מבחן TIMSS

מבחן ה-TIMSS (באנגלית, ראשי תיבות של: "Trends in International Mathematics and Science Study") הוא מבחן הנערך כחלק ממחקר בינלאומי בתחום החינוך מתקיים אחת לארבע שנים (החל מ-1995) הבודק הישגים לימודיים של תלמידים בתחומי המתמטיקה והמדעים. המחקר נערך על ידי הארגון הבינלאומי להערכת הישגים בחינוך, ה-([https://web.archive.org/web/20130127011852/http://www.iea.nl/ IEA] -International Association for the Evaluation of Educational Achievement), המקיים גם את מבחן PIRLS. המחקר נערך בקרב תלמידי בתי ספר בכיתות ד', בכיתות ח' ובכיתות יב'. המחקר מספק מידע ברמת המדינה אודות רמת ההישגים הלימודיים במתמטיקה ובמדעים ואודות ההקשר החינוכי של הוראת מקצועות אלה. במסגרת המחקר נאספים נתונים לא רק מהתלמידים אלא גם ממוריהם ומנהלי בתי הספר. במחקר מושוות תוצאותיהם של המבחנים ומשתני הרקע והעמדות במדינות שונות בעולם ונעשה ניסיון להבין את יחסי הגומלין בין ההישגים לבין נתוני ההקשר החינוכי, ומשתני הרקע (כגון, המדיניות הבית ספרית, המשאבים הבית ספריים, עמדות התלמידים כלפי תחום הדעת, תפיסות המורים ודרכי ההוראה שלהם ועוד).

== מטרת המחקר ==
מטרת מחקר טימס (TIMSS – Trends in International Mathematics and Science Study) היא להעריך את הישגיהם של התלמידים במקצועות המתמטיקה והמדעים ולאפשר השוואה בין מדינות ברמת ההישגים הלימודיים במתמטיקה ובמדעים בכיתות ד', ח' ויב' (בדרגת כיתה זו, ההערכה נעשית רק בקרב תלמידים הלומדים לימודים מתקדמים במקצועות אלו). הארגון הבינלאומי להערכת הישגים בחינוך (IEA) אחראי על הכנת המבחן ועל העברתו במדינות המשתתפות במחקר. חזון הארגון הבינלאומי הוא לספק למדינות המשתתפות תמונת מצב אודות תלמידיהם לאורך זמן על מנת לשפר את ההוראה והלמידה במקצועות אלו לאור הממצאים.

התוצאות מאפשרות לזהות מגמות שינוי לאורך השנים ולבחון אותן לאור תוכניות הלימודים בתחומי הדעת הנבדקים, שיטות ההוראה המקובלות ותוכניות התערבות שונות המופעלות במערכת החינוך. המחקר נחלק למבחני ידע לתלמידים ולשאלוני רקע ועמדות לתלמידים, למורי מקצועות המתמטיקה והמדעים ולמנהלי בתי הספר שמתוכם נלמד ההקשר החינוכי.

== התחומים הנבדקים במבחן ==
מבחני טימס מאורגנים סביב שני צירים: ציר התוכן הכולל בתוכו את התחומים השונים בכל מקצוע, והציר הקוגניטיבי - המפרט את המיומנויות הקוגניטיביות שתלמידי כיתה ח' אמורים לשלוט בהן בתחומי דעת אלו. מבחן טימס בודק שני תחומי דעת: מתמטיקה ומדעים. המבחן מתייחס לחומר שמתאים לרמת הכיתה שבה נמצאים הנבחנים, ושחשוב לחייהם בעתיד מבחינת יכולתם להשתלב בחברה באופן מוצלח. חומר המבחן משקף את הידע והמיומנויות המוגדרים במסגרת המושגית של המחקר. 

===המסגרת המושגית של המבחן ===
מסגרת מושגית של מבחן מתארת את היקף התוכן שהמבחן מכיל, ומהווה את בסיס התוקף של המבחן. במבחנים בין לאומיים חשובה הגדרת המסגרת המושגית במיוחד, משום שבשל הבדלי תרבות, שפה ומקום, תתכנה תפיסות יישומיות שונות של אותם הרעיונות התאורטיים. [https://timss.bc.edu/timss2015/downloads/T15_Frameworks_Full_Book.pdf המסגרת המושגית] על פיה נקבעו תוכני המבחן במתמטיקה ובמדעים נבנתה על בסיס תוכניות הלימודים במתמטיקה ובמדעים במדינות המשתתפות במחקר, תוך ניסיון ליצור מכנה משותף רחב ככל האפשר בין המדינות המשתתפות. בכל אחד מתחומי הידע (מתמטיקה ומדעים) במבחן טימס, בודק כל פריט תחום תוכן אחד ומיומנות קוגניטיבית אחת. תחומי התוכן במתמטיקה: מספרים, אלגברה, גאומטריה ונתונים והסתברות. תחומי התוכן במדעים: ביולוגיה, כימיה, פיזיקה ומדעי כדור הארץ. השאלות בשני תחומי הדעת בודקות גם את המיומנויות הקוגניטיביות האלה: ידע (Knowing); יישום (Applying); חשיבה (Reasoning).

==טימס במרוצת השנים==
מאז שהועבר מחזור טימס הראשון ועד למחזור המחקר בשנת 2015, נראה שיפור בתוצאות במרבית המדינות. מתוך 17 מדינות שהשתתפו בכל מבחני טימס, 14 הראו שיפור בתחום המתמטיקה, ו-11 מדינות הראו שיפור בתחום המדעים. בין המחזורים של שנת 2011 ו-2015 כמחצית מהמדינות הראו עלייה בתוצאות מבדקי המתמטיקה, ובמדעים יותר משליש המדינות שהשתתפו הראו עלייה בתוצאות המבדקים.

מבחינת הבדלי מגדר, לא היו שינויים מהותיים בהישגים של בנים לעומת בנות בכיתות ד' בין השנים 1995 ו-2015. ניתן לראות הבדלים משמעותיים לטובת הבנים גם בשנת 1995 וגם בשנת 2015. בתחום המדעים, המצב השתנה ב-20 השנים של המחקר, כאשר הפער בין הבנים לבנות הצטמצם אך עדיין נראה שההבדלים הם לטובת הבנים. בתחום המתמטיקה לכיתות ח', ההבדלים ההתחלתיים בשנת 1995 היו נמוכים. כאשר רק 4 מתוך 16 מדינות הראו הבדלים לטובת הבנים. בשנת 2015 הפער הצטמצם עוד יותר ולא נמצאו הבדלים מגדריים. תחום המדעים השתנה רבות לאורך כל מחקר טימס כאשר ב-1995 היה הבדל מובהק ברוב המדינות לטובת הבנים וב-2015 הבדל זה הצטמצם משמעותית וניתן לראות שאין הבדלים כמעט בין בנים לבנות (רק 3 מדינות מתוך 16 הראו הבדלים).  

ביצוע מחקר טימס, החל מההיערכות לקראתו דרך איסוף המידע וניתוח התוצאות ועד פרסומן, אורך כארבע שנים. בשנה לפני ביצוע המחקר העיקרי נערך מחקר חלוץ שנועד לבדוק האם ההליכים והנהלים לאיסוף המידע ידועים וברורים. בנוסף, המחקר בודק את תרגום השאלונים ואת התאמתם להבנת התלמידים, וכמו כן, מספק למארגני המחקר מידע לצורך בחירת הפריטים המתאימים ביותר. מחקר החלוץ נערך על מדגם קטן יותר מהמדגם של המחקר העיקרי.

== פיתוח המבחן ויישומו ==

המחקר מנוהל ומפותח על ידי ה-IEA שהוא מלכ"ר המאגד רשויות מחקר ממשלתיות ומוסדות מחקריים ברחבי העולם. למלכ"ר שני בסיסים עיקריים - באמסטרדם ובהמבורג, שמנהלים גם את הפיתוח של מחקר טימס וגם את תהליכי התרגום שלו, כאשר בתהליכי הפיתוח משתתפים גורמים נוספים. בכל מדינה המשתתפת במחקר מוקם מרכז מחקר לאומי, האחראי לתרגום המבחן לשפות המדינה, לסיוע בהכנת מדגם התלמידים, להעברת המבחנים והשאלונים ובדיקתם. פעולות אלו מתבצעות תחת פיקוח הדוק וניהול של הגוף הבינלאומי על פי תקני איכות מפורטים ונוקשים, המבטיחים כי התוצאות מעבר למדינות השונות ובמחזורי מחקר שונים יהיו בנות השוואה וכי המחקר יהיה תקף.

בשנת 2015 המחקר כלל 14 גרסאות מבחן ובהן מעל ל-400 שאלות (כמחציתן שאלות במתמטיקה וכמחציתן במדעים). כמות שאלות גדולה זו מאפשרת כיסוי נרחב של תחומי הדעת על שלל נושאיהם ומיומנויות החשיבה הנדרשות בהם. על-מנת להעריך נכונה את רמת הידע של התלמידים, המבחן כולל שאלות ברמות שונות של קושי ומורכבות. במחקר טימס 2015 השתתפו כ-250 אלף תלמידי כיתות ח' מ-39 מדינות ברחבי העולם. הרכב המדינות המשתתפות משתנה במעט ממחזור מחקר אחד למשנהו והוא שונה מהרכב המדינות המשתתפות במחקר פיזה.

===המשתתפות במחזור המבחן האחרון (2015) ===
ארמניה, אוסטרליה, בחריין, בלגיה (פלמים), בוטסואנה, בולגריה, קנדה, צ'ילה, טאיוואן, קרואטיה, קפריסין, צ'כיה, דנמרק, אנגליה, פינלנד, צרפת, גאורגיה, גרמניה, הונג-קונג, הונגריה, אינדונזיה, אירן, אירלנד, ישראל, איטליה, יפן, ירדן, קזחסטן, קוריאה, כווית, לבנון, ליטא, מלזיה, מאלטה, מרוקו, הולנד, ניו זילנד, צפון אירלנד, נורווגיה, עומאן, פולין, פורטוגל, קטאר, רוסיה, ערב הסעודית, סינגפור, סלובקיה, סלובניה, דרום אפריקה, ספרד, שוודיה, תאילנד, טורקיה, איחוד האמירויות הערביות, ארצות הברית. משתתפות שאינן מדינות (Benchmarking Participants): בואנוס איירס (ארגנטינה), אונטריו (קנדה), קוויבק (קנדה), דובאי (איחוד האמירויות), אבו דאבי (איחוד האמירויות), פלורידה (ארצות הברית)

==שיטת המחקר ==
===אוכלוסיית היעד ===
במחקר טימס הראשון בשנת 1995 המבחן נערך בחמש כיתות (ג'-ד', ז'-ח' ויב') ב-41 מדינות. במחזור של שנת 1999 המבחן נערך רק לכיתות ח' ב-38 מדינות (זהו המחזור היחידי שהמבחן לא נערך לכיתות ד'). במחזור של שנת 2003 המבחן נערך בכיתות ד' של 26 מדינות, וכיתות ח' של 48 מדינות. במחזור של שנת 2007 המבחן נערך בכיתות ד' של 44 מדינות, וכיתות ח' של 57 מדינות. במחזור של שנת 2011 המבחן נערך בכיתות ד' של 52 מדינות, וכיתות ח' של 45 מדינות. במחזור השישי והאחרון (שנת 2015) השתתפו 39 מדינות.

=== הדגימה למחקר ===
במחקר העיקרי נדרשים להשתתף לפחות 150 בתי ספר ולפחות 4,500 תלמידים מכל אחת מהמדינות המשתתפות. שיטת הדגימה, המחייבת מדינות אלו, נקבעת ומתבצעת על ידי מרכז המחקר הבין-לאומי ונועדה להבטיח כי מדגם זה של בתי ספר ושל תלמידים אכן מייצג את אוכלוסיית המטרה באותה מדינה. זאת ועוד: הדגימה בפועל נעשית אף היא על ידי מרכז המחקר הבין-לאומי, על סמך הנתונים שמעבירות אליו המדינות המשתתפות.

הכללים המוגדרים במחקר טימס לגריעת תלמידים מאוכלוסיית המטרה הם אלה: בשלב דגימת בתי הספר אפשר לגרוע (באמצעות הוצאה ממסגרת הדגימה) בתי ספר "שאינם נגישים" (בשל ריחוק גאוגרפי, למשל), בתי ספר "קטנים מאוד" (כשהשכבה הרלוונטית למחקר מונה 4 תלמידים או פחות), בתי ספר שהמבנה או תוכניות הלימודים שלהם שונים מהמבנה או מתוכניות הלימודים של בתי הספר המשתייכים לזרם העיקרי במדינה (למשל, בתי ספר חרדיים בישראל), ובתי ספר שכלל הלומדים בהם פטורים מראש מלהשתתף בבחינה (למשל, בתי ספר מיועדים לחינוך מיוחד). בשלב דגימת הכיתות אפשר לגרוע (כלומר להוציא ממסגרת הדגימה) כיתות של תלמידי החינוך המיוחד בבתי הספר שנדגמו. לאחר שנדגמו הכיתות אפשר לגרוע תלמידים יחידים מכיתה שנדגמה ולפטור אותם מלהשתתף במחקר, על רקע צרכים מיוחדים כגון לקויות למידה ו/או נכות פיזית שאינה מאפשרת להם להשתתף במבחן, או על רקע שפתי (תלמידים מהגרים שעדיין אינם קוראים בשפת המבחן - לומדים פחות משנה במדינה שאליה היגרו). יש לציין כי מרכז המחקר הבין-לאומי מאפשר לגרוע תלמידים אלו בין היתר בשל העובדה שלא מתאפשרות חלופות הולמות כגון מתן התאמות מיוחדות במבחן.

=== כלי המדידה ===
כלי ההערכה במחקר טימס כוללים מבחן הבודק את ידיעותיהם ואת המיומנויות שלהם במתמטיקה ובמדעים, וכן שאלונים לתלמידים, למורים למתמטיקה ולמורים למדעים המלמדים את התלמידים הנבחנים, ולמנהלי בתי-הספר שבהם לומדים תלמידים אלו. השאלון לתלמיד משמש לאיסוף מידע על הרקע של התלמידים ועל עמדותיהם כלפי המקצועות מתמטיקה ומדעים; השאלונים למורים ולמנהלי בתי-הספר משמשים לאיסוף מידע על ההקשר הלימודי של הוראת המתמטיקה והמדעים ברמת הכיתה וברמת בית הספר: רקע ועמדות של המורים, דרכי ההוראה, האקלים הלימודי בבית הספר, ועוד. נוסף על כך קיים שאלון לנציג המדינה (בדרך כלל מתאם המחקר. בישראל מדובר בנציג ראמ"ה), המשמש לאיסוף מידע על תוכניות הלימודים במקצועות אלו ברמה המערכתית ועל מדיניותה של מערכת החינוך בכל מדינה. המידע שנאסף באמצעות השאלונים משמש לאפיון הזדמנויות הלמידה שניתנו לתלמידים והוא מספק את ההקשר של הישגי התלמידים ועמדותיהם. 

==== המבחן ====
על פי ההערכה, משך הזמן הנחוץ לפתרון כלל פריטי המבחן (212 במתמטיקה ו-220 במדעים), אילו נפתרו ברצף, הוא עשר שעות וחצי. בפועל, מאחר שאין אפשרות לתת לתלמיד אחד לפתור את כל הפריטים, כל תלמיד מקבל חוברת מבחן אחת (מתוך 14 חוברות שונות) ובה ארבעה מקבצי פריטים. מכאן נובע שהמבחן אינו מיועד לספק מידע אישי לתלמיד על הישגיו, ואף לא לספק מידע ברמה של קבוצות קטנות כגון כיתה או בית ספר, אלא לספק מידע על המערכת בכללותה.

== תוצאות המחקר ==
תוצאות המחקר מורכבות ומכילים יותר מאשר טבלת הישגים בין לאומית. הממצאים מוצגים בדוחות המבחן בהתאם למסגרת המושגית, לפי חלוקה לשני תחומי הידע שהמבחן בודק, ולפי משתני הרקע שמשמשים להשוואה בין קבוצות שונות בתוך כל מדינה.

=== אופן דיווח הממצאים ===
ההישגים במתמטיקה ובמדעים מדווחים כל אחד בנפרד על סולם הציונים של טימס. סולם זה נקבע על ידי הארגון הבינלאומי בשנת 1995 כך שממוצע ציוני המדינות המשתתפות במחזור מחקר זה יעמוד על 500 נקודות וסטיית התקן תעמוד על 100 נקודות. חשוב לשים לב כי "ממוצע המדינות המשתתפות" השתנה לאורך השנים הן בשל שינויים בהרכב ומספר המדינות המשתתפות והן בשל שינויים ברמת הידע של התלמידים במדינות השונות. סולמות הציונים בכל מחזורי המחקר של טימס מכוילים, דבר המאפשר השוואה בין ציונים במחזורי מחקר שונים. ההישגים במבחנים מדווחים, בנוסף לציון הכללי, גם על פי תחומי תוכן ומיומנויות חשיבה.

כמו כן, הסולם מחולק לחמש רמות בקיאות אשר נקבעו והוגדרו על ידי הארגון הבינלאומי ונותנים פשר לציונים המדווחים. רמות הבקיאות נקבעו לפי ארבע נקודות סף על סולם הציונים:
* רמת "הצטיינות" (Advanced Benchmark): בקטגוריה זו סף ההישגים במבחן הוא 625 נקודות (כלומר 625 נקודות או יותר).
* רמה "גבוהה" (High Benchmark): בקטגוריה זו סף ההישגים במבחן הוא 550 נקודות (ועד 625 נקודות).
* רמה "בינונית" (Intermediate Benchmark): בקטגוריה זו סף ההישגים במבחן הוא 475 נקודות (ועד 550 נקודות).
* רמה "נמוכה" (Low Benchmark): בקטגוריה זו סף ההישגים במבחן הוא 400 נקודות (ועד 475 נקודות).
* רמה "מתחת לסף": בקטגוריה זו סף ההישגים במבחן נמוכים מ-400 נקודות.

=== מתמטיקה - 2015 ===
לפי דו"ח ראמ"ה על מחקר טימס 2015, המדינות בעלות ממוצעי ההישגים הגבוהים ביותר הן מדינות ממזרח אסיה: סינגפור, קוריאה הדרומית, טאיוואן,  הונג קונג  ויפן (621, 606, 599, 594 ו-587 נקודות, בהתאמה). המדינות בעלות ממוצעי ההישגים הנמוכים ביותר הן ערב הסעודית, דרום אפריקה, מרוקו וירדן (368, 372, 384 ו-385 נקודות, בהתאמה). ממוצע הציון הכולל במתמטיקה בישראל הוא 511 נקודות.  ממוצע זה גבוה באופן מובהק סטטיסטית מממוצע הציונים הכולל של 39 המדינות שהשתתפו במחזור המחקר הנוכחי, שעומד על 481 נקודות (להלן "ממוצע המדינות המשתתפות"). על פי ממוצע זה ישראל מדורגת במקום ה-16 במדרג המדינות שהשתתפו במחקר על פי ממוצע הישגיהן במתמטיקה. 

פיזור ההישגים במתמטיקה מוגדר על פי הפער שבין הציון המייצג את המאון ה-5 (הציון ש-5% התלמידים החלשים ביותר במדינה נתונה מצויים מתחתיו) ובין הציון המייצג את המאון ה-95 (הציון ש-5% התלמידים הטובים ביותר במדינה נתונה מצויים מעליו). המדינות מוצגות בסדר יורד על פי גודלו של מדד פיזור זה. ישראל נמצאת בין המדינות "המובילות" מבחינת פיזור ההישגים במתמטיקה. פיזור הציונים בישראל (332 נקודות) גבוה מממוצע פיזורי הציונים בקרב המדינות המשתתפות (282 נקודות), וגבוה גם בהשוואה לפיזורי הציונים בכל המדינות הדומות לישראל בממוצע הישגיהן במתמטיקה ומכל שאר 20 המדינות שממוצע הישגיהן במתמטיקה גבוה מממוצע המדינות המשתתפות (כמוצג בתרשים 4.1). למעשה, רק בשתי מדינות (טורקיה-345 נקודות, וקטאר-335 נקודות) נמדד פיזור ציונים במתמטיקה הגבוה מזה שנמדד בישראל. 

==== פערים מגדריים בהישגים במתמטיקה ====
לעיתים, פערים בהישגים לימודיים בין תלמידים במערכות החינוך מתבטאים גם בפערים בין-מגדריים. בשבע מהמדינות שהשתתפו במחקר הישגי הבנות במתמטיקה גבוהים במובהק מהישגי הבנים (פער ממוצע של 17 נקודות), ואילו בשש מהמדינות הישגי הבנים גבוהים במובהק מהישגי הבנות (פער ממוצע של 9 נקודות). הפער בהישגים במתמטיקה לטובת הבנות ניכר בעיקר במדינות ערביות, דוגמת עומאן (32 נקודות) וירדן (19 נקודות) – דפוס החוזר במבחנים בין-לאומיים ובמבחנים ארציים נוספים.  פער גדול לטובת הבנים נמצא בצ'ילה (18 נקודות), ברוסיה ובהונגריה (9 נקודות). בשאר 26 המדינות, ובכללן ישראל והמדינות הדומות לה בממוצע הישגיהן במתמטיקה (למעט כאמור הונגריה), לא נמצא הבדל מובהק סטטיסטית בין הישגי הבנים והישגי הבנות במתמטיקה.

==== ההישגים במתמטיקה לפי מגזר שפה ====
בדיקת ממצאי המחקר לפי מגזר השפה מתבצעת למעשה באמצעות חלוקה לבתי-ספר דוברי עברית ולבתי-ספר דוברי ערבית. 

קיים פער הישגים של כשלושה רבעים סטיית תקן בין שני מגזרי השפה לטובת התלמידים בבתי-ספר דוברי עברית. בהתאם לכך, שיעור המצטיינים בבתי-ספר דוברי עברית גבוה כמעט פי שלושה, ואילו שיעור התלמידים שהישגיהם "מתחת לסף" גבוה פי 3.5 בבתי-ספר דוברי ערבית;

==== ההישגים במתמטיקה לפי רקע חברתי-כלכלי ומגזר שפה ====
בכלל האוכלוסייה ובכל מגזר שפה בנפרד, ככל שהרקע החברתי-כלכלי של התלמידים גבוה יותר, כך גם גבוהים הישגיהם במתמטיקה. קיים פער של למעלה מסטיית תקן שלמה בין ממוצע הציונים של תלמידים מרקע גבוה לזה של תלמידים מרקע נמוך (112 נקודות בקרב דוברי עברית ו-130 נקודות בקרב דוברי ערבית); בתוך כל קבוצת רקע חברתי-כלכלי בנפרד, פערי ההישגים בין מגזרי השפה מצטמצמים, בעיקר בקרב תלמידים מרקע גבוה או בינוני, אך גם בקרב תלמידים מרקע נמוך;
בבתי-ספר דוברי עברית – קיים פער של כשליש סטיית תקן בין תלמידי הפיקוח הממלכתי לתלמידי הפיקוח הממ"ד, לטובת תלמידי הפיקוח הממלכתי.

==== ההישגים במתמטיקה לפי תחומי תוכן ומיומנויות קוגניטיביות ====
מניתוח ההישגים בתחומי התוכן השונים, בראייה פנים-ישראלית וביחס למדינות הדומות לישראל בממוצע הישגיהן במתמטיקה, עולה תמונה שלפיה תחום האלגברה מהווה חוזקה יחסית, ואילו תחום הגאומטריה מהווה חולשה יחסית. מניתוח ההישגים במיומנויות הקוגניטיביות עולה כי בקרב כלל האוכלוסייה אין פער של ממש בהישגים במיומנויות השונות. זאת הן בקרב כלל התלמידים והן בקרב כל מגזר שפה בנפרד. 

=== מדעים - 2015 ===
לפי דו"ח ראמ"ה על מחקר טימס 2015, המדינות בעלות ממוצעי ההישגים הגבוהים ביותר הן מדינות ממזרח אסיה: קרי סינגפור, יפן, וטאיוואן (597, 571, ו-569 נקודות, בהתאמה). המדינות בעלות ממוצעי ההישגים הנמוכים ביותר הן דרום אפריקה, מצרים, בוטסואנה, מרוקו, ערב הסעודית ולבנון (358, 371, 392, 393, 396, ו-398 נקודות, בהתאמה). ממוצע הציון הכולל במדעים בישראל הוא 507 נקודות.  ממוצע זה גבוה באופן מובהק סטטיסטית מממוצע הציונים הכולל של 39 המדינות שהשתתפו במחזור המחקר הנוכחי שעומד על 486 נקודות (להלן "ממוצע המדינות המשתתפות"). על פי ממוצע זה ישראל מדורגת במקום ה-19 במדרג המדינות שהשתתפו במחקר על פי ממוצע הישגיהן במדעים. 

פיזור ההישגים במדעים מוגדר על פי הפער שבין ציון המייצג את המאון ה-5 (הציון ש-5% התלמידים החלשים ביותר במדינה נתונה מצויים מתחתיו), ובין הציון המייצג את המאון ה-95 (הציון ש-5% התלמידים הטובים ביותר במדינה נתונה מצויים מעליו). המדינות מוצגות בסדר יורד על פי גודלו של מדד פיזור זה. פיזור הציונים בישראל (342 נקודות) גבוה מממוצע פיזורי הציונים בקרב המדינות המשתתפות (296 נקודות), וגבוה גם בהשוואה לפיזורי הציונים בכל המדינות הדומות לישראל בממוצע הישגיהן במדעים ומכל שאר 20 המדינות שממוצע הישגיהן במדעים גבוה מממוצע המדינות המשתתפות (כמוצג בתרשים 4.15). פיזור ציונים הגבוה מזה שנמדד בישראל נמצא רק בשמונה מדינות, שכולן מדורגות בחצי התחתון של מדרג ההישגים במדעים, ובכללן שלוש המדינות בתחתית המדרג.

הממצא בדבר פיזור גבוה זה של ההישגים הלימודיים בישראל חוזר בעקביות במחזורי המחקר של מבחנים בין-לאומיים שונים שישראל משתתפת בהם,  ובכללם מחקרי טימס קודמים.  בניגוד ליעד מערכת החינוך בישראל בעשורים האחרונים – לצמצם פערים בחינוך ובהישגים הלימודיים – לא זו בלבד שפיזור הציונים במדעים בישראל גבוה יחסית לשאר המדינות המשתתפות, אלא שגם בהשוואה למחזור המחקר הקודם חל בו גידול משמעותי של 34 נקודות (308 נקודות ב-2011).

==== פערים מגדריים בהישגים במדעים ====
 לעיתים, פערים בהישגים לימודיים בין תלמידים במערכות החינוך מתבטאים גם בפערים בין-מגדריים. ב-14 מהמדינות שהשתתפו במחקר הישגי הבנות במדעים גבוהים במובהק מהישגי הבנים (פער ממוצע של 28 נקודות), ואילו ב-5 מדינות בלבד הישגי הבנים גבוהים במובהק מהישגי הבנות (פער ממוצע של 11 נקודות). הפער בהישגים במדעים לטובת הבנות ניכר בעיקר במדינות ערביות, דוגמת ערב הסעודית (55 נקודות), בחריין (50 נקודות), כווית (47 נקודות), עומאן (45 נקודות), וירדן (41 נקודות). דפוס זה חוזר במבחנים בין-לאומיים נוספים.  פער לטובת הבנים נמצא בהונגריה (17 נקודות), בצ'ילה (12 נקודות), בהונג קונג ובאיטליה (10 נקודות), וארצות הברית (5 נקודות). בשאר 20 המדינות, ובכללן ישראל והמדינות הדומות לה בממוצע הישגיהן במדעים (למעט כאמור איטליה), לא נמצא הבדל מובהק סטטיסטית בין הישגי הבנים והישגי הבנות במדעים. לפירוט הציונים הממוצעים בקרב כל קבוצת מגדר בכל המדינות.

==== ההישגים במדעים לפי מגזר שפה ====
בישראל בכלל ובקרב תלמידים דוברי עברית בפרט, שיעור התלמידים המצטיינים במדעים הוא גבוה. ישראל מדורגת במקום התשיעי מבחינת שיעור התלמידים המצטיינים, והיא הראשונה מבין ארבע המדינות הדומות לה בממוצע ההישגים במדעים. מצד שני, שיעור התלמידים המתקשים במדעים גבוה אף הוא, ובפרט בקרב תלמידים דוברי ערבית. שיעור התלמידים המתקשים בישראל הוא השני בגודלו, קטן רק מטורקיה, בקרב 21 המדינות שממוצע הישגיהן במדעים גבוה מממוצע המדינות המשתתפות. 

קיים פער הישגים של למעלה משני שלישים סטיית תקן בין שני מגזרי השפה לטובת התלמידים בבתי-ספר דוברי עברית, ובהתאם לכך הבדלים ניכרים בשיעורי התלמידים המצטיינים והמתקשים; היעדר פער של ממש בין הישגי הבנים והבנות בכלל בתי-הספר בישראל, ובקרב תלמידים בבתי-ספר דוברי עברית, לצד פער של כרבע סטיית תקן לטובת הבנות בבתי-ספר דוברי ערבית; 

==== ההישגים במדעים לפי רקע חברתי-כלכלי ומגזר שפה ====
בכלל האוכלוסייה ובכל מגזר שפה בנפרד, ככל שהרקע החברתי-כלכלי של התלמידים גבוה יותר כך גם גבוהים הישגיהם במדעים. קיים פער של למעלה מסטיית תקן שלמה בין ממוצע הציונים של תלמידים מרקע גבוה לזה של תלמידים מרקע נמוך (110 נקודות בקרב דוברי עברית ו-128 נקודות בקרב דוברי ערבית); בתוך כל קבוצת רקע חברתי-כלכלי בנפרד, פערי ההישגים בין מגזרי השפה מצטמצמים, בעיקר בקרב תלמידים מרקע גבוה או בינוני, אך גם בקרב אלו מרקע נמוך;

==== ההישגים במדעים לפי סוג פיקוח (ממלכתי מול ממלכתי-דתי). ====
בבתי-ספר דוברי עברית קיים פער של כ-30 נקודות בין תלמידי הפיקוח הממלכתי לתלמידי הפיקוח הממ"ד, לטובת תלמידי הפיקוח הממלכתי.

ההישגים במדעים לפי תחומי תוכן ומיומנויות קוגניטיביות

מניתוח ההישגים בתחומי התוכן השונים, בראייה פנים-ישראלית וביחס למדינות הדומות לישראל בממוצע הישגיהן במדעים, עולה תמונה שלפיה תחום הכימיה מהווה חוזקה יחסית, ואילו תחום מדעי כדור הארץ מהווה חולשה יחסית. בפילוח לפי מגדר נמצא פער לטובת בנים בבתי-ספר דוברי עברית בתחום של מדעי כדור הארץ, ופערים לטובת הבנות בבתי-ספר דוברי ערבית בכל התחומים, ובעיקר בכימיה ובביולוגיה. מניתוח ההישגים במיומנויות הקוגניטיביות עולה כי בקרב כלל האוכלוסייה אין פער של ממש בהישגים במיומנויות השונות. נמצאו פערים קטנים (כ-6–7 נקודות) לטובת הבנות בכל שלוש המיומנויות, שמקורם בפערים גדולים (כרבע סטיית תקן) לטובת בנות במגזר דוברי הערבית בלבד. 

== גוף הידע שנוצר בעקבות קיום המחקר ==
ממצאי מחקרי טימס לאורך השנים משמשים לעריכת אנציקלופדיית טימס המכילה סקירה של מדיניות תוכניות הלימוד וההוראה במדינות המשתתפות במחקר. בנוסף מתפרסמים נתונים רבים מהמחקרים לאורך השנים במאגר המידע הבין לאומי של ארגון ה-IEA.

==טימס בישראל==
מחקר טימס בישראל מבוצע על ידי הרשות הארצית למדידה והערכה בחינוך (ראמ"ה). המחקר מתקיים אחת לארבע שנים החל משנת 1995 וישראל השתתפה במחקר באופן מלא בשנת 1999, 2003, 2007, 2011, 2015 ו-2019. מחזור המחקר הבא יתקיים בשנת 2023. ישראל משתתפת במחקר עבור כיתות ח' בלבד.

מחקר טימס 2011 התקיים בישראל בקרב תלמידים דוברי עברית (פיקוח ממלכתי וממלכתי דתי) ודוברי ערבית. המבחנים הועברו בתחילת חודש מאי 2011 בקרב מדגם מייצג. סה"כ השתתפו בישראל 4699 תלמידי כיתות ח' מ-151 בתי ספר. בכל אחד מבתי הספר שנדגמו למחקר נדגמה אקראית כיתה אחת או שתיים מבין כיתות ח' בבית הספר, לצורך השתתפות במחקר. משך המבחנים היה שעה וחצי (ארבעים וחמש דקות בכל אחד מתחומי הדעת) ועוד כמחצית השעה למילוי שאלוני התלמידים.

המחקר של שנת 2015 נערך בישראל בחודשים אפריל-מאי, בקרב מדגם מייצג של 5,512 תלמידי כיתות ח' מ-200 בתי ספר (לא כולל מוסדות חרדים וחינוך מיוחד).

====כיסוי תוכניות הלימודים בישראל ====

תוכנית הלימודים במתמטיקה לחטיבות הביניים בישראל מקיימת רצף, מבחינת התפיסה הרעיונית והמטרות, עם תוכנית הלימודים לבית הספר היסודי. עם זאת, בתוכנית לחטיבת הביניים, בהשוואה לתוכנית לבית הספר היסודי, חל מעבר ברור לדרכי חשיבה מתמטיות מתקדמות יותר. כמו כן, התוכנית בנויה כך שהתכנים שיילמדו על פיה ישמשו תשתית להמשך לימודי המתמטיקה בחטיבה העליונה. מטרות-העל המוגדרות בתוכנית הלימודים הן פיתוח מיומנויות חשיבה מתמטיות (המשקפות תהליכי חשיבה, לעומת עיסוק בפרוצדורות בלבד) והקניית ידע מתמטי רחב, מקושר ושימושי של מושגים ומערכות מושגים בנושאים מתמטיים.

בחטיבת הביניים בישראל משולבים תחומי המדעים לכלל תחום דעת אחד - "מדע וטכנולוגיה". תחום זה כולל את תחומי התוכן ביולוגיה, כימיה, פיזיקה וטכנולוגיה. לצד זה נלמדים מדעי כדור הארץ במסגרת תחום הלימוד גאוגרפיה. המטרה המרכזית של תוכנית הלימודים בתחום דעת מרכזי זה היא "חינוך מדעי טכנולוגי לכלל אוכלוסיית התלמידים במטרה להכשיר אזרחים פעילים התורמים לתפקודה של החברה ולצמיחתה". התוכנית מאורגנת לפי תחומי התוכן המרכזיים שמשולבים בה: מדעי החומר - פיזיקה, כימיה; מדעי החיים - ביולוגיה; טכנולוגיה

לקראת 2007 הייתה התכוונות רבה יותר במערכת החינוך הכללית להתאים את תוכנית הלימודים המיועדת, כמו-גם את זו המופעלת, למסגרת המושגית של TIMSS. אכן, אחוז הנושאים מבין נושאי המסגרת המושגית של TIMSS שנכללו בתוכנית הלימודים המיועדת בישראל עלה במתמטיקה מ-41% בשנת 1999 ל-69% בשנת 2003 ול-79% בשנת 2007, ובמדעים הוא עלה מ-57% בשנת 1999 ל-77% בשנת 2003 ול-76% בשנת 2007.

=== מגמות רב-שנתיות בהישגים במדעים במחקר טימס ===
ממוצע הציונים הכולל במדעים של תלמידי ישראל במחזור המחקר האחרון (2015) גבוה ב-39 (כארבע עשיריות סטיית תקן) מזה שהושג במחזור המחקר הראשון (1999). למעשה, לאורך ארבעת מחזורי המחקר הראשונים, החל מ-1999 ועד 2007, ניכרת תנודתיות בהישגים במדעים בין מחזור אחד למשנהו, כאשר במחזור מחקר 2011 נרשמה עלייה חדה בממוצע ההישגים במדעים (ומתמטיקה) ביחס למחזור 2007 שקדם לו. עליה זו נשמרה גם במחזור 2015, וממוצע הציונים הכולל של ישראל במבחן נותר כשהיה (אם כי דירוגה של ישראל ירד מעט משום שמדינות אחרות הציגו שיפור יחסי).

==== העלייה החריגה בציוני טימס 2011 ====
העלייה הגדולה במונחי ממוצע הציונים של תלמידי ישראל (53 נקודות במתמטיקה ו-48 נקודות במדעים) במחקר טימס 2011, בהשוואה למחזור מחקר 2007, הייתה גדולה וחריגה בהשוואה למידת השיפור המקובלת בקרב מדינות המשתתפות במחזורי מחקר רצופים, והובילה לחשדנות בקרב חוקרי חינוך וכלי תקשורת, ולהטלת ספק בתקפות הממצאים. מכלול הגורמים שהיו עשויים להשפיע על עלייה זו בהישגים במחקר טימס 2011, על הטיית ייצוגיות המדגם ועל תוקף הממצאים. הטיעונים התמקדו בשני היבטים עיקריים של המחקר: ספק בדבר תקינות הביצוע של הליך המחקר עצמו בישראל, וספק בדבר הלגיטימיות של השוואת נתוני המחקר הנוכחי לנתונים של מחזורי מחקר קודמים. בהקשר של תקינות הביצוע הועלתה טענה ולפיה המדגם אינו מייצג כיאות את אוכלוסיית המטרה של המחקר, שכן הוצאו ממנו לכאורה קבוצות אוכלוסייה חלשות הידועות בהישגיהן הלימודיים הנמוכים על מנת להעלות באורח מלאכותי את ממוצע ההישגים בישראל. בפרט נטען באמצעי התקשורת כי משרד החינוך לא כלל במדגם את תלמידי מזרח ירושלים ואת תלמידי המגזר החרדי, וכן כי לא נכללו בו בתי ספר חלשים ו/או תלמידים חלשים. חוקרי חינוך אחדים העלו את הטענה כי נעשתה הכנה ממוקדת למבחן רק לתלמידים שהשתתפו במחקר, מה שהעלה את הישגיהם באופן שאינו מייצג את כלל התלמידים. בהקשר של השוואת המחקר למחזורי מחקר קודמים נטען כי השוואה זו אינה לגיטימית בשל השיפור בתרגום לעברית ולערבית במחזור המחקר האחרון. טענה זו התבססה על העובדה שישראל נכללה בדוח טימס הבין-לאומי בטבלת המדינות המשתתפות בתור אחת מהמדינות שנתוניהן "אינם בני השוואה לנתוני מחזורים קודמים, בעיקר בשל שיפור התרגום במדינות אלו או הגדלת כיסוי האוכלוסייה" (הערת שולים שנכתבה בתחתית הטבלה) ולפיכך לא הוצגו בדוח הבין-לאומי נתוני השוואה (trends) בין תוצאות המחקר הנוכחי לבין תוצאות מחזורי מחקר קודמים בעבור ישראל. כתבים טענו כי הצגת הנתונים בהשוואה לנתוני העבר אינה לגיטימית, וכי משרד החינוך הסתיר עובדה זו כדי להדגיש את העלייה בהישגים.

בדיקות תוקף שונות העלו את הגורמים הבאים שנמצאו כתורמים לשינוי הגדול שנמדד בין טימס 2007 לטימס 2011:

===== שינויים במערכת החינוך (איום על תוקף המבנה – קונפאונד) =====
הגברת כיסוי תוכנית הלימודים את המושגים שנמדדים במבחן טימס, הטמעת התוכנית בשטח על ידי הגברת כמות שעות הלימוד, עריכת השתלמויות ייעודיות למורים במקצועות אלו, תוספת ניכרת במשאבי ההדרכה, והתכווננות של המערכת לשיפור ההישגים במקצועות אלו באמצעות כנסים, מצגות, חוזר מנכ"ל וכולי. הגברת התרגול והמבחנים, שיפור תשתית ידע במתמטיקה שנרכשה בבית הספר היסודי.

כמו כן נעשו שיפורים בכלי המדידה ובסביבת המבחן שייתכן שתרמו אף הם לעליה החריגה בציונים. בנוסף, מחזור טימס 2007 נערך בצל שביתת מורים רחבת היקף שייתכן ופגעה במוטיבציית הנבחנים. 

===== בדיקת הטענות בנוגע לגורמים מטים פוטנציאליים (איום על תוקף המבנה – קונפאונד) =====
טענה חוזרת הייתה כי מדגם התלמידים לא כיסה את כלל אוכלוסיית התלמידים בכיתות ח', מאחר שקבוצות תלמידים שלמות (וחלשות) לא נכללו במחקר במכוון. מדובר בתלמידים החרדיים ובתלמידים מקרב ערביי מזרח ירושלים, שהוצאו מן המחקר בשל סירובם להשתתף בו, ומשום שאינם לומדים את כלל לימודי הליבה, ובפרט רבים מהם אינם לומדים מתמטיקה ומדעים. מגזרים אלו הוצאו ממסגרת הדגימה, אך עובדה זו אין בה כדי להסביר את העלייה בהישגים ב-2011, מכיוון שקבוצות אלו הוצאו מן המחקר גם בכל מחזורי המחקר הקודמים של טימס. לעומת זאת, הטענות בדבר הוצאתם של בתי ספר חלשים מן המדגם אינן תקפות משום שהדגימה נעשתה לפי כל חוקי הדגימה של מבחן טימס, ובאישור ה-IEA. 

===== בדיקת תוקף מתכנס =====
מאחר שמבחני המיצ"ב נבנים בהתאם לתוכניות הלימודים הרשמיות, קיים דמיון תוכני בינם לבין מבחן טימס, שתוכנו מכוסה בתוכניות הלימודים של השנים האחרונות במתמטיקה ובמדעים. בבדיקה שעשתה ראמ"ה ב-2011 בקרב תלמידים שנבחנו בשני המבחנים נמצא מתאם גבוה בציונים בשני המבחנים. המתאם בין ציוני התלמידים שהשתתפו הן במבחן מיצ"ב והן במבחן טימס עמד על 0.74 במתמטיקה ועל 0.70 במדעים. כמו כן מתברר כי עלייה דומה (אם כי הדרגתית) בממוצעי הציונים נרשמה במבחני המיצ"ב לכיתות ח' החל משנת תשס"ח (2008) ועד שנת תשע"א (2011) הן במתמטיקה והן במדע וטכנולוגיה (וכן בשפת אם ובאנגלית).  העלייה בציונים במחקר טימס 2011 אינה אפוא עדות יחידה או חריגה לעלייה בהישגים הלימודיים במקצועות המתמטיקה והמדעים בחטיבות הביניים במערכת החינוך של ישראל.  נוסף על כך, נראה כי העלייה הגדולה בהישגים בין מחזור 2007 למחזור 2011 משקפת תהליך של שיפור הדרגתי מצטבר לאורך מספר שנים, ולאו דווקא שיפור שהתרחש בבת אחת וב"קפיצת מדרגה", כפי שמצטייר לכאורה כאשר מסתכלים על ציוני טימס (כזכור, מבחני טימס מועברים רק אחת לארבע שנים).

יש לציין בהקשר זה כי במחזור המחקר של שנת 2015 שמרה ישראל על ממוצע הישגיה, שהיה דומה לזה שהגיעה אליו במחזור 2011.

== טימס למתקדמים ==
מבחן נוסף שעורך ה-IEA הוא "טימס למתקדמים" TIMSS Advanced המודד את ההישגים הלימודיים של תלמידי כיתות יב' במקצועות מתמטיקה ופיזיקה למתקדמים, כלומר תלמידים הלומדים תחומי דעת אלו בתיכון ברמה גבוהה ומחוזקת, בדומה ללמידה בישראל לקראת מבחני הבגרות בחמש יחידות במתמטיקה ובפיזיקה. המבחן בודק נושאי לימוד מתקדמים כמו חשבון אינפיניטסימלי, חשמל ומגנטיות ועוד. טימס למתקדמים, שלא כמו מבחן טימס הרגיל, נערך רק בשנים 1995, 2008 ו-2015.

== מחקרים חיצוניים שעושים שימוש בנתוני מבחני טימס ופיזה ==
אף על פי שעורכי מחקרי טימס ופיזה עצמם נמנעים בדרך כלל מהעלאת השערות לגבי הבדלים יציבים וקבועים בין המדינות המשתתפות, מחקרים כאלו נעשו על ידי גופים אחרים לבחינת הקשר בין הישגי תלמידים למידת ההתפתחות הכלכלית של המדינה, רמת הדמוקרטיה שלה, ורמת הבריאות בה. 

== קישורים חיצוניים ==
* 
* [http://www.timss.org/ אתר TIMSS ו-PIRLS]
* [http://timssandpirls.bc.edu/timss2015/encyclopedia/ אנציקלופדיית טימס 2015]
* נעמי מי-עמי, [http://www.google.co.il/url?sa=t&source=web&ct=res&cd=1&url=http%3A%2F%2Fwww.knesset.gov.il%2FMMM%2Fdata%2Fdocs%2Fm01094.doc&ei=gro9Sc24BJzR-QbhuOHoBg&usg=AFQjCNEbCb2fh13djHnxtwdqyabXfWds_g&sig2=lQTOHXbmQ_vg-UmHPPAdmw הישגי ישראל במבחני TIMSS], באתר הכנסת 
* הישגי ישראל במבחן http://www.knesset.gov.il/mmm/data/pdf/m01094.pdf TIMSS
* [http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Rama/MivchanimBenLeumiyim/OdotTIMSS.htm דוחות ממצאי טימס], באתר ראמ"ה
* [http://timss.bc.edu/TIMSS2011/index.html כל התוצאות ברמה הבינלאומית]
* 

==הערות שוליים==

TIMSS