發佈日期:2015-06-08

PISA數學與科學素養國際評比之探討

作者:李美慧

國際評比PISA數學素養PISA科學素養生師比政策研究指標資料庫International CompetitionsThe Programme for International Student AssessmentTeacher Student RatioPolicy Research Indicators DatabasEPRIDE

教育是國家發展的百年大計,對國家的競爭力影響至深且鉅,世界各先進國家均積極致力於提升教育素質,以邁向國際化為目標,並藉由國際學術合作與交流,累積教育軟實力以面對全球化的挑戰,因此參與國際事務與各種國際指標評量,成為各國不可豁免的重要工作。國際指標評量既可以提高國家的知名度,亦可成為與國際接軌的重要管道。我國經建會(今國發會)在2009年成立「國際評比改善專案小組」,目的在改善各項國際評比的表現,進而帶動國內之競爭力與經濟表現,顯示政府對國際評比亦有高度重視[1]。

著名的國際學生能力評量計畫PISA(The Programme for International Student Assessment),是由經濟合作暨發展組織(Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD)所進行的一項持續性與跨國性的比較研究,其評量結果可提供各國作為一種國際層級的教育系統效能評估與監控,使各國有機會瞭解自己國家學生的學習成效與反省,並可藉以與其他國家教育經驗交流,對國家整體的教育競爭力具有強化與提升之效,亦為國家教育政策提供了良好的參考工具[2]。

PISA評量計畫是以素養(competency)的觀點設計測驗,內容主要分為閱讀、數學及科學等三個領域,在各國科技發展過程中,其評量結果對推動教育工作具有重要的影響力,亦可作為各國學生基本能力國際評比的重要參考。在這三種領域的素養中,以閱讀素養評比的影響層面最廣[3],數學素養的評比最為客觀,而科學素養的評比最為重要。因為數學是描述自然現象的最佳語言,其學習過程注重循序漸進的推理,藉由精確的數字來表達所要闡述的事實,可謂基礎科學的一種工具;另一方面,一個國家科學發展的興衰足以呼應其創新的能力,也代表國家產業實力的強弱,從科學發展史來看,數學被公認為是科學發展的基礎,也是國民素質的重要指標[4]。因此數學素養與科學素養有密切的關連性,其國際性評比值得重視,並且具有參考價值。

然而數學能力的養成是一個冗長的過程,而且因人而異,亦即數學的學習不是一蹴可幾,尤其在學習新的數學概念、新的演算規則,甚或舊題材的新表達方式時,常會加深年輕學生學習上的困難。這時只有依靠任課教師詳細的推導與分析,來協助學生瞭解,教師的適時關懷是學生渡過難關最重要的助力。近年來許多教師努力採取和學童雙向溝通的教學方式,這是教學方法非常積極且正面的發展。但每位教師能夠關注的學生人數有限,若要採取雙向溝通的教學方式,則必須要有足夠員額的教師,否則一對多的大班教學方式,實無助於數學能力的提升。生師比,亦即學生與教師的比例,對提升學生數學素養,乃至於科學素養的關連性是值得重視的問題[4]。本研究先探討國際間各國的PISA數學素養與科學素養表現,並與中等教育生師比作交叉分析,內容包含亞洲與歐美十個具有競爭力的國家,研究結果可作為我國教育發展在面對國際化挑戰時的參考。

教育品質指標簡介

國際上著名教育領域的指標,除了上述OECD所進行的PISA國際學生能力評量計畫外,還有國際教育成就評鑑協會(International Association for the Evaluation of Educational Achievement, IEA)所主導的「國際數學與科學教育成就趨勢調查」(Trends in International Mathematics and Science Study, TIMSS)、「促進國際閱讀素養研究」(Progress in International Reading Literacy Study, PIRLS)與「國際公民及素養調查研究」(International Civic and Citizenship Education Study, ICCS)[5];以及國際中等學校各種學科的「國際奧林匹亞競賽」(International Olympiads)等,都能提供給參與國家檢視其學校教育成效,以及國際經驗交流的機會。

(一) PISA評量簡介

本研究所要探討的PISA國際評量[6-10]具有多年的發展歷史,OECD從1990年代末期即開始對15歲學生的數學、科學、及閱讀進行持續與定期的國際性比較研究,測試學生是否具備參與未來社會所必需的基礎知識和基本技能,從而建立定期的評量指標,為各國制定教育政策提供参考,原係由OECD會員國共同監督管理,其後許多非會員國亦陸續加入合作進行。PISA評量從2000年起每三年舉行一次調查,包括閱讀、數學與科學等三個領域的素養,以滿15歲的學生(即國三生與高中一年級生)為調查對象,透過包含生活情境的試題,測驗學生們在完成義務教育後,是否能夠掌握社會所需的知識與技能以因應世界未來的變化。未來即將進行的是2015年正式實施的第六次調查,包括臺灣共有71個國家(地區)簽署參與。每次調查,各國(地區)通常會有4,500名至10,000名學生接受施測調查,表現的水準共分成0到6等七個水準層級。

PISA每次評量會從閱讀、數學及科學三個領域中選出一個作為主要領域,其他兩個則較未深入評量,例如2000年主要領域為閱讀,2003年為數學,2006年為科學;而2009年重新回到閱讀,以此類推,2015的主要領域又回到科學。臺灣從2006年開始參與PISA,2015年將是臺灣第四次連續參加這項國際調查計畫,此次的評量方法將從紙筆測驗改為全面實施電腦化測驗,並且新增教師問卷以及加測學生的線上「合作式問題解決能力」(collaborative problem solving skills)。2015年度PISA施測計畫的準備工作,已於2012年9月開始首次會議。

由於PISA創新的評量設計、標準化的抽樣和計分程序、以及嚴謹的執行品質監控,讓評量結果普遍受到重視,成為各國制定教育政策、進行教育改革,甚至分配資源的參考指標。本研究主要探討PISA的數學素養和科學素養評比,茲簡介其內容如下:

1. PISA數學素養[8-9]

PISA的數學素養包括一般的計算以及數學思考與分析能力,其所定義的四大概念為:1. 數量、2. 空間與形狀、3. 改變與關係、4. 不確定性等。評量架構則定義為五種情境:個人的、教育的、職業的、社會的以及科學的。因此評量的題材內容包羅萬象,不但融入了現代在國民都會碰到的全球重要議題,一般生活化的常識也都是數學素養可以涵蓋的範圍。PISA數學評量內容包括:1. 數學概念:數學內容著重「大概念」的呈現,包括:空間形狀、機率、數量推理等。2. 數學過程:即數學過程的表示能力,包含執行程序、連結能力、數學思考與規定約化的能力。3. 數學情境:即數學能力能夠在不同的情境中加以應用,例如:個人在實際生活中會面臨到的數學問題。

2. PISA科學素養[8-9]

PISA評量指稱的科學能力素養包括:1. 解釋科學現象:充分運用所瞭解的科學概念和知識,對自然界發生的現象加以解釋。2. 評量及設計科學探究:在解決日常生活困擾的過程中,能設計科學探究的方式,蒐集證據進行研究解決,並整體性對自己設計的探究過程進行評估。3. 解讀科學數據以及舉證科學證據:能瞭解科學數據的意義,以及能夠利用數據提出具有證據導向的結論,並說明原因。PISA科學評量理論架構是發展評量工具與設計題目的主要參考,包括:1. 情境:用來評量學生是否適應未來的生活,主題有健康、自然資源、環境、災害與科技的探索等;2. 科學知識:即瞭解自然世界的科學知識與瞭解科學本身的知識;3. 態度:則包括對科學有興趣、評價科學探究的方法與對環境的察覺與體認等;以及4. 能力等。其主要的概念包含物理、化學、生物、科學及地球與太空科學等,命題領域則擴及生命與健康科學、地球與環境科學及科技科學等領域。

由以上介紹可知,PISA 數學和科學素養評量可以反映學生的數學能力與科學學習品質,對學生的理解與省思能力更是一種很好的檢驗,也可說是國家競爭力的重要指標。

(二) 生師比

本研究所要探討的另一項衡量各國教育品質與推動成效的指標是「生師比」,即學生總人數除以教師總人數的比值,也就是每位教師負責教導的學生人數。生師比越大亦即每位教師負責教導的學生人數越多,教學資源也越分散,相對無法有更多的時間照應到學生的學習。從教育部歷年統計資料顯示,由於少子化的關係,我國國小、國中與高中職的學生人數快速減少,而師資供給增加的速度高於出生率之成長速度,近十年來我國中等教育生師比已有逐年降低的趨勢。國外先進國家如日本、韓國、新加坡、德國、芬蘭等國為因應少子化的衝擊,生師比逐年降低亦是普遍的現象,並且其教育政策也都有適當的作為與顯著的成效[11]。

少子化對國家人口素質、人力結構、經濟與社會等各方面都有影響,然而首當其衝的即是對教育的衝擊。從學前教育開始,包括初等、中等與高等教育學校都將面臨就學人數減少,形成教師過剩,出現教師供需失調的現象,也由於學生來源減少,導致可能釋放出來的教育資源與經費必須重整,以求管理之均等與公平,教育單位為順應世界潮流,必須防微杜漸與縝密規劃,降低法定的生師比成為各國教育政策的一種趨勢[12]。

根據內政部新生兒人數統計總數變動情形,我國從1982年起經歷過兩波的少子化現象,第一波是1988年開始進入小學後,曾經逐漸減輕原來中小學的生師比過高的問題,於1997年開始進入高中職後,正好又緩解了原本教育資源不足的窘境。但是從1998年第二波少子化來臨,則對教育系統帶來較大的負面衝擊,到2004年開始進入小學,以至2010年進入國中。這波的衝擊逐漸浮現招生不足、減班、併校、師資謀職困難與教育資源閒置等現象。雖然預估這波少子化在2016年推進到大學之時,將有諸多令人憂心的問題,但值得慶幸的是,政府的教育對策能及早因應,生師比還有調整的空間[13] 。

然而評鑑教學的品質不能只看生師比,更應該重視師資結構與陣容,並且關心學生的學習過程與學習成效[14],以培養學生應具備的核心能力。教育相關單位在教育經費與優質師資培育的平衡下,亦應落實降低生師比,以舒緩師資供需的不平衡[15]。降低生師比能夠增進師生間互動的機會,進而因材施教,尊重學生個人化的發展,提高學生學習的成效,並且可以促進教育資源統整,作更有效率的分配與應用,對教育品質的提升有正面功效。

研究目的與流程

PISA三種素養的評比對各國的教育政策均有相當的影響力,關於閱讀素養的相關研究已有前文探討[3],本研究僅聚焦於數學素養與科學素養,除了探討國際間各國的PISA數學素養與科學素養表現,也分析此兩種素養表現是否存在相關性;另外也與各國中等教育的生師比加以交叉比較分析,從各國的中等教育生師比情形比較,再探討其與各國PISA數學與科學兩種素養表現的相關性;最後再交叉探討各國PISA數學與科學兩種素養表現及中等教育生師比三者之關係,及其所透露的訊息,以提供政府制定教育政策之參考。

本研究應用由國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心所建置的政策研究指標資料庫(Policy Research Indicators DatabasE, PRIDE)所收錄的指標,並利用其所提供的快速繪圖功能,製作各種易於解析的圖形作為分析的基礎。PRIDE係以服務科技政策研究為導向的數值型資料庫[16],所蒐集的指標數值資料來源包含OECD、瑞士洛桑國際管理學院(International Institute for Management Development, IMD)、世界經濟論壇(World Economic Forum, WEF)、歐盟統計局(Eurostat)、世界銀行(World Bank)、亞洲開發銀行(Asian Development Bank)、及國內政府各部會機構等,其特點是可將繁複的數據改由圖形呈現而容易解讀,除可分析指標之間的相關性,亦可比較各國指標歷年之發展趨勢與總體表現。

本研究針對OECD所收錄的PISA素養表現水準指標加以探討,而PISA將學生的表現分為:未達水準1,與水準1~6等七個等級的素養水準,達到水準3的學生表示能勝任日常生活的各項基本任務;水準5以上學生是屬於表現優異的層級;水準2以下的學生則屬於須補救教學的層級[17]。本研究主要探討各國PISA數學素養與科學素養表現之「水準5以上」的前段班學生比率,與「水準2以下」的末段班學生比率。指標名稱如下:

1. 2003-2012年PISA數學素養表現水準5以上的學生比率(Percentage of students at Level 5 or above in mathematics in PISA 2003 through 2012)

2. 2003-2012年PISA數學素養表現水準2以下的學生比率(Percentage of students below Level 2 in mathematics in PISA 2003 through 2012)

3. 2006-2012年PISA科學素養表現水準5以上的學生比率(Percentage of students at Level 5 or above in science in PISA 2006 through 2012)

4. 2006-2012年PISA科學素養表現水準2以下的學生比率(Percentage of students below Level 2 in science in PISA 2006 through 2012)

另外,再採用IMD所收錄的各國中等教育生師比的指標,名稱為:生師比-中等教育(Pupil-teacher ratio-secondary education)。

本研究挑選十個具有競爭力國家:亞洲選臺灣、中國大陸、日本、韓國、與新加坡;歐洲選芬蘭、英國、德國、與法國;美洲則選美國為代表。首先分別比較分析各國的PISA數學素養表現、PISA科學素養表現與中等教育生師比等三種指標;繼而再兩兩交叉比較:PISA數學素養表現與PISA科學素養表現、PISA數學素養表現與中等教育生師比,以及PISA科學素養表現與中等教育生師比,並分析其彼此間的關係;最後再從PISA數學素養表現、PISA科學素養表現、與中等教育生師比等三種指標的交叉分析,探討其中值得注意的訊息。

研究結果與討論

本研究雖然挑選十個國家,但由於中國大陸係以上海地區為代表參加PISA素養評量,故OECD的PISA素養評量指標所稱的「China」,是指「中國上海」,並不包括「中國香港」和「中國澳門」等地區,故本研究提及與PISA相關論述時以「中國上海」稱之;此外OECD所稱的「Korea」是指「南韓」。本研究則循一般慣例以「韓國」稱之。研究結果分別以PRIDE所繪製的圖形作詳細說明。

(一)PISA數學素養表現

1. 水準5以上的學生比率

亞洲學生的數學表現一向優異,圖一(a)顯示近年來各國的PISA數學素養表現水準5以上的學生比率,可發現亞洲國家的表現確實比較亮眼,2012年中國上海(55.42%)表現水準5以上的學生比率不僅居冠且大幅領先,其次是新加坡(40.04%)、臺灣(37.2%)、韓國(30.9%)和日本(23.67%);歐美國家中以德國(17.46%)和芬蘭(15.25%)的表現最優,其次是法國(12.89%)與英國(11.83%),而美國(8.77%)則殿後。臺灣在2006年首次參加時表現不俗,而由於中國上海和新加坡在2009年加入卻退居其後,直到2012年才有明顯躍升。亞洲國家在2012年均有上揚態勢,歐美國家則除英國外均下降,而以芬蘭的降幅最大(由21.66%降至15.25%),達30%。以整體成績而言,臺灣學生數學素養表現堪稱優異,令人欣慰,但應繼續努力以維持競爭力。

圖一(a) 2003至2012年各國PISA數學素養表現水準5以上的學生比率

2. 水準2以下的學生比率

如圖一(b)所示,儘管歐美國家的PISA數學素養表現水準普遍不如亞洲國家,然而芬蘭歷次的數學素養表現水準2以下的後段班學生比率均比臺灣低,尤其在2003年與2006年兩次皆為最低,直到2009年中國上海加入後情況才改變,整體表現在歐美國家中堪稱最佳。在取樣的10個國家中,2012年數學素養表現後段班的學生比率最低者依次為中國上海(3.79%)、新加坡(8.25%)、韓國(9.13%)、日本(11.06%)、芬蘭(12.27%)、臺灣(12.84%)、德國(17.74%)、英國(21.81%)、法國(22.35%)與美國(25.85%),除了芬蘭以些微差距低於臺灣之外,歐美國家普遍高於亞洲國家,而亞洲國家中以中國上海的比率最低。臺灣雖然前段班的學生比率尚稱優異,但後段班的學生比率卻為亞洲國家中最高,甚至高於芬蘭,值得檢討改善,也顯示台灣學生好的很好,差的很差,程度差異大。

圖一(b) 2000-2012年各國PISA數學素養表現水準2以下的學生比率

(二)PISA科學素養表現

1. 水準5以上的學生比率

2006年PISA評量的主要領域為科學,圖二(a)顯示,當年臺灣首次參加的表現不差,水準5以上的學生比率(14.64%)僅在芬蘭(20.91%)和日本(15.05%)之後,科學素養表現前段班的學生比率還勝過韓國(10.33%)。沒想到2009年卻大幅滑落,在取樣的10個國家中僅領先法國。到2012年,臺灣(8.34%)前段班的學生比率也未見明顯提升,僅贏法國(7.90%)與美國(7.46%)。中國上海(27.33%)、新加坡(22.71%)和日本(18.24%)的表現依然相當突出;芬蘭(17.06%)和德國(12.16%)也不惶多讓,位居前五名之內,其次才是韓國(11.68%)與英國(11.19%)。歐美國家三次來的前段班學生比率大都沒有明顯進步,芬蘭更可以明顯看出連連退步;亞洲國家則除了臺灣以外均有明顯進步,也由於我國的退步,才讓韓國近兩次的評量轉敗為勝,水準5以上的學生比率都勝過臺灣,值得臺灣深切檢討改進。

特別的是,美國的科學水準之高堪稱全世界第一,但其2012年的PISA科學素養表現水準5以上的學生比率卻落居十國之最後,可以解釋的原因是,美國的政策是以其優渥的待遇,完善的設備與環境,吸引世界各國優秀人才,因此即使美國學生的科學素養評比成績遠不如他國,其科技實力卻可傲視全球。但美國這種科技發展模式有其得天獨厚的條件,其他國家恐難以效法。

圖二(a) 2006-2012年各國PISA科學素養表現水準5以上的學生比率

2. 水準2以下的學生比率

與數學素養表現水準2以下的學生比率一樣,圖二(b)顯示,芬蘭的科學素養表現依舊突出,2006年其後段班的學生比率為十國之最低,至2009年中國上海加入之後才落居次低。2012年芬蘭(7.69%)的科學素養表現後段班的學生比率不僅比臺灣(9.81%)低,甚至還低於新加坡(9.59%)與日本(8.46%),只比韓國(6.63%)與中國上海(2.74%)為高。在歐美國家中,其後段班的學生比率最低,其次才是德國(12.21%)、英國(14.97%)、美國(18.14%)與法國(18.74%)。前述美國2012年的PISA科學素養表現前段班的學生比率為十國之最低,而後段班的學生比率與法國不相上下,幾乎為十國之最高。雖然如此,仍不損其科技強國之美名,可推測歐美國學生較不在乎PISA測驗式的國際評量。

圖二(b) 2000-2012年各國PISA科學素養表現水準2以下的學生比率

(三)中等教育生師比

相較於1996年,2011年各國的中等教育生師比都有大幅降低(如圖三)。若僅看從2002年以來的近十年,各國的生師比下降大都趨於緩和,除了法國、英國、美國外,各國普遍呈現小幅下降現象。2011年法國的生師比最低(12.69),其次分別是芬蘭(13.10)與日本(13.10)、再來是德國(14.00)、新加坡(14.80)、中國大陸(15.15)、美國(15.20)、臺灣(16.10)、英國(16.30)與韓國(17.20);韓國的中等教育生師比在10個取樣國家中居冠,相對於亞洲國家中最低的日本,足足高了4.10。近十年來新加坡的降幅最大,從2002年的19.00降到2011年的14.80,降幅為4.2;其次是中國大陸,從2002年的18.93降到2011年的15.15,降幅為3.78。而幅員廣大的中國大陸,其中等教育的生師比還低於臺灣,這是其三十年來實施的一胎化人口減量的效應,根據報導,2012年中國大陸就因少子化而關閉一萬三千六百餘所小學[18]。歐美國家的生師比平均降幅明顯較亞洲國家為小,應與其人口成長緩慢有關。

圖三 1996-2012年各國中等教育生師比

(四)PISA數學與科學素養表現之關係

1. 數學素養與科學素養表現水準皆5以上的學生比率

圖四(a)明顯看到亞洲國家的數學素養與科學素養的表現優於歐美國家,中國上海與新加坡於2009年才加入PISA評量,兩項表現均稱傑出。科學素養表現好(指水準5以上的前段班學生比率高於15%)的國家有中國上海、新加坡、日本、芬蘭等四個國家,其與數學素養的表現兩者呈現正比關係。而臺灣與韓國的數學素養表現雖有進步,相當不錯,但科學素養表現卻持平,這透露出一個重要訊息:科學素養好則數學素養也好,但僅數學素養好,並不代表科學素養就會好。因為科學素養的培育包含實際製作、創新推理、解釋現象、與精確計算等,更須要與其他學科互動與融合應用,單靠數學一個科目顯然不足。歐美國家中則僅芬蘭可以看出有正比關係,只可惜其近三次的數學素養與科學素養的表現皆屢屢退步。

圖四(a) 各國PISA數學素養與科學素養表現皆5以上的關係

2. 數學素養與科學素養表現水準皆2以下的學生比率

圖四(b)可以看到上述兩項素養表現水準皆2以下末段班的學生比率以中國上海最低,美國最高。亞洲除了台灣與韓國,歐洲除了英國與法國外,其他國家這兩項素養表現大致上皆呈現正比關係,也就是說,末段班的學生比率高的國家通常數學與科學兩項素養表現都不好。比較特殊的是歐洲的芬蘭這兩項素養雖然年年退步,但其末段班學生比率之低,卻能與亞洲國家分庭抗禮,甚至低於臺灣,反應出其學生之數學與科學素養表現普遍較為平均,具有一定的水準,這也是該國受到世界矚目的原因之一。

圖四(b) 各國PISA數學素養與科學素養表現皆2以下的關係

(五)PISA數學素養表現與中等教育生師比

由於到目前為止,本研究所取樣的十個國家中,僅臺灣與新加坡有2012年IMD生師比的數據,其餘各國最新數據只到2011年,而PISA評量每三年才一次,2012年的上一次是在2009年,故以下圖五(a)、(b)與圖六(a)、(b)的散點圖,以及圖七(a)、(b)的泡泡圖,所顯現的各國PISA數學素養表現、科學素養表現、和該國的中等教育生師比交叉關係僅能比對到2009年而無法呈現到2012年。此外,中國大陸也因2009年才開始參加PISA評量,僅能呈現當年的現象,無法以兩種指標交叉關係的走勢來與各國作比較。

1. 水準5以上的學生比率

儘管大多數國家的最新資料僅到2009年,圖五(a)依舊可以看出生師比越低,則PISA數學素養表現前段班學生比率越高的趨勢,以新加坡和臺灣最為明顯,韓國則較不明顯。亞洲國家除日本外,生師比都比歐美各國高,但數學程度卻比較好,這應該與亞洲國家傳統上從小就比較強調數學教學,學生通常有較長的數學學習時間有關。但以2009年授課時間而言,臺灣109小時,芬蘭101小時、韓國130小時[19],可知數學教學時數不是關鍵的因素,日本雖大幅增加數學教學時數,但數學素養表現前段班學生比率為亞洲國家最低。歐美國家中芬蘭學生的PISA數學表現水準5以上的學生比率在歐洲一向領先,然而其數學授課時數少;雖然與其他國家一樣有生師比增高則數學素養前段班學生比率降低的現象,但改變幅度不大,其教育屬於非考試導向,但數學素養表現優劣差距較小[19]。

圖五(a) 各國PISA數學素養表現水準5以上學生比率與中等教育生師比

2. 水準2以下的學生比率

圖五(b)顯示除英國以外,幾乎各國都有生師比越低,則PISA數學素養表現末段班學生比率越低的正比趨勢,歐美國家此種現象更為明顯,變化的幅度比亞洲國家大,韓國的變化趨勢則如先前所述,僅有少許的變化,不十分明顯。原因應該是歐美國家通常採小班上課,尊重學生的個別差異,對於末段班學生的課業輔導比較能兼顧。

圖五(b) 各國PISA數學素養表現水準2以下學生比率與中等教育生師比

(六)PISA科學素養表現與中等教育生師比

1. 水準5以上的學生比率

圖六(a)顯示PISA科學素養表現與生師比的關係,前述科學素養較好(指水準5以上的前段班學生比率高於15%)的國家有中國上海、新加坡、日本、芬蘭等四個國家,均呈現科學素養要提升,生師比必須下降的現象。前段班學生比率低於15%的德國PISA也有相同現象。其他科學素養表現前段班學生低於15%的國家與生師比下降則沒有明顯的變化,尤其是臺灣和英國在生師比下降時,科學素養不但不提升反而呈現下降的走勢。尤其是臺灣雖然生師比逐年降低,可是2006年以後PISA科學素養表現前段班學生比率卻連連不振,無法顯示生師比降低對學生科學素養表現的正面影響力,值得檢討改進。韓國方面則和前面的數學素養一樣,雖有變化,變幅仍不大。

圖六(a) 各國PISA科學素養表現水準5以上學生比率與中等教育生師比

2. 水準2以下的學生比率

圖六(b)顯示除法國外,其他國家的PISA科學素養表現水準2以下的學生比率,都因生師比降低而降低,此種現象,比反應在科學素養表現水準5以上的學生比率更為明顯。比較特別的圖中看出從2009年到2012年臺灣和新加坡生師比下降幅度不小,但其後段學生人數比率降低的幅度卻相對偏小。

圖六(b) 各國PISA科學素養表現水準2以下學生比率與中等教育生師比

(七)PISA數學素養、科學素養表現與中等教育生師比的交叉關係

1. 數學與科學素養表現水準皆5以上的學生比率

圖七(a)呈現的是2009年各國PISA數學與科學素養表現水準皆5以上的學生比率與中等教育生師比的關係,也可說明每個國家所投入師資的教學效果,其中的泡泡大小代表中等教育的生師比。如前所述,亞洲國家所投入的教師相對都比歐美國家少,但前段班學生相對卻較多,然而若因此斷定亞洲學生天資較優則未免太牽強,亞洲國家除了學校對於中小學教育相對較為重視外,家長常因不願孩子輸在起跑點上而尋求其他課外輔導管道,例如風氣盛行的補習和家教業等。

圖中顯示PISA數學與科學素養表現水準皆5以上的學生比率皆大於15%的國家僅有中國上海、新加坡、芬蘭等三個。在所選的十個國家中以新加坡最小,卻能有如此亮眼的表現,值得欽佩與學習。若不看科學素養表現,僅看數學素養表現水準5以上的學生比率大於15%時,則又增加德國、臺灣、與韓國等三個國家。德國與芬蘭的學生在數學與科學兩種素養的表現差距都不大,可見他們在數學與科學的教學較為平衡發展。反觀臺灣與韓國的數學素養表現不差,不過科學素養的表現則並不理想。以臺灣為例,雖然因為少子化使得生師比下降幅度很大,但比起其他國家,臺灣的生師比仍然偏高。

但生師比也並非越低則數學與科學表現越好,圖七(a)可以看到日本的生師比最小,但並未看到其數學與科學素養表現水準皆5以上的學生比率居高,雖然科學表現在亞洲國家中不差,但數學表現前段班學生比率最低。在生師比普遍低於亞洲的歐美國家中,生師比最低的法國,其數學與科學素養表現水準皆5以上的學生比率亦並未較高,反而都低於芬蘭與德國,僅數學表現優於英國與美國。

圖七(a) 2009年各國PISA數學與科學素養表現水準皆5以上的學生比率與中等教育生師比的關係

2. PISA數學與科學素養表現水準皆2以下的學生比率

圖七(b)呈現2009年各國PISA數學與科學素養表現水準皆2以下的學生比率與中等教育生師比的關係,其中代表日本灰色的最小泡泡被代表臺灣的粉紅色泡泡所遮掩,另外代表芬蘭的淺綠色泡泡也被代表韓國的最大桃紅色泡泡所掩蓋,故僅呈現八個泡泡。

圖中左下方顯示亞洲國家PISA數學與科學素養表現水準皆2以下的學生比率都比歐美國家低(都低於15%),但生師比都比歐美國家高(即泡泡較大),表示亞洲國家在投入輔導後段班學生的教師人數雖然相對較少,但效果卻較佳。芬蘭最特別的是學生的優劣差距相當小,數學與科學素養表現水準末段班的學生比率非常低,2009年時甚至低於新加坡、臺灣、日本與韓國,而當年,芬蘭的生師比也的確低於韓國、臺灣、新加坡與中國大陸,可見芬蘭的數學課程設計較為均衡。而雖然各個國家的情況不同,但增加教師人數對於後段學生的教學輔導將有明顯的助益。

圖七(b) 2009年各國PISA數學與科學素養表現水準皆2以下的學生比率與中等教育生師比的關係

結論

整體而言亞洲國家的PISA數學和科學素養表現普遍優於(表現水準5以上的學生比率較高,2以下的學生比率較低)歐美國家,而以中國上海和新加坡為表現最好,分居第一、第二名。臺灣雖然數學素養表現前段班的學生比率尚稱優異,但後段班的學生比率卻為亞洲國家中最高,顯示學生程度差異大,值得檢討改善。芬蘭的整體表現在歐美國家中最為卓越,特別是數學和科學兩種素養表現水準2以下的學生比率偏低,足以媲美亞洲國家,顯然其數學與科學中等教育學生程度較為均衡,其閃亮表現確為世界各國矚目。我國鄰近的競爭對手韓國與日本在科學素養的表現優異,更值得臺灣警惕。

在數學與科學的關係方面,研究顯示科學素養表現佳的前段班學生,其數學素養表現亦佳,呈現正比關係,可見數學教育與科學發展息息相關。反之,數學素養表現佳則科學素養表現未必佳,例如臺灣和韓國僅有數學素養表現佳,科學素養則不如預期。因為科學的學習過程除了要克服數學問題外,還須要與其他學科互動與融合應用,數學並非唯一的關鍵,另外也與亞洲國家的中等教育訓練過程中特別重視數學有關。

生師比下降是國際趨勢,近十年來以新加坡和中國大陸最為明顯。數據顯示生師比下降對於提升數學素養前段班學生比率與降低末段班學生比率均有助益,但不是很明顯。不過對於科學素養而言,則更顯示幾乎所有國家的生師比下降的正面效應,尤其對末段班學生比率之降低,比對前段學生比率增高更為明顯。因為末段班學生雖不具很高的資質,但有教師的補充教導與關懷鼓勵,很容易可以提升教學效果。

值得注意的是中國上海,與PISA閱讀素養的卓越表現[3]一樣,其PISA數學素養與科學素養表現亦均遙遙領先各國,反觀臺灣的數學素養表現雖然優異,然而科學素養整體表現並不如人意,顯示臺灣學生的科學基本知識雖然優異,但對科學的解釋能力與本質的探究精神卻不如人,顯然我國的科學教育政策與學校的科學教學方法仍須檢討與改進。

本研究應用PRIDE資料庫所收錄的指標,如OECD所收錄的各國PISA數學素養與科學素養表現及IMD所收錄的各國中等教育生師比,及其所提供的繪圖功能,製作各種圖形作為分析比較的基礎,特點是繪圖快速且易於解析,有助提升立論之可信度。由於PRIDE收錄的指標資料還包括許多其他來源機構與不同的領域,並且也能依不同需求製作其他種類的繪圖,對不同領域的研究人員是一項很好的參考工具。

建議

1. 培育國家的菁英應從基礎教育做起,少子化與生師比下降所趨,未來政府必須面對的問題包括學校減班產生超額教師,或因教師缺額而產生教師人力斷層,然而為了維護優質的教育環境,政府應重視平衡師資供需與師資的教學專業能力[20],並加強教師的國際觀與多元文化素養,在教學上更要增進師生互動,培養學生學習的興趣與自信心,並引導融合相關學科之學習,此外更應重視基礎科學教育,而並非偏重數學教育,以強化兩者相輔相成之效。

2. 歐美國家通常採小班制上課,對於末段班學生的課業輔導比較能兼顧,而亞洲國家傳統上相較是大班上課,且普遍重視培育前段班的精英,對於末段班的學生則常疏於輔導甚至放棄。但為全面提升教育成效,應力求改善後段班學生的學習狀況,不宜輕言放棄任何年輕學子,以促進教育之均衡發展。以臺灣為例,雖然因為少子化使得生師比明顯下降,但比起其他國家,臺灣的生師比仍然偏高,未來政府應加強改善生師比以提高教學品質,縮小學習優劣的差距,進而提升國際教育評量成績與國際知名度。

3. 參與國際教育評量計畫的積極實質意義,在於瞭解國際趨勢,加強我國學生學習方式與面對未來職場或生活挑戰的能力,並提升國家的國際競爭力。針對各種國際教育評量結果,專家學者都會利用各項數據資料分析比較,並提出政策建言,可供政府進行長期追蹤研究,並定期檢討與調整,教育相關的部會也必須徹底檢討改進,落實政策的執行,以順應國際趨勢發展與強化國際化教育成效。

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