PISA視角下物理學業考試的認知需求分析與啟示

顧 健 陸建隆

(1. 蘇州工業園區第十中學,江蘇 蘇州 215021; 2. 南京師范大學教師教育學院，江蘇 南京 210097)

PISA視角下物理學業考試的認知需求分析與啟示

顧 健1陸建隆2*

(1. 蘇州工業園區第十中學,江蘇 蘇州 215021; 2. 南京師范大學教師教育學院，江蘇 南京 210097)

本文從科學素養的角度,基于PISA2015科學素養測試的認知需求水平,分析與統計江蘇省3個代表性區域的中考物理試題中科學情境、科學知識與科學能力的考查,得到對物理教育的3點啟示:重視物理情境教學,凸顯時代性;關注學生認知特點,重視深度思考;培養學生證據意識,細化能力內涵．

PISA;物理學業考試;認知需求;啟示

1 問題的提出

國內在學業考試的命題過程中,對于試題的最終修改甚至取舍意見的確定,全部依賴于命題人員和審題人員的經驗判斷以及相互間充分的討論來獲得,包括試題難度的預估得到也是如此．可以說命題人員和審題人員的業務素養的高低直接決定了試題的質量．[1]為了保障學業水平考試的科學性,公平、公正的選拔人才,試卷命制的可靠程度越來越受到社會各界的關注．

國際學生評估項目(Programme for International Student Assessment,簡稱PISA)是一項由經濟合作與發展組織統籌的學生能力國際評估計劃,主要是對接近完成基礎教育的15歲學生進行評估,測試學生們能否掌握參與社會所需要的知識與技能,是近10多年來國際上參與國家和地區最多、影響力最大的評估項目．

因此,本研究從科學素養的角度,基于PISA2015科學素養測試的認知需求水平,分析江蘇省3個大市的中考物理試題,以期對我國學業水平考試的試題編寫與課堂教學等提供相應的建議．

2 研究設計

2.1 研究對象

根據地域分布和經濟發展規劃,江蘇省大致可以劃分為蘇南、蘇中和蘇北．筆者隨機選取3個區域中的蘇州、南通和鹽城2014—2016年初中畢業統一學業考試物理試卷(以下簡稱“中考卷”)為研究對象．

2.2 研究工具

“認知需求”是PISA2015科學素養測試框架提出的新概念,也有研究者譯為“認知難度”,[2]它貫穿于知識與能力的考查過程．PISA2015科學素養測試框架[3]包括“情境”、“能力”、“知識”、“態度”4部分,在不同情境下學生問題解決要求學生具備不同的能力,而學生的能力水平受制于學生的知識與科學態度．“情境”、“知識”與“能力”的具體分類細則可參考劉克文、李川的研究成果,[4]此處不再贅述．

PISA2015科學素養測試改變紙筆測試為主要形式,將計算機測試變成默認的測試形式,測量學生在不同情境下的知識與能力的掌握程度,以問卷的形式測量學生的科學態度．國內學業水平考試主要是紙筆測試,不能有效測量學生的科學態度．PISA2015構建能力標準和知識類型的三維認知需求框架,如表1所示,將認知需求層次分為高、中、低,具體的要求如下.

表1 PISA2015科學測試認知需求框架

(1) 高水平: 分析復雜的信息或數據,整合或評估證據,判斷理由的不同來源,制定一個計劃或一系列步驟來解決問題．

(2) 中水平: 使用和應用概念性知識來描述或解釋現象,選擇涉及兩個或多個步驟相應的程序,組織/呈現數據,或用簡單的數據集或圖形進行闡釋．

(3) 低水平: 經歷一步到位的過程,應用一個事實術語原則或概念,或從圖表表格當中定位單點信息．

基于以上分析,參考經濟合作與發展組織(2016)[5]和陳志輝等(2015)[6]的研究成果,分析物理學業水平考試的認知需求包括宏觀維度的“情境”要素和微觀維度的“知識”、“能力”的考查要求,同時將“無情境”也納入“情境”要素．

為了保證分析框架的科學性與可靠性,對某份中考試題進行試判和賦值,比較個人的分析結果,相互交流．在樣本分析時,采用小組多人討論編碼統計,針對有異議的試題進行討論得到一致的分析結果．

借鑒PISA2015科學素養測試框架對試題認知需求的分析案例,[5]引用一道2016年南通市中考物理試題進行說明:

今年5月,南通人乘動車出行的夢想成為現實.動車設計成流線型,是為了減小運行中受到的 .乘客在高速行駛的列車上看到車外景物飛馳而過,這是以 為參照物的;他們用手機通過微信發送沿途美景,手機是利用 傳遞信息的.列車進站前關閉動力,由于 ,仍能繼續行駛一段距離.

按照以上分析框架,經過小組分析討論后,各小問如表2所示．

表2 認知需求分析

3 研究結果

根據以上分析內容,對2014—2016年蘇州、南通和鹽城的中考物理試卷進行賦值和統計,得到如下研究結果．

3.1 物理試題認知需求的宏觀維度比較

由試卷分析,得到2016年蘇州、南通和鹽城中考試題情境類型的統計結果,如表3．南通卷的情境總量明顯低于蘇州卷和鹽城卷,中考方案不同是造成該現象的重要原因之一,蘇州卷和鹽城卷的物理滿分均為100分,南通卷滿分為90分．在情境類型上,蘇州卷的“無情境”明顯高于另兩份試卷,比重接近一半．3份試卷的“全球”情境占據的比例幾乎為0,南通卷的“全球”情境的頻數為零．此外,3份試卷的 “個人”情境都占據全卷的較大比例,約占50%．

表3 2016年蘇州、南通和鹽城中考試題情境類型統計

為了防止數據樣本的局限性造成的偶然性,更好地得到中考試卷的情境類型特點,得到2014—2016年蘇州、南通和鹽城試卷的情境類型分布如圖1．

圖1 2014—2016年蘇州、南通和鹽城中考試題情境類型分布

從橫向角度分析,3市的情境類型分布比例存在較大差異,但主要集中在“個人”情境,命題人員創設初中生熟悉的“個人”情境,具有一定的生活體驗,引起學生的情感共鳴．“全球”情境在所有情境類型中比例最小．特別地,蘇州卷“無情境”的比例明顯高于另外兩市．

縱向來看,除了蘇州卷,南通卷和鹽城卷的“無情境”的比例在逐年下降,但南通卷的“全球”情境比例在減少,“全球”情境在試卷上主要以“宇宙探秘”和“諾貝爾獎”等素材創設的．從3年試卷情境比例變化看,蘇州卷和鹽城卷的情境類型比例幾乎穩定,南通卷的“地區/國家”情境在增大,“無情境”比例在逐年下降．

3.2 物理試題認知需求的微觀維度比較

3.2.1 基于認知需求維度層次的比重分析

由圖2可知,PISA2015試題高、中、低的認知需求分布分別為62%、30%和8%,而中考卷認知需求比例呈現幾乎相反的比例分布．高認知需求的比例均為10%左右;在中認知需求比例上,鹽城卷約為40%,南通卷約為55%,蘇州卷約為45%;低認知需求比例上也有所不同,鹽城卷約為50%,南通卷約為35%,蘇州卷約為45%．該研究結果有悖于與普遍認為的我國物理試題的難度高于其他國家的難度的觀念,這是由于“試題難度”與“認知需求”的差異性導致的．

圖2 認知需求維度的比重分布

傳統的經驗型命題使用“試題難度”經常與“認知需求”相混淆,“試題難度”是由應試人員中答對的人數與總人數之比,而“認知需求”是應試人員在解決問題過程所要求的思維過程的類型．[7]一道試題因為考生不清楚該知識點而使得該試題難度很高,但試題的“認知需求”只是簡單的回憶．相反地,一道試題的“認知需求”很高,要求考生經過一系列的加工處理等操作步驟來敘述和評估許多個知識點,但每個考點是學生非常熟悉的,只需要簡單的回憶．

3.2.2 科學知識維度的比重分析

科學知識的掌握是學生解決物理問題的基礎,中考卷十分重視對學生知識的考查,在知識的習得過程中提升問題解決能力,提高學生的科學素養．中考卷中科學知識的考查比例分布處于穩定的狀態,如圖3所示．

圖3 科學知識維度的比重分布

表4為PISA2015對科學知識考查的分布,中考卷中內容性知識基本處于該范圍,說明我國中考試卷中內容性知識的考核與國際測評理念是接軌的;程序性知識的比例要高于PISA2015的比例,最高的是鹽城2016的40%,最低是南通2016的23%;認識性知識的比例整體低于PISA2015的比例,比例最高的鹽城2014也就12%．值得一提的,南通卷的科學知識的比例越來越接近PISA2015的知識分布比例．

表4 PISA2015科學知識的分布

3.2.3 科學能力維度的比重分析

科學能力是學生經歷物理學習過程后,內化為自身科學素養的有效體現,為學生的終身學習奠定基礎．由圖4可知,科學地解釋現象是初中物理學習一個重要的能力維度,試卷中占據接近一半的比例,鹽城2015和鹽城2016的比例分別為59%和60%,高于PISA2015的最高比例,其余試卷基本處于PISA2015的比例范圍內;物理是一門以實驗為基礎的自然學科,試卷命題人員非常注重評估與設計科學探究的考查,明顯高于PISA2015的最大比例,最高是南通2014的54%;然而科學地解釋數據與證據的考查明顯低于PISA2015的比例,最高的是南通2014，2015的14%．

圖4 科學能力維度的比重分布

表5可知,PISA2015對初中生的考查集中在科學地解釋現象,體現科學知識的實用性、生活化和科學性．科學地解讀數據與證據的比例要比評估與設計科學探究的比例高.物理教學中不僅關注科學探究設計環節的開展,更要重視學生對實驗中數據與證據的解讀,得到正確的結論．

表5 PISA2015科學能力的分布

4 PISA視角下的物理教育的啟示

4.1 重視物理情境教學,凸顯時代性

PISA測評都創設科學情境來考查學生的知識掌握,從而反映學生的能力水平．中考卷的科學情境的創設仍存在無情境,而且較多局限于“個人的”情境．物理教學中創設物理情境能夠給予物理知識以實際意義,激發學生學習興趣,在解決實際問題中掌握知識,提升學生的物理能力．“個人的”情境會因學生生活經歷的不同,影響物理問題的解決,造成考試的不公平．“全球化”情境更具普遍性,如PISA2015的“溫室效應”、“吸煙”等情境,能夠保證試卷的公平性,保障考查結果的客觀性、科學性．凸顯時代性的情境能夠引導學生關注科技前沿發展、時事政策等,關注技術應用帶來的社會進步和問題,培養學生的社會責任感和正確的世界觀．

4.2 關注學生認知特點,重視深度思考

物理教學中應正確把握試題的“認知需求”與“試題難度”的理解,關注學生的認知特點．根據不同認知需求的試題特點,通過分析、比較、總結等多步驟解決物理問題,優化學生的思維品質,而不是通過考查單個較難的知識點或者單個復雜的操作技能來反應學生的能力水平．加強學生對認識性知識的獲取,表達學生對科學知識的理解,逐步形成對科學本質的認識．利用測試的結果,透視學生的認知過程,適當設置高認知需求的試題,驅動學生深度思考,提高思維的發散性與嚴謹性,提升學生的核心素養．

4.3 培養學生證據意識,細化能力內涵

我們一直強調培養學生的能力,但具體的能力究竟是什么卻是模糊的,同時出現較多的“高分低能”的情況,學生面對具體的問題束手無策．面對學生解題過程出現的問題,能夠立刻指出錯誤的知識點,但沒有明確哪種能力的不足．PISA2015科學素養測評以物理知識為載體,細化能力內涵,評價學生的能力表現,并根據學生的表現來反觀現有的教學,以促進教學的改進．在強化學生對評估與設計科學研究的培養時,也要明確科學地解讀數據與證據的重要性．科學地解讀數據與證據主要表現在尋找實驗數據中蘊藏的規律和向特定的人群用他們聽得懂的語言解釋證據．就學生而言,使用簡潔的物理語言組織內容,注重實驗結論表述的規范化、科學性與客觀性,培養學生的證據意識．

1 王鼎,章衛華.PISA測試命題與國內初中學業考試命題的比較分析[J].全球教育展望,2013(9)：60-70.

2 劉帆,文雯. PISA2015科學素養測評框架新動向及其對我國科學教育的啟示[J].外國教育研究,2015(10)：117-128.

3 顧健,陳剛.PISA視野下六種教材關于密度內容的比較及教學建議[J].中學物理教學參考,2016(12)：15-18.

4 劉克文,李川.PISA2015科學素養測試內容及特點[J].比較教育研究,2015(7)：98-106.

5 OECD. PISA 2015 Assessment and Analytical Framework: Science, Reading, Mathematic and Financial Literacy, PISA, OECD Publishing,Paris，2016： 17-44.

http://dx.doi.org/10.1787/9789264255425-en

6 陳志輝,劉瓊瓊,李穎慧,肖文娟.PISA影射下數學學業水平考試的問題情境比較研究[J].比較教育研究,2015(10)：98-105.

7 S L Davis, C W Buckendahl. Incorporating Cognitive Demand in Credentialing Examinations[M]. Assessment of higher order thinking skills 2011. North Carolina:IAP, 2011: 327-359.

本文系蘇州市教育科學“十三五”規劃課題“PISA視角下初中物理教學與評價研究”(編號： 16122670)之階段性成果； 蘇州市教育學會“十三五”規劃課題“PISA視角下初中物理教學與評價研究”(課題批準號： “十三·五”sjh[168])之階段性研究成果.

*通訊作者： 教授，E-mail: 723538706@qq.com

2017-01-21)