城乡学生科学素养的差异调查与研究

一、研究的背景
科学素养是科学文化素质中的组成部分，“科学素养”这一术语最早使用是在20世纪50年代末，用来描述科学教育的预期成果，即普通民众应知道的与科学有关的内容[1]。

对于科学素养的界定和含义认识目前不同学者看法不同。

但多数学者认为科学素养含义应包括：科学知识与原理，解决实际问题的能力，科学探究方法以及科学精神、态度和价值观。

学生科学素养的高低将影响我国创新性人才的培养，关系到国家可持续发展的根基。

美国非常重视学生的科学素养教育，早在1985年就颁布了《2061计划》。

我国自从迈入21世纪来也高度重视学生科学素养的培养，教育部于2001年出台的科学课程新课标（7~9年级），全面启动了科学教育的改革。

2006年国务院又颁布了提高全民科学素养的《全民科学素质行动计划纲要》。

总之，无论是国外还是国内都越来越重视学生科学素养的培养。

然而，由于我国地域广阔，不同地区的教育发展极不平衡，浙江省作为全国唯一在义务教育的7~9年级阶段实施综合科学课程的省份，自从1995年实施科学课程改革以来已将近有20年历史了，那么，今后中小学科学教育需要注意哪些问题？学生科学素养的培养情况到底如何？城乡学生差异怎样？为此，我们对浙江省部分中学生展开城乡学生科学素养的差异调查研究，为达到城乡教育的均衡发展，提高学生科学素养的总体水平提供参考意见。

二、研究的设计
1.问卷的结构。

《学生科学素养问卷调查问卷》是参考赵骏的硕士学位论文《学生科学素养测评工具的研究》修改而成，问卷分两大项目：基本信息和科学素养调查，在科学素养调查上总共30个题目，对学生的科学素养从科学知识与原理、科学探究方法、科学精神、态度和价值观、解决问题的能力以及STS内容进行调查，从中比较学生科学素养的不同。

2.被试抽取情况及时间。

本问卷以浙江省的温州、杭州和宁波地区18所学校七、八、九年级的学生为调查对象，每个地区城市中心学校3所，农村学校3所。

共发放1800份问卷，回收1681份，回收率为9
3.4%，有效问卷1768份，有效率98.2%。

调查时间2013年3月至10月。

三、调查结果
1.城乡学生科学素养的总体差异调查。

围绕科学
[3]陈煜，等.超支化阳离子抗静电剂的合成及性能研究[J].印染助剂，2013，（11）：13-18.
[4]胡志波，等.导电纤维及其抗静电织物设计[J].陕西纺织，2011，（1）：58-59.
[5]谢家祥，等.抗静电纺织品的设计和开发[J].现代纺织技术，2011，（6）：50-52.
[6]柯贵珍，等.纳米二氧化钛用于涤纶纤维的抗静电整理[A] //第10届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会[C].2010：174—177.
[7]王瑞莉，等.新型抗静电整理剂ITO（掺锡氧化铟）[J].印染，2010，（16）：49-53.
[8]胡雪玉，等.纺织品表面化学镀综述[J].国际纺织导报，2010，（9）：62-66.[9]Ali.H.Development of polyester and polyamide conductive fiber[J].Journal of Material and Science，2005，（40）：5365-5371.
[10]陆肖莉，等.纺织品抗静电技术及测试评价方法的发展[J].中国纤检，2010，（10）：61-63.
[11]John ments on Method for Charge Decay Measurement[J].Journal of Electrostatics，2004，（62）：73-80.
基金项目：本文受上海市大学生创新实验计划CS-1309003项目资助
作者简介：朱传龙，男，在读本科生，研究方向为纺织工程。

通讯作者：黄时建，男，高级工程师，研究方向为功能性纺织品的开发。

城乡学生科学素养的差异调查与研究*
蔡志凌
（温州大学教师教育学院，浙江温州325035）
摘要：学生科学素养的高低将影响我国创新性人才的培养，关系到国家可持续发展的根基。

为此，对城乡学生进行了问卷调查。

统计结果显示：城乡学生科学素养存在明显的差异，城乡学生在制作以及资料搜集上存
在着明显差异；在科学态度、精神和价值观上乡村学生的主动性、独立探究精神差于城市学生，而责任感、协作
精神好于城市学生等的结论。

缩小城乡学生的科学素养应着力于提高科学教师自身的科学素养，教育主管部
门出台相关扶植政策，动员全社会重视学生科学素养的培养等。

关键词：城乡；中学生；科学素养；差异
中图分类号：G640文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）43-0091-04
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素养四个维度组成，即科学探究过程与方法，科学态度、精神和价值观，科学知识。

调查结果显示：在总体水平上，乡村学生的科学素养较城市学校学生的科学素养呈现比较低的水平。

城市学生分别是13.4%、31.6%，乡村学生分别是8.6%、17.6%，合格以上的城市学生占50.1%，乡村学生占39.9%。

城乡学生科学素养的总体水平差异还是很明显的，城市中学生科学素养的优秀率和良好率明显高于乡村中学。

2.城乡学生科学知识差异调查。

对于科学知识笔者从生命科学、地球与宇宙、物质世界三个子维度来调查。

对于生命科学、地球与宇宙知识的掌握城市学生分别是26.8%、25.8%，乡村学生分别是11.3%、10.2%，城市学生明显好于乡村学生，并且在正确率上也比乡村学生好得多，但在物质世界方面的总体差异不是太大。

调查进一步发现乡村学生对于生命科学知识的了解比城市中学生薄弱很多，而在科学史知识两者没有很大的分别。

乡村学生不管是对于地球还是对于宇宙的知识都大大地不如城市的学生。

城乡学生在生物、化学、物理等物质世界的知识上并没有很大的区别，两者的知识程度水平较为一致，相差不大。

乡村学生对于常见昆虫的认识是比较全面的，而城市学生对于昆虫的认识仅在书本，因此在具体说出昆虫特点时乡村学生比城市学生说得更多更具体形象。

3.城乡学生科学精神、态度和价值观差异调查。

对于科学态度、精神和价值观方面通过怀疑与批判精神、协作精神、独立思考精神、创新改革精神、好奇心、责任感和自主性七个子维度来研究。

调查结果显示：城乡学生在科学态度、精神和价值观方面存在着很大的差距，城市学生的优秀率与合格率分别是25.1%、26.8%，乡村学生分别是1
4.7%、17.0%，城市学生明显地好于乡村学生。

进一步调查结果显示，城乡学生对于科学的好奇心都非常浓厚，不管是城市学生还是乡村学生都觉得世界很惊奇，都有欲望去探究它。

在总体水平上，城市学生的科学态度精神和价值观比乡村学生良好。

而在创新精神和自主性方面城市学生明显好于乡村学生，但在责任感与协作精神方面，乡村的学生比城市的学生更有责任感与协作精神。

4.城乡学生科学探究能力与方法差异调查。

对于科学探究过程与方法的研究方面分为六个子维度，即提问、制定计划、制作、搜集整理资料、思考与结论和表达与交流。

调查结果显示：城乡学生科学探究过程与方法上存在着差异，城市学生的科学探究过程方法再优秀与良好分别是22.0%、44.1%，乡村学生分别是21.0%、22.8%，明显好于乡村学生。

进一步调查显示，城乡学生在提问、制定计划、思考与结论以及表达与交流上存在的差别不是很大。

对于科学课上遇到问题的情况，城市中学生大部分都会自己去思考然后进行解答；对于进行研究之前的计划制定上，城乡学生基本都会先制定好详细的计划然后再进行实施；对于思考与结论上城乡学生会自己去亲身试验得出结论；对于表达与交流上，城市学生都会勇敢地表达自己的实验结论，并且用相关实验来证明自己的结论，差别不大。

但在制作能力以及搜集整理材料方面就存在着明显的差异。

5.城乡学生对科学课兴趣差异调查。

笔者针对学生对科学课喜爱的程度以及喜爱的原因进行调查，调查结果显示：城市学生和乡村学生喜欢科学课的比率分别是91.5%和89.6%，表明城乡学生和乡村学生都比较喜欢上课学科，他们一致认为科学课上可以做试验，极大地增加他们的兴趣。

但对于喜欢的原因不一样，城市有32.4%的学生喜欢科学课是因为能学习知识，而乡村学生学习知识成为理由的只占人数的13.5%。

四、结论与分析
1.城乡学生科学素养的总体水平存在显著差异。

从研究的整体来看，城市学生的科学素养明显好于乡村学生的科学素养。

特别是城市学生的动手操作能力、自主精神、对于世界的认识等明显好于乡村学生。

主要原因一是城镇学校的师资条件和学校的硬件如实验室等比农村学校明显要好，使他们有更多的动手机会和被指导的机会。

二是城镇教育主管部门比较重视，每年都会举办科技节、小科学家等活动，学生参与面广，而且学生的作品质量逐年提高；而乡村的学校由于不重视，缺少老师的指导，所以他们很少有科技节之类的活动，即使有学生的积极性也不高，提交的作品质量也低。

三是城镇学生的家长素质高，对于培养学生科学素养十分重视，他们经常带领学生去动物园，参加科技展览了解最新科技产品，观看科技节目丰富科技知识。

2.城乡学生在科学知识的生命科学以及地球宇宙领域的知识存在显著差异。

调查表明，生命科学以及地球宇宙领域的科学知识城市学生明显比乡村学生掌握得要好，而在物质世界两者没有存在显著差异。

其原因一是师资队伍的素质，城镇学校的教师对自身的要求，相对比较敬业，上进心也强，他们更重视自身科学素养的提高。

而农村教师则不然，他们受到的压力相对较低，对自身的要求不高，这是影响学生对科学知识掌握的主要原因。

二是对于科学前沿知识的了解，城镇学生大部分可以通过电视、网络等传媒资源得到，而在乡村有些地方网络还没普及，他们了解知识的途径仅仅靠电视。

因此，在对于生命科学以及地球宇宙这两大具有与时代紧密联系的科学前沿知识部分，乡村学生会比城市学生的知识面狭窄。

而物质世界的知识主要涉及力学、电磁学的经典内容，这些知识更倾向于理解和应用，所以城镇与农村学生没有显著差异
3.城乡学生科学态度精神和价值观的不同方面存在显著差异。

从调查中笔者发现城乡学生在科学态度、精神及价值观总体上城镇好于农村学生，但协作
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精神与责任感方面乡村学生要好。

由于城镇学校的课程资源比农村学校要好得多，所以他们培养的学生在科学态度、精神及价值观总体上高不难理解。

但对于协作精神与责任感就城镇没有乡村学校的学生高似乎出乎意料。

但笔者从调查问卷以及谈话中仔细分析发现，城市学生独生子女比率高，在家受到宠爱，养成他们怕吃苦、个性强、以自我为中心的习惯，这就使他们在集体或团队活动时缺乏协作精神。

而乡村的孩子由于父母没有太多的时间来照顾他们，因此他们很小就形成生活独立、体贴他人的个性。

4.城乡学生科学探究能力与方法存在差异，特别是制作与搜集资料能力存在显著差异。

调查表明，城乡学生科学探究方法存在差异，他们从发现问题到解决问题有一套完整的体系，能够主动地去发现问题，独立思考解决问题。

而乡村学生在科学探究方法上主动性较差，经常遇到问题不是先解决的方法，而是直接询问教师或者其他同学得出答案。

而乡村学校科学实验匮缺，科学课上最主要是靠教师的示范试验，而对于学生自己的动手操作与收集资料的机会很少。

因此导致在动手操作、制作能力与收集资料方面能力城镇学生要好于农村学生。

5.城乡学生对科学课产生兴趣的原因存在显著差异。

通过调查发现，城乡学生都很喜欢上科学课，喜欢的原因主要是可以做实验。

但在可以通过科学课获取知识的原因上，城市学生就与乡村学生存在着很大的差异。

通过进一步的访谈法发现，学生实验是每一个学生都非常喜欢的、乐意接受的上课形式，喜欢动手是儿童的天性。

但是由于乡村实验资源缺乏，科学实验课往往是教师演示实验，甚至是“纸上实验”、“嘴上实验”，很少有学生分组实验。

因此城镇学生对科学课产生兴趣的原因归结为能够自己动手实验，而农村学生对科学课产生兴趣的原因则归结为教师教得好，而非实验。

五、思考与建议
1.提高科学教师自身的科学素养。

调查中发现农村教师的科学素养明显低于城镇小学教师，导致城乡学生在科学知识的生命科学以及地球宇宙领域的知识要比农村学生好。

科学课程是门综合性很强的学科，涉及到学科门类多，教师要有物理、生物、化学和天文地理的基础知识，所以担任科学课程教学的老师最好是科学教育专业的毕业生。

作为教师不管是科学教育专业还是非科学教育专业的毕业生，都必须加强职后的培训和自我的学习，教师只有不断地“充电”，不断地自我反思，才能达到自我提高的目的，才能胜任这门多学科的课程教学。

这是提高科学课质量的需要，也是缩小城乡学生科学素养的关键。

2.教育主管部门出台相关扶植政策。

城乡学生科学素养的整体差异较明显，这与长期以来城乡的不平衡发展有着较大的相关性。

调查中发现农村学校的实验室建设落后影响到学生对科学学习的兴趣。

因此，提高农村孩子对科学学习的兴趣，要缩小城市与乡村之间的差距，需要主管部门出台相关的政策予以扶持。

加强农村科学教育的基础设施建设，加快科学实验室建设，让农村孩子也能像城镇孩子一样有更多的动手实验机会。

同时，要大力地支持城镇优秀教师送教下乡，通过顶岗支教的形式把他们的教学理念和方法带到农村学校，主管部门应该采取评优评先等奖励，提高教师的参与度，从而有效地提高农村学生的科学素养。

3.充分发挥学校的地域优势。

无论是城市学校还是农村学校都有各自的特点和地域的优势。

乡村学校，首先要利用自身的自然环境优势，从学生实际生活中的例子出发，引导学生掌握更全面的科学知识。

可以开设具有乡村特色的校本课程，以此为依托全面提高学生的科学素养。

城镇学校要利用自身的教育设施、教学资源的优势，进一步全面地发展学生的科学素养。

同时，要有意识底举办培养学生的协作精神以及责任感的活动，提高城镇学生的科学态度和精神，培养学生自主探究、合作交流的精神。

4.动员全社会重视学生科学素养的培养。

科学素养的培养不能局限于学校，我们应该重视校外的科学教育，动员全社会的力量支持科学教育的改革，学生科学素养的培养，特别是农村科学教育的投入。

在目前国家教育经费不足的情况下，发动个人或企业资助农村科学教育硬件建设，如实验室、电脑的配置等等，以提高农村学生的动手操作与收集资料的能力。

像北京的桂馨慈善机构这几年一直资助农村小学科学的发展就是一个典范。

另外，应支持和鼓励举办各类与科技有关的辅导班，如果这类科技兴趣能像当今学作文、钢琴一样普及，我想学生的科学素养不愁不能提高。

5.重视家庭教育的有效辅助作用。

调查发现农村学生比城市具有更高的社会责任感和家庭责任感，也更容易与同学进行合作。

所以建议城镇的家长要改变观念，能积极配合学校教育，有意识地通过各种有效途径提高孩子的科学素养，即便自身素养不高也能得到弥补。

比如城市的家庭需要在全家一起参与到科学知识、科学探究方法学习的基础上，有意识地让学生主动地承担一定家务，培养他们的责任感；让他们参与到家庭的聚会讨论中，培养他们与他人交流并有效进行合作的态度。

农村的家庭则多与孩子一起观看具有科学性质的书本或电视，以弥补农村学生在生命世界及宇宙与空间等知识方面的不足。

同时，鼓励孩子利用家里的废旧材料进行科学制作，以培养孩子的制作能力；多给予孩子自己表现、自己做决定的机会，培养孩子的自主性。

参考文献：
[1]解红晖.科学素养概念化进程及特征探究[J].宁波大学学
（下转66页）
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报：教育科学版，2009，（8）：25.课题项目：*本文系2011年度教育部人文社科课题《“第二代”综合科学课程的理论与实践》（项目号：11YJA880002）、2011年度浙江省哲社科规划项目《浙江省科技教育改革与发展研究》（项目号：RZ1110017）
的研究成果之一
作者简介：蔡志凌（1965-），男，浙江温州人，温州大学教师教育学院教授，硕士，主要从事教师教育，科学课程与教学论的研究。

页面显示层：基于JSP ，采用包括CSS 层叠样式表和JavaScript 在内的多种动态网页制作技术实现的Web 页面。

页面显示层将用户请求通过HTTP 协议传递给服务器端的应用层，并将服务端返回的结果在浏览器中显示出来，页面显示层完成与用户的全部交互。

应用层：对应于图3中的Action 包（“包”是Java 中功能相似或相关的类和接口的集合），其中基类BaseAc-tion 类封装了获取web 页面请求参数、过滤非法数据以及验证用户权限的基本方法，对于来自Web 页面的HTTP 请求，首先获取其中的请求参数中所包含的用户信息及数据库操作信息，然后对用户权限进行校验，对数据库操作信息进行检查，防止SQL 注入攻击。

AuthenticationAction 类提供用户注册、登录、退出等功能方法，UserAction 类提供用户增删改查管理的功能方法，DataBaseAction 类提供数据库信息管理的功能方法。

应用层的类调用服务层的类实现系统功能，为页面显示层服务，是整个系统服务端的应用功能的总接口。

服务层：对应于与图3中的Service 包，其中包含数据库服务和用户服务两部分，应用层通过接口I-DatabaseService 和IUserService 来调用服务。

接口类的加入，使上层调用服务层功能方法的类与服务层具体的实现类隔离开来。

Userservice 类通过调用下层的IUserDao 接口完成用户信息管理，DatabaseService 类通过调用下层的IDatabaseDao 和IDbConnect 实现数据库信息的管理，以及数据库的访问操作。

数据持久化层：对应于图3的DAO 包，包含DatabaseDao 和UserDao 两部分，将系统中的用户信息以及数据库信息持久化到系统数据库中，在访问数据库时需要调用DbOperation 包中的接口。

数据库连接层：对应于图3的DbOperation 包，由于
系统中可以部署多种不同的数据库软件，需要有相应的类完成与其的连接，这些类均继承IDbConnect 接口以保持一致。

数据库连接类基于JDBC 技术，实现了与多种关系数据库的连接、验证和SQL 服务调用，并将其中的基本方法进行了封装和扩展，使其更加灵活易用。

模型层：对应于图3的Model 包，其中的类均是对一些基本属性的封装，Database 类封装数据库软件名称、数据库名称、SQL 语句等信息，User 类封装普通用户的用户名、密码、权限等信息，Admin 封装了管理员的用户名、密码等信息。

应用层、服务层和数据持久层都对模型层有依赖关系。

此外，系统对于在应用层和服务层中出现的异常
也进行了封装，对所有的异常进行统一管理（见图3的Exception 包）。

系统的分层设计，使程序的各模块之间高内聚、低耦合的特性增强，符合软件工程的基本思想，使系统的架构趋于稳定，更能适应需求的变化。

三、系统运行与测试
1.运行环境。

系统的运行环境如表1所示，其中服务器端的配置为系统目前部署测试时所采用的配置。

表1系统运行环境
2.功能测试。

按照软件测试的基本步骤，采用黑盒测试的错误推测法和错误推测法对系统的各个功能模块进行测试，以测试用户登录模块为例，预期当在界面中输入用户名或密码错误时，页面提示“用户名或密码错误，请重新输入”，并不进行页面跳转，正确时跳转到系统主页面，经测试实际输出结果与预期一致。

3.性能测试。

对系统的性能测试采用负载测试和压力测试相结合的方法展开，选取每分钟增加若干用户请求和混合加压作为测试数据。

测试的结果表明系统可支持2500用户并且响应时间小于3秒，压力测试结果显示CPU 和内存占用率在86%和88%以内。

四、总结与展望
本文所设计和实现的在线数据库系统，立足于简化在数据库基础知识教学过程中数据库环境搭建的烦琐步骤，为教师和初学者提供简单方便在线的关系数据库服务。

系统架构合理，运行状况稳定，简单易操作，从目前的反馈结果来看，系统在一定程度上提高了课堂教学质量，可以推广使用。

但是，系统在用户数
据库操作结果的页面显示效果还需要优化，用户权限控制等方面仍存在不足，同时教师在实践过程中发现了数据库在线测试试题、学生与教师互动等新的需求，这将是系统下一步改进与完善的方向。

资助项目：北京邮电大学教学改革项目
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