PISA測試與科學素養的提升

周兆富+趙躍飛

PISA試題往往是通過簡單的情景入手，使問題逐漸深化，學生擁有很大的解答空間。但隨著問題的深化，對學生考查力度不斷加大，考試過程便成了學習和提升科學素養的過程。佛山市三水區龍坡中學初三（四）班葉子強同學在談參加PISA測試的感想時寫道：“當我打開試卷時，馬上目瞪口呆，實在找不到與我腦中知識有關的問題，考查的大多是源于生活、貼近于生活的東西，幸好提供了充足的材料，這就考驗了我的閱讀分析能力。表面上看問題似乎稀奇古怪，其實問題就蘊藏在材料之上，只要認真閱讀材料，結合實際情況加以思考，就不難找出問題的答案。”

一、PISA考查學生識別問題和科學解釋現象的能力

根據PISA評價框架，科學素養主要包括：應用科學知識識別問題，獲取新知識，科學地解釋現象，并基于證據給予與科學有關的問題以相應的結論;理解科學作為人類知識和探究的一種形式的典型特征;意識到科學和技術如何塑造了物質、精神和文化環境;科學素養評估所涉及的主要是物理系統、生命系統、地球和空間系統的學科知識，考察學生識別科學問題、解釋科學現象、使用科學證據進行科學探究等方面的能力。其中識別問題是我們教育中很少提及又默認學生沒有問題的問題，實際上用科學知識識別問題也是學生科學素養程度的一種體現。在PISA考試過程中，以上內容通過在學生認識范圍內的情景為媒介，通過設置各類相關的問題進行考查。

例1. ? 衣服（2006科學）

一組英國科學家正在研制“智能”衣服，以幫助殘疾兒童“說話”。這些兒童穿上由特殊電子布料連接上語言合成器所制成的背心，只要輕拍接觸感應器式的材料，就能讓人明白他們的意思。

這種材料由普通布料和一種能導電的含碳纖維的靈巧網絲組成。當布料受壓，通過導電物料的信號會被轉化，電腦晶片能夠找出導電來源，然后，啟動相連的電子儀器。這個電子儀器只有兩個火柴盒般大小。

其中一位科學家說：“這項發明的聰明之處，在于如何編織布料，并怎樣通過它傳遞信號。而且這種導電網絲可以編織在現成的布料上，別人并不會看到它的存在。”

這種材料可以用水清洗而不會損壞，可以包裹東西，或者揉成一團。該科學家又說，這種材料可以大量生產，成本廉價。1

問題1：文章中所說的情況，哪一樣可以在實驗室里通過科學探究來測試？請就每項圈出“是”或者“否”。

答案：是，是，是，否。

問題2：若要測試布料是否導電，你需要用以下哪一種實驗室儀器？

A. 伏特表 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.光源箱

C.千分尺（螺旋測微器） ?D.聲強計

答案：A

點評：本單元問題1是按復合多選題的形式以特殊衣服為切入點，通過科學探究的方法考查學生識別科學問題的水平，讓學生在眾多信息中選擇、收集、綜合、推理和判斷。問題2屬于單項選擇題，通過幾個實驗儀器考查學生科學解釋水平，屬枝術系統類知識內容。這兩問在考查方式和方法及考查過程方面對科學教育有諸多啟示。

二、PISA往往從簡單情景入手并使問題不斷深化

PISA試題注重提煉各學科課程的內在聯系，充分發掘學科知識的內涵，在將學科知識作為思考材料和介質的同時，展示學科知識廣泛應用的工具作用。2 命題者把科學素養分為較低或較高。較低的科學素養的學生能夠回憶簡單的科學事實知識，并且能使用廣義的科學知識得出評價結論。較高素養的學生能創造并使用概念模型做預測并給予解釋，分析科學調查，將數據作為論據對同一現象作不同解釋和評價。龍坡中學一位學生寫道：“PISA著重于應用及情景化問題，受測學生必須自己組織答案，試題能深入檢測學生的基礎素養。這次測試中發現自己社會生活知識和技能十分薄弱，遇到情景化問題不會解決。這次測試大部分與社會生活有關。我覺得應走出課堂，走向社會，積累一些社會各方面知識與技能，提高自己的科學素養，不要局限于課堂上的知識。我們要在社會中學習，要了解并掌握社會所需的知識與技能，并盡可能的靈活運用。”

例2. ? 蒼蠅（2006科學）3

閱讀下面的內容并回答問題：

一個農夫在農業試驗場用牛耕作。牛棚中的蒼蠅非常多，致使牛的健康受到影響。因此，農夫往牛棚里面噴灑了殺蟲劑A，幾乎將所有的蒼蠅都殺死了。然而過了一段時間后，蒼蠅的數量又多了起來，農夫就再次噴灑殺蟲劑。這時，大部分蒼蠅被殺死了。又過了較短的時間后，蒼蠅的數量再次增加了，于是農夫還噴灑殺蟲劑。這樣重復了5次。很顯然，殺蟲劑A的滅蠅效果越來越差了。農夫注意到一大批殺蟲劑溶液已經被制造出來，并用于所有的噴灑滅蟲中。因此，他提出殺蟲劑的藥效可能會隨時間而減弱。

問題1：簡要論述如何證實農夫關于殺蟲劑藥效會隨著時間而減弱的觀點。

問題2：農夫認為殺蟲劑的藥效會隨著時間而減弱。給出兩個和農夫不同的解釋，用來解釋“殺蟲劑A的滅蠅效果越來越差” 。

問題1部分答案：回答中可應用三個控制變量，即蒼蠅的類型、殺蟲劑使用時間、蒼蠅是否接觸過殺蟲劑。例如，將新配制的殺蟲劑和原來配制的殺蟲劑，同時應用于兩組類型相同且沒有接觸過這種殺蟲劑的蒼蠅，比較它們的效果。

問題2部分答案：其中一個解釋是具有抗藥性的蒼蠅能夠生存下來，并把抗藥性遺傳給下一代。另一個解釋可以是：環境條件的變化，如溫度或殺蟲劑使用方法的改變等。

點評：本單元通過蒼蠅這個社會普遍關注的問題和農夫在牛棚中用殺蟲劑的情景引入問題。問題1所涉及的知識有生命科學領域（蒼蠅生死）、化學領域（殺蟲劑）、物理領域（殺蟲劑溶液）的知識，要求學生用題目中所給的信息，使用科學證據（三個變量）進行解釋，對證據的辯證使用對學生的要求較高。問題2 ? 涉及到生命科學領域，如蒼蠅的生理和理化環境的變化（溫度或使用方法），對學生識別能力要求較高。本單元雖然只有兩個問題，但問題逐漸深化，學生要根據題中所提供的信息重新組織語言進行分析和說明，這正是科學素養測試可引發學生思考的魅力所在。

三、PISA對同情景的多元設問滲透了哲學思想

愛因斯坦認為：“如果把哲學理解為在最普遍和最廣泛的形式中對知識的追求，那么，哲學顯然就可以被認為是全部科學之母。”4哲學思考要講究邏輯性、系統性、清晰性等等，并且要能夠對重要的哲學問題作出回答。在PISA測試的許多題目中都滲透了哲學思考的元素，試題往往通過一系列實事、圖像、實驗數據、虛擬實驗現象，讓學生對同一實事的不同結論（或相反結論）尋找支持的依據。這種辯證的批判性的思考方式對培養學生科學精神是一種有益的嘗試。5

例3. 催化式排氣凈化器（2006科學）6

為了降低汽車排放的尾氣對人類和環境的危害，現代的大部分汽車都安裝了催化式排氣凈化器。大約90%的有害氣體可以通過催化式排氣凈化器轉化為危害較輕的氣體而排出。圖中列舉的是凈化器轉化前后的幾種氣體。

問題1：根據上圖所提供的信息，列舉一個例子，說說催化式排氣凈化器是如何降低汽車尾氣危害的。

參考答案：如，一氧化碳或者氮氧化合物被轉化為其它化合物;一氧化碳被轉化為二氧化碳;一氧化氮和二氧化氮被轉化為氮氣;它把有害氣體轉化為無害氣體，如CO 轉化為CO2（90%）; 二氧化碳、氮氣比一氧化碳和氮氧化合物的危害性低;等等。

點評：本題考查應用科學知識識別問題、獲取新知識、科學解釋現象的能力。學生需從圖中給定進出氣體的實線與虛線中檢索，確定問題的特點進行恰當的描述。可從圖中尋找多元的答案，除參考答案，還有其他組合形式的答案能得滿分。學生解答完此題對分析問題和解決問題的方法會有新的認識。

問題2：氣體在催化式排氣凈化器里面發生了變化。請解釋氣體原子和分子在里面發生了哪些變化。

參考答案：能運用“分子發生分裂，原子重新組合形成新的分子”“原子重新排列形成新的分子”這兩個內容，來表達氣體原子發生重新排列而形成不同分子這一本質觀點。

點評：本問需要考生確認圖中結論所隱含的原因并做出假設。根據學生掌握科學知識的情況，答案是多元的，其中涉及到原子重新排列的得滿分，有重新組合觀點的部分得分。這種推測生活現象背后隱含的科學原理，是培養學生科學素養最常用的方法，只有善于思考才能真正達到提升科學素養的目的。

問題3：調查催化式排氣凈化器排出的氣體。為了使汽車尾氣的危害性更小，研究催化式排氣凈化器的工程師和科學家們還要注意哪個問題。

參考答案：以減少危害氣體進入大氣為目的的合理的回答。例如：并不是所有的一氧化碳都轉化成了二氧化碳;氮氧化合物轉化為氮氣的反應不是很完全;提高一氧化碳轉化為二氧化碳、氮氧化合物轉化為氮氣的比例;產生的二氧化碳氣體應該收集起來，而不是直接排到大氣中，等等。

以下答案不得分：應該使更多的有毒氣體轉化為危害性小的氣體（注：至少要提到一種有毒汽車尾氣）;他們應該嘗試使更少的氣體排出;他們應該尋找一種使有毒的汽車尾氣得到重新使用的方法;他們應該嘗試制造一種使用其它液體燃料的交通工具。

點評：本問題是在確認凈化器的作用，并能科學的解釋所發生的現象后，在運用假設和推理的方法說明凈化器內部可能發生的問題的基礎上，讓學生反思差異化技術可能帶來的影響，考察學生識別科學問題、解釋科學現象、使用證據進行探究等方面的能力。本題的正確答案多元多層，思維發散，但也不是只要作答就有分。上面列出的不得分答案就是我國學生在作答時經常出現的用語，給出這類不得分答案的學生往往忽略了“研究凈化器”這個關鍵詞，答案顯得海闊天空、漫無邊際，看似合理，實則與本題無關或涉及不到具體的問題。這反映出學生缺乏解決開放性問題的經驗。因此，學生需要在科學素養和科學方法上加強訓練，養成尊重科學、熱愛科學、善于使用科學方法解決問題的習慣。

四、PISA機考測試有利于學生科學素養的提升

基于計算機的測試中需要考慮到硬件的配備、軟件環境和運行情況、學生對計算機操控能力等因素。測試可以有很多互動性的題目，如虛擬實驗、情景的再現、電子文本的跳轉、關鍵詞的搜索等。涉及到的一些解題條件也需要學生自己去創造、自己去尋找。7通過計算機對PISA進行測試，其問題的情景測試有時會聚焦于現實生活中學生不熟悉的問題或跨課程領域的認知技巧。

PISA機考中對問題情景的設置和實驗問題的處理有著紙質考試不可替代的特殊地位。如在考查某種動物與環境關系類的問題時，命題者通過軟件設計某種動物在幾個時間段數量的變化情況與各類植物變化關系的虛擬實驗。學生通過鼠標或鍵盤操作，調控相關的變量，可得出實驗的數據和變化情況。這些數據可在計算機設置的表格中自動生成。然后學生在表中尋找有利于題設結論的問題，尋找相關的數據進行推斷并得出結論，根據分析生成折線圖、柱狀圖。學生還可根據題設條件進行控制變量的實驗，列出新的表格、重新進行數據分析或進行邏輯推斷，然后通過語言進行表達。以下為機考有關實驗流程圖：

總之，PISA作為世界上對教育有較大影響的評價系統，其評價理念和做法代表了世界發展的潮流。在參加相關評價工作同時，更應當深挖蘊涵可能影響教育發展動態的新思維、新方法和新動態。PISA科學素養測試給基礎教育帶來的影響應當是深遠的。特別是在新高考制度改革即將出臺，中國基礎教育又走到了一個新的起點之際，如何提升學生的科學素養？在對15歲學生參加測評后，如何跟蹤并指導其未來走向？怎樣在高考改革后時代使學生科學素養和創新能力全面提升？這是基礎教育改革與評價必須思考的問題。

參考文獻：

1. 王蕾.PISA科學素養評價工具建構[M].教育評價探新，西安：西安交通大學出版社，2007：（109-110）.

2. 王蕾.PISA科學素養評價工具的建構[J].中國教育學刊，2007（9）.

3. http：//www.jxteacher.com/3611270

04001110024/column29829/699416ae-263d-4ddc-a083-791f971d58e0.html

4. http：//www.docin.com/p-5974776

91.html

5. 王蕾.PISA科學素養評價工具建構[M].教育評價探新，西安：西安交通大學出版社，2007（75）.

6. 中國興華科學教育網：http：//se.risechina.org/kspj/ShowArticle.asp？ArticleID=1487

7. http：//sh.xinhuanet.com/2014-04/02/c_133231561.htm