2000—2015年国外科学素养测评情境研究热点分析

孔燕 赵阳

2000—2015年国外科学素养测评情境研究热点分析

孔燕 赵阳

本研究应用可视化软件CiteSpaceⅢ对2000—2015年ISI Web of Science数据库中的国外科学素养测评情境文献进行关键词共现分析。结果表明，国外科学素养测评情境研究可划分为四个阶段：2000—2005年为萌芽阶段，借国际大型科学测评项目实施之机，测评成为关键词，研究聚焦于课程及学生课堂表现；2006—2009年为初始阶段，科学素养测评情境研究开始成为热点，但此阶段偏重效度，忽视信度，相关测评不能真实反映出学生的科学素养水平；2010—2012年为深化阶段，在政策影响下，测评情境研究增加，跨学科知识融入其中；2013—2015年为全球化阶段，情境式命题成为全球趋势。

情境测评；科学素养；科学素养测评；研究热点分析

1 引言

国际上普遍将科学素养概括为三个组成部分，即对于科学知识达到基本的了解程度、对于科学的研究过程和方法达到基本的了解程度以及对于科学技术对社会和个人所产生的影响达到基本的了解程度。科学教育的目标在于提高学生的科学素养[1]。约翰·米勒（Jon D.Miller）早在1983年就提出了科学素养的三维模型：科学知识、科学方法和科学对社会的作用。国际学生评估项目（PISA）借鉴此模型后把科学素养分为知识、过程和情境三个维度，主要反映现在及未来真实生活中可能遇到的问题和情况[2]。PISA中的情境通常会用“situation”或“context”表达，而“situation”在心理学中一般是指情境，在其他学科中表示地点和背景，还包括作者撰写文本的用途。尽管大部分文本阅读属于个人活动，但还是具有社会性。阅读还会涉及作者、话题等。情境包括提及的人和（在工作中阅读时）与阅读有关的物[3]。在PISA中，“context”这个词更符合我们提到的情境，“situation”只是情境的一种形式。PISA非常强调情境的真实性，这也是情境设置的最大特点。美国教育进展评价（NAEP）在对阅读的界定中专门提到了情境。阅读情境往往决定读者准备和完成任务的方式。他们会考虑为什么阅读，他们对这个主题了解多少，以及他们将花多少时间阅读[4]。国外大型国际教育评价项目对情境的定义各不相同，含义广泛，学生阅读文本的用途和阅读目的都包含其中，但情境的真实性是必要条件，问题的呈现主要依赖情境的设置。

2 研究方法

2.1 研究工具

采用CiteSpaceⅢ软件进行知识图谱分析，它是用年轮环的方式表示分析对象在不同时间段内的被引频次。其中分析对象用节点来表示。节点越大，该对象在整个时间跨度内被引用次数越多。两个节点之间的连线表示两者存在共同被引用的关系，连线的长短和粗细表示了两个节点之间联系的强度[5]。

2.2 数据来源

文献检索的质量直接决定了知识图谱分析的准确性。笔者在ISI Web of Science核心合集数据库中使用主体词“science education test”和“context”检索到文献记录共159条。发表时间为2000—2015年。按CiteSpaceⅢ要求的全格式进行保存。数据下载日期是2016年5月13日。

软件设置上，时间跨度选为2000—2015年，设置Time Slice为每年一个阶段，节点类型选择为Ti⁃tle、Abstract、Keywords。由于搜索主题词是“scien⁃tific education test”和“context”，笔者在关键节点节选中筛除了关键词“test”“science”“students”这类大型相关节点以及与“context”无关联的节点。节点与节点之间的连线表示两者有着密切联系。运行CiteSpaceⅢ软件后，得到国外科学素养测评情境关键词共现知识图谱。

3 国外科学素养测评情境关键词研究热点共现分析

关键词是对文献内容的高度提炼。根据2000—2015年国外科学素养测评情境研究关键词共现知识图谱，笔者将国外科学素养测评情境研究划分为萌芽、初始、深化、全球化四个阶段。

3.1 2000—2005年：萌芽阶段，测评成为关键词，研究聚焦于课程及学生课堂表现

2000年，PISA等国际大型评价项目开始出现，带动了对测评研究的相关文献的出现，但并未发现有关情境的研究文献。研究总是具有滞后性，这一阶段出现的文献组成的知识图谱中，“curriculum”“attitudes”“decision-making”等关键词自成一个模块，关键词“gender”“performance”等形成一个模块。从这两大模块中大致可以看出，这一阶段的相关研究仍聚焦于课程及不同性别的学生课堂表现。虽然相关文献中并未出现关键词“context”，但相关学科知识如“physics”等在2002年开始出现，并延续到2015年的关键词中，这也表明了物理学科是最早介入情境研究并被持续关注的学科。2004年，PISA等国际大型评价项目经历了一次以3年为一周期的评核，情境研究文献中开始出现“assess⁃ment”“students”等关键词，学界开始关注测评对象及对学生学习成果的评估体系，而这些都是测评情境的构成要素。这一阶段也可以称之为情境前测评阶段。

3.2 2006—2009年：初始阶段，情境研究开始成为热点

从图1中可以看出，2006年，研究热点中开始出现“context”这一关键词，这也表明学界研究的重心由学生课堂表现转向情境教学。其背景与PISA的改革有关。2006年，PISA对科学素养进行了重新界定，强调基于情境的测试是要在一定真实的生活情境中，而不仅仅局限于学校生活。当年PISA就大量采用情境化试题，并着重于应用。受测学生必须灵活运用学科知识与认知技能，针对情境化的问题自行建构答案。这种把问题融入情境中的新型考查方式不仅容易激发学生的兴趣，也让学界开始关注情境试题在科学教育中的重要作用。

信度与效度作为情境测评研究的重要因子，为情境测评研究提供了统计学基础。信度是一个测试能否在不同情况下得到所欲测量对象的一致结果。效度是一个测试能否测量所欲测量的对象，如测量人的智商、学生的科学素养。测评的信度与效度有着密切的关系。一般来说，只有信度较高的测评才能有较高的效度，但效度较高不能保证信度也一定较高。图谱中，关键词“validity”与“PISA”“scien⁃tific literacy”在2007年开始出现，但是同样作为科学素养测评情境命题创设前提条件的“reliability”却到2011年才出现。由于2007年测评情境试题缺乏信度，学界对当年科学素养测评情境的评价差强人意。

图1 2006年关键词共现知识图谱

除此之外，多年一直占据重要位置的关键词“knowledge”在2007年图谱中同样是一个很大的节点，这与测评的根本目的始终都是为了监测学生掌握学科知识的水平和理解、建构能力有关。

3.3 2010—2012年：深化阶段，测评情境内容研究增加，跨学科知识融入其中

2010年，测评情境研究热点发生了重大变化。关键词知识图谱中节点明显增多，显示研究热点在不断增加，“science education”被聚焦研究。同时，关键词“policy”和“United States”也开始出现。

有资料显示，科学教育成为这一年的研究热点与当时美国出台的国家科学教育标准有很大关系。美国国家研究理事会（National Research Coun⁃cil）早在1996年就发布了《国家科学教育标准》（Na⁃tional Science Education Standards），强调需要让学生在情境中而不是情境外掌握技能，在情境中学习学科知识。这一标准显著影响了各国科学学习标准和相关考试，继而大型教育评价项目（如PISA、TIMSS、NAEP等）开始引入试题情境[6]。然而学生在PISA项目中的表现较差和公民素养期望是2010年美国制定《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Education Standards）的两大外因，科学教育研究的进展、国际课程标准比较研究以及统一标准的运动是三大内因[7]。新标准通过三个维度的整合拓展学生的知识与能力，即通过科学实践培养学生研究自然世界的能力，通过工程设计培养解决实际问题的能力，通过聚焦核心概念掌握四个科学领域（物质科学、生命科学、地球与空间科学以及工程、技术和应用科学）的重要知识。三维目标的核心是学科核心概念。科学与工程学实践和跨学科共同概念一方面强化了学科核心概念，增强了学生的理解能力，另一方面也提升了学生的实践能力[8]。跨学科知识的考查在PISA或TIMSS等测评情境中所占分量逐年上升。这一标准推动了科学教育的研究，这也是2010年“science education”这一关键词凸显的重要原因。到2013年年底，美国有一半以上的州已在实施或承诺实施该标准。自2010年至2015年，“science education”始终是研究热点。

另外，2010年，关键词“inquiry”“skills”“cogni⁃tion”也同时出现。TIMSS测评也把科学实践（sci⁃ence practices）作为重要概念。科学实践包括来自日常生活以及校内学习的各种技能，这些技能有助于学生系统地进行科学探究。因此科学实践是所有科学学科的基础[9]。

表1展示了2010—2012年国外科学素养测评情境关键词研究热点的演变过程。关键词“reliabil⁃ity”到2011年才成为热点，成为科学素养测评情境命题创设的前提条件。效度与信度是优质教育评估的先决条件。要保证情境的真实性和科学性就必须要确保较高的信度与效度，两者缺一不可。

随着年代的推进，关键词从“children”渐渐偏向“adolescents”。如TIMSS主要测试四年级和八年级学生的数学与科学学业成绩以及达到课程目标的情况[7]。PISA主要对接近完成基础教育的15岁学生进行评估，测试学生能否掌握社会所需要的知识与技能。NAEP中的全国评价和州评价至少每隔两年对四年级和八年级阅读、数学进行测试，其长期趋势评价则继续对9岁、13岁、17岁学生的阅读和数学进行测试[10]。情境设置要求问题及答案语言简洁，符合施测对象的心智水平。

表12010 -2012年国外科学素养测评情境关键词研究热点的演变

2010年，对测评情境的学科内容研究热点转向包括物理在内的生物、化学、数学等学科。除此之外，跨学科内容首次成为热点，这也说明了测评情境开始倾向于考查跨学科内容。学科知识是情境的基础和前提。在保证情境真实性和公平性的前提下，围绕同一科学主题，某些单元情境的问题跨学科化，体现出不同学科领域知识点的融合。如PI⁃SA 2015年的气候变化试题明显具有生物与地理学科交叉的特点。由于情境设问存在跨学科性，学生必须能够将所掌握的各学科知识进行融会贯通。

“knowledge”“comprehension”“knowledge con⁃struction”“critical thinking”等关键词是有关科学素养中学生能力考查的表述。从年份来看，有关认知维度的研究热点也不同。早期更加关注学生对知识的掌握，因此在测评情境命题中，学科情境占大部分。2007年，知识成为研究热点，侧重关注学生学科知识的熟悉程度。自2010年，开始考查学生的知识理解与运用能力。到2011年，知识建构及推理能力成为测评情境中的重点考查内容。国外科学素养测评的情境能够在结合学科知识的设问中考查学生的知识水平和知识建构能力。PISA考查学生科学理解与应用、科学思维与实践能力。TIMSS考查学生从认识到理解再到推理的能力[8]。在情境研究中，知识与理解主要考查的是学生较为基础的科学理解与应用能力，而较高层次的科学思维与实践能力则是需要学生做到知识迁移和知识建构。

3.4 2013—2015年：全球化阶段，情境式命题成为全球趋势

关键词“diversity”成为这一阶段的热点。早在2007年就有学者关注情境中的多样性。2010年，“metatheory”也出现在热词中，并且在2015年再次成为研究热点。这也说明了情境的多样性对测评试题的重要性。纵观2015年国外大型科学教育项目试题情境研究特点，可以发现：第一，情境导入部分趋向多样化，包括生活化、故事化。以这种形式导入问题更能激发学生的答题兴趣。第二，情境材料来源多样化，多节选自科普网站或杂志和报纸、纪录片、名人轶事、数据分析类权威科学报告及新闻报道。材料来源可靠且贴近生活[9]。第三，情境呈现方式多样化，采用图文并茂的方式，主要考查学生的读图能力和数据分析能力。第四，情境题型设置上，有一种新颖的态度题，多在实验探究单元出现[10]。第五，评分标准开放，答案多元。情境中单选题侧重于基础知识点的考查，能力评估层级较低。问答题能力评估层次相对较高，且答案解读分层次，有满分、部分分、零分等不同层次，各个分级的评判标准多元化。这些多样化的特点在这一阶段情境研究文献中均有提及。

学生较好的成绩为情境式命题成为全球趋势奠定了良好的基础。早在2009年，来自上海的中学生首次参加PISA项目就取得骄人成绩。韩国、芬兰、中国香港、中国台北、新加坡、日本成绩也都不错。2012年，中国香港和中国台湾地区参加四年一届的TIMSS项目，成绩出色。“globalization”在2013年自然成为研究热点，表明科学素养测评情境式命题开始成为全球趋势。

4 结论与展望

国外科学素养测评中没有无情境的问题，也没有无问题的情境。文献关键词共现图谱揭示了不同年份国外科学素养测评情境的研究热点，并呈现为四个阶段。2000年至2005年为情境萌芽阶段。由于国际大型科学测评项目自2000年开始实施，测评成为关键词，研究聚焦于课程及学生课堂表现，但并未出现对情境研究的相关文献。2006年至2009年为初始阶段，情境开始成为测评研究的重点。但由于只重视效度，缺乏信度，不能真实反映出学生的科学素养水平。而信度与效度的考量为测评情境研究提供了统计学基础，是情境设置的前提条件。2010年至2012年为深化阶段，自美国《新一代科学教育标准》发布后，测评内容维度研究增多，涵盖生物、化学、物理、数学和技术，跨学科知识也融入其中。此外，自2009年，测评情境中开始考查学生的知识理解与运用能力。到2010年，知识建构及推理能力成为测评情境中的重点考查内容。

自2000年PISA首次对国际学生进行科学素养全面评价至2015年，在情境式命题逐渐全球化的大趋势下，命题中的情境创设就显得尤其重要。创设情境时，需要注意三个维度：情境陌生度、信息隐含度和知识复杂度。要求创设贴近学生生活的情境。另外，情境中所包含的学科知识不能过于复杂，以便让学生较容易地提取信息从而解答问题。各国在借鉴他国情境设置时需要结合本国国情和教育现状，创设适合本国学生的试题情境。以我国为例，南北地域文化差异较大，城市和农村教育水平也不一样，这决定了创设命题情境时需针对这些特殊情况采用不同层次的情境。如何在确保信度与效度前提下，创设符合青少年学科知识水平的试题，引领学生从小学会建构和应用知识，引领教师重在培养学生的科学素养，如何让学生学会从情境中提取信息，并能进行知识迁移和知识建构，以及如何编制能够真正体现学生科学素养水平的情境试题等，都是需要我们深入探讨的问题。

[1]吴畏.基于情境的科学素养的评价思考——以2006年PISA科学评价为例[J].教育科学研究，2010（6）:15.

[2]杨健，徐晓燕，金弢.PISA试题情境的特点及其对化学教学的启示[J].探索实践，2014（11）:21.

[3]SCHLEICHER A.Measuring Student Knowledge and Skills:A New Framework for Assessment[J].Sourceoecd Education& Skills, 1999:1-85.

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[10]姚霞.国际科学素养测评对我国科学学科测评的启示[J].考试研究，2013（2）:53-63.

A CiteSpaceⅢ-Based Analysis of International Hot Research Topics of Contextual Assessment of Science Literacy from 2000 to 2015

KONG Yan&ZHAO Yang

This study makes a CiteSpaceⅢ-based analysis of keywords co-occurrence in international studies of contextual assessment of science literacy from Web of Science from 2000 through 2015.Relevant research is divided into four stages,namely the embryonic stage（2000—2005）,the beginning stage（2006—2009）,the deepening stage（2010—2012）and the global stage（2013—2015）.With the promotion of large-scale science assessment projects,“assessment”emerged as a keyword during the embryonic stage,focusing on curriculum and students’academic performance in the classroom.Contextual assessment of science literacy became a hot research topic during the beginning stage.However,those assessments might not be accurate measures of students’science literacy due to lack of emphasis placed on reliability as compared with validity.In the deepening stage,influenced by policy,contextual assessment research increased significantly involving interdisciplinary knowledge as well.As a result,context-based assessment has become a global trend in recent years.

Contextual Assessment;Science Literacy;Science Literacy Assessment;Analysis of Hot Research Topics

G405

A

1005-8427（2016）10-0038-6

（责任编辑：陈宁）

本文系教育部基础教育质量监测中心（中国基础教育质量检测协同创新中心）项目“义务教育八年级科学教育质量监测工具研制”（项目编号：2016KX002-e）的阶段性研究成果。

孔 燕，女，中国科学技术大学人文与社会科学学院，教授，博士生导师（合肥 230026）

赵 阳，女，中国科学技术大学人文与社会科学学院，在读硕士（合肥 230026）