姜言霞

( 山东师范大学 化学化工与材料科学学院，山东 济南，250014 )

1 研究背景

学生的学业成就水平不仅代表一个国家教育发展的水平，也是体现一个国家国际竞争力的实质指标。因此，关于学生学业成就的研究一直颇受全球各国教育领导部门以及教育研究工作者的高度重视。学生的学业成就与其将来的职业选择有很大关系(1)Bleeker, M. M. & Jacobs, J. E., “Achievement in math and science: Do mothers’ beliefs matter 12 years later?”, Journal of Educational Psychology, Vol.96, No.1, 2004, pp. 97-109; Ross, A. & Willson, V., “The effects of representations, constructivist approaches, and engagement on middle school students’ algebraic procedure and conceptual understanding”,School Science and Mathematics, Vol.112, No.2, 2012, pp.117-128.，通过学生的学业成就测评可以了解学生的优势学科及发展方向。另外，学业成就测评也可以监测学校教育的发展情况，为教育教学改进提供参考。学生的学业成就现状如何？为什么学生接受“相同”的教育，却出现千差万别的学业成就结果，甚至差异迥然？有哪些内在和外在因素影响学生学业成就出现种种差异？这些都属于学业成就影响因素研究范畴。事实上，真正能为教育决策以及教育教学改进提供直接依据的并不是“实然”的学业成就测评结果，而是造成此“实然”状态的原因，即学业成就影响因素。从这种意义上说，探究影响学生学业成就的重要性是不言而喻的。

事实上，任何大型的学业成就测评研究，必然相伴着学业成就影响因素研究。目前国际上较有影响力的学业成就测评研究PISA、TIMSS和NAEP，都把影响因素研究作为重要的研究和分析领域。除此之外，还有很多研究者进行了不同层次和不同范围的学业成就影响因素研究，如学生个人因素、教师教学行为与学业成就关系研究(2)Cottaar, A.,“Low (linear) teacher effect on student achievement in pre-academic physics education”,Journal of Research in Science Teaching, Vol.49, No.4, 2012, pp.465-488.、背景因素(世代、父母教育程度、家庭经济资源)、家庭因素(教养行为、教育投资)、学生因素、学校因素(学校质量、文化和谐)等因素层面对学生学业成就的影响(3)Altschul I., Oyserman D.& Bybee D., “Racial-Ethnic Identity in Mid-Adolescence: Content and Change as Predictors of Academic Achievement”,Child Development, Vol.77, No.5, 2006, pp. 1155-1169.，中学生学习动机、学习策略与学业成绩的关系研究(4)刘加霞、辛涛、黄高庆、申继亮：《中学生学习动机、学习策略与学业成绩的关系研究》，《教育理论与实践》2000年第9期；张学民、申继亮：《中学生学习动机、成就归因、学习效能感与成就状况之间因果关系的研究》,《心理学探析》2002年第4期; Ricarda S, Felix C. D. & Birgit S., “Motivation as a Mediator of Social Disparities in Academic Achievement”,European Journal of Personality, Vol.26, No.3, 2012, pp. 335- 349.等等。这些重要的研究成果为我们筛选科学学业成就影响因素提供了重要参考。

当前多数研究主要是针对一般学业成就的影响因素，具体到特定学科和领域，对学生学业成就影响因素进行的系统研究并不多。在我国当前以学科教学为主要形式的背景下，研究具体学科学业成就的影响因素，能够为具体学科的教学提供更为直接的指导和参考。

另外，作为一般因素探讨的某些学业成就影响因素，有时也具有一定的学科特性。也就是说，某些因素对学生学业成就的影响也会随着具体学科的不同而有一定差异。如某位学生的数学学习动机很强，但科学相关学科如物理、化学等的学习动机可能很弱。自我效能感、对教师的态度、教师的教学方式和教学行为等这些影响学生学业成就的重要因素在一定程度上都有学科特性，因此有必要深入研究影响某个具体学科学业成就的影响因素。

在当前“科学技术是第一生产力”这一时代主题背景下，科学相关课程(物理、化学、生物)的学习对社会培养高科技人才以及提升基本的公民科学素养都具有极为重要的作用。然而，目前我国尚未展开关于科学学业成就影响因素的系统而深入的研究。因此，本研究主要针对中学生科学学业成就的影响因素进行系统的探查分析和研究，使研究成果具有较强的解释力、预测力和指导力，有针对性地为各科学相关学科教学提出可操作性更强的意见或建议。

2 研究设计

2.1 测查工具的设计

2.1.1 测查工具开发思路和过程

本研究拟对学生的科学学业成就影响因素进行较为全面的探索和分析。在各影响因素测查工具的设计时，首先基于大量的文献分析，从中梳理出对学生学业成就有重要影响的各因素变量，并将其归类，然后基于不同的学科，将各影响因素变量从学生感知的角度具体化。本研究重点关注物理、化学、生物三大科学相关学科。科学学业成就影响因素测查工具的开发主要包括文献分析、专家论证、项目编制、信效度检验、初步试用5个环节。如图1所示。

图1 测查工具开发思路和过程图

2.1.2 测查工具内容框架

本研究重点选择具有学科特质、能够进行有效干预和调控的因素变量。具体来说，测查工具测查的因素变量包括学生因素、教师因素、学校因素三大类。各类因素均根据不同学科特点进行具体表述，具体拆解及内涵表征。如表1所示。

2.1.3 测查工具的项目编制

要对本研究所构建的科学学业成就影响因素模型进行实证研究，需要特定的测查工具对模型中各因素变量及其子变量的学生表现情况进行测查。

表1 科学学业成就影响因素变量拆解与内涵

研究中对各因素变量的测查，主要基于已有研究成果，根据各学科的具体特点和典型学习活动等，将各因素进一步具体化，分学科设计影响因素测查工具(如生物学科的应用实践类教学活动：运用宏观到微观的思维方式解释一些生物学现象，如从水分子和盐离子运动的角度解释植物细胞的质壁分离或复原现象；物理学科的应用实践类教学活动：根据一些一般的物理规律推出特殊情况下的物理公式，例如根据匀变速直线运动规律推出自由落体运动规律；化学学科的应用实践类教学活动：学习新概念后，会应用概念进行推论预测。例如，学习氧化剂和还原剂之后，对H2O2或SO2等陌生物质的性质进行预测)。

基于研究设计，本研究测查工具的问题设计主要是从学生能够感知的视角，选择相对外显的和能够被学生感知到的学习或教学表现，来表征各因素变量的情况。

各量表的具体形式为李克特五级量表，本研究中的五级量表有两种形式，对于与频率有关的测查项目，采用“从不、偶尔、有时、经常和总是”五级形式，如“老师引导我们用化学知识分析和解释实际生活中的问题和现象”。对于事实描述测查学生认同度的项目，采用“非常同意、比较同意、基本同意、不太同意、完全不同意”5级形式，如“老师经常要求我们运用物理规律来预测物理过程及其可能产生的结果”。

各因素变量测查工具在正式用于测查之前，先后在山东、北京两地共进行了3轮试测，样本数分别为431、467和2708。基于3次试测对测查工具进行了细致修订，包括修订部分项目的语言表述，删除学生表现与理论预期差距较大的项目等。

2.1.4 测查工具的信度与效度分析

研究中，我们邀请了各学科有影响力的高等教育研究者、中学一线各学科教师(具有高级职称)、教研员各1-2名，对我们规划的各影响因素变量的测查项目进行审阅，并基于他们的意见对量表进行了修改。通过这一环节，主要是保障测查量表的内容效度。接着通过探索性因素分析，检测测查量表的结构效度，并通过科隆巴赫ɑ(Cronbach’s Alpha)内部一致性系数来检测量表的信度。

经过探索性因素分析，各学科均显示萃取到6个因子：教学活动设计、学校支持、学习动机、自我效能、情感态度、师生关系。其中，学习动机、自我效能、情感态度属于非智力因素。6个因子对各科学学科学业成就影响因素系统的解释率均高于60%，由此保证了本研究测查工具的结构效度。本研究分别对各学科影响因素测查分量表信度进行分析，结果如表2所示。

表2 学业成就影响因素量表的信度分析结果

根据表2可以看出，本研究中自行开发的各学科各影响因素变量测查分量表的信度介于0.813到0.979之间，均大于0.8。根据De Vellis(1991)的观点，分量表的信度介于0.7到0.8之间表示具有良好的信度，介于0.8到0.9之间表示信度非常好。(5)吴明隆:《问卷统计分析实务——SPSS操作与应用》，重庆：重庆大学出版社，2010年，第477页。因此本研究中开发的测量工具内部一致性信度非常好。本研究的因变量——科学学业成就主要由3部分构成：物理学业成就、化学学业成就和生物学业成就。相关测试题目选自中学生学科能力表现研究项目，项目研究团队对各学科测查试题的开发、修订、施测以及数据分析的整个过程都与国际大型学业成就测试PISA基本一致，3学科学业成就测试卷的信度均高于0.9。

所有检测结果表明，本研究所用测查工具比较理想，可以应用于本研究中相关研究变量的测查。

2.2 样本

本研究正式测查的样本选自高中二年级(6)测试时间是10月份，因此实际代表的是十年级学生(高一)的水平。，样本中包括不同办学水平的各类高中学校，抽样时尽量按照各类学校各自不同水平学生的原有比例抽取测查样本。样本最后进入统计分析的总有效样本数为6177份。其中，男生2614人，女生3563人；来自城市学校5081人，来自乡镇学校1096人；公办学校5166人，民办学校1011人；高级中学2471人，12年一贯制学校647人，完全中学3059人。因此，研究抽取样本具有广泛的代表性。

参与本研究的样本完成的测试内容相同，包括各学科的学业成就测试和各学科各项影响因素测试，且样本均为自愿参加本研究项目，意欲通过参与项目研究，对学生及学校的科学教学和学习进行较为深入的诊断，探寻进一步提升科学学习效果的有效途径。因此，参与者在研究中愿意配合本研究的所有测试。这在一定程度上保障了所获得数据的可靠性。

2.3 测试及数据分析

根据研究目的选定抽取的样本后，采取以学校年级为单位进行集中测试的方法。研究者向施测组织者及监考老师说明施测要求，保证各学校组织者及各位实际监考的老师能够明确测试的基本程序和要求。施测时监考教师向学生说明注意事项，测试时间为30分钟。

本研究希望探明有哪些重要的因素会影响学生的科学学业成就，这些因素如何影响学生的科学学业成就，影响大小如何？因此，我们对研究中测查到的数据进行结构方程模型(SEM)的统计分析，包括进行验证性因素分析和路径分析。数据分析主要使用的软件工具是AMOS20.0，参数估计采用最大似然法(Maximum likelihood estimates)。

3 主要研究结果及分析

3.1 结构方程模型的拟合检验

基于研究所测查的实际数据，利用AMOS20.0软件采用最大似然法依次应用各学科数据对理论预设的模型进行拟合检验。将不显著的和不合理的路径关系删除，得到如下模型(见图2)。

图2 修正后的科学学业成就影响因素模型

图3 科学学业成就影响因素简化模型

综合分析该拟合模型的基本适配度检验、内在适配度检验以及整体适配度检验(GFI=0.968；AGFI=0.948；RMSEA=0.063；NFI=0.971)(7)此部分展示的各项指标数据均以化学学科数据为例，物理、生物学科的数据与化学学科极为接近。等各项适配指标，除卡方自由度比(NC=25.841)未达标准值外，其余指标均比较理想。研究指出，卡方值的大小易随样本数而波动，当样本数较大时，卡方值会变得很大，表现出假设模型与样本数据无法适配，因此判断模型拟合与否不应过于依赖这一评价指标。(8)吴明隆：《结构方程模型——AMOS的操作与应用》，重庆：重庆大学出版社，2012年，第491页。因此，综合分析各项模型适配指标，绝大多数显示修正模型适配良好，表示所得到的科学学业成就影响因素模型拟合良好。且模型中涉及的非智力因素、教学活动设计、师生关系、学校支持四大因素变量对学生各科学相关学科学业成就的影响情况比较稳定，也说明本研究得到的科学学业成就影响因素拟合模型具有一定的稳定性。科学学业成就影响因素简化模型如图3所示。

基于科学学业成就影响因素模型可以看出，学生的非智力因素是影响学生科学学业成就的核心因素变量，对科学学业成就有显著的直接影响；教学活动设计、师生关系以及学校支持等变量均以其为中介变量，对学生科学学业成就产生重要的间接影响。进一步分析各因素对科学学业成就的影响效果，如表3所示。

表3 学业成就影响因素影响效果表

分析各影响因素对学业成就的总影响效果可以看出，不同的因素对学业成就的影响效果不尽相同。其中非智力因素对学生学业成就的总影响效果最大，其次是教师教学活动设计，虽然教学活动设计对学生的科学学业成就没有直接影响，但是其以学生非智力因素为中介变量，对学生的学业成就发展产生重要影响。另外，师生关系和学校支持，对学生科学学业成就的间接影响也不可忽视。

对比同一因素对不同科学学科学业成就的影响效果发现，各因素对不同学科学业成就的影响效果比较接近，这说明了本研究所探索的科学学业成就影响因素模型的稳定性，也在一定程度上说明了科学相关学科之间具有紧密的关联和内在一致性。

3.2 各主要影响因素的总体表现情况

3.2.1 学生非智力因素总体表现

具体分析学生对科学各学科情感态度、自我效能以及学习动机的自我评定情况，结果如图4所示。根据图中数据可以看出，尽管情感态度、自我效能以及学习动机是学生非智力因素中非常重要的组成部分，对学生的科学学业成就具有显著直接影响，然而学生在这3个方面的表现情况并不乐观。学生在所有科学学科的情感态度、自我效能以及学习动机水平均不超过3.50，其中学生在物理学科学习中的3项非智力因素均为3科最低。因此，如何提升学生对各学科的情感态度、自我效能感以及学习动机等非智力因素的水平，是值得各科学相关学科教师深入思考的。

图4 学生的非智力因素水平情况

图5 各学科教师各类教学活动任务设计情况

图6 师生关系、学校资源和学校校风的表现情况

3.2.2 教师因素总体表现情况

综合分析学生感知到的各学科教师在教学中设计的学习理解活动、实践应用活动和创新迁移活动的情况，具体如图5所示。

学习理解活动、实践应用活动和创新迁移活动均是各学科教学中有效的教学活动，对科学学业成就的提升具有重要的影响，但调查显示，各科学学科教师在教学活动中对这三类活动的设计均不够理想，无一超过3.50，特别是对科学学业成就有重要贡献的较高水平的创新迁移活动，设计频率更低。这值得科学教师特别关注。

3.2.3 学校因素总体情况

分析学生感知到的师生关系、学校资源和学校校风三方面的表现情况，如图6所示。图中数据显示，关于学校层面的这三个因素，各学科基本都可以达到中等偏上的水平，且相对其他影响因素来说，水平略偏高一些。这说明学校对师生关系、学校资源以及校风的关注度还是较高的，也有一定成效，但仍有进一步优化提升的空间。

4 结论和启示

4.1 结论

4.1.1 本研究关注的影响因素变量对科学学业成就有重要影响

研究所涉及的3大类7个具体影响因素都与学生科学学业成就具有显著正向相关。结构方程研究发现，非智力因素是影响学生科学学业成就的核心因素变量，对学生的科学学业成就有直接显著影响，而教学活动设计、师生关系、学校资源以及学校校风等变量均以非智力因素为中介对科学学业成就产生显著的间接影响，这与之前很多学者的观点和研究具有一致性。(9)燕国材：《非智力因素与教育改革》，《课程·教材·教法》2014年第7期；吴坤璋、黄台珠、吴裕益：《影响中小学学生科学学习成就的因素之比较研究》，《教育心理学报》2005年第2期。另外，研究还发现不同因素对于科学学业成就的影响程度不同。其中，学生非智力因素的影响效果最大，其次是教师有效教学活动设计。同一影响因素对不同科学学科学业成就的影响效果基本一致，这也进一步证明了本研究基于科学学科分析各类影响因素的合理性。

4.1.2 当前学生大多数影响因素表现处于中等水平

综合分析本研究学生样本在各学业成就影响因素的表现情况，大抵可以看出，大多数影响因素表现处于中等水平。如学生的学习动机、情感态度、自我效能等学生表现均处于中等水平。教师教学活动设计方面，学习理解型活动的频率最高，应用实践和探究创新这两项相对高水平活动的频率基本相当，均略高于3.00，频率相对较低。师生关系和学校资源、学校校风等学校支持因素的水平相比学生的非智力因素以及教师教学活动设计水平略高，基本都在3.50左右。

4.2 启示及建议

学生的科学学业成就是多种因素变量共同影响的结果，绝非单一或几个因素就可以决定的。因此在今后的教学中，应注意充分关注学生科学学业成就影响因素变量系统，协同提升各影响因素的水平，从而有效地提升学生的科学学业成就。

4.2.1 关注学生非智力因素的发展

非智力因素虽然不直接参与认知过程，但它们是认知活动的重要动力系统(10)燕国材：《关于非智力因素的几个问题》，《上海师范大学学报(哲学社会科学版)》1988年第4期。，是高效率学习的动力源泉。(11)沈德立、白学军：《高效率学习的心理机制研究》，《心理科学》2006年第1期。之前也有很多研究者在研究中发现各类非智力因素会影响学生的学业成就。(12)王振宏：《初中学生学业自我效能与学业成就关系研究》，《心理发展与教育》1999年第1期；Dalgety, J., Coll, R. K., & Jones, A., “Development of chemistry attitudes and experiences questionnaire (CAEQ)”，Journal of Research in Science Teaching, Vol.40, No.7, 2003, pp. 649-668.本研究分析显示，学生的非智力因素对学生的科学学业成就有直接显著影响，且是众多变量影响学业成就的中介变量。激发和培养任何年龄段、任何学校类型、任何性别的学生的非智力因素的整体水平，都是提高其学业成就的有效途径。(13)李洪玉、阴国恩：《中小学生学业成就与非智力因素的相关研究》，《心理科学》1997年第5期。然而数据显示，学生科学学习的自我效能、情感态度、学习动机均低于3.50，这说明学生自身的非智力因素水平还有较大的提升空间。教师在教学中应重视学生非智力因素水平的培养和提升。如从学生的心理特点和需要出发，创设合适的学习情景，选择恰当的教学内容，以唤醒学生强烈的求知欲望，保持持久的学习热情；根据学生的实际水平和特点设计教学内容，正视学生的个体差异，让所有的学生都能获得成功，提升学生的自我效能感和积极的情感体验；利用模型、图画、视频以及动画等多媒体形式，既展现科学知识的丰富性，又将一些抽象的内容形象化，有助于提升学生的注意力和兴趣水平。

4.2.2 积极引导学生进行各类有效的认知活动

教师质量是影响教育质量的重要因素。尽管有研究者发现教师对学生学业成就的直接影响较小(14)Cottaar, A.,“Low (linear) teacher effect on student achievement in pre-academic physics education”，Journal of Research in Science Teaching, Vol.49, No.4, 2012, pp.465-488.，但与本研究并不矛盾，本研究发现，教师对学生科学学业成就的影响主要是间接影响。诚然，教师是教与学系统中重要的人的因素，对学生的学习内容、学习活动都起着重要的引导甚至决定作用。学生的认知活动对学生科学学业成就的提升有重要的影响。然而，学生的认知活动(学习理解活动、实践应用活动和创新迁移活动)需要教师的设计和引导，也就是说，只有教师在教学中设计了此类活动，学生在课堂学习中才有机会进行此类活动。数据显示，研究对象感知到的教师设计的有效认知活动的频率尚偏低，特别是实践应用和探究创新类活动的频率，几乎处于所有影响因素的最低水平。事实上，不同类型的认知活动对学生科学学习的影响是有区别的，很难想像一个学生一直只进行积极的观察记忆这类水平较低的认知活动，而其他类型的认知活动较少，却能获得较高的科学学业成就。这一分析结果提醒我们，各科学学科在今后的教学中都应注意教学活动的设计，有效地引导学生进行各类有效的认知活动。之前我们的研究也发现，学生感受到的教师的教学与其学习行为具有显著的相关性，表示教师在教学中设计的教学活动对学生的学习活动具有显著的驱动作用，但从相关系数的情况来看，这些相关仅属于中度相关。(15)姜言霞：《中学生化学学业成就影响因素的研究》，北京：北京师范大学出版社，2015年，第149页。因此，在科学教学中，教师应该重视自己教学设计意图和行为的外显化，即采取一定的措施让学生理解自己的教学是让学生获得什么，引导学生进行了什么活动，以及为什么要引导学生进行这些活动，从而引起学生学习与教师教学的更积极、有效的共振。

4.2.3 加强学校科学相关资源条件建设和管理

早在1996年，美国的科尔曼报告就开始关注学校资源建设等学校投入对学生学业成就的影响。此后引发了学校资源配置研究的热潮。(16)胡咏梅：《学校资源配置与学生学业成绩关系研究》，博士学位论文，北京师范大学，2007年。研究证明，本研究关注的三项学校层面的影响因素(学校资源、学校校风、师生关系)尽管对学生的科学学业成就只有间接影响，但其影响效果也非常显著。调查发现，此三项学校层面的影响因素还有较大的提升空间。因此，教育管理者和学校管理者要关注学校硬件的建设，如配备相关的教学媒体设备，加强科学实验室配置，增加并及时更新与科学相关的图书购置等，并要注意科学预算和分析教育资源投入，提高资源利用率(17)李玲、陶蕾：《我国义务教育资源配置效率评价分析》，《中国教育学刊》2015年第4期。；同时也应该不放松学校软资源如校风等的建设，保证校风积极向上，尊师爱生，教学秩序井然，并在学校为学生和教师营造良好的师生关系。这些都是学生科学学业成就进一步提升的基础和保障。