为了更好地理解同时参与TIMSS和PISA数学测评的国家在两个项目上的排名差异，奥斯陆大学的教授们对2003年的TIMSS和PISA数学测评内容进行了详细的比较和分析。他们认为：“TIMSS和PISA测评对数学内容的不同处理，在很大程度上反映了掌握数学中的基本事实和程序，以及能够将数学与真实世界现象联系起来，这两者之间关系的讨论……反映了学校对于数学是什么及应该是什么的多种选择。”[39]他们认为，TIMSS测评更强调纯粹数学，而PISA测评更关注应用数学。 “PISA测评主要用将来作为现代社会公民在日常生活中可能需要的应用数学对学生进行测量。TIMSS测评的多数题目或是纯粹数学题，或是具有简单或模拟背景的题目，体现了传统学校教育中数学题目的特色。”[40]他们指出，TIMSS测评和PISA测评的数学题目存在差异，这些差异在数学内容的选择、数学能力的界定、题目的能力层次和题型的分布上都有所体现。
该比较指出，尽管TIMSS测评和PISA测评应用了不同的测评框架指导命题，但TIMSS测评和PISA测评所包含的内容、能力类别还是有相似之处的。TIMSS测评和PISA测评都以内容和认知能力二维框架组织数学测评内容，并且两者的认知维度分类都受到布鲁姆教育目标分类法的影响。虽然两者的具体名称有些不同，但实际上都是对知识、领会、运用、分析、综合、评价几个类别的细化或重组。
上述研究尝试将测评设计间的共性和差异性进行分析，类似的文章还有很多，大量聚焦于对测评设计和测评内容的比较方面，但是很少有研究直接将测评设计和框架的差异与调查结果的差异联系起来。2000年和2003年的PISA项目副总监玛格丽特（Margaret Wu），在带领团队撰写的比较PISA2003和TIMSS测评相似性和差异性的研究报告中，[41]充分利用2003年是TIMSS和PISA都对数学进行测评的共同年份，就两大测评的设计框架对最后结果的差异影响进行了分析。该研究利用回归分析的定量手段发现，有两个因素很大程度上能解释一些国家和地区在PISA测评和TIMSS测评中的不同表现。这两个因素分别是测评内容的平衡和受教育程度，其中测评内容的平衡是最重要的方面。
NCES将TIMSS和PISA这两项国际测评与美国国家教育发展测评（National Assessment of Educational Progress，简称NAEP）作了深入细致的比较研究。这项持续的研究主要关注：三项测评是否包含同样的主题？三项测评所使用的题目类型是否一致？三项测评是否要求学生使用相似的技能？NCES组成的专家委员会对三项测评的测评框架和试题进行了详细的对比分析，[42]他们认为，在三项测评中PISA测评的难度最大，TIMSS测评和NAEP测评较为相似，都是以课程为依据的测评。英国国家教育研究基金会（National Foundation for Educational Research）的几位学者对PISA2000、 PISA2003和TIMSS2003的测评内容进行了详细的研究，[43]他们请专家评估英国学生对PISA测评和TIMSS测评试题的熟悉程度，并了解这种差异对学生成绩的影响程度。通过对评估结果的分析，学者们发现，对TIMSS测评和PISA测评中的科学试题，学生的熟悉程度相差不大，但在数学方面，与PISA测评相比，TIMSS测评的题目被认为在背景和题目形式上更适合学生。
在国外，有一部分专家从本国的课程建设、课堂教学及评价体系的建立需要出发，也力求通过借鉴比较TIMSS测评或PISA测评的相关内容，达到相应的研究目的。如全美州长协会（National Governors Association）和州首席教育官理事会（Council of Chief State School）在2010年6月2日发布了《共同核心州立标准》（Common Core State Standards，简称CCSS）。该标准定义了美国K-12年级教育阶段学生所应掌握的知识和技能，其目的是使所有学生在离开高中时能为升学或就业作好准备。鉴于美国教育分权的制度使然，该标准“实际上扮演了美国课程政策的角色”。[44]在标准制定过程中，为了有助于让美国教育工作者和政策制定者了解该标准草案的优点，以及该标准草案在已有的国家和国际基础中的定位，一群学者将该标准草案与PISA、 TIMSS及NAEP测评的各个内容领域进行比较分析，其中包括数学。[45]德国学者诺伊布兰德（Michael Neubrand）重点研究了PISA数学测评和德国教师数学知识及数学教学知识，旨在实现区分性评估来考虑评价内容和任务分析的不同方面。[46]该评估的结果使得参与者能够获取有用类型的知识，这些知识类型能直接指向课堂教学与学习中存在的各种问题，探索教师知识对于学生学习进展的影响，表明哪种教学行为是有效的。这也反映出西方学者对于大规模数学测评与本国数学教育相关领域整合的有效性思考，特别是对于课堂教学的直接反馈作用。德国伯克利评估和测评研究中心则借鉴PISA测评的数学素养框架及内容，来构建其自身的测评系统——BEAR测评系统。[47]
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