量結(jié)果，本研究嘗試用結(jié)構(gòu)方程方法來考察PISA2018閱讀素養(yǎng)的三個(gè)子能力維度與數(shù)學(xué)、科學(xué)表現(xiàn)之間關(guān)聯(lián)的異同，進(jìn)一步把握閱讀、數(shù)學(xué)及科學(xué)間的關(guān)聯(lián)特征。

二、數(shù)據(jù)與變量

（一）PISA2018數(shù)學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)、閱讀素養(yǎng)的定義

以我國參加PISA2018的12058名中學(xué)生為樣本，對數(shù)學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)以及閱讀素養(yǎng)的三個(gè)子能力維度（信息定位、文本理解、評價(jià)與反思）的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。PISA2018官方提供的數(shù)據(jù)中，上述的五個(gè)變量各提供了10個(gè)似真值，本研究均采用第一個(gè)似真值。PISA2018對三個(gè)子能力維度的定義如下。

1.數(shù)學(xué)素養(yǎng)

個(gè)體在各種背景下進(jìn)行數(shù)學(xué)表述、數(shù)學(xué)運(yùn)用和數(shù)學(xué)闡釋的能力。它包括數(shù)學(xué)式的推理，以及使用數(shù)學(xué)概念、步驟、事實(shí)和工具來描述和預(yù)測現(xiàn)象。它幫助個(gè)體認(rèn)識數(shù)學(xué)在現(xiàn)實(shí)世界中所起的作用，做出有根據(jù)的判斷和決策，以成為具有建設(shè)性、參與意識和反思能力的公民。具體地說，PISA2018數(shù)學(xué)素養(yǎng)是考查學(xué)生能否將實(shí)際問題用數(shù)學(xué)方式表達(dá)，能否正確使用數(shù)學(xué)概念、程序和推理來解決這些問題，能否正確解釋、評估得出的數(shù)學(xué)結(jié)果等方面的綜合能力。

2.科學(xué)素養(yǎng)

作為具有反思意識的公民，能夠參與討論與科學(xué)有關(guān)的問題，提出科學(xué)見解的能力。這需要具備科學(xué)地解釋現(xiàn)象、評價(jià)與設(shè)計(jì)科學(xué)研究調(diào)查、科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)證據(jù)這三種能力。PISA的科學(xué)素養(yǎng)測驗(yàn)不僅考查學(xué)生對相應(yīng)水平的科學(xué)概念和理論知識的了解，還考查學(xué)生對科學(xué)探究的相關(guān)過程與實(shí)踐的了解，以及這些過程與實(shí)踐對促進(jìn)科學(xué)發(fā)展影響的評估能力。

3.閱讀素養(yǎng)

為了實(shí)現(xiàn)個(gè)人發(fā)展目標(biāo)、增長知識、發(fā)揮潛能并參與社會生活，而對文本的理解、運(yùn)用、評價(jià)、反思和參與[8]。閱讀素養(yǎng)包含了信息定位、文本理解、評價(jià)與反思三個(gè)子能力維度。下面是PISA2018對閱讀素養(yǎng)三個(gè)子能力維度的描述。

（1）信息定位

按所涉及文本的數(shù)量，PISA2018將信息定位分解為掃描與定位、搜索與選擇相關(guān)文本兩個(gè)特定的認(rèn)知過程。掃描與定位主要考查學(xué)生能否根據(jù)一段文本的閱讀，準(zhǔn)確定位到局部的特定信息，并不需要理解整個(gè)文本。搜索和選擇相關(guān)文本主要考查學(xué)生能否從多個(gè)文本中根據(jù)要求選擇正確的信息，為了找到所需的信息，首先需要確定相應(yīng)的文本片段，這增加了此過程的復(fù)雜性。

（2）文本理解

按需要理解文本的長度，PISA2018將文本理解分解為理解字面意思、整合并產(chǎn)生推論兩個(gè)特定的認(rèn)知過程。理解字面意思主要考查學(xué)生能否正確理解句子和段落的意義。整合并產(chǎn)生推論主要考查學(xué)生能否正確歸納文本的整體含義及推理不同文本間的邏輯關(guān)系，可能還需要解決不同文本之間的沖突。

（3）評價(jià)與反思

PISA2018將評價(jià)質(zhì)量和可信度、反思內(nèi)容與形式、發(fā)現(xiàn)和處理沖突三個(gè)特定的認(rèn)知過程歸類為評價(jià)與反思。評價(jià)質(zhì)量和可信度主要考查學(xué)生能否將文本中所說的內(nèi)容與外圍線索結(jié)合起來，正確評估文本所提供的信息質(zhì)量及可信度。反思內(nèi)容與形式主要考查學(xué)生能否評估文本的內(nèi)容和形式是否充分表達(dá)了作者的目的和觀點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)和處理沖突主要考查學(xué)生能否通過評估消息來源的可信度及其聲稱的邏輯和合理性，識別文本片段之間的矛盾，決定如何最好地處理這些矛盾。

（二）閱讀素養(yǎng)三個(gè)子能力維度間的關(guān)系

根據(jù)PISA2018對閱讀素養(yǎng)三個(gè)子能力維度的定義，信息定位是基礎(chǔ)能力，同時(shí)影響文本理解、評價(jià)與反思，而文本理解影響評價(jià)與反思。信息定位是日常閱讀中，尤其是在數(shù)字閱讀時(shí)代是必不可少的部分（obligatory component）。評價(jià)與反思要求學(xué)生在理解文本的基礎(chǔ)上，能夠超越文本的字面意義，更深層次反思文本的內(nèi)容和形式，并批判性地評估其中信息的質(zhì)量和有效性，是閱讀能力的高水平要求。PISA測試將閱讀任務(wù)和閱讀子能力維度對應(yīng)，從而支持在閱讀子能力層面分析學(xué)生的閱讀能力。一個(gè)學(xué)生可能會遇到一個(gè)初始閱讀任務(wù)，其中學(xué)生必須根據(jù)搜索結(jié)果找到一個(gè)特定的文檔。在第二個(gè)任務(wù)中，學(xué)生需要回答文本中明確陳述的信息的問題。最后，在第三個(gè)任務(wù)中，學(xué)生需要辨別作者在第一個(gè)文本中的觀點(diǎn)是否與在第二個(gè)文本中相同[8]。

（三）閱讀素養(yǎng)與數(shù)學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)系

數(shù)學(xué)題目的閱讀需求有高低之分：如圖表題目屬于低要求（low reading demand)，應(yīng)用題屬于高要求(high reading demand)。與單純的計(jì)算問題相比，閱讀需求相對較高的數(shù)學(xué)問題的這種關(guān)系更強(qiáng)。PISA的數(shù)學(xué)測試強(qiáng)調(diào)解決現(xiàn)實(shí)問題，數(shù)學(xué)任務(wù)中通常使用文本而非抽象的數(shù)學(xué)符號表達(dá)數(shù)學(xué)問題，在作答數(shù)學(xué)素養(yǎng)的測評題目時(shí)首先要讀懂題目，這就需要閱讀理解能力作為基礎(chǔ)，因此閱讀能力對PISA數(shù)學(xué)表現(xiàn)有不可忽視的影響。上海地區(qū)PISA2009的數(shù)據(jù)顯示了閱讀和數(shù)學(xué)表現(xiàn)的高相關(guān)[9]。Ar?kan等的研究顯示，PISA2012土耳其學(xué)生的閱讀表現(xiàn)能在很大程度上預(yù)測數(shù)學(xué)表現(xiàn)[10]。Elisa Caponera等對4125名四年級意大利學(xué)生參加2011年TIMSS和PIRLS的數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測量方差分析，證實(shí)了閱讀素養(yǎng)對數(shù)學(xué)成就的影響[11]。

同樣，閱讀能力對PISA科學(xué)表現(xiàn)也有著不可忽視的影響。特別是PISA科學(xué)素養(yǎng)中的“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”、“科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)”均與語言能力息息相關(guān)。PISA測試中的閱讀和科學(xué)表現(xiàn)呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)，參加PISA2000、2003和2006年三次測試的56個(gè)國家地區(qū)的閱讀和科學(xué)之間的總體平均相關(guān)為0.82，分布范圍為0.63～0.90之間[12]。PISA2015中國四省市數(shù)據(jù)的結(jié)果顯示，閱讀能力是影響科學(xué)表現(xiàn)的最大因素。

對于PISA科學(xué)表現(xiàn)來說，數(shù)學(xué)能力的影響也不容忽視。PISA科學(xué)素養(yǎng)所要求的“科學(xué)地闡釋數(shù)據(jù)和證據(jù)”要求學(xué)生掌握“轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)表達(dá)方式”“分析、闡釋數(shù)據(jù)得出結(jié)論”等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[13]。一線教學(xué)實(shí)踐中，如物理中的電學(xué)問題[14]、化學(xué)中的含碳量計(jì)算[15]、地理學(xué)科中的太陽高度角[16]等問題都需要數(shù)學(xué)思維及計(jì)算的支持。PISA的數(shù)據(jù)也顯示，數(shù)學(xué)表現(xiàn)和科學(xué)表現(xiàn)之間存在高相關(guān)，例如PISA2015中國四省市數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)為0.91，OECD數(shù)據(jù)為0.88。

綜上所述，對于PISA2018閱讀素養(yǎng)的三個(gè)子能力、數(shù)學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)間的關(guān)系可以給出如下推論：信息定位影響文本理解、評價(jià)與反思；文本理解影響評價(jià)與反思；閱讀的三個(gè)子能力影響數(shù)學(xué)和科學(xué)；數(shù)學(xué)影響科學(xué)（變量間關(guān)系詳見圖1）。

圖1 閱讀子能力和數(shù)學(xué)、科學(xué)關(guān)系模型1

三、數(shù)據(jù)分析結(jié)果

（一）描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

觀察表1，各變量的偏度絕對值小于0.5，且峰度在0附近，整體上基本服從正態(tài)分布。

表1 12058名中國學(xué)生的各變量描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

觀察表2，各變量的相關(guān)系數(shù)都超過0.7的高相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其中，閱讀三個(gè)子能力維度之間的相關(guān)都超過0.9，科學(xué)和閱讀三個(gè)子能力維度的相關(guān)系數(shù)為0.80～0.83，數(shù)學(xué)和閱讀三個(gè)子能力維度的相關(guān)系數(shù)為0.75～0.79，數(shù)學(xué)和科學(xué)的相關(guān)為0.83。

表2 12058名中國學(xué)生的測驗(yàn)分?jǐn)?shù)相關(guān)系數(shù)

（二）結(jié)構(gòu)模型結(jié)果

模型1是飽和模型，因此無須考慮模型擬合度的問題。模型1的路徑系數(shù)估計(jì)值如表3與圖2所示。

圖2 模型1的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)結(jié)果

表3 模型1a的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)估計(jì)表

觀察表3，由于數(shù)據(jù)為12058的大樣本，路徑系數(shù)的估計(jì)精度較高。雖然各路徑系數(shù)都達(dá)到顯著水平(p＜0.001)，但信息定位指向數(shù)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)估計(jì)值只有0.06，這是一個(gè)非常微弱的關(guān)聯(lián)，實(shí)際意義不大。在限制信息定位指向數(shù)學(xué)的路徑系數(shù)為0的條件下（模型1a）的結(jié)構(gòu)方程分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 模型1a的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)結(jié)果

模型1a的絕對擬合指標(biāo)良好（RMSEA=0.025，GFI=0.999，AGFI=0.996），與模型1相比，除文本理解指向數(shù)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)從0.47微增加到0.50、評價(jià)與反思向數(shù)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)從0.29微增加到0.31外，其他標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)沒有變化。

結(jié)構(gòu)模型1和1a的結(jié)果顯示，在閱讀子能力方面，信息定位與文本理解間的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.92，信息定位與評價(jià)反思間的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.33，文本理解與評價(jià)反思間的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.63。信息定位不僅直接影響評價(jià)與反思，同時(shí)通過文本理解間接地影響評價(jià)與反思。

PISA2018閱讀的三個(gè)子能力至數(shù)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)估計(jì)值分別為：文本理解0.47(0.50)、評價(jià)與反思0.29(0.31)、信息定位0.06(0)。信息定位對PISA2018數(shù)學(xué)表現(xiàn)的影響有相當(dāng)大部分是通過文本理解、評價(jià)與反思間接影響的，特別是文本理解在閱讀對數(shù)學(xué)表現(xiàn)的影響中起著關(guān)鍵作用。

PISA2018閱讀的三個(gè)子能力至科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)估計(jì)值分別是：文本理解為0.19，評價(jià)與反思為0.15，信息定位為0.15，差異不大。數(shù)學(xué)至科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)估計(jì)值為0.45。閱讀的三個(gè)子能力對科學(xué)表現(xiàn)的影響與其對數(shù)學(xué)表現(xiàn)的影響相似，文本理解在閱讀對科學(xué)表現(xiàn)的影響中起著關(guān)鍵作用。同時(shí)，在閱讀的三個(gè)子能力對科學(xué)表現(xiàn)的影響中，有很大一部分可以通過數(shù)學(xué)的路徑來解釋。

四、小結(jié)

從相關(guān)分析的結(jié)果（表2）可以看出，PISA2018閱讀的三個(gè)子能力之間高度相關(guān)，對科學(xué)表現(xiàn)和數(shù)學(xué)表現(xiàn)都有著很大的影響。閱讀的三個(gè)子能力對科學(xué)表現(xiàn)的影響略高于數(shù)學(xué)表現(xiàn)可能是由于PISA科學(xué)題目的閱讀量比數(shù)學(xué)題目更大、對閱讀能力的要求相對更高。數(shù)學(xué)對科學(xué)表現(xiàn)的影響與閱讀的三個(gè)子能力對科學(xué)表現(xiàn)的影響程度基本相同。

從結(jié)構(gòu)模型1的分析結(jié)果（表3）可以看出，文本理解是一個(gè)承上啟下的關(guān)鍵變量。信息定位作為閱讀的三個(gè)子能力中的基礎(chǔ)能力，對文本理解具有決定性的影響；信息定位對評價(jià)與反思的影響中，很大一部分是通過影響文本理解產(chǎn)生的間接影響。

文本理解也是對PISA數(shù)學(xué)表現(xiàn)影響最大的變量，這可能是因?yàn)橥ㄟ^對信息的整合讀懂題意是解答PISA數(shù)學(xué)題目的重要前提條件。即使刨除信息定位與文本理解的影響，評價(jià)與反思對PISA數(shù)學(xué)表現(xiàn)的影響也不容忽視，有助于問題解決。這個(gè)結(jié)果與數(shù)學(xué)推理與問題解決能力是PISA2018數(shù)學(xué)素養(yǎng)測試的重要內(nèi)容相吻合。雖然信息定位與數(shù)學(xué)表現(xiàn)之間的路徑系數(shù)接近于0，但這并不代表信息定位不影響PISA的數(shù)學(xué)表現(xiàn)，而是由于信息定位對數(shù)學(xué)表現(xiàn)的影響基本上可以通過文本理解來解釋。

對于PISA科學(xué)表現(xiàn)，在刨除閱讀的三個(gè)子能力的影響后，數(shù)學(xué)至科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)依然高達(dá)0.45，這個(gè)結(jié)果與PISA2015中國四省市（B-S-J-G）學(xué)生的結(jié)果基本一致。很多科學(xué)問題的解答不僅需要讀懂題意，同時(shí)需要具備邏輯思維、計(jì)算等數(shù)學(xué)能力可能是其重要原因。信息定位至科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)略高于其至數(shù)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)，很大可能的原因是PISA的數(shù)學(xué)題目多數(shù)比科學(xué)題目簡短，需要定位的信息數(shù)量相對少于科學(xué)題目，正確解答科學(xué)題目對信息定位的要求更高一些。另外，文本理解對PISA科學(xué)表現(xiàn)同樣起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，評價(jià)與反思對科學(xué)表現(xiàn)的影響也不可忽視，特別是正確理解并解釋科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果離不開評價(jià)與反思。文本理解、評價(jià)反思與科學(xué)間的路徑系數(shù)低于其與數(shù)學(xué)間的路徑系數(shù)，是因?yàn)榍罢呤桥俪藬?shù)學(xué)影響之后的結(jié)果，并不代表文本理解、評價(jià)與反思對科學(xué)表現(xiàn)的影響低于對數(shù)學(xué)表現(xiàn)的影響。

本研究僅將PISA2018中國學(xué)生數(shù)據(jù)中的5個(gè)變量納入模型分析，未來研究中可以進(jìn)一步引入PISA測試數(shù)據(jù)中的學(xué)生背景信息，探索背景因素對各素養(yǎng)及其子能力的影響機(jī)制，獲取更多有價(jià)值的信息。