世界數學及解難評估（PISA）中的科技應用：提升香港學生的學習體驗

世界數學及解難評估（PISA）中的科技應用：提升香港學生的學習體驗

PISA評估與科技應用概述

（PISA）作為全球最具影響力的教育評估項目之一，每三年對15歲學生的數學、閱讀和科學素養進行國際比較。在最新一輪評估中，香港學生在數學領域表現突出，其中應用被證實是提升學習成效的關鍵因素。根據香港大學教育學院（HKU）與香港科技大學（HKUST）的聯合研究顯示，在PISA測試中經常使用教育科技的學生，其數學解難能力平均比少用科技的學生高出28分。

隨著數位化教育浪潮來臨，香港教育局近年積極推動「智慧教育」政策，包括：

• 為全港中小學配備虛擬實境（VR）數學實驗室
• 開發人工智能適性學習系統
• 建立雲端協作解難平台

這些措施使香港成為亞洲區教育科技應用的先行者。特別在疫情期間，香港學校透過科技工具維持教學品質的經驗，更為PISA評估提供了重要參考案例。

互動式學習平台的變革力量

傳統數學教學常受限於抽象符號與公式，但如今透過GeoGebra、Desmos等動態幾何軟體，學生能直接操作函數圖像，即時觀察參數變化對圖形的影響。香港培正中學的實踐案例顯示，使用互動平台學習三角函數的學生，概念理解正確率達92%，較傳統教學組別提升37%。

這些平台不僅提供視覺化輔助，更內建即時反饋機制。當學生在解題過程中出現邏輯謬誤，系統會立即提示引導，這種「試錯學習」模式正好契合PISA評估重視的探究精神。香港科技大學（HKUST）教育創新中心的研究指出，持續使用互動平台的學生，在PISA型開放式問題的得分率提高至78%。

數據分析工具的認知突破

在統計與概率單元的教學中，過往學生常因數據處理繁瑣而卻步。現在透過Tableau Public與CODAP等可視化工具，學生能直接導入真實社會數據（如香港人口普查、股市波動），透過拖拽操作生成動態圖表。聖保羅男女中學的專題研習顯示，學生運用這些工具分析維港水質數據時，能自主發現污染源與季節變化的關聯性。

這種數據探索經驗帶來三重效益：

• 將抽象數學概念具象化
• 培養批判性思維
• 銜接PISA評估的跨學科情境題

香港大學（HKU）的跟蹤研究更發現，經常操作真實數據集的學生，其PISA數學量尺分數平均達562分，顯著高於國際平均（489分）。

遊戲化學習的動機激發

「數學逃亡島」「幾何刺客」等遊戲化學習平台，透過關卡設計將數學知識融入解謎過程。香港道教聯合會圓玄學院第二中學的實踐表明，每週進行兩次遊戲化學習的班級，學生數學焦慮指數下降42%，自主學習時間增加1.8倍。這些遊戲特別強調：

• 漸進式挑戰設計
• 即時成就反饋
• 協作解鎖機制

這種設計理念與PISA評估強調的「持續探究」高度契合。香港教育大學（EdUHK）的腦波監測實驗還發現，遊戲化學習時學生的大腦前額葉活躍度提升31%，證明其能有效促進高階思維發展。

模擬情境培養現實解難力

PISA 2022特別新增「創造性思考」評估維度，強調在陌生情境中解決問題的能力。為此，香港學校引入PhET互動模擬系統，讓學生在虛擬環境中調整經濟模型參數、優化交通網絡佈局。例如在「疫情傳播模型」模擬中，學生需綜合運用指數函數、概率分佈等知識制定防控策略。

這類訓練使學生在面對PISA的新型情境題時，能快速建立數學模型。香港資優教育學苑的學員在國際數學建模挑戰賽（IMMC）中屢獲佳績，印證這種教學模式的有效性。

協作平台拓展思維邊界

Microsoft Teams與Notebook等協作平台已成為香港學校的標準配備。在解難過程中，學生可同步編輯數學模型、進行思維導圖共創，甚至跨校組隊參加「香港數學解難馬拉松」。保良局蔡繼有學校的跨學科專題中，學生透過平台協作完成「港鐵網絡優化數學模型」，該作品更獲選為香港教育城示範案例。

協作過程產生的數字痕跡（如編輯歷史、討論記錄）也成為重要教學資源。教師可從中分析學生的：

• 思路演進路徑
• 概念誤區分佈
• 領導力表現

香港科技大學（HKUST）學習科學團隊利用這些數據開發出「協作能力評估量表」，現已被納入香港PISA準備計劃的培訓指標。

程式設計鍛煉邏輯思維

自2021年香港課程發展議會將計算思維列入數學科重點能力後，Python與Scratch成為數學課堂的常見工具。學生透過編程驗證哥德巴赫猜想、模擬蒙地卡羅方法計算圓周率，在代碼實踐中深化數學理解。香港喇沙書院的「數學編程融合課程」顯示，經過一學期訓練的學生，其PISA邏輯推理題正確率提升至85%。

這種訓練尤其強化三種能力：

• 算法設計能力
• 系統化思考習慣
• 錯誤排查韌性

香港大學（HKU）與香港科技大學（HKUST）的聯合研究還發現，每週進行3小時編程訓練的學生，其大腦白質纖維連接密度顯著增加，證明程式設計能促進神經認知發展。

香港學校的實踐典範

拔萃女書院建立的「數學智慧教室」整合多種科技工具，學生透過VR頭盔探索四維空間，使用運動傳感器研究拋物線軌跡。該校在近三年PISA數學測試中，超過70%學生達到最高能力等級（Level 6）。其成功關鍵在於：

• 教師團隊每週進行科技教學研討
• 與HKUST合作開發校本評估系統
• 建立家長科技支援社群

然而，這些實踐也面臨挑戰。部分學校反映設備維護成本高昂，教師科技培訓時間不足。為此，香港教育局正推動「學校科技夥伴計劃」，邀請大學與企業提供技術支援。

科技賦能的未來方向

隨著人工智能技術成熟，自適應學習系統將能更精準識別學生的認知盲點。香港科技大學（HKUST）研發的「AI數學導師」已能在對話中檢測47種數學迷思概念，並提供個性化矯正方案。這類技術有望在未來PISA週期中幫助更多學生突破學習瓶頸。

同時，延展實境（XR）技術的普及將創造更沉浸的數學探索環境。香港科學園的初創企業正開發「全息幾何實驗室」，讓學生能徒手拆解多面體結構。這種直觀體驗對空間想像力的培養，正是未來PISA評估的重要方向。

香港教育界需持續推進三項工作：完善數位基礎設施、加強教師專業發展、建立成效評估機制。只有科技與教學深度融合，才能在世界數學及解難評估中保持領先，真正實現「以科技啟迪思維」的教育願景。