TIMSS 2007 臺灣四年級學生的科學成就及其相關因素之探討(上)

TIMSS

2007 臺灣四年級學生的科學

成就及其相關因素之探討(上)

張美玉

國立新竹教育大學教育學系 【轉載自:

Tl

MSS

2007 國際數學與科學教育成就趨勢調查(pp.187-227)】 本章共分t 節，第一節說明四年級學 生整體科學成就表現與趨勢比較，第二節 比較四年級學生科學分科成就表現，第三 節比較四年級學生不同科學認知領域成就 表現，第四節說明四年級學生科學成就的 國際基準點與學生成就表現，第五節比較 四年級男女學生科學成就表現，第六節說 明背景問卷調查因素與學生科學成就表現 的相關分析，第七節則是結論。

第一節

四年級學生整體科學成就

表現

TIMSS

2007 共有 59 個國家和 8 個區 域參加這次的調查，其中，有36 個國家參 加四年級調查並列人國際排名比較，較

TIMSS

2003 多了 11 個國家。另外，加拿 大除了以參加過 TIMSS 2003 的安大略省 和魁北克省，英屬哥倫比亞省及亞伯達省 亦參加 TIMSS 2007 調查，加上新加人的 杜拜，連同美國麻薩諸塞州及明尼蘇違背|、I ， 共有 7 個基準參照區 (Benchmarking Participants)不列人國際排名比較。 TIMSS 1995 對 r

Population 1

J 的定義，是指「在 測驗時包含最多 9 歲群的在學學生的年 級 J' 本次調查主要以受過四年正式教育的 學生為對象，各國調查對象包合國四年級 至五年級學生，平均年齡範圍自 9.7 至 1 1. 2 歲。我國為四年級學生，學生平均年齡為 10.2 歲(表 6.1 )。 各國四年級整體科學平均成就呈現 在表 6.1 '以新加坡學生的平均量足分數

(

587 分)最高，排名第一，我國(

557

分)排名第二，香港( 554 分)排名第三， 日本( 548 分)排名第四，俄羅斯(546 分) 排名第五，前五名國家都比 TIMSS

2003

的平均量足分數進步。而高於平均成就 500 分除了上述前五名國家以外，另有拉 脫維亞、英格蘭、美國等 18 個國家，共計 有 23 個國家高於平均成就 500 分。而 7 個基準參照區域中，除了杜拜以外，其餘 6 區都高於平均成就 500 分。

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2007 金灣四年級學生的科學成就及其相關因素之探討(上) 團開值 2.2.733561414523863791236 月這 2.3.3514545749366455149644 H 區9.9.998899897998999998899 R 區 OEO-oooooooooooooooooooo0 萬國 4.2.258-237364343823-38)1

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---各國四年級學生科學成就的分布(

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2008

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p.34)

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足平均 民國行政院主計處出版之 {草於 πMSS 會代衰從[seED

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科學教育月刊 第 357 期 中華民國 102 年 4 月 表 6.1 各國四年級學生科學成就的分布 (Martin

et a

I.,

2008

,

p.34) 續上頁 1 國蒙受2開學生母當幢並末全部通董包險要~的每當組﹒(詳見國際報告 Appendix

A) •

2 國家定發 el串通董包含90% -95%的國~要 ~e 群﹒{詳見國際報告 Appendix

A) •

已科1£特、拉手車(阿迪伯聯合大公國)與其他國家測，曲同一草草學生﹒但 2007年殷殷且是在下個學年初才濟gl直­ O 憶當內為續讀該 因為結果是.誼鐘聲，盟的近似值 所以有些.不一致﹒

-fi 訢鐵環示可以比般的資料縣法取得﹒{詳見國際報告Ex hibit

0.1) •

表 6.2 、各國四年級學生的科學平均成就多重比較(

Martin et a

I.,

2008

,

p.36 - 37)

另外，從表 6.2 各國四年級學生的科 學平均量尺分數多重比較可以看出，我國 四年級學生的平均科學成就顯著低於新加 坡學生，與香港學生沒有顯著差異，並顯 著高於日本、俄羅斯及其他國家學生。換 句話說，我國四年級雖然科學表現排名第 二，但是和第三名的香港學生沒有顯著差 異。 表 6.1 的科學成就分布呈現每個國家 第 5 、第鈞、第 50(平均量尺分數)、第75 和第 95 百分等級的量尺分數分布情形，而 平均科學成就前十名國家在這些百分等級 的量尺分數分布情形如衰 6.3 。從表中顯 示我國 5%的學生科學成就低於 423 分， 有 25%的學生科學成就低於 508 分，有 25%的學生科學成就高於609 分，有 5%的

T恥I1 SS 2007 金灣四年級學生的科學成就及其相關因素之探討(上) 學生科學成就高於 679 分;新加坡學生有 5% 的學生科學成就低於 418 分，有 25% 的 學生科學成就低於 531 分，有 25% 的學生 科學成就高於 652 分，有 5% 的學生科學 成就高於 727 分。相較之下，新加坡學生 間科學成就高低差異比我國學生差異大， 雖然第 5 百分等級的低成就學生成績比我 國學生低，但是第 25 百分等級以上的平均 成績比我國學生高出許多。第 5 百分等級 的低成就分數以我國、香港、日本和拉脫 維亞較高，而從表 6.1 也看到這四個國家 和比利時的科學成就高低分布範圍較小。 平均科學成就前十名國家中，以新加坡的 科學成就高低分布範固最大。 表 6.4 起各國四年級學生自 TIMSS 1995 、 2003 到 2007 科學成就的趨勢。我 國四年級學生只參與 TIMSS 2003 與 2007 的調查，由於我國沒有參加 TIMSS

1995

的調查，因此只能進行 TIMSS 2003 與 2007 科學成就趨勢表現分析。從表 6 .4可 看出自 2003 到 2007 有顯著進步的國家有 新加坡、台灣、香港、俄羅斯、拉脫維亞、 義大利、斯洛法尼亞、亞美尼亞、挪威及 伊朗共 10 個國家以及加拿大的魁北克省， 我國自 2003 到 2007 顯著進步了 5 分，亞 美尼亞顯著進步最多 (48 分) ，紐西蘭則是 顯著退步。 表 6.3 、科學成就前十名國家在不同百分等級的量尺分數分布情形 (Martin

et a!.

,

2008

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Appendix

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p.62)

652

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2008

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科學教育月刊 第 357 期 中華民國 102 年 4 月

表 6 .4、各國四年級學生 TIMSS 1995 至 2007 科學成就趨勢比較 (Martin

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4-45

)續上頁

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2007

2003

1995

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2007

2003

1995

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2007

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2007

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1995

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2007

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2007

2003

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2007

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T山ISS 2007 金灣四年級學生的科學成就及其相關因素之探討(上) _f.i旅學唾rlil~ 表 6 .4、各國四年級學生TlMSS 1995 至 2007 料學成就趨勢比較(續上頁) IE盟員，隨'~I 1'. ....~~..Jlj~.'GI~J'i1，• • • • 格 t

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2

國家定發甸草草通董包含 90%-95%的國~要~aJC¥﹒(詳見回隙報告 AppendixA) •

3

國家定，聖母草草涵蓋量低於90%的國家要~母草草﹒ (1旦 II少 77% ﹒詳見國際組告 AppendixA) • 趨勢詮.因科E雷特並無前期之資料可供比較﹒故本司里 lUI末將其包括:在列﹒

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倍!It內晶晶樣品，跤，因為結果是 IIlli 緩變憊的近似值﹒所以有些.不一致﹒

第二節

四年級學生科學分科成就

表現

Tl

MSS

2007 四年級學科內容分成二 個領域:生命科學、物質科學和地球科學， 其中物質科學包含化學和物理，生命科學 和地球科學也包括有一些自然資源保育和 7

-型式包括選擇題和問答題，除了生命科學 的選擇題題型較多外，物質科學及地球科 且都是以問答題題型居多。 表 6.5 、Tl MSS 2007 小學四年級科學成就 試題在三個學科領域所佔配分的 比例(資料來源、 Martin

et a

I.,

2008e

'第 2l 頁)。 如衰 6.6 所示，在 TIMSS 2007 調查國 小四年級學生的三個領域主題中，各領域 測驗趨勢題的型式包括選擇題和問答題， 除了生命科學的選擇題題型較多外，物質 科學及地球科學都是以問答題題型居多。 科學教育月刊 第 357 期 中箏民國 102 年 4 月 環境變遷的議題。測驗的主題架構是試題 發展小組根據各國調查該年段已介紹過和 教學上會著重的重要主題，經由考量各國 對各主題內容教學涵蓋情形而發展出來的。

TIMSS

2007 四年級科學成就試題在三個 學科領域所佔配分的比例如衰 6.5 所示， 發現生命科學內容的比例最高，將近佔了 半。 如衰 6.6 所示，在Tl MSS 2007 調查四 年級學生的三個領域主題中，各領域測驗 趨勢題的型式包括選擇題和問答題，除了 生命科學的選擇題題型較多外，物質科學 及地球科學都是以問答題題型居多。如表 6.6 所示，在 TIMSS 2007 調查四年級學生 的三個領域主題中，各領域測驗趨勢題的

• • •

UP..I茵通I'ij"---生命科學 物質科 地球科學

45%

35%

20%

表 6.6 、Tl MSS 2007 國小四年級科學試題在學科領域的趨勢題題型分布與主題(資料來 源:

Martin et a

I.,

2008e

'第 22 、 24 頁)。

型過亟區主詛 生命科學 物質科學 地球科學

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2007 臺角，四年級學生的科學成就及其相關因素之探討(土)

各個國家四年級學生在生命科學、物質科學和地球科學等三個學科領域成就如表 6.7

所示。

表 6.7 、 TIMSS 2007 各國四年級學生在三個學科領域成就之分布(

Martin et a!.

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2008

,

p.116)

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504

(2.2) 582 (4.1) 532 (4.0) 511 (2.2) 531 (2.5) 323 (5.6) 482 (2.5) 540 (2.5) + +

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科學教育月刊 第 357 期 中華民國 102 年 4 月 ojl!r-lfi 表 6.7 、 TIMSS 2007 各國四年級學生在三個學科領域成就之分布(續上頁) 心.. 函t:

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4 a 國家平均駒顯高於國際平均 v 國家平均明頭低於國際平均 在包括替代學佼受測之後﹒學生參與比率才符合規定﹒(詳見國際報告 AppendixA) • 在包含替代學位後﹒學生，與率才幾乎清是規定﹒(詳見國際報告 AppendixA) • 1 國家受測學生母群饋並末全部涵蓋闡釋里要效的母群體﹒(詳見個際報告 AppendixA) •

2

國家定發母群通益包含90%-95%的國家要求每草草﹒(詳見國際報告 AppendixA) ﹒ 已 科E麗特﹒社拜(阿拉伯聯合大公國)與其他留家測It同一濟學生﹒但 2007年教脫﹒是在下 () 第懿內為標準該﹒因為結果霆，近 2童聲數的近似值 所以有些會不一致﹒ + 平均成就無法海確估計﹒ 重量鐘過 表 6.8 、Tl MSS 2007 四年級科學學科領域成就前十名的國家 且越起迴

1

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2

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3

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根據表 6.7 各國四年級學生在三個單 科領域科目成就之分布，整理出生命科 學、物質科學和地球科學等三學科成就前 十名國家於表 6.8 。這三學科的 T1MSS 平 均分數皆為 500 分，我國四年級學生分科 成就都明顯高於Tl MSS 平均成就，在生命 科學平均成績 541 分 (2.1) ，排名第四，物 質科學平均成績 559 分 (2.5) ，排名第三， 地球科學平均成績 553 分(I.

9)

，排名第 三。新加坡在生命科學和物質科學方面排 名第一，我國學生和新加坡學生在這兩科 成績分別相差 41 分和 26 分。 第三節 四年級學生科學認知領域

成就表現

TIMSS

2007 四年級科學內容分成二 個認知領域.知識(knowing) 、應用 (applying) 及推理 (reasoning) 。知識 (knowing)指的是學生有關科學事實、信 息、概念、工具和做法的知識，也包括概 念聲明及用例子說明的能力;應用 (applying)指的是要學生將科學概念比

T1

MSS

2007 臺灣四年級學生的科學成就及其相關因素之探討(上) 較、對比和分類、解釋科學資料或原則、 應用該科學概念和原則來解決問題，並能 使用圖表或模型說明結構、關條和對科學 概念提供解釋;推理 (reasoning) 指與複雜 的科學任務有關，要求學生分析問題及根 本準則，構想並解釋解決問題的策略，選 擇並應用適當的技術並能評估其解決問題 的策略之優劣。 TIMSS 2007 四年級科學成 就試題在三個科學認知領域所佔配分的目 標比例如表 6.9 所示，發現知識內容的比 例最高，其次是應用內容及推理內容。 如表 6.10 所示，在 TIMSS 2007 調查 四年級學生的三個認知領域主題中，各認 知領域測驗趨勢題的型式包括選擇題和問 答題，知識能力內容的選擇題居多，應用 能力內容的選擇題與問答題題數相同，而 推理能力內容則是問答題居多，整體而 吉，在趨勢題中以知識內容佔的題數最多。 表 6.9 、 TIMSS 2007 四年級科學成就試 題在三個科學認知領威所佔配 分的目標比例 (Olson

et a

I.,

2008

,

p.21)

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TIMSS

2007 四年級調查試題在各學科和 認知領域的配分和所佔的比例如表6.11 所 示。其中，知識能力分數比例(46%)高於目 標比例(40%) ，而推理能力分數比例(19%) 低於目標比例(25%)(與表 6.9 做比較)。當 談到科學探究試題時，大約有17%的試題 可以用來看學生在這方面的成效，這些試 題涵蓋在生命科學、物質科學、地球科學 三個學科中。 表 6.10 、 TIMSS 2007 四年級科學成就試題在三個科學認真口領域的題型分布(

Martin et

此，

2008

'第 400 頁)。

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表 6.11 、 TIMSS 2007 四年級調查試題在各學料和認知領域的配分和所佔的比例(

Olson et

a

I.,

2008

'第 37 頁)

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-中華民國 102 年 4 月

表 6.12 、 TIMSS 2007 各國四年級學生在三個認真。領域成就之分布 (Martin

et a

I., 2008 ,

p.116 )

第 357 期 科學教育月刊 。 "va

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TIMSS

2007 壹灣四年級學生的科學成就及其相關因素之探討(上) 表 6.13 、 TIMSS 2007 四年級學生在知識、應用&.推理等三個認知領域成就前十名國家

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呵，I， 根據表 6.12 各國四年級學生在三個 認知領域成就之分布，整理出在知識、應 用及推理等三個認知領域成就前十名國家 於表 6.13 。這三領域的 TIMSS 平均分數皆 為 500 分，我國四年級學生分科成就都明 顯高於 TIMSS 平均成就，在知識能力平均 成績 536 分 (2.5) ，排名第八，應用能力平 均成績 556 分 (2.1) ，排名第二，推理能力 平均成績 571 分 (2 .4) ，高居第一。新加坡 在知識能力和應用能力方面排名第一，我 國學生和新加坡學生在這兩領域成就分別 相差別分和 23 分。

第四節

四年級學生科學成就的團

際基準點 一、國際基準點與學生成就表現 瞭解 TIMSS 成績代表的意義對於 TIMSS 使用者是很重要的。 TIMSS

2007

科學及數學試題審查委員會執行審查。委

13

-員會成員檢視了每個試題內容並決定學生 能正確回答一個題目是顯示何種數學或科 學的知識或能力，以表格方式對各個國際 基準點作簡單扼要的描述，來詮釋達到各 基準點時試題所代表的知識或能力;這也 就是 TIMSS 評量架構的特色之一。 TIMSS 2007 訂出四個等級的國際基準點:

(

1

)優 級基準點是 625 分，( 2) 高級基準點是 550 分， (3)中級基準點是 475 分 '(4) 初級 基準點是 400 分;這四個基準點可以提供 有意義的描述來說明學生的科學表現所達 到的能力。本次調查各級基準點對應學生 的科學能力和表現內容詳見表 6.14 。根據 基準點與成就表現，可知學生的科學認知 情形。例如四年級科學成就達到優級基準 點的學生，能夠在科學探究起點上應用科 學過程及關條上的知識與了解，而達到初 級基準點學生只能在科學生活與物質科學 上擁有初階的知識。

科學教育月刊 第 357 期 中華民國 102 年 4 月 表 6.14 、 TIMSS 2007 四年級科學成就的四個國際基準點和對應的學生的科學能力及表現 內容 (Martin

et

此，

2008

,

p.66)

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表現內容

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學生能夠在科學探究起 價級基準點 點上應用科學過程及;~ 625分 _{像上的知誨與了解} 學生能夠應用知我與 7 高級基準點 解去解釋每天的自然現 550分象 學生能夠在科學實用處 中級基準點 境下應用基本知諧與 7 475分解 初級墓準點 學生在科學生活與物質 400分 科學上擁有初陷的知論 1.能表達對於生物特性的 7 解及生物生活過程與人類健康有關的 因素(生命科學) • 2. 展現對常見物質的不同物理特性賜像上的 7 解，且擁有一些實 用的電學知為(物質科學) • 3. 展現一些對太陽系及地球物理特性的 7 解(地球科學) • 4. 顯示出能發展詮釋研究調查結果的能力﹒並能夠描述結論以及 開始去評價以及支持一個論 so ﹒ 1.能針對植物與動物的結懦、生活過程、生態環境以及一些事件 特性和物理現象的知諸展現一些 7 解(生命科學及物質科 學)

•

2. 顯示出一些太陽系的知為﹒以及地球的結娟、過程和物種的知 織(地球科學)﹒ 3. 展現初步科學探究的知諧與技能﹒並結合來自日常生活的物理 及生活過程實驗之科學慨念知說來提供短暫描述性回應﹒ 1 能認誨一些有關生物特性及他們與環境的互動的基本訊息﹒並 能顯示一些人類生理與健康的 7 解(生命科學) • 2. 擷示出對常見物理現象的 7 解(物質科學) • 3. 知道有關太陽系的基本事實﹒且擁有讀展地球物種 7 解的能力 (地球科學) • 4. 展現一些能力能用圖表去詮釋資訊﹒並應用事實性知諾在實用 情澆上-1.展現一些有關人類健康、動物的行為與物理特性的簡單事實性 知為(生命科學)﹒ 2. 認知一些事件的特性﹒且證明對力的初始 7 解(物質科學)﹒ 3. 詮釋標記過的圖片、簡單的圖表及完成簡單的表格.§提供簡 短的書寫回應去解答需要的事實性資訊﹒

二、我國四年級學生科學成就在國

際基準點的表現 我國四年級學生科學成就在此次調 查排名第二，以達到優級基準點的學生百 分比人數來看(表 6.15) ，新加坡有 36% 學生平均科學成就高於 625 分，高居第一， 而我國則有 19% 學生平均科學成就高於 625 分，居於第二位;若以達到高級基準 點的學生 E 分比人數來看，我國有 55% 學 生平均科學成就高於 550 分，和香港同時 居於第二位。我國雖然有一半以上的學生 達到高級基準點，能運用知識和理解來解 釋每天的自然現象，但相較於新加坡有的 %學生達到這個基準點，顯示我國四年級 中等程度的學生仍有進步空間。我國學生 只有 3% 學生沒有達到初級基準點，比新 加坡的 4%學生少，顯示我國有較多比例 的學生都真有初步的科學知識;而所有參 與調查國家中，香港和拉脫維亞只有2% 學生沒有達到初級基準點。 研究發現達到優級基準點的學生才 能夠在科學探究起點上應用科學過程及關

TIMSS

2007 金灣四年級學生的科學成就及其相關因素之探討(上) 條上的知識與了解，而達到初級基準點的 學生在科學生活與物理科學上擁有初階的 知識，國際平均只有 7% 學生平均科學成 就高於 625 分，而有 93% 學生平均科學成 就高於 400 分，相較於 TIMSS 2003 只有 82% 學生平均科學成就高於 400 分，顯示 許多國家在安排四年級的課程時已漸漸開 始強調科學探究的重要性。透過各國在各 等級國際基準點表現，我們也應該注意到 測驗試題內容在其國家課程的涵蓋情形

(Martin et a

I.,

2008a) 。

另外，從各國四年級學生 TIMSS

1995

至 2007 科學成就達到國際基準點之趨勢 比較(詳見表 6.l6a 與 6.16b)發現，我國從

TIMSS

2003 到 2007 達到優級基準點的學 生有顯著的增加，達到高級以及中級基準 點的學生則沒有顯著的增減，而達到初級 基準點的學生則顯著減少了，顯示我國懂 得應用科學探究相關知識的學生變多了， 然而對科學的基本認識不足的學生也變多 了，所以應該多加強四年級的基本科學課 程。 表 6.15 、 TIMSS 2007 各國四年級學生科學成就在四個國際基準點人數百分比分布情形

( Martin et al

,

2008

,

p.67 )

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15

-中華民國 102 年 4 月 表 6.15 、 TIMSS 2007 各國四年級學生科學成就在四個國際基準點人數百分比分布情形 (續上頁) 第 357 期 科學教育月刊 ..語詞.1Ii量..過

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到高 級的學

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到優級 的學生人 T 幸、本勻， ι-4nu 年初才 表 6.1 的、各國四年級學生 TIMSS 1995 至 2007 科學成就達到優級與高級國際基準點之 趨勢比較(

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2007 金灣四年級學生的科學成就及其相關因素之探討(上) 表 6.16a 、各國四年級學生 TIMSS 1995 至 2007 科學成就達到優級與高級國際基準點之 趨勢比較(續上頁)。 l噩噩噩噩噩噩噩噩 e

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v .2007 顯著較高 \72007 顯著較低 趨勢註:因科E麗特並無前期之資料可供比較﹒故本著數畫畫末將其包括在列﹒突尼西亞之斂錢不包含私立學校﹒ O 括號內為標準設.I!l為結果是Il近1畫登數的近似值﹒所以有些會不一致﹒ 破折號表示可以比較的資料無法取得﹒ +菱形表示該回來參與評鎧﹒ 表 6.16b 、各國四年級學生 TIMSS 1995 至 2007 科學成就達到中級與初級國際基準點之 趨勢比較 (Martin

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2008

,

p.73)

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17

-科學教育月刊 第 357 期 中華民國 102 年 4 月 表 6.16b 、各國四年級學生Tl MSS 1995 至 2007 科學成就達到中級與初級國際基準點之 趨勢比較(續上頁)

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亞美尼亞

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澳大利亞

76 (1.6)

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拉脫維亞

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55 (2.1)

&

98 (0.4)

96 (0.6)

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奧地利

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紐西蘭

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斯洛維尼亞

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蘇格蘭

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_{66 (1. 5)}

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_{88 (1 .3)}

荷蘭

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_{82 (1.6)}

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-立陶宛

74 (1.4)

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魁北克省(加拿大)

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&

94 (1.3)

&2007 顯著車至高 'v2007 顯著較低 趨勢詮﹒因科成特並無前翔之資料可供比較，故本義til般來將其包括在列﹒突尼西亞之tilll不包含私立學校﹒ 。語錄內為樣讓自費﹒因為結果是最近絞盡直般的近似值﹒所以有些會不一致﹒ ~折~表示可以比較的資料無法取得﹒ 。 愛Jf~竟要示該國未參與評鑑﹒ (待續)