Rammeverket for TIMSS 2015 - kortversjon

1. Rammeverk for bakgrunnsvariabler

Siden læring alltid finner sted i en kontekst, samler TIMSS inn informasjon om faktorer som kan påvirke læring i matematikk og naturfag. Rammeverket for bakgrunnsvariabler i TIMSS 2015 omhandler fem kontekster;

• Nasjon/samfunn
• Hjemmet
• Skolen
• Klasserommet
• Elevers kjennetegn og holdninger

Nasjon/samfunn

Kulturelle, sosiale, politiske og økonomiske faktorer setter rammer både for et lands utdanningssystem og for de spesifikke læreplanene i matematikk og naturfag. Hvor vellykket matematikk- og naturfagundervisningen er i et land, avhenger av hvordan en legger til rette for god undervisning, hvilke ressurser som er tilgjengelige, og hvordan samfunnet generelt verdsetter matematikk og naturfag. Større økonomiske ressurser gir økte muligheter for å investere i utdanning gjennom for eksempel programmer for videre-/etterutdanning av lærere, og/eller innkjøp av materiell og datateknologiske produkter til skolene.

Hjemmet

Elevenes hjemmebakgrunn har stor innflytelse på elevenes læringsutbytte. For å få en økt forståelse av hvordan hjemmet påvirker elevene, har TIMSS utarbeidet et spørreskjema for foresatte (kun på 4./5. trinn). I dette spørreskjemaet samles det inn informasjon om for eksempel læringsressurser i hjemmet, hvilke(t) språk som snakkes i hjemmet, de foresattes forventninger til utdanning, og barnets lese- og regneferdigheter før de begynte på skolen.

Skolen

Skolens miljø og organisasjon påvirker implementeringen av læreplanmålene. Gjennom skolespørreskjemaet samler TIMSS inn informasjon om viktige indikatorer på skolekvalitet.  Dette vil for eksempel være informasjon om skolens størrelse og beliggenhet, elevrekruttering, økonomiske og materielle ressurser, lærersøknad til utlyste stillinger, samarbeidsklimaet, rektors pedagogiske og administrative arbeid etc. 

Klasserommet

Læreren er den viktigste agenten for implementering av læreplanen og han/hun har stor betydning for elevenes læringsutbytte.  I lærerspørreskjemaet samles det inn informasjon om ulike aspekter som kan ha betydning for den undervisningen som foregår i klassen, for eksempel undervisningstid brukt på ulike emner, klassens størrelse og sammensetning, spesielle utfordringer etc. Det samles også inn informasjon om lærernes undervisningserfaring og utdannelse.

Elevers kjennetegn og holdninger

Et viktig mål i læreplanene til mange land er å bidra til at elevene utvikler positive holdninger til matematikk og naturfag. Vi vet at elever tar med seg erfaringer og forventninger inn i klasserommet som påvirker deres læringsevne og motivasjon. Deres motivasjon for å lære kan være påvirket av om de synes faget er gøy, verdsetter faget og tror at det er viktig både for nåtiden og for deres framtidige karriere. I elevspørreskjemaet samles det inn informasjon om elevenes motivasjon og holdninger til realfag, hvordan de opplever læringsarbeidet i disse fagene og om videre karriereplaner. Det samles også inn noe informasjon om hjemmebakgrunn.

2. Rammeverk for vurdering av matematikkompetanse

Rammeverkene for både 4./5. og 8./9. trinn er organisert rundt to dimensjoner; eninnholdsdimensjon som spesifiserer hvilke matematiske områder oppgavene hentes fra, og en kognitiv dimensjon som spesifiserer hvilke tankeprosesser oppgavene forventes å kreve. Innen hvert innholdsområde er det spesifisert en liste med emner. Det er viktig for TIMSS at det kan dokumenteres at hvert emne dekkes i læreplanen i matematikk i de fleste landene som deltar i undersøkelsen.

Matematiske innholdsområder – fjerde og femte trinn

Figur 1 Prosentfordeling for innholdsområdene i matematikk på fjerde og femte trinn

Dette betyr at ca. 50 % av oppgavene i matematikk på fjerde og femte trinn er knyttet til Tall, 35 % til Geometri og 15 % til statistikk

Tall

Tall omfatter forståelse av plassverdi, måter å representere tall på og relasjoner mellom tall. Oppgavene måler hvorvidt elevene har utviklet tallforståelse, forstår meningen med regneoperasjoner og hvordan de relateres til hverandre, har kjennskap til tallmønstre og er i stand til å bruke tall og regneoperasjoner (addisjon, subtraksjon, multiplikasjon og divisjon) for å løse oppgaver. Sentrale emner er naturlige tall, brøker, desimaltall, talluttrykk og tallmønstre.

Geometri

Geometri omfatter egenskaper til geometriske figurer slik som sidelengder, vinkler, arealer og volumer. Oppgavene måler hvorvidt elevene kan identifisere og analysere karakteristiske egenskaper til linjer, vinkler og ulike geometriske figurer i to og tre dimensjoner, lage forklaringer basert på geometriske relasjoner, forstår uformelle koordinatsystemer og kan anvende romlig visualisering for å knytte sammen to- og tredimensjonale representasjoner av den samme figuren. Sentrale emner er punkter, linjer, vinkler, to- og tredimensjonale figurer.

Statistikk/Databehandling

Statistikk omfatter lesing og tolking av data. Det inkluderer også forståelse av hvordan data kan organiseres og framstilles i diagrammer og grafer slik at det kommuniserer godt med omverdenen.  Oppgavene måler blant annet hvorvidt elevene evner å sammenligne karakteristiske trekk til datamengder og trekke konklusjoner på grunnlag av framstilte data. Sentrale emner er lesing, tolking, organisering og representasjon av data.

Matematiske innholdsområder – åttende og niende trinn

Figur 2 Prosentfordeling for innholdsområdene i matematikk på åttende og niende trinn

Elevene på åttende og niende trinn kan bruke kalkulator på TIMSS-testen.

Tall

Dette innholdsområdet omfatter forståelse av tall, måter å representere tall på, relasjoner mellom tall, og tallsystemer. Oppgavene måler hvorvidt elevene har utviklet tallforståelse, forstår meningen med regneoperasjoner og hvordan de relateres til hverandre og er i stand til å bruke tall og regneoperasjoner for å løse oppgaver. De sentrale emnene er naturlige tall, brøker, desimaltall, hele tall, forhold og prosent.

Algebra

Innholdsområdet algebra omfatter gjenkjenning og utvidelse av mønstre, bruk av matematiske symboler til å representere matematiske situasjoner og utvikling av fortrolighet med å lage ekvivalente uttrykk og å løse lineære likninger. De sentrale emnene er mønstre, algebraiske uttrykk, likninger, formler og funksjoner.

Geometri

Dette området omfatter Pytagoras’ læresetning, forståelse av koordinater, ferdigheter i å bevege seg mellom to- og tredimensjonale representasjoner av figurer, samt bruk av symmetri, måling, bruk av måleinstrumenter, estimering og bruk av formler for omkretser, arealer og volumer. Sentrale emner er figurer, måling, lokalisering og bevegelse.

Statistikk

Statistikk omfatter kunnskap om organisering av data som man selv eller andre har samlet inn, og framstilling av data med grafer og diagrammer som kan være til hjelp for å besvare spørsmål som lå til grunn for datainnsamlingen. Det omhandler også forståelse av hvordan data kan feiltolkes. De sentrale emnene er organisering, representasjon og tolking av data, samt enkel sannsynlighet.

Kognitive områder i matematikk

For å svare rett på TIMSS-oppgavene må elevene kjenne det matematiske innholdet som testes, og i tillegg må de ta i bruk et utvalg av kognitive ferdigheter. I TIMSS opererer man med tre kognitive områder. Det første, ”å kunne”, betyr å huske fakta, gjenkjenne objekter og uttrykk, beherske de fire regningsartene for heltall, brøker og desimaltall, hente informasjon fra tabeller og diagrammer, måle og klassifisere. Det andre området, “å anvende”, betyr å bruke kunnskapene og ferdighetene sine til å velge metoder og strategier, representere informasjon, modellere situasjoner, følge instrukser og løse rutineproblemer. Det tredje området, ”å resonnere”, er knyttet til evnen til å tenke logisk, analysere situasjoner og sammenhenger, generalisere situasjoner, kombinere informasjon, begrunne påstander og løse problemer som ikke er rutinepregete. Disse tre kognitive områdene blir brukt på hvert trinn, men balanseres noe ulikt på grunn av forskjeller i elevenes alder og erfaring.

 Figur 3 Prosentfordeling for de kognitive områdene i matematikk på hvert trinn.

3. Rammeverk for vurdering av naturfagkompetanse

Også rammeverket for naturfag organiseres gjennom to dimensjoner: en innholdsdimensjon som spesifiserer hvilke naturfaglige områder oppgavene hentes fra, og en kognitiv dimensjon som spesifiserer hvilke tankeprosesser oppgavene forventes å kreve. Innen hvert innholdsområde er det spesifisert en liste med emner. Hvert emne dekkes i læreplanen i naturfag i de fleste landene som deltar.

Innholdsområder i naturfag – fjerde og femte trinn

Figur 4 Prosentfordeling for innholdsområdene i naturfag på fjerde og femte trinn

Biologi

Innholdsområdet biologi konsentrerer seg om egenskaper og livsprosesser til levende ting, om relasjoner mellom dem og om deres samspill med omgivelsene. De sentrale emnene er egenskaper og livsprosesser til levende ting; livssykler, reproduksjon og arv; samspill med omgivelsene; økosystemer; og menneskelig helse.

Fysikk/kjemi

Fysikk og kjemi er samlet til ett innholdsområde. Dette området omfatter begreper knyttet til stoff og energi. Siden elever på fjerde og femte trinn har begrensede kunnskaper i kjemi, legger rammeverket mer vekt på fysiske begreper. De sentrale emnene er egenskaper til stoffer og klassifisering av disse, energikilder og energibruk, krefter og bevegelse.

Geofag

Geofag er om studier av jorden og solsystemet. TIMSS identifiserer følgende emner som sentrale for elevenes forståelse av planeten de bor på og dens plass i solsystemet: jordas struktur, fysiske særtrekk og ressurser; jordas prosesser, sykler og historie; samt jorda i solsystemet.

Innholdsområder i naturfag – åttende og niende trinn

Figur 5 Prosentfordeling for innholdsområdene i naturfag på åttende og niende trinn

Læreplanene for naturfag er ulikt organisert i forskjellige land. Naturfag kan for eksempel undervises som ett integrert fag, som i Norge, eller som to eller flere separate fag. I noen land legges geofag under geografi, i andre hører det med til naturfaget. Likeledes organiseres humanbiologien under helsefag i enkelte land, men under naturfag i andre.

Biologi

Innholdsområdet biologi omfatter elevenes forståelse av struktur, livssykler, mangfold og uavhengighet for levende organismer. De sentrale emnene er karakteristiske trekk, klassifisering og livsprosesser til organismer; celler og deres funksjoner; livssykler, reproduksjon og arv; mangfold, tilpasning og naturlig utvalg; økosystemer; og menneskets helse.

Kjemi

I kjemi vektlegges begrepsforståelse knyttet til stoffer, blandinger og løsninger. De sentrale emnene er: klassifisering og sammensetning av stoffer; egenskaper til stoffer, blandinger, og løsninger inkludert syrer og baser; og kjemiske forandringer med fokus på kjemiske bindinger og bevaring av masse.

Fysikk

I fysikk testes elevenes forståelse og bruk av begreper knyttet til fysiske prosesser og energi. De sentrale emnene er fysiske tilstander og endringer til stoffer; energioverganger, varme og temperatur; lys og lyd; elektrisitet og magnetisme; og krefter og bevegelse.

Geofag

Geofag tar for seg studier av jorda og dens plass i solsystemet og universet. Området dekker geologi, astronomi, meteorologi, hydrologi og oseanografi, og det er relatert til begreper i biologi, fysikk og kjemi. Det er ikke noe entydig bilde av hva geofag består av på tvers av de ulike landenes læreplaner. TIMSS 2015 identifiserer imidlertid følgende emner som sentrale for elevenes forståelse av planeten de bor på og dens plass i universet: jordas struktur og fysiske trekk; jordas prosesser, sykler og historie; jordas ressurser, deres bruk og bevaring; samt jorda i solsystemet og universet.

Kognitive områder i naturfag

Det er de samme kognitive områdene i naturfag som i matematikk, men de relateres nå spesifikt til faginnholdet i naturfag.

Å kunne

Sentrale kognitive ferdigheter innenfor dette området er å huske, gjenkjenne og formulere vitenskapelige fakta; å definere vitenskapelige termer; å beskrive organismer, stoffer, og vitenskapelige prosesser; å illustrere og eksemplifisere; og å vise kjennskap til vitenskapelige instrumenter.

Å anvende

Sentrale kognitive ferdigheter innenfor dette området er å sammenligne, kontrastere og klassifisere; å bruke modeller; å knytte vitenskapelige begreper til observerte fenomener; å tolke informasjon i lys av vitenskapelige begreper og prinsipper; å løse kvalitative og kvantitative problemer; og å forklare observerte fenomener ved hjelp av vitenskapelige begreper, prinsipper og teorier.

Å resonnere                                                              

Sentrale kognitive ferdigheter innenfor dette området er å analysere relevante sammenhenger og begreper; å integrere og syntetisere fenomener der faktorer og begreper går på tvers av de naturfaglige områdene; å kunne formulere hypoteser og forutsigelser bygd på observasjoner og vitenskapelig forståelse; å planlegge vitenskapelige undersøkelser; å oppdage mønstre og trender i data og trekke konklusjoner; å generalisere; å vurdere prosesser, materialer, resultater, forklaringer og konklusjoner; og å begrunne forklaringer og løsninger.

Figur 6 viser prosentfordeling for de kognitive områdene på hvert trinn.

Figur 6 Prosentfordeling for de kognitive områdene i naturfag på hvert trinn.

Vitenskapelig utforsking i naturfag

I tillegg til det som er nevnt ovenfor, vektlegger TIMSS at elevene skal vise ferdigheter knyttet til vitenskapelig utforsking. Det gjelder følgende områder: å formulere forskningsspørsmål og hypoteser; å planlegge undersøkelser; å observere og teste ut hypoteser, å representere data; å analysere og tolke data; og å argumentere, trekke konklusjoner og formulere forklaringer.