Fizikai Szemle honlap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2001/1. 26.o.

AMI A SZÁMSZERŰ EREDMÉNYEK MÖGÖTT VAN. . .

A magyar tanulók fizikatudása egy nemzetközi vizsgálatban

Papp Katalin
Szegedi Tudományegyetem,
Kísérleti Fizikai Tanszék

Nemrégiben a fizikát szeretők, értők enyhén szólva felszisszentek, amikor a televízió egyik közkedvelt vetélkedő műsorában a tizenéves játékos, akinek feladata a munka mértékegységének négy alternatíva közül való kiválasztása volt, nem volt biztos tippjében, ezért kérte egyetemet végzett ismerősének segítségét. Az agrárvégzettségű szakember a "newtont" választotta, amit a játékos - talán a felnőttek iránti tekintélytisztelet miatt - el is fogadott.

Mennyire tükrözi ez a szégyenteljes esemény, amely az ünnepek miatt valószínű nagy nézőszám előtt zajlott, a társadalom fizikatudását? Vajon a szakembereken kívül hányan érezték a nézők közül, hogy ez az ismerethiány hasonló (vagy súlyosabb) kategóriájú, mint például Fortinbras nemzetiségének (norvég?, dán?) nem tudása? Valóban ennyire gyenge a magyar társadalom, a fiatalok fizikatudása?

Ez a kérdésfölvetés (is) adhatja az apropót: vizsgáljuk meg nemzetközi összehasonlításban, milyen a magyar tanulók természettudományos tudása, hogyan tudják az iskolai fizikatanítás során szerzett ismereteiket alkalmazni konkrét problémák megoldásánál. Ehhez jó lehetőséget kínál az IEA (International Association for the Evaluation of Educational Achievement) által szervezett tudásszintmérő vizsgálatok eredményeinek ismerete.

A természettudományos tudást mérő első felméréssorozat az IEA szervezésében az 1970-es évek elején volt (FISS: First International Science Study), majd megismétlődött a nyolcvanas években (SISS: Second International Science Study), lehetővé téve a változások megfigyelését is. A felmérést ismét elvégezték az 1994/95 tanévben, (TIMSS: Third International Mathematics and Science Study), ami a trendekkel és a következményekkel kapcsolatban felmerült további kérdések megválaszolását tette lehetővé.

Az IEA vizsgálatokban fiatalok százezreinek tudásszintjét mérik öt kontinens sok-sok országából, általában három korosztályban. Szakértők úgy tekintik az IEA felméréseit, mint legfontosabb és legrészletesebb adatanyagot a különböző országok oktatási rendszereinek teljesítmény-összehasonlításához. A felmérések volumenéből adódóan hatalmas adathalmaz áll rendelkezésre, a következtetéseket is tartalmazó kiadványok több kötetnyit tesznek ki [5, 6, 10].

Magyarország az IEA szervezésű vizsgálatokba - szerencsére - már korán bekapcsolódott, így mindhárom természettudományos felmérés magyar vonatkozásai is rendelkezésre állnak.

Az 1. ábrán a 14 éves korosztály (2. populáció) természettudományos teszten elért eredményességét mutatjuk be az említett három (1970, 1984, 1995) felmérés esetén. Ez az összehasonlítás (akár időben, akár országok közötti rangsorban) azért érdekes, mert ez a korcsoport érdemli talán a legnagyobb figyelmet, hiszen teljesítményük az alapoktatás eredményét tartalmazza. A legtöbb vizsgált országban 14 éves korban a teljes korcsoport jár iskolába, így a vizsgálat a teljes népesség természettudományos tudásáról ad információt.

Az adatok azt mutatják, hogy a magyar 14 évesek teljesítménye 1984-ben volt a "csúcson", de a közelmúlt (1995) 5. helyezése sem szégyellnivaló az országok rangsorában. Az 1995-ös felmérésben szereplő magyar tanulók eredményeit a pedagógiai szaksajtóban többféle szempontból elemezték, értelmezték [1, 7, 11]. A következőkben a fizikai ismereteket igénylő konkrét feladatokból válogatunk, azok eredményességével foglalkozunk a 14 és a 18 éves korosztályban.

TIMSS, 2. populáció (13-14 évesek), fizika

A felmérés körülményeiről. A 2. populáció mintáját a 7. és 8. évfolyamra járó 14 éves tanulók alkották, összesen 45 országban, országonként 2000-6000 közötti elemszámmal!

1. ábra
1. ábra IEA felmérés természettudományból

A természettudományos teszt különböző tartalmú és szintű kérdéseket tartalmazott (összesen 135 item), a szakterületenkénti megoszlás a következő volt: földtudomány: 16%, biológia: 30%, fizika: 30%, kémia: 14%, környezetvédelem és természetismeret: 10%.

Az 1. táblázatban azon országok tanulóinak átlagos eredményeit tüntettük fel pontértékben, amelyek a reprezentativitás követelményének eleget tettek.

Az adatokból látható, hogy tanulóink mindkét évfolyamon a nemzetközi átlag fölött teljesítettek. A teljes adathalmaz mélyebb vizsgálata alapján megállapítható, hogy a magyar tanulók előtt 4 ország tanulói teljesítettek szignifikánsan jobban, 10 ország közel azonos teljesítményt mutatott és 26 ország tanulói érték el szignifikánsan rosszabb eredményt, mint a magyar nyolcadikosok [2].

A 2. táblázat tartalmi területenként mutatja be a tanulói teljesítményeket %-ban 8. osztályos tanulók esetén.

1. táblázat

A 7. és 8. évfolyamra járó tanulók természettudományos teszten nyújtott teljesítménye

Ország

8. évfolyam

7. évfolyam

 

Pontátlag

Életkor

Pontátlag

Életkor

Szingapúr

607 (5,5)

14,5

545 (6,6)

13,3

Csehország

574 (4,3)

14,4

533 (3,3)

13,4

Japán

571 (1,6)

14,4

531 (1,9)

13,4

Korea

565 (1,9)

14,2

535 (2,1)

13,2

Magyarország

554 (2,8)

14,3

518 (3,2)

13,4

Anglia

552 (3,3)

14,0

512 (3,5)

13,1

Belgium

550 (4,2)

14,1

529 (2,6)

13,0

Szlovákia

544 (3,2)

14,3

510 (3,0)

13,3

Oroszország

538 (4,0)

14,0

484 (4,2)

13,0

Írország

538 (4,5)

14,4

495 (3,5)

13,4

Svédország

535 (3,0)

13,9

488 (2,6)

12,9

USA

534 (4,7)

14,2

508 (5,5)

13,2

Kanada

531 (2,5)

14,1

499 (2,3)

13,1

Norvégia

527 (1,9)

13,9

483 (2,9)

12.9

Új-Zéland

525 (4,4)

14,0

481 (3,4)

13,0

Hong-Kong

522 (4,7)

14,2

495 (5,5)

13,2

Svájc

522 (2,5)

14,2

484 (2,5)

13,1

Spanyolország

517 (1,7)

14,3

477 (2,1)

13,2

Franciaország

498 (2,5)

14,3

451 (2,6)

13,3

Izland

494 (4,0)

13,6

462 (2,8)

12,6

Lettország

485 (2,7)

14,3

435 (2,7)

13,3

Portugália

480 (2,3)

14,5

428 (2,1)

13,4

Irán

470 (2,4)

14,6

436 (2,6)

13,6

Ciprus

463 (1,9)

13,7

420 (1,8)

12,8

Nemzetközi átlag

516

 

479

 

Zárójelben az átlagértékekhez tartozó szórás nagyságát tüntettük fel.

2. táblázat

Természettudományos eredményesség (%) tantárgyanként (8. osztály)

Ország

Teljes term. tud. teszt átlaga

(135 item)

Föld tudomány

(22 item)

Élő tudomány

(40 item)

Fizika

 

(40 item)

Kémia

 

(19 item)

Körny. véd. term. ism.

(14 item)

Szingapúr*

70 (1,0)

65 (1,1)

72 (1,0)

69 (0,8)

69 (1,2)

74 (1,1)

Korea*

66 (0,3)

63 (0,5)

70 (0,4)

65 (0,5)

63 (0,6)

64 (0,8)

Japán*

65 (0,3)

61 (0,4)

71 (0,4)

67 (0,3)

61 (0,5)

60 (0,7)

Csehország

64 (0,8)

63 (1,2)

69 (0,8)

64 (0,7)

60 (1,2)

59 (1,1)

Anglia*

61 (0,6)

59 (0,8)

64 (0,8)

62 (0,8)

55 (0,8)

65 (1,0)

Magyarország

61 (0,6)

60 (0,8)

65 (0,7)

60 (0,6)

60 (0,8)

53 (0,8)

Belgium (Fl)

60 (1,1)

62 (1,3)

64 (1,2)

61 (1,1)

51 (1,3)

58 (1,5)

Szlovákia

59 (0,6)

60 (0,7)

60 (0,6)

61 (0,6)

57 (0,8)

53 (0,9)

Svéd

59 (0,6)

62 (0,7)

63 (0,7)

57 (0,5)

56 (0,7)

52 (0,8)

Kanada*

59 (0,5)

58 (0,6)

62 (0,6)

59 (0,4)

52 (0,7)

61 (0,7)

Írország*

58 (0,9)

61 (1,1)

60 (1,1)

56 (0,8)

54 (1,0)

60 (1,1)

USA*

58 (1,0)

58 (1,0)

63 (1,1)

56 (0,8)

53 (1,2)

61 (1,0)

Oroszország

58 (0,8)

58 (0,8)

62 (0,7)

57 (0,9)

57 (1,3)

50 (0,8)

Új-Zéland*

58 (0,8)

56 (0,9)

60 (1,0)

58 (0,7)

53 (1,1)

59 (1,2)

Norvégia*

58 (0,4)

61 (0,6)

61 (0,5)

57 (0,4)

49 (0,6)

55 (0,8)

Hong Kong*

58 (1,0)

54 (1,0)

61 (0,9)

58 (0,9)

55 (1,0)

55 (1,3)

Svájc*

56 (0,5)

58 (0,6)

59 (0,6)

58 (0,5)

50 (0,7)

51 (0,8)

Spanyolország*

56 (0,4)

57 (0,5)

58 (0,5)

55 (0,4)

51 (0,7)

53 (0,6)

Franciaország

54 (0,6)

55 (0,8)

56 (0,8)

54 (0,5)

47 (0,9)

53 (0,9)

Írország

52 (0,9)

50 (1,2)

58 (1,0)

53 (0,9)

42 (0,8)

49 (1,0)

Lettország

50 (0,6)

48 (0,8)

53 (0,7)

51 (0,7)

48 (0,8)

47 (1,0)

Portugália

50 (0,6)

50 (0,7)

53 (0,6)

48 (0,5)

50 (0,9)

45 (0,8)

Litvánia

49 (0,7)

46 (0,9)

52 (0,9)

51 (0,7)

48 (0,9)

40 (1,0)

Irán*

47 (0,6)

45 (0,6)

49 (0,6)

48 (0,7)

52 (0,8)

39 (1,1)

Ciprus*

47 (0,4)

46 (0,6)

49 (0,5)

46 (0,4)

45 (0,6)

46 (0,8)

Ausztria

61 (0,7)

62 (0,8)

65 (0,7)

62 (0,7)

58 (1,1)

55 (0,9)

Németország

58 (1,0)

57 (1,0)

63 (1,1)

57 (1,0)

54 (1,3)

51 (1,3)

Nemzetközi átlag

56 (0,1)

55 (0,1)

59 (0,1)

55 (0,1)

51 (0,2)

53 (0,2)

Zárójelben az átlagértékekhez tartozó szórás nagyságát tüntettük fel.
* Integrált természettudományos oktatás, nincs tantárgyakra bontás.

Az adatokból látható, hogy a magyar tanulók tantárgyanként is a nemzetközi átlag fölött teljesítettek. A legjobb az eredmény kémiából és biológiából (4 ország végzett előttünk), földrajzból és fizikából 9, illetve 8 ország végzett előttünk, a környezeti és természetismereti kérdésekből viszont éppen "hoztuk" az átlagot, előttünk 13 ország tanulói értek el jobb eredményt. A táblázatban "*"-gal jelöltük meg azokat az országokat, amelyekben a 14 éves korosztályban integrált természettudományos tárgy (SCIENCE) keretében, nem külön tantárgyak formájában szerepelnek a természettudományos ismeretek. Érdemes ennek tudatában megvizsgálni az eredményeket. Megállapítható, hogy a táblázatban szereplő 27 ország közül az első 15 között Csehország, Magyarország, Belgium, Szlovákia, Svédország és Oroszország azok az országok, ahol a tanulók nem integrált tantárgyként tanulják a természettudományt.

Különbségek nemek és évfolyamok között

Az adatok lehetővé teszik, hogy összehasonlítsuk a tanulók természettudományos teljesítményét nemektől függően. Általánosságban megállapítható, hogy a matematika eredményekkel ellentétben (ahol a magyar fiúk és a lányok azonos teljesítményt nyújtottak!) a természettudományos teszten a fiúk jobb eredményt értek el, mint a lányok, ez alól Thaiföld és Ciprus volt kivétel. A magyar tanulók esetében a 8. évfolyamos lányok 59%-os, a fiúk 63%-os teszteredményt értek el, a legkisebb a különbség biológiából (lányok 65%, fiúk 66%). Fizikából a nemzetközi trendhez hasonlóan a fiúk teljesítettek jobban, a legtöbb országban ez a különbség szignifikáns, így nálunk is: fiúknál 63%, lányoknál 56%-os az eredményesség. Érdemes megjegyezni, hogy legkisebb a két nem eredménye között a különbség a "Környezetvédelem és természetismeret" kérdéseknél, ahol sok helyütt a lányok voltak az eredményesebbek (nálunk: fiúk 55%, lányok 52%).

A hetedikeseknél hasonló tendenciákat tapasztalunk, csak kisebbek a különbségek a nemek között, a magyar tanulóknál az "összteszten" a fiúk eredménye 57%-os, a lányoké 54%. A legnagyobb a különbség a fizika tárgy esetén (fiúk 57%, lányok 51%), biológiából azonos a teljesítmény (fiúk, lányok 61%), viszont a Környezetvédelem-természetismeret kategóriában a lányok, ha kicsivel is (49%), de jobban teljesítettek (fiúk: 48%). A nemzetközi eredményeket figyelembe véve úgy tűnik, hogy a fiúk-lányok közötti különbség - a fiúk javára - az életkor előre haladtával növekszik.

Ha nemtől függetlenül vizsgáljuk a teljesítmények évolyam szerinti különbségét, akkor mint ahogy az várható, azt tapasztaljuk, hogy a magasabb évfolyamok tanulói jobban teljesítettek. A tudás gyarapodásának "mértéke" azonban már a különböző országok esetén igen különböző, Magyarország a 36-os különbséggel a középmezőnyben helyezkedik el, előttünk szerepel például Litvánia (73), Szingapúr (63), Anglia (40), utánunk pedig például az USA (26).

A magyar tanulók fizikából mutatott teljesítményét hat konkrét fizikafeladaton keresztül mutatjuk be, amely további tanulságok levonására ad lehetőséget.

1. feladat "Távolság-idő grafikon"

1.feladathoz ábra

A grafikon egy hangya egyenes menti mozgását jellemzi. Ha feltételezzük, hogy sebessége állandó, milyen messzire jut a mozgás 30-ik másodpercében?

Válaszok: A) 5 cm, B)OK 6 cm, C) 20 cm, D) 30 cm

Ez a feladat egy egyszerű, ismeretalkalmazást igénylő, grafikon elemzéses feladat volt, amelyet a magyar tanulók 83%-os eredményességgel teljesítettek (8. osztály), ami a nemzetközi átlaggal éppen megegyezett. A hetedikes tanulók teljesítménye 81%-os, amely a nemzetközi átlag (79%) fölött volt. Ha az országok rangsorát tekintjük, akkor ezt a feladatot a hetedikeseknél 18 ország, a nyolcadikosoknál 28 ország tanulói oldották meg nálunk sikeresebben! Az egyenes vonalú egyenletes mozgás felismerése csak 3 ország esetén okozott igazán nehézséget (Irán, Kolumbia, Kuvait), amelyek 50% alatt teljesítettek, az országok 3/4 része az átlag fölött teljesített.

2. feladat "IZZÓ az áramkörben"

Az ábrákon egy elem és egy izzó kapcsolását mutatják be különböző anyagú rövidzár esetén. Melyik esetben világít az izzó? (rövidzárak: 1: levegő, 2: acélszeg, 3: rézpénz, 4: radírgumi)

Válaszok: A) 1 és 2, B)OK 2 és 3, C) 3 és 4, D) 1, 2 és 3, E) 2, 3 és 4.

ábra 2-es feladathoz

A zárt áramkör feltételének ismeretét, az anyagok vezetőképességét egyszerű alkalmazási szinten követelő feladatot a magyar tanulók 77% (7. osztály) és 85%-os (8. osztály) eredményességgel teljesítették. Ez a nemzetközi átlagot (69% 7. osztály, és 78% 8. osztály) jóval meghaladó teljesítmény az országok közötti rangsorban a 15., illetve a 12. helyezésre volt elegendő. Az életkorból adódó teljesítmény különbség viszonylag nagy volt ennél a feladatnál, amely az évfolyamok szerinti tananyag elrendezéssel magyarázható.

Megjegyezzük, hogy nem volt nehéz sikeres választ adni erre a feladatra az osztrák tanulóknak (91%-os teljesítmény), akiknek tankönyvében [4] a következő ábra szerepel:

ábra 2-es feladathoz

3. feladat "Hang a térben"

A tengeren két hajó legénysége kiáltással kommunikál egymással. Miért nem lehetséges ugyanez két űrhajó legénysége esetén, ha a távolság a világűrben ugyanakkora?

Válaszlehetőségek:

  1. A hang az űrben jobban visszaverődik
  2. A nyomás túl nagy az űrhajóban
  3. Az úrhajó gyorsabban halad, mint a hang
  4. OK Az űrben nincs levegő, amelyben a hang terjedhet

Az ismeretek alkalmazását új szituációban igénylő feladat esetén a magyar tanulók átlag felett teljesítettek, hetedikeseknél 73% (nemzetközi átlag: 67%), nyolcadikosoknál 82% (nemzetközi átlag: 70%) volt az eredmény, előttünk 9 ország (7. osztály), illetve 3 ország (8. osztály) végzett. Ennél a feladatnál Korea (88%) és Japán (90%) teljesített kiemelkedően az országok között.

4. feladat "Az eső alma"

Az ábra egy földre eső almát mutat. A három jelölt helyzet közül melyikben hat a gravitáció az almára?

Válaszok: A) csak 2, B) 1 és 2, C) 1 és 3, D)OK 1, 2 és 3

ábra 4-es feladathoz

A gravitációs mező és a test kölcsönhatásának megértés-szintű ismeretét igénylő feladatot a tanulóknak körülbelül fele oldotta meg jól, a nemzetközi átlag 49% (7. osztály) és 55% (8. osztály). A kölcsönhatás szemléletet ismerő magyar tanulók teljesítménye átlag fölötti (69% és 72%), amivel a hetedikesek a harmadik, a nyolcadikosok a 2. helyezést értek el az országrangsorban. Mindkét évfolyamon Csehország tanulói értek el kimagasló eredményt. A megoldások tipikus hibája a B) lehetőség választása volt, amely azt a tévképzetet mutatja, hogy a Földön nyugalomban levő testre nem hat a gravitáció.

5. feladat "Hatásosabb gép"

Egy terület tisztítására A és B gépet használják. A táblázat mutatja, hogy milyen nagyságú területeket tisztítanak meg egy óra alatt és mennyi üzemanyagot fogyasztanak. Melyik gép alakítja át nagyobb hatásfokkal az üzemanyag energiáját munkává? Magyarázd meg válaszodat!

 

1 óra alatt megtisztított terület

1 óra alatt fölhasznált üzemanyag

A gép

2 hektár

3/4 liter

B gép

1 hektár

1/2 liter

Ennek a feladatnak a helyes megoldása gondot jelentett a tanulóknak. Tipikusan az "ismeretalkalmazás új szituációban" kategóriájú, ahol két paraméter (terület, üzemanyag fogyasztás) hatását kellett figyelembe venni. (Tulajdonképpen arra kellett rájönni, hogy a 3/8 kisebb, mint az 1/2!) A 36%-os (8. évfolyam) és 29%-os (7. évfolyam) nemzetközi átlag úgy alakult ki, hogy csak kilenc ország volt a 27 között, ahol a tanulóknak legalább fele teljes választ adott. Magyarország eredménye a 8. évfolyamon éppen a nemzetközi átlag (36%), a hetedikeseknél 22%, ez jóval az átlag alatti. A feladatot Anglia nyolcadik évfolyamos tanulói oldották meg legjobban (51%), a magyar hetedikesek mellett még alacsony teljesítményt ért el Lettország, Litvánia és Spanyolország.

2. ábra
2. ábra A fizikafeladatok nehézségi "térképe" (2. populáció)

6. feladat "Fényfolt a falon"

Ha zseblámpával közelről világítunk falra, akkor kisebb fényfoltot kapunk, mintha távolról tennénk ugyanezt. Azt jelenti ez, hogy távolabbról világítva több fény jut a falra? Magyarázd meg válaszod!

Ismét egy "alkotó alkalmazás" típusú feladat, ahol a helyes megoldáshoz magas szintű gondolkodási műveletre (analízis, absztrakció) van szükség. Ez a feladat találtatott a legnehezebbnek, a tanulók kevesebb mint 1/4-e válaszolt helyesen, a nemzetközi átlag 18% (7. évfolyam) és 23% (8. évfolyam) volt. Örvendetes és meglepő, hogy a magyar tanulók ennél a feladatnál teljesítettek relatíve legjobban (38%, 40%), az országok közötti rangsorban, magasan a nemzetközi átlag fölött. A 7. évfolyamnál csak egy ország végzett előttünk (Irán), a nyolcadikosoknál pedig a 27 ország közül első helyen végeztünk.

A feladatokat, amelyek tükrözik a TIMSS fizikafeladatainak típusait és tartalmi területeit, a tanulói teljesítmények alapján egy "nehézségi skálán" helyezhetjük el.

Az így kialakított "nehézségi térkép" ( 2. ábra összesítve mutatja a nemzetközi és a magyar teljesítményeket. Az adatokból látható, hogy néhány feladatnál (1., 4., 6.) a magyar tanulóknál kicsi a különbség a hetedikes és nyolcadikos eredmények között, a 2. és s 5. feladatnál viszont igen nagy. Fontosabb megállapítás, hogy a magyar tanulók a magasabb szintű, értékesebb problémamegoldást igénylő feladatoknál jobban teljesítettek (3., 4., 6. feladat). Ez a következtetés, vagyis, hogy az ismereteket új helyzetben, köznapi problémák megoldására sikeresen alkalmazzák a magyar tanulók, nem cseng össze a 18 évesek nyújtotta teljesítménnyel, illetve a pedagógiai szakirodalomban ismertetett más hasonló felmérések eredményeivel [3, 8]. A különbség okainak felderítése, a különbözőség magyarázata a konkrét feladatok összehasonlító elemzésével tanulságos lehet.

TIMSS-vizsgálat, 3. populáció, 18 évesek, fizika

Az 1995-ös IEA vizsgálat (TIMSS) kiterjedt a középiskolák utolsó éves évfolyamára is. A 3. populációt célzó felmérésre már kevesebb ország (21) vállalkozott, még kisebb a száma (8) azoknak az országoknak, amelyek tanulói "mintája" megfelelt a reprezentativitás követelményének: A felmérésben a magyar 18 évesek között utolsó éves gimnáziumi és szakközépiskolai tanulók mellett szakmunkásképző iskolák utolsó éves tanulói is (10. évfolyam) szerepeltek; az összlétszámuk: 5091. A matematika és a természettudományos teljesítmények együttes vizsgálata mellett külön matematika és külön fizikateszt is volt az ezen tárgyakat speciális tanterv szerint tanulók számára, Magyarország azonban ez utóbbiakban nem vett részt. (Kár!)

A 3. táblázatban az utolsó éves középiskolások természettudományos teszten elért eredményeit mutatjuk be, feltüntetve külön a fiú és a lány eredményeket is.

A számadatok tanulmányozása további következtetések megfogalmazására ad lehetőséget. Ha a táblázat adatai alapján a teljesítmény szerinti sorrendet nézzük, akkor a magyar tanulók (átlag: 471) az országok közötti sorrendben 18. helyen végeztek, eredményük a nemzetközi átlag (500) alatti, Litvánia, Ciprus és Dél-Afrika van csak utánunk. A fiúk és a lányok teljesítménye közötti változó különbségek (nemzetközi átlag: 39) azt mutatják, hogy minden felmért országban a fiúk teljesítettek jobban, a magyar tanulók ezen adata 29, amellyel a középmezőnyben helyezkednek el.

3. táblázat

Utolsó éves középiskolások teljesítménye a természettudományos teszten

Ország

Pontátlag

Fiú/lány arány
(%)

Fiú
Pontátlag

Lány
Pontátlag

Különbség
(pont)

Svédország

559 (4,4)

49/51

585 (5,9)

534 (3,5)

50

Új-Zéland

529 (5,2)

49/51

543 (7,1)

515 (5,2)

28

Svájc

523 (5,3)

56/44

540 (6,1)

500 (7,8)

40

Csehország

• 487 (8,8)

51/49

512 (8,8)

460 (11,0)

28

Oroszország

481 (5,7)

38/62

510 (5,7)

463 (6,7)

47

Magyarország

471 (3,0)

52/48

484 (4,2)

455 (4,3)

29

Litvánia

461 (5,7)

36/65

481 (6,4)

450 (7,3)

31

Ciprus

448 (3,0)

45/55

459 (5,8)

439 (3,0)

20

Ausztrália

• 527 (9,8)

42/58

547 (11,5)

513 (9,4)

34

Ausztria

520 (5,6)

39/61

554 (8,4)

501 (5,8)

53

Kanada

532 (2,6)

47/53

550 (3,6)

518 (3,8)

32

Franciaország

• 487 (5,1)

47/53

508 (6,7)

468 (4,8)

39

Izland

549 (1,5)

48/52

572 (2,7)

530 (2,1)

41

Olaszország

475 (5,3)

46/54

495 (6,7)

458 (5,6)

37

Norvégia

544 (4,1)

51/49

574 (5,1)

513 (4,5)

61

USA

480 (3,3)

50/50

492 (4,5)

469 (3,9)

23

Németország

• 497 (5,1)

56/44

514 (7,9)

478 (8,5)

35

Dánia

• 509 (3,6)

45/55

532 (5,4)

490 (4,1)

41

Hollandia

558 (5,3)

52/48

582 (5,7)

532 (6,2)

49

Szlovénia

• 517 (8,2)

51/49

541 (12,7)

494 (6,4)

47

Dél-Afrika

349 (10,5)

49/51

367 (11,5)

433 (3,9)

23

Nemzetközi átlag:

500

 

521

482

39

Zárójelben az átlagértékekhez tartozó szórás nagyságát tüntettük fel
: az ország teljesítménye szignifikánsan magasabb a nemzetközi átlagnál.
: az ország teljesítménye szignifikánsan alacsonyabb a nemzetközi átlagnál
  • : nincs szignifikáns különbség az ország teljesítménye és a nemzetközi átlag között

Az utolsó éves középiskolások természettudományos teszten elért teljesítménye további elemzést igényel. A továbbiakban négy konkrét fizikafeladat kapcsán azt vizsgáljuk, hogyan járultak hozzá a fizikateljesítmények ehhez az eredményhez.

1. feladat "Kő és tenisziabda hatása"

A mellékelt ábrán két ablakot látunk. A baloldalit egy repülő kő törte be. A kővel azonos tömegű és sebességű teniszlabda ütközött a másik, azonos nagyságú és anyagi minőségű ablaknak, de az nem tört be.

Magyarázd meg, mi az oka, hogy a kő betörte az ablakot, a teniszlabda nem!

ábra az 1-es feladathoz

A magyar tanulók ezt a feladatot 54%-os teljesítménnyel oldották meg, az országok átlaga 57% volt. Jól teljesítettek (helyes válaszok aránya nagyobb, mint 70%) Új-Zéland, Svédország, Ausztrália tanulói, a magyar tanulók a 14. helyen végeztek (USA és Szlovénia azonos eredmény), 40% alatt teljesítettek között például Litvániát, Oroszországot és Ciprust találjuk.

A feladat az ütközés jelenségének konkrét gyakorlati alkalmazását követelte meg, ahol az ütközési idő-erő, a deformálhatóság, az ütközési felület nagyságának hatását kellett a két esetben végiggondolni.

2. feladat "Cipősarok a padlón"

Vannak magas sarkú cipők, amelyek a padlót koptatják. Az ilyen tűsarkú cipők sarok-átmérője 0,5 cm, míg a hagyományos cipők sarka körülbelül 3 cm átmérőjű. Magyarázzuk meg, hogy a magas sarkú cipő miért koptatja jobban a padlót!

ábra a 2-es feladathoz

A feladatot sikeresen megoldó tanulók (a teljes választ adók %-a) az országok átlagában 41%, a magyar tanulók 47%-os eredményt értek el, előttünk nyolc ország végzett. Az első helyeken Hollandia (55%), Ausztrália (53%) és Németország (52%) található, nálunk jóval gyengébb eredményt ért el például Csehország (28%), USA (24%) és Szlovénia (20%).

A feladat megoldásához a nyomás, a nyomóerő, a nyomott felület fogalmait, kapcsolatát kellett alkalmazni mindennapos gyakorlati szituációban. A magyar teljesítmény a nemzetközi átlag fölötti ugyan, de a szükséges ismeretek egyszerűsége alapján jobb eredmény is elvárható lett volna. Talán, ha a magyar tankönyvekben szerepelt volna a következő ábra, akkor ezt a feladatot sikeresebben oldják meg (Ausztria tanulóinak eredménye ennél a feladatnál 51%).

3. feladat "Nukleáris energiaforrás"

Nukleáris energiát állíthatunk elő maghasadással és magfúzióval. A fúziót nem használják jelenleg energia forrásként a reaktorokban. Mi ennek az oka?

  1. Még nem ismertek a fúzió tudományos alapelvei
  2. OK Még nem fejlesztették ki azokat a technológiai eljárásokat, amelyek a fúziót biztonságossá tehetnék
  3. A szükséges nyersanyagok még nem állnak rendelkezésre
  4. A fúzióból származó melléktermékek túl veszélyesek

A helyes megoldások nemzetközi átlaga 40%, a magyar tanulók 41%-os eredményt értek el, tehát az átlag felett egy kicsivel. Ezzel az eredménnyel a 9. helyen végeztünk az USA tanulóival együtt, viszonylag jól szerepelt Svédország (54%), Dánia (51%), a sor végén találjuk Izlandot (28%), Szlovéniát (29%).

A felelet választásos formájú feladat magyarázatot, indoklást nem igényelt, mégis nehézséget okozott a tanulóknak. Felvetődhet a kérdés, hogy a gyenge teljesítményt vajon az iskolában szerzett tudás hiányának vagy az ismeretterjesztés (például TV) elégtelenségének tudhatjuk-e be?

4. feladat "Lámpa és az elektromos energia"

A lámpák üzemeltetésére elektromos energiát használunk. Választ kell adni, hogy a nyert fényenergia mennyisége több kevesebb, vagy ugyanakkora, mint a felhasznált elektromos energia? Indokold válaszod?

Ez az ismeretek gyakorlati alkalmazását igénylő, feleletválasztásos formájú feladat megoldása jelentette a középiskolások számára a legnagyobb nehézséget nemzetközi szinten (átlag: 21%) és a magyar tanulók számára (átlag: 16%) egyaránt. Helyes Választ a vizsgálatban részt Vett tanulók alig 1/5-e adott, az országrangsort vezető Szlovénia teljesítménye is csak 35%. Alacsony teljesítményt értek el például az USA tanulói (11%).

A lámpa melegedése, a mindennapi életben közvetlenül is tapasztalható hőveszteség "élménye" úgy tűnik hiányzik a tanulóknak, talán ez lehet a magyarázata az igen gyenge teljesítménynek.

A feladatok nehézségi fokát illusztráló 3. ábrán az összesített teljesítményeket is feltüntettük.

Nehéz a konklúzió megfogalmazása a magyar tanulók teljesítményéről a Vázolt négy feladat vonatkozásában. A gyenge eredmény lehetséges okai közül szerepeljen itt néhány:

3. ábra
3. ábra A fizikafeladatok nehézségi "térképe" (3. populáció)

A TIMSS vizsgálat ezen részében nemcsak a magyar 18 éves korosztály, hanem a többi ország tanulói is alacsony teljesítményt nyújtottak (lásd nemzetközi átlagok). Ez persze nem vigasztalhat bennünket, és az sem, hogy az alacsonyabb korosztály (2. populáció, 7., 8. évfolyam) - mint ahogy korábban láttuk -, magasabb teljesítményt mutatott.

A számszerű eredmények mélyebb analízise, például a helytelen tanulói válaszok elemzése, segítséget adhat a további okok kiderítéséhez és a teendők megfogalmazásához.

A teszten elért teljesítményt befolyásoló tényezők - tantárgyi vonzódás és a tanulói környezet hatása

Természettudományos attitűd és a teljesítmény

A rendelkezésünkre álló adathalmaz lehetőséget ad arra, hogy megvizsgáljuk, a természettudományos tárgyakhoz való kötődés (attitűd) és a felmérés során elért teljesítmény milyen kapcsolatban van egymással. A kérdéskör tárgyalását és vázlatos bemutatását azért is fontosnak, a témához szorosan illeszkedőnek érezzük, mert saját hazai attitűdvizsgálataink [9] eredményeihez kapcsolódhatunk. A trendek, a kapcsolatok bemutatásához most nem a felmérés teljes adatállományát, hanem csak kiragadott országok jellemzőit használjuk fel, a TIMSS-ben alkalmazott tanulói és tanári kérdőívek adatai alapján.

4. táblázat

14 éves tanulók véleménye a tantárgyak szeretetéről

Ország

A "szeretem" és a "nagyon szeretem" kategóriát választó tanulók aránya %-ban

Teljesítmény (pontátlag)

 

Integrált term. tud.

Biológia

Földrajz

Fizika

 

Anglia

78

-

-

-

552

Ausztrália

60

-

-

-

527

Ausztria

-

70

55

49

520

Csehország

-

65

65

44

487

Irán

93

-

-

-

470

Japán

56

-

-

-

571

Korea

59

-

-

-

565

Magyarország

-

73

69

49

554

Portugália

-

90

-

81

480

Szingapíu

92

-

-

-

607

Szlovákia

-

69

72

51

544

Svédország

-

61

66

63

535

USA

71

-

-

-

534

5. táblázat

Végzős középiskolások véleménye a tantárgyak szeretetéről

Ország

A "szeretem" és a "nagyon szeretem" kategóriát választó tanulók aránya %-ban

Teljesítmény (pontátlag)

Biológia

Kémia

Földrajz

Fizika

Ausztrália

60

37

53

34

527

Ausztria

72

38

61

36

520

Csehország

60

29

66

26

487

Dél-Afrika

67

49

68

47

349

Izland

86

59

65

51

549

Kanada

70

50

71

44

532

Magyarország

63

24

61

28

471

Szlovénia

54

29

69

35

517

Svájc

65

46

71

44

523

Svédország

69

46

72

47

559

Új-Zéland

63

38

55

35

529

USA

67

49

68

47

480

Mennyire szeretik a tanulók a természettudományos tárgyakat?

A fenti kérdésre adott tanulói válaszok (a "nem szeretem"-től a "nagyon szeretem"-ig terjedtek) közül a szeretem, és nagyon szeretem alternatívát választók %-os arányát tüntettük fel a 4. táblázatban.

Megállapíthatjuk, hogy az integrált természettudomány (science) formájában tanult természettudományi. ismeretek esetén pozitívabb kötődés alakul ki (táblázat 1. oszlopa) a tanulókban. A szeparált tantárgyi formában tanító országoknál a legkedvezőbb a biológia tantárgy megítélése (60% fölötti), és igen kedvezőtlen a fizikatárgyról alkotott vélemény (Csehország, Ausztria, Magyarország):

Szoros korrelációt a tantárgyi hozzáállás és a teszten nyújtott teljesítmény között nem tapasztalunk, a "pozitív kötődés - jó teljesítmény"-re épp úgy találhatunk példát (Szingapúr), mint a "nagyon szeretem", de kevésbé eredményes teljesítményre (például Irán, Portugália). Ha részletesebben megvizsgáljuk az attitűd háttérváltozó hatását attól függően, hogy fiúk vagy lányok nyilatkoztak, akkor az adatok részletes ismertetése nélkül megállapítható, hogy a fiúk általában kedvezőbb hozzáállásúak, a legnagyobb, szignifikáns különbség a fiúk javára fizikatárgy megítélésénél tapasztalható, ezen belül is a szlovák, a holland és a német leánytanulók szeretik legkevésbé a fizikatárgyat:

Az adatok tanulmányozása során szembeötlik, hogy az egyes tantárgyak "tetszési indexe" milyen széles intervallumon belül változik, a legszélsőségesebb megítélés a fizikatárgynál tapasztalható (Csehország 44%, Portugália 81%).

Hasonló eredményt mutat ugyanezen háttérváltozó hatása a teljesítményre a 3. populáció esetén, az adatokat az 5. táblázat tartalmazza.

A tantárgyak kedveltségi sorrendje teljesen megegyezik ugyanezen korosztály számára szervezett saját empirikus vizsgálatunk eredményével [9], nevezetesen a biológia tantárgy a legkedveltebb a természettudományos tárgyak közül, a kémia és a fizika lényegesen kisebb "népszerűségnek örvend". A legalacsonyabb érték fizikából a cseh tanulók véleménye alapján adódott (csak 26%-uk nyilatkozott úgy, hogy szereti, illetve nagyon szereti a fizikát), az "“abzolút" negatív kötődést a magyar tanulók kémia megítélése szolgáltatta (24%). A fiú-lány vélemények összehasonlítása ugyancsak megerősíti hazai vizsgálatunkat: a biológiát a lányok jobban szeretik, a kémiát, fizikát a fiúk szeretik jobban, a legkedvezőtlenebb hozzáállása a cseh, a magyar, az ausztrál és az új-zélandi leány tanulóknak van fizikatantárgyból.

6. táblázat

Számítógépes környezet - természettudományi teszten nyújtott teljesítmény, 8. évfolyam

Ország

Van-e számítógép otthon?

 

Igen

Nem

 

Tanulói arány %

Pontátlag

Tanulói arány %

Pontátlag

Anglia

89

553

11

558

Portugália

73

554

27

525

Ausztria

59

565

41

548

Csehország

36

593

64

563

Irán

4

474

96

472

Korea

39

584

61

553

Lettország

13

487

87

485

Magyarország

37

581

63

539

Oroszország

35

542

65

536

Románia

19

504

81

482

Szingapúr

49

626

51

590

Szlovákia

31

561

69

537

USA

59

555

41

506

7. táblázat

A számítógép iskolai alkalmazásának gyakorisága és a természettudományos és matematika teszten elért teljesítmény, 18 évesek

Ország

Számítógép-használat az iskolában

Összes tanuló teljesítménye (pontátlag)

Nagyon ritkán, soha

Hetente

Naponta

Tanulói arány %

Pontátlag

Tanulói arány %

Pontátlag

Tanulói arány %

pontátlag

Ausztrália

25

498

28

534

34

544

527

Ausztria

34

496

39

529

20

546

520

Csehország

62

450

20

524

9

552

487

Dánia

18

501

41

529

27

549

509

Kanada

21

500

34

535

28

544

532

Litvánia

69

460

19

481

4

482

461

Magyarország

65

471

19

500

12

525

471

Oroszország

47

468

32

483

12

504

481

Szlovénia

38

492

26

531

21

546

517

Svájc

38

501

24

549

28

550

523

Svédország

32

518

31

566

19

614

559

USA

27

435

27

485

31

494

480

Terjedelmi okok miatt nem közöljük azon tanulócsoport eredményeit, akik nyilatkozatuk szerint havonta találkoznak számítógéppel az iskolában.

Tanulói környezet és a természettudományos teljesítmény

A TIMSS vizsgálat során a tudásmérés mellett az IEA hagyományainak megfelelően információt kapunk további háttérváltozókról, amelyeket tanulói, tanári, iskolairányítói kérdőívek segítségével gyűjtöttek össze. Többek között a számítógépes környezet, az osztály mérete, a tanár életkora, tapasztalata, a tanári és tanulói kísérletek gyakorisága a tanulók iskolán kívüli tevékenysége témákban juthatunk értékes információkhoz. Ezekből az adathalmazokból a számítógép alkalmazását és a tanulók televízió-nézési szokásait emeljük ki.

8. táblázat

Televíziózási, videózási szokások és a teljesítmény, 14 évesek

Ország

Napi televízió-, videonézési idő

Összes tanuló teljesítménye (pontátlag)

Kevesebb mint egy óra

3-5 óra

Több mint 5 óra

Tanulói arány %

Pontátlag

Tanulói arány %

Pontátlag

Tanulói arány %

Pontátlag

Anglia

20

545

31

558

11

530

552

Ausztrália

24

556

27

541

9

502

545

Ausztria

25

562

17

558

5

522

558

Csehország

15

578

31

571

9

546

574

Izrael

9

507

44

532

14

513

524

Japán

9

579

30

564

9

547

571

Korea

32

574

20

555

7

534

565

Litvánia

12

469

32

476

12

467

476

Magyarország

11

569

33

552

15

522

554

Oroszország

12

526

32

544

14

538

538

Szingapúr

7

633

37

597

6

582

607

Svájc

45

534

9

502

2

-

522

USA

22

542

25

533

13

493

534

Terjedelmi okok miatt a táblázatokban nem tüntettük föl azon tanulócsoport eredményeit, akik nyilatkozatuk szerint 1-2 órát nézik naponta a televíziót.

Változatos képet mutat a tanulók otthoni számítógép ellátottsága (6. táblázat), ez alapján az országok akár be is sorolhatók gazdag (például Anglia), kevésbé gazdag (például Magyarország), szegény (például Románia) csoportokba. Azok a tanulók, akik számítógéppel rendelkeznek otthon, a természettudományos teszten lényegesen jobb eredményt értek el (például Magyarország, Szingapúr, Korea és USA).

A számítógép iskolai alkalmazásának gyakorisága (7. táblázat) és a természettudományos teszten nyújtott teljesítmény között szignifikáns kapcsolatot találunk, amely legmarkánsabbnak Magyarország, Csehország, Szlovénia és USA esetén mutatkozik.

Különösen tanulságos annak tanulmányozása, hogy i széles határok között változik például a "nagyon soha" kategóriát választó tanulók aránya az országok között (például Dánia 18%, Magyarország 65%), illetve milyen, a nemzeti átlagot jóval meghaladó teljesítményt értek el azok a tanulók, akik nyilatkozatuk szerint naponta találkoznak számítógép-alkalmazással az iskolában (például Magyarország, Csehország, Svédország).

Televízió-nézés, és a természettudományos teszten nyújtott teljesítmény

Természettudományos tudás és a TV előtt eltöltött idő kapcsolata, összehasonlítása nem kézenfekvő, kétkedésre, vitára ösztönözheti a szakembereket, laikusokat egyaránt. Hogy zárásként mégis ezt a kapcsolatot mutatjuk be mindkét korosztálynál (8., 9. táblázat), annak az oka az, hogy ez az a háttérváltozó (TV előtt eltöltött idő), amely érték alapján Magyarország vezeti az országok közötti rangsort. Úgy gondoljuk, ezt a “dicsőséget" szívesen átengednénk más országoknak, talán az igazi gondot ez okozza.

A sok adatból jól látszik, hogy a TV előtt eltöltött idő növekedése kedvezőtlenül befolyásolja a teszten nyújtott teljesítményt. A magyar 14 évesek 15%-a nyilatkozott úgy, hogy naponta több mint 5 órát nézi a televíziót (videót), ez igen magas arány, ugyanez a szám például Svájc esetén 2%, Ausztria esetén 5%. A 8. és 9. táblázat utolsó oszlopában a feltüntetett nemzeti átlagok segítenek a különböző tanulócsoportok teljesítményeinek összehasonlításában.

Végezetül annak illusztrálására, hogy a bemutatott statisztikákból levont általánosítások mennyire helytállóak és időtállóak, a legfrissebb 1999-es IEA-szervezésű természettudományos vizsgálat 14 évesekre vonatkozó felméréséből a következőket emeljük ki ( http://timss.bc.edu): Magyarország 38 ország közül az előkelő 3. helyen szerepel az országok rangsorában a természettudományos teszten elért eredmény alapján. Tantárgyanként a magyar tanulók földrajzból az 1., biológiából 6., fizikából 5., kémiából 2. helyet érték el, mindenütt magasan a nemzetközi átlag fölött teljesítettek. Vészharang, Vagy örömmámor? A tudásszint mérés eredményeinek globális megítélése óvatosságra int, a lényeg a részletekben, a számszerű eredmények mögött van.

9. táblázat

Televíziózási, videózási szokások és a teljesítmény, 18 évesek

Ország

Napi televízió-, videonézési idő

Összes tanuló teljesít-ménye (pontátlag)

Kevesebb mint egy óra

3-5 óra

Több mint 5 óra

Tanulói arány %

Pontátlag

Tanulói arány %

Pontátlag

Tanulói arány %

Pontátlag

Ausztrália

34

532

17

527

5

476

527

Ausztria

37

532

14

507

2

-

520

Csehország

21

512

22

450

5

429

487

Dánia

32

541

15

519

2

-

509

Kanada

38

531

15

512

3

502

532

Litvánia

21

473

24

459

6

439

461

Magyarország

31

505

19

451

6

426

471

Oroszország

15

490

31

469

7

451

481

Szlovénia

44

520

10

486

3

484

517

Svájc

55

545

8

505

2

-

523

Svédország

33

576

15

526

1

-

559

Új-Zéland

28

537

20

511

7

506

529

USA

40

483

15

458

5

424

480

Terjedelmi okok miatt a táblázatban nem tüntettük föl azon tanulócsoport eredményeit, akik nyilatkozatuk szerint 1-2 órát nézik naponta a televíziót.

Irodalom

  1. BÁTHORY ZOLTÁN: Természettudományos nevelésünk- változó magyarázatok -Iskolakultúra 9/10 (1999) 46-54
  2. BEATON, M. MARTIN, I. MULLIS, E. GONZALES, T. SMITH, D. KELLY: Science Achievement in the Middle School Years: IEA's Third International Mathematics and Science Study - TIMSS International Study Center, Boston College, 1998.
  3. CSAPÓ BENŐ: Az iskolai- tudás felszíni rétegei: mit tükröznek az osztályzatok? - In: Csapó Benő (szerk.): Az iskolai tudás Osiris Kiadó, Budapest, 1998, 39-81
  4. E. KAUFMAN, A. ZÖCHLING: Physik und Chemie in unserer Welt, “Ueberreuter"Schulbuch verlagsgesellschaft - Wien, 1986.
  5. J. P. KEEVES: Changes Science Education and Achievement 1970 to 1984 - Pergamon Press, Oxford, 1991.
  6. MULLIS, M. MARTIN, A. BEATON, E. GONZALEZ, D. KELLY, T. SMITH: Mathematics and Science Achievement in the Final Year of Secondary School: IEA's Third International Mathematics and Science Study, TIMSS - TIMSS Internatlonal Study Center, Boston College, USA, 1998.
  7. NAHALKA ISTVÁN: Válságban a magyar természettudományos nevelés - Új Pedagógiai Szemle 5 (1999)
  8. NÉMETH MÁRIA: Iskolai és hasznosítható tudás: a természettudományos ismeretek alkalmazása - In: Csapó Benő (szerk.): Az iskolai tudás Osiris Kiadó, Budapest, 1998, 115-137
  9. PAPP KATALIN, JÓZSA KRISZTIÁN: Legkevésbé a fizikát szeretik a diákok? - Fizikai Szemle 50/2 (2000) 61-67
  10. T. N. POSTLETWAITE, D. E. WILEY: The IEA study of science II.: Science Achievement in twentythree countries - Pergamon Press, Oxford, 1992.
  11. VÁRI PÉTER, KROLOPP JUDIT: Egy nemzetközi felmérés főbb eredményei (TIMSS) - Új Pedagógiai Szemle 4 (1997)