PISA2015科学素养评估体系的研究与启示

刘青

PISA2015科学素养评估体系的研究与启示

刘青

由经合组织开展的国际学生评估项目（PISA）是针对15岁学生进行的素养评估，2015年重点测试领域是科学素养。本文从理论上对PISA2015科学素养的定义、科学评估框架、评估内容等做了相关的介绍和分析，并希望借此为我国科学教育评估体系的建立和完善提供借鉴。

PISA2015；科学素养；评估体系

PISA是由OECD（经济合作与发展组织）组织的“国际学生评估项目”，主要测评阅读素养、数学素养、科学素养，每三年举行一次，每次都以某一个领域为重点领域，其他领域为辅。2000年PISA举行了第一次测试，2006年、2015年测评重点领域为科学素养。

1 PISA2015科学素养的定义以及评估框架

正如PISA委员会所说，PISA不是既定的，而是发展性的。PISA对科学素养的定义，经历了2000年和2006年两次重要的发展阶段，2015年又在上述基础上重新提炼并加以扩展，将科学素养定义为：作为一个反思型的公民，科学素养是要有解决与科学相关问题的能力，并有科学的意识。

对应于科学素养定义的发展，PISA中科学素养评估框架的发展也经历了2000年、2006年、2015年三个阶段。PISA2015保持了PISA2006的评估框架，在其基础上对情境、能力、知识、态度四要素进行了提炼和扩展。如图1所示。

图1 PISA2015科学素养评估框架

PISA2015继承了PISA2006中科学素养的核心是科学能力这一概念，其发展主要表现为三个方面：一是科学能力划分得更为详细；二是将2006年提出的“关于科学的知识”明确细分为“程序性知识”和“认知性知识”；三是首次明确了科学素养中“认知需求”概念。认知需求是指认知知识的深度，分为低、中、高3个等级，在数据复杂程度、问题难易度、解决问题所需步骤上存在差别。科学素养定义和评估框架的逐步修改完善，既是与各个国家科学教育目标的改革和发展相呼应的结果，也是在实践基础上不断重新认识的结果。

2 PISA2015科学素养的评估内容

PISA2015对科学情境、科学能力、科学知识、科学态度四个方面作出了详尽的说明。

2.1 科学情境

PISA2015是基于情境的评估，评估中一个单元就是一个情境，一个情境中通常有几个问题，这些问题的评价维度不同。PISA认为在处理科学问题时，方法的选择以及表现通常与问题所置的情境相关。情境的选择除了学校内的科学情境外，还聚焦于学生个体、社区、全球的相关科学和技术问题。见表1。

2.2 科学能力

PISA2015中科学素养指的是科学知识和基于科学的技术，其核心是科学能力，在2006年基础上进一步增加了对掌握科学探究的各要素的要求，更加强调了理解和运用科学数据的重要性。其中新增的“评估和设计科学探究”是指学生能够设计科学探究和具有批判性地评估科学报告和调查结果的能力，包含识别科学议题，并且在此基础上包括能够评估和设计科学探究活动的其他方面的内容；“科学地解读数据和证据能力”是指分析和评估以各种形式呈现的科学数据、观点和论点，并且引导出恰当结论的能力。见表2。

2.3 科学知识

PISA2015科学素养评估框架将知识细分为：内容性知识、程序性知识和认知性知识。

（1）内容性知识。PISA希望描述出学生在多大程度上能够将他们所掌握的知识运用到与他们生活相关的背景中，因此测评材料要求与现实生活情境相关，代表重要的科学概念并长期使用，适合于15岁学生发展水平。PISA2015选取了三个内容领域，分别是“物质系统”、“生命系统”和“地球和宇宙系统”，删减了PISA2006中的“技术系统”。见表3。

（2）程序性知识。程序性知识是指关于科学研究的方法的知识，指支撑科学数据的收集、分析和解读的科学探究的基本概念和方法，是有关科学家用于得到可靠和真实的数据的标准方法的知识。具体内容见表4。

表1 PISA2015的科学情境

表2 PISA2015科学能力

表3 PISA2015科学的内容性知识分类

学生不仅需要了解和运用已经生成的固化科学知识，而且还要掌握科学的自成体系产生新知识的方法和步骤。

（3）认知性知识。学生不但要知道引导出科学知识的方法，还要认识支撑这些方法的合理性的理由。认识性知识是对于科学内容和方法的认识的知识，包括科学的理念和标志性的特征，以及这些理念和特征在构建科学知识中所起到的作用。这些是科学家所采用的工作方法和实践的缘由，以及支撑科学有关自然世界的论断的基石。具体内容见表5。

表4 PISA2015科学的程序性知识

相较于以往轮次的PISA，PISA2015更加强调学生能够理解科学家是如何收集科学数据和实证，以及如何基于数据和实证来进行推理论证后构建科学知识的。

PISA2015中科学知识的分值分布，见表6。

2.4 科学态度

科学教育的重要目标除了帮助学生获得科技知识外，还帮助学生发展对科学的兴趣和对科学探究的支持。PISA认为科学竞争力不仅包括学生科学能力，还包括他们对科学的态度倾向，一个人的科学能力包括特定的态度、信仰、动机导向、自我效能和价值观。PISA2015在学生问卷中收集了学生在以下三个方面的科学态度和参与度：对科学的兴趣、评估用于探究的科学方法和环境的意识。见表7。

3 PISA2015测评方式

PISA2015首次使用机考模式，所有试题解答都是基于计算机方式进行，学生需要通过计算机与测试软件互动后进行答题。相对于纸笔测试，机考模式的优势；其一是大量减少阅读题量，避免阅读素养影响科学素养的发挥；其二是计算机对信息的包容量大，除了文本、图表，还可以提供模拟实验等。学生可以通过选择所需的数据通过模拟系统进行模拟实验得到结论，答题过程要求学生自己设计实验，设计变量，对科学实验探究方法有了更深层次的应用，实现了对学生探究能力的考查。如控制变量的科学思维和方法的掌握，是科学研究中的重要素养，但纸笔测试通常只能提供很多数据供学生选择，学生掌握了这种测试模式后很易生搬硬套，有违科学素养考试的初衷。但机考模式是要求学生自己构建变量，寻找变量，找到数据并解释数据，整个过程体现了科学素养的递进层次。

表5 PISA2015科学的认知性知识

表6 PISA2015中科学知识的分值分布

4 启示

我国实施的基础教育课程改革推出了新的科学课程标准，将科学课程目标定位于培养学生的科学素养，如何更好地实现对科学素养的评估是重要课题之一。笔者以为，PISA科学素养评估体系对我国科学教育评估体系的建立有如下一些启示。

4.1 科学素养的内涵需更深入研究和说明

中国教育部制定的《科学（7～9年级）课程标准》（以下简称《标准》）中提出科学素养是对个人决策、参与公共文化事务以及经济生产所需的科学概念及其过程的理解和一定的运用能力。结构上包括四个维度：科学探究（过程、方法与能力）；科学知识与技能；科学态度、情感与价值观；科学、技术与社会的关系。这是在Jon Miller三维模式即科学知识、科学过程与方法、科技对社会的影响基础上发展而起。相比PISA2015科学素养的结构维度，我国对“能力”和“知识”这两个重要的维度阐述得还不够清晰。比如《标准》中提出对科学知识的评价要“注重科学内容的理解与应用，注重从整体上对科学的认识以及对同一科学概念的具体知识，评价的依据应是生命科学、物质科学、地球宇宙和空间科学三个领域内容标准提出的科学知识要求”，从这个内涵表述来看侧重于评价科学的内容性知识，对于如何从科学的自成体系产生新知识的方法、如何基于数据和实证来进行推理论证后构建科学知识等内涵还需要作深入研究和统一说明。

又如《标准》中提出“科学的核心是探究”，“科学探究活动是培养科学观念与能力的最关键途径”，但未能对“科学能力”进行详尽阐述，从表述来看只是将科学能力理解为科学探究的一个方面。学习PISA2015科学评估框架，可以了解到PISA科学素养的核心是科学能力，并对其含义给予了清晰地说明，探究能力是科学能力的一个要素。这一维度认识上的差异也需要进一步研究。

表7 PISA2015对学生科学态度的调查

4.2 科学素养评估内容和评估方式还需要完善

PISA2015科学素养测评主要是评估学生科学能力的发展情况，着重了解学生解释科学现象、评价和设计科学探究、解释数据并进行科学证明的能力。我国目前对科学素养的评价方法上基本还是沿用传统的学科知识测验方法，评价内容多是原有的物理、化学、地理、生物等各学科知识和技能的拼凑，对于科学探究过程、问题解决方法和科学本质理解等方面的评价内容涉及不多。对素养结构维度之一的“科学态度、情感和价值观”一直缺乏客观有效的评价方式，只能通过学生自评、互评和教师对学生的观察等过程性评价来完成。在PISA2015，是通过设计学生问卷从科学兴趣、环境意识和评估用于探究的科学方法三个方面收集学生的科学态度和参与度，这一评价方式将科学能力与科学态度评估联系起来分析得出更科学的结论，值得借鉴。有条件的地区还可开发计算机考试模式代替或部分代替纸笔测试，使评价结果更科学和公正。

4.3 科学素养评估和学科素养评估有待于整合

《标准》指出，课程内容突出整合的特点，通过对内容的整合让学生从整体上认识自然，从基本科学观念上理解科学内容。课程整合的特点是试图超越学科界限，全面提高学生的科学素养。对于新课程提出的“整合”理念，对应的科学素养评估，也应该有学科“整合”的设计理念。PISA2015科学素养评估中指出无论是物质系统、生命系统还是地球和宇宙系统，除了内容性知识有差异外，评估的程序性知识和认知性知识是相通的。我国很多地区的传统做法是物理、化学、生物、地理各自分学科进行学科素养评估，而其中对于科学能力的评估实际上是重复评估，一种能力有缺失会导致几个学科学习都有障碍，由于将这些互相有联系的学科孤立对待，最后结果又以学科成绩替代能力水平，对学生就形成了不够客观的评价。在义务教育学习阶段，特别是7～9年级，科学素养评估和学科素养评估有待于整合。

[1]OECD.Pisa2015 Draft Science Framework[M].Pairs:OECD,2013.

[2]经济合作与发展组织.面向明日世界的科学能力——国际学生评估项目（PISA）2006报告[M].上海：上海教育出版社，2010.

[3]陆璟.PISA测评的理论和实践[M].上海：华东师范大学出版社，2013.

[4]徐静，柏毅.PISA中科学素养的定义和评估[J].江苏科技信息，2013（11）.

[5]李红，夏宇周.PISA科学素质评估体系的研究和启示[J].科技管理研究，2011（2）.

[6]黄颖，吴俊明.浅议PISA科学素养评估的发展变化[J].化学教学，2010（1）.

[7]中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011.

Research and Its Enlightenment of the assessment System of Scientific Literacy of PISA2015

LIU Qing

The PISA carried out by OECD aims at the assessment on 15-year-old students’literacy,which mainly focuses on the field of testing their scientific literacy in 2015.This paper introduces and analyzes the definition of Scientific Literacy,scientific assessment framework and content of scientific literacy of PISA2015.Theoretically, offering reference to the establishment and improvement of the scientific assessment system in China.

PISA2015；Scientific Literacy；Assessment System

G405

A

1005-8427（2016）03-0032-6

本文系国家教育体制改革领导小组研究项目“研提OECD组织PISA测试项目经验启示”的研究成果之一。

刘青，女，东莞市教育发展研究与评估中心（广东东莞 523076）