PISA科学素养测试对生物学学科核心素养测评的启示

赵金玉　陈秉初

摘要 从测评的视角比较PISA2006与PISA2015科学素养测试的测评大纲，发现PISA科学素养测试的新趋势：科学素养内涵的精细化、划分认知需求水平、重视程序性与认知性知识、关注科学探究与论证过程。探讨PISA科学素养测试对我国生物学学生核心素养测评的启示：细化生物学学生核心素养内涵、划分生物学学生核心素养水平、创设真实科学的测评情境、关注测评过程引发深度学习。

关键词 PISA 科学素养 生物学核心素养 测评

中图分类号 G633.91 文献标志码 R

科学素养是各国际组织着重培养的关键能力，许多国家将科学素养作为科学教育的课程理念与价值目标。我国新一轮课程改革也明确将学科核心素养作为生物学课程理念，《普通高中生物学课程标准（2017年版》）（以下简称课标）指出从生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四个维度发展生物学学科核心素养。科学有效地测评生物学核心素养有助于了解和提升学科核心素养的发展层次。经济合作与发展组织（OECD）统筹发起“国际学生评估项目（PISA）”主要测评完成义务教育学生的阅读素养、数学素养和科学素养，其中2006年和20巧年的测评重点是科学素养。通过比较PISA2006、2015科学素养的测评框架与内容，发现PISA科学素养测试的新趋势，借鉴其测评思路与方法，为生物学学科核心素养的测评提供启示。

1 PISA科学素养内涵

PISA2006对科学素养的界定是运用科学知识解决真实生活情境中的问题，展现科学能力，培养科学态度与价值观，具备应对现实生活的挑战能力。科学素养的内涵具体包含四个方面：

①识别与科学和技术相关的生活情境;

②运用科学知识（科学知识以及关于科学的知识）理解自然世界;

③基于科學知识发现科学问题，解释科学现象，得出科学结论;

④展现出对科学的兴趣以及对科学探究的支持，愿意参与到与科学相关的活动中。

PISA2015则认为科学素养的内涵是指具备科学思想的反思性公民能够对科学和技术相关问题做出合理的解释，且乐于处理与科学相关的事物。进一步解读PISA2015科学素养的内涵，即指学生能够在个人、地区/国家、全球的情境中，运用内容性知识、程序性知识和认知性知识解决实际的科学问题，培养科学地解释现象、设计与评价科学探究、科学地阐释数据和证据三方面的能力，进一步养成对科学的兴趣、注重科学方法对探究的作用、具备环保意识等科学态度。

2 PISA科学素养测评大纲比较及其变化趋势

2.1 PISA科学素养测评大纲比较

PISA2006、2015重点测评科学素养，分别以未来公民应对现实生活的挑战能力与未来公民生活所需要的科学能力为测评核心，从知识、态度、能力和情境4个维度构建测评框架。从测评目的、测评框架、题型设置、试题特征、评价标准几方面比较科学素养测试大纲，探讨 PISA科学素养测试的趋势，具体变化见表1。

2.2 PISA科学素养测试变化趋势

PISA2015科学素养测试在往年的基础上进一步优化完善，通过分析PISA科学素养测试的测评大纲，发现PISA测试主要有以下几方面的变化趋势：

2.2.1 科学素养内涵的精细化

PISA2006和PISA2015都是从情境、知识、能力、态度四个维度阐述科学素养的内涵，PISA2015则扩展和深化了科学素养的内涵。情境要素上，PISA2015的测评情境细化为个人、地区/国家、全球，试题背景包括健康与疾病、自然资源、环境质量、科学与技术前沿等广泛性的社会议题;科学知识层面，PISA20巧更加关注学生在探究活动中的过程性知识，除了科学知识中的内容性知识外PISA科学素养测试增加了程序性知识和认知性知识的考查;能力维度，2015年首次把设计和评价科学探究、科学地阐释数据和证据两方面的科学能力纳入测评框架;科学态度方面，主要测评学生对科学的兴趣、注重科学方法对探究的作用、具有环保意识三方面的科学态度，拓展了往年科学态度的测评内容。

2.2.2 划分认知需求水平

PISA2015构建了科学能力和知识类型的认知需求框架，将认知需求分为低、中、高三个层级水平，这也是科学素养测试的一个新亮点。低等认知需求只需执行一步程序，如解释一个术语、概念或从图表、文本中定位单个信息：中等认知需求一般施行两个或多个步骤，如运用概念性知识解释科学现象;高等认知需求则需制定包含一系列步骤的计划解决问题，比如分析复杂信息，综合评估证据，建构模型以解决问题。认知需求框架详细介绍了知识的类型与能力的分类，并根据学生的认知需求水平设置不同难度的题目，PISA认知需求水平框架具体见图1。

2.2.3 重视程序性和认知性知识

PISA2015将知识细化为内容性知识、程序性知识、认知性知识，侧重程序性知识和认知性知识的考查。程序性知识指用来获得可靠和有效数据的知识，包括变量的控制、降低误差的方法等;认知性知识是关于建构的知识，主要包括科学的结构与特征及其在建立科学知识过程中的作用两部分。这两类知识是用来解释世界，理解科学知识建立过程的，强调的是科学认识观与科学本质相关的知识。学生在知识形成过程中运用到的思路和方法是程序性知识和认知性知识的关注点，能够引发深度思考，有助于发展深层次的科学素养。

2.2.4 关注科学探究与论证过程

PISA2015突出的改变之一便是首次将评价和设计科学探究、科学地解释数据和证据纳入测评的框架，这说明PISA测试越来越重视科学探究的过程与数据论述。学生在探究活动中获得知识的认知过程与科学以及个人、国家/社区、全球有关，具有科学探究的特征。PISA要求学生基于质性或量化的数据科学地解释数据和证据，例如分析数据、转化数据表达方式、基于科学证据进行推导论证。基于证据进行科学论证是科学素养应该重点关注的能力，是落实和培养科学素养的重要能力。重视科学探究与论证的过程，不只是经历科学探究表面形式的八个步骤，而是让学生像科学家那样基于证据论证结论的可靠性，培养学生的科学思维与科学探究素养。

3 PISA对生物学核心素养测评的启示

3.1 细化生物学核心素养的内涵

课标明确提出了以学科核心素养为宗旨的课程理念，但是生物学核心素养的内涵究竟是什么，又应当如何测评却是模糊的。PISA科学素养测试的第一步便是从知识、能力、态度、情境这四个方面全面细化地解析科学素养的内涵。因此，科学素养内涵的界定对于科学素养测试具有先导性作用。这启示要深入理解核心素养的内涵及其要素，构建细化的能力要素框架测评生物学核心素养，根据测评结果反思实际教学中存在的问题以改进教学，促进学生核心素养的发展。

生物学学科核心素养内涵是在解决真实生活情境中的实际问题时表现出来的价值观念、必备品格和关键能力，主要包括学生在解决生物学问题时呈现出来的生命观念、科学思维、科学探究与社会责任等能力要素。细化生物学学科核心素养的内涵，明晰各个素养要素的定义是开展生物学学科核心素养测评的首要条件和前提保障。测评过程围绕核心素养的内涵与关键要素考查学生发现问题、推断假设、解释证据、解决问题的能力，系统建构出围绕生物学知识、探究技能、情感态度价值观念、真实情境的测评框架。

3.2 划分生物学核心素养的水平

PISA2015根据韦伯的知识深度网格建构了能力和知识类型的认知需求框架，这一框架细化了能力和知识的结构，将学生的认知需求分为低、中、高三个水平。这启示在开展生物学核心素养的测评要分别将生物学核心素养的四个维度划分为不同层级的水平，各级水平的差异主要表现在不同复杂情境中运用重要概念和科学方法解决问题的程度，各级水平从高到低具有递进关系。例如，较低水平的一二级水平，一般测评的情境较为简单，解决问题的程度要求较低，涉及的大概念，解决问题的方法相对简单，考查范围仅限于高中生物学必修课程内容;而较高水平的三四级水平一般要求学生能够在复杂多样的情境中运用多步骤程序解决复杂问题，解决问题的要求程度较高，涉及的大概念、方法等不仅仅局限于必修课程内容，还要包括选择性必修课程内容。准确描述各个层级水平的具体表现，以相应水平的质量标准制定生物学学科核心素养的测评目标。

3.3 创设真实科学的测评情境

PISA科学素养的测评主题围绕个人、社区/国家、全球的情境考查解决实际问题的能力。崔允漷教授也曾说过“素养都是与特定的情境相依在一起的，人类不存在脱离情境的素养”。生物学学科核心素养强调在真实情境中运用科学知识与方法解决问题的能力，解决问题的思路与问题的情境息息相关，真实的情境可以激发学生的探究兴趣与主动性，多样复杂的情境为学生提供了足够的思考空间。因此创设情境对于生物学学科核心素养的测评至关重要，脱离情境的测评不符合生物学核心素养的本质，也无法准确地评估学生素养的真实水平。指向素养的学习必然是真实的学习，生物学学科核心素养的测评也必须依赖于特定的情境，搭建素养与生活的桥梁，方能实现提升学生解决实际问题的关键能力的目的。

3.4 关注测评过程引发深度学习

PISA在科学知识层面关注程序性知识与认知性知识，它们常常是探究过程中的知识，包括变量的控制、误差的分析、认识科学的价值，体现了科学家进行科学探究、认识未知领域的必备“经验”。PISA2015将科学能力细化为具体的认知过程，例如科学地区分可探究的问题;转换数据表达方式等，体现了PISA对科学探究过程与科学论证的高度重视。PISA对科学素养的测评不仅关注学生科学知识的认知过程，更重视科学探究的实践过程，引发学生的深度思考，进而培养其推理论证、模型建构的科学思维。生物学核心素养是在长期生活与学习过程中发展起来的关键能力，是一个有机整体，因此不能将生物学核心素养肢解为具体的知识、技能与价值感。根据生物学学科核心素养的本质特征与PISA测评的启示，开展生物学学科核心素养的测评要重视认知过程，让学生进行深度思考进而引发深度学习。

4 总结语

目前生物学学科核心素养的测评存在着偏重科学事实的机械记忆、忽视认知水平与过程、测评情境偏离真实生活等问题。PISA的测评理念则在一定程度上引领着我国学科核心素养的前进方向，对生物学核心素养的测评具有科学性的引导作用。生物学学科核心素养的测评应该以PISA测评理念为参考，与生物学课程改革的目标相统一，构建以生物学学科核心素养为向导，精确明晰生物学学科核心素养的内涵、能力要素、层级水平，以不同的水平为测量标准制定测评目标，以真实科学的情境为测评载体的测评工具，并关注测评过程，引发学生的深度学习。

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