从PISA 2015科学素养测评的变化看中学科学能力测评的发展趋势

张丽娜 张一平

PISA科学素养测评考察的是15岁学生在多大程度上掌握了科学方面的终生学习能力，以及为理解和解决未来生活中可能涉及的一系列科学技术问题所做的准备情况。从发展脉络来看，PISA科学素养测评既重视对既往测评继承，同时随着社会的发展和科技的进步不断进化。与之前的PISA科学素养测评相比，PISA 2015科学素养测评（以下简称“2015科学测评”）在概念界定及测量工具上都有明显变化。PISA测评不局限于学校的课程内容，但其测评对象是义务教育完成阶段的15岁学生，2015科学测评的变化趋势对我国中学阶段科学教育不断进步、完善，具有一定参考价值。

一、界定上的变化

PISA评估的是15岁学生对未来生活所做的准备。PISA科学素养测评不仅是评估15岁学生对科学知识的了解程度，而且评估他们可以用所知道的知识做什么，以及如何创造性地将科学知识应用于现实生活中。其要求学生在一定的个人、地域和国家、全球等情景中，展现科学素养的具体能力。

2015科学测评将科学素养界定为：作为具有反思意识的公民，能够参与讨论与科学有关的问题，提出科学见解的能力。2015科学测评框架的整体结构包括“能力”“知识”“情景”“态度”四个部分。此框架是在PISA 2006科学素养测评（以下简称“2006科学测评”）框架的基础上发展而来，与2006科学测评相比，2015科学测评的主要变化在科学素养的内涵上，主要表现在“能力”“知识”上。

1. 对科学能力界定的变化——进一步突出对学生评估与反思能力的关注

2006科学测评将科学能力划分为识别科学问题、科学地解释现象、运用科学证据三个维度，2015科学测评将科学能力划分为科学地解释现象、评价并设计科学调查、科学地解释数据和证据三个维度。PISA 2015不仅要求设计完整的科学调查，还要求对科学调查设计方案进行评价;不仅要求利用证据得出结论，还进一步要求解释有所偏差的数据和证据的能力。

从新增题目与既有题目中三种能力的题目所占比例来看，“科学地解释现象”基本相同，“评估与设计科学调查”略有增加，“科学地解释数据和证据”略有减少。总体上，三种能力的题目所占的比例变化不大，“科学地解释现象”约占50%，“评估与设计科学调查”约占20%，“科学地解释数据和证据”约占30%。虽然2015科学测评进一步强调了“评估与设计科学调查”的能力，但“科学地解释现象”在PISA科学素养中仍然占据主要地位。

2. 对科学知识界定的变化——进一步强调知识的建构过程及过程中理论、假设、观察的功能理解

2006科学测评将科学知识划分为科学的知识、关于科学的知识两种类型。2015科学测评在2006科学测评的基础上将科学知识进一步划分为内容性知识、程序性知识（关于概念和程序的知识）、认知性知识（理解科学知识的本质和背后原理）三种类型。2015科学测评的“内容性知识”与2006科学测评的“科学的知识”大体相同，2015科学测评的“程序性知识”和“认知性知识”由2006科学测评的“关于科学的知识”进一步发展而来。总的来说，与2006科学测评相比，2015科学测评在强调内容性知识的同时，进一步强调理解知识的建构过程，以及对知识建构过程中理论、假设和观察等科学方法功能的理解。

从新增题目与既有题目中三类知识的题目所占比例来看，“内容性知识”减少约12%，“程序性知识”增加约8%，“认知性知识”增加约4%。总体上，“内容性知识”约占55%，“程序性知识”约占30%，“认知性知识”约占15%，“内容性知识”占比呈下降趋势，“程序性知识”与“认知性知识”占比呈上升趋势。这体现了PISA科学素养测评对15岁阶段的学生的期望：初步具备像科学家一样思考和参与理性探讨的能力;不仅是对既定科学知识的记忆和运用，同时需要培养基于知识生产的逻辑，评价取得的知识的可信程度的能力。虽然“内容性知识”占比有所下降，但其占比仍超过50%，这体现了在三种类型的知识中，对于15岁阶段的学生来说，对内容性知识的掌握仍然是首要和基础的。

3. 对科学情境界定的变化——层次性更加清晰，全球层面的比重上升

2006科学测评将科学情境划分为个人、社会、全球三个层面。2015科学测评将科学情境划分为个人（有关学生和家庭日常生活的情境）、地域和国家（学生所生活的区域性情境）、全球（跨越国界的国际性情景）三个层面。2015科学测评对科学情景的界定和分类与2006科学测评基本相同，最大的变化是将2006科学测评中的“社会的”改为“地域和国家的”，使三个层面之间的层次性更加清晰。

从新增题目与既有题目中三个层次的题目所占比例来看，“个人情境”基本相同，“地域和国家情境”减少约20%，“全球情境”增加约20%。总体上，“个人情境”约占10%，“地域和國家情境”约占60%，“全球情境”约占30%。虽然2015科学测评增加了“全球情境”的比重，但“地域和国家情境”仍然占据主要地位。

4. 对科学态度界定的变化——更加重视评价与反思的价值取向

PISA认为，科学素养是一种胜任力，不仅包括学生的能力，还包括学生对科学的态度倾向。对科学问题的解答不仅仅需要相关技能和知识，也取决于学生对科学问题的参与“愿意”。学生对科学的态度倾向，不仅影响其是否进一步学习科学知识，而且影响其今后参与科学活动，以及有效地运用科学的概念和方法。PISA对科学态度的调查采用的是问卷调查方式。

2006科学测评从兴趣、对科学探究的支持、责任三方面调查学生对科学的态度。2015科学测评从科学兴趣、评价科学探究方法的价值、环境意识三方面进行调查。2015科学测评对科学兴趣、环境意识的界定与2006科学测评对兴趣、责任的界定基本相同，主要的变化在于PISA 2015将2006科学测评中“对科学探究的支持”提升为“评价科学探究方法的价值”。2006科学测评中“对科学探究的支持”只是考查支持程度，而2015科学测评中“评价科学探究方法的价值”是从本质上去理解科学探究过程、评价科学探究方法的价值。这种重视评价与反思的价值取向，与2015科学测评对科学能力界定的变化方向相一致。

5. 对认知需求层次的界定——进一步细化知识和能力结构，认知需求的层次略有所上升

借鉴知识深度的框架，2015科学测评构建了科学素养的能力标准和知识类型的认知需求框架，将题目的“认知需求”划分为低、中、高三个层次。其中，低层次为实施只有一个步骤的程序，如回忆事实、术语、原理或概念，从图表中定位一个简单的信息等;中层次为使用或应用概念性知识描述或解释现象，选择恰当的、包含两步或者更多步骤的程序，如组织或展示数据，解释或使用简单的数据包、图表等;高层次为分析复杂信息或数据，综合处理或评价证据、证明，推理已有的各种来源，制定计划或一系列步骤以解决问题。

认知需求的难度所强调的是认知加工过程的难易度，与知识难度相关，但又不同于知识难度。2015科学测评通过对科学素养能力标准和知识类型的认知需求框架的构建，进一步细化知识和能力结构，构建了一个评价学生认知加工能力的新视角。

在2015科学测评的184道题目中，“低认知需求”约占30%，“中认知需求”约占60%，“高认知需求”占约10%，90%以上的题目属于中低认知需求层次，这符合15岁阶段学生的实际状况。从新增题目与既有题目中三个层次的题目占比看，“低认知需求”减少约10%，“中认知需求”增加约10%，“高认知需求”基本相同，总体上对认知需求的要求有一定上升。

二、测试形式上的变化

2015科学测评在测试形式上有两个显著的变化：一是从纸笔测试到计算机化测试的转变，二是引入人机交互式动态题目。此外，在项目形式的分布上也有一定的变化。

1. 测试方式的变化——从纸笔测试到计算机化测试

2015科学测评首次大规模采用计算机化测试模式。与纸笔测试模式相比，计算机化测试除了提供传统纸笔式测试的文本、图表等呈现方式外，还能提供立体图像、视频等更丰富的呈现方式，特别是模拟实验功能，为更深入地考查学生的科学探究能力提供了可能。

2. 人机交互式新题型——引入人机交互式新题型，更深入地考查学生的科学探究能力

2015科学测评充分利用计算测试的优势，引入人机交互式动态题目。人机交互式题目需要通过被试与计算机之间的互动才能完成，被试不同的操作会令他们在计算机屏幕上看到不同的反馈内容，被试需要利用计算机的反馈信息进行进一步的解答。例如，PISA 2015科学样题“在炎热天气下奔跑”就是一道人机交互式题目。题目要求被试首先要将计算机屏幕上显示的滑块移动到不同的温度和湿度水平，收集在不同的温度和湿度条件下，运动1小时后跑步者的失水量和体温的计算机模拟实验结果，然后用结果进一步给出解答。

与标准式静态题目相比，人机交互式动态题目更侧重于“评价和设计科学调查”和“程序性知识”的测评，对认知需求的要求相对较高。静态的题目一般只能提供一组固定的信息，虽然也能在一定程度上考查学生的评估与设计科学调查方面的能力，但难以考查学生设计实验、选择变量，以及在科学实验反复试行过程中发现问题和解决问题等科学探究所必需的更深层次的能力。

三、2015科学测评的变化带来的启示

1. 注重学生科学探究能力及运用科学知识解决实际问题能力的培养

借鉴2015科学测评的发展变化趋势，我国基础教育阶段的科学教育应在注重基础科学知识的掌握和基本科学能力的培养的同时，更加重视学生对科学本质的理解，关注学生能否将所学的科学知识进行迁移与应用，进一步提升学生的科学探究能力及运用所学的科学知识解决实际问题能力。

2. 重视学生对计算机化测评方式的掌握

测试计算机化是2015科学测评的一个显著变化，这一变化为PISA科学素养测评提供了许多新的可能性，但学生对计算机化测试方式的熟练程度对测量结果会产生一定的影响。2015科学测评的调查数据显示，ICT资源是影响部分参加国家或地区学生科学成绩的一个重要因素，其主要是通过影响学生对计算机化测试的熟练程度来影响学生的科学成绩。

测评的计算机化是一个发展趋势，我国各级教育行政部门应加大相关投入，充分发挥学校在学生能力培养中的作用，努力缩小学生在计算机化测试的熟练程度上的差异。

3. 重视在接近真实的情境下对学生运用科学知识解决实际问题能力的考查

与传统的纸笔式静态题目相比，人機交互式动态题目充分发挥了计算化测试在科学能力测试中的优势，其提供的模拟实验功能可在更接近真实的情境下深入考查学生的科学探究能力。我国的相关部门应组织有关专家及一线教师对人机交互式动态题目展开深入研究，为科学教育提供更有效的测评工具，促进我国基础教育阶段学生科学能力的进一步提升。

参考文献：

[1]刘帆，文雯. PISA 2015科学素养测评框架新动向及其对我国科学教育的启示[ J ]. 外国教育研究，2015（10）：117-128.

[2]刘青. PISA 2015科学素养评估体系的研究与启示[ J ]. 中国考试，2016（3）：32-37.

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

[4]许世红等. 中国四省市15岁学生PISA 2015基础素养研究报告[M]. 广东高等教育出版社，2018.

注：本文系国家社会科学基金教育学一般课题“PISA视角下中国经济发达区域的中学生发展基础素养状况及提升路径研究”（课题批准号：BHA170147）的研究成果。

责任编辑 黄博彦