從科學的認知到應用和推理能力

    在前兩期的內容中，本欄先探討了TIMSS（國際數學與科學趨勢研究）對科學教育品質的衡量作用，以及澳門在首次參與TIMSS所展現出的成果與啟示。本欄也分析了TIMSS科學評估框架的內容維度，了解該框架如何透過生命、物理、地球科學三大領域，全面檢視學生的知識基礎與素養養成。本期則將視角轉向認知維度，進一步剖析TIMSS如何透過不同層次的思維考察，來引導學生在知識掌握、應用與推理上不斷進階，並透過情境任務(PSIs)及科學實踐能力評估，深化學生的探究精神與問題解決能力。

    TIMSS科學評估框架中的認知維度，將學生的思維歷程分為三個面向：知識獲取、應用以及推理。這種比例設計，反映當代教育對學生科學思維的期許，即從最基本的記憶與理解，不斷向綜合分析與高層次推論演進。

    認知維度是TIMSS科學評估框架的重要組成部分，側重評估學生在知識獲取、應用和推理三大領域的能力。知識獲取佔比百分之四十，考察學生對科學事實、概念和程式的記憶和理解能力。例如，學生需要準確描述科學現象或過程，識別科學概念間的關係，並提供相關實例。

    應用能力同樣佔比百分之四十，側重學生在新情境中使用所學知識解決問題的能力。例如，學生可能需要分析給定情境中的數據，提出合理的解釋或解決方案。應用能力的培養旨在幫助學生將科學知識與實際生活相結合，增強其解決問題的能力。

    推理能力佔比百分之二十，是科學思維的高級形式，要求學生能夠分析、綜合和預測。例如，學生需要根據已有數據預測結果，或設計實驗驗證假設。這種能力的評估注重學生在複雜情境中的科學探究與批判性思維。

    在認知維度之外，TIMSS還透過情境任務(PSIs)進一步深化評估方式，將科學學習帶入更貼近真實世界的實踐情境。這些情境任務可能模擬實驗室的操作或日常生活中的科學問題，要求學生計劃實驗流程、收集與分析數據，並對結果提出論證。透過這種評估，TIMSS不僅考察學生紙上談兵的能力，更關注他們在實際操作中表現出的科學探究精神、團隊合作經驗，以及解決問題的策略思維。

    科學實踐能力的評估還強調數據的處理與解釋。例如，學生需要在給定的情境中總結數據模式，分析變量之間的關係，並將結果應用於新的問題情境。這種方法有助於培養學生的科學探究精神和解決實際問題的能力，為他們未來的學習與職業發展奠定基礎。

    TIMSS的多維度設計為參與國家與地區提供豐富而具體的診斷資訊。教育決策者與研究者可據此比較學生在知識獲取、應用、推理及實踐能力上的表現，進而調整課程大綱、教學策略和師資培訓重點。教師也能從分析結果中了解學生的思維盲點與學習瓶頸，有的放矢地引入更多實驗活動、問題導向學習、合作探究專案等教學方式，幫助學生跨越困難並發展更高階的思考能力。

    （TIMSS · 三）

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