從PISA 2015科學素養測評的變化看中學科學能力測評的發展趨勢

張麗娜 張一平

PISA科學素養測評考察的是15歲學生在多大程度上掌握了科學方面的終生學習能力，以及為理解和解決未來生活中可能涉及的一系列科學技術問題所做的準備情況。從發展脈絡來看，PISA科學素養測評既重視對既往測評繼承，同時隨著社會的發展和科技的進步不斷進化。與之前的PISA科學素養測評相比，PISA 2015科學素養測評（以下簡稱“2015科學測評”）在概念界定及測量工具上都有明顯變化。PISA測評不局限于學校的課程內容，但其測評對象是義務教育完成階段的15歲學生，2015科學測評的變化趨勢對我國中學階段科學教育不斷進步、完善，具有一定參考價值。

一、界定上的變化

PISA評估的是15歲學生對未來生活所做的準備。PISA科學素養測評不僅是評估15歲學生對科學知識的了解程度，而且評估他們可以用所知道的知識做什么，以及如何創造性地將科學知識應用于現實生活中。其要求學生在一定的個人、地域和國家、全球等情景中，展現科學素養的具體能力。

2015科學測評將科學素養界定為：作為具有反思意識的公民，能夠參與討論與科學有關的問題，提出科學見解的能力。2015科學測評框架的整體結構包括“能力”“知識”“情景”“態度”四個部分。此框架是在PISA 2006科學素養測評（以下簡稱“2006科學測評”）框架的基礎上發展而來，與2006科學測評相比，2015科學測評的主要變化在科學素養的內涵上，主要表現在“能力”“知識”上。

1. 對科學能力界定的變化——進一步突出對學生評估與反思能力的關注

2006科學測評將科學能力劃分為識別科學問題、科學地解釋現象、運用科學證據三個維度，2015科學測評將科學能力劃分為科學地解釋現象、評價并設計科學調查、科學地解釋數據和證據三個維度。PISA 2015不僅要求設計完整的科學調查，還要求對科學調查設計方案進行評價;不僅要求利用證據得出結論，還進一步要求解釋有所偏差的數據和證據的能力。

從新增題目與既有題目中三種能力的題目所占比例來看，“科學地解釋現象”基本相同，“評估與設計科學調查”略有增加，“科學地解釋數據和證據”略有減少。總體上，三種能力的題目所占的比例變化不大，“科學地解釋現象”約占50%，“評估與設計科學調查”約占20%，“科學地解釋數據和證據”約占30%。雖然2015科學測評進一步強調了“評估與設計科學調查”的能力，但“科學地解釋現象”在PISA科學素養中仍然占據主要地位。

2. 對科學知識界定的變化——進一步強調知識的建構過程及過程中理論、假設、觀察的功能理解

2006科學測評將科學知識劃分為科學的知識、關于科學的知識兩種類型。2015科學測評在2006科學測評的基礎上將科學知識進一步劃分為內容性知識、程序性知識（關于概念和程序的知識）、認知性知識（理解科學知識的本質和背后原理）三種類型。2015科學測評的“內容性知識”與2006科學測評的“科學的知識”大體相同，2015科學測評的“程序性知識”和“認知性知識”由2006科學測評的“關于科學的知識”進一步發展而來。總的來說，與2006科學測評相比，2015科學測評在強調內容性知識的同時，進一步強調理解知識的建構過程，以及對知識建構過程中理論、假設和觀察等科學方法功能的理解。

從新增題目與既有題目中三類知識的題目所占比例來看，“內容性知識”減少約12%，“程序性知識”增加約8%，“認知性知識”增加約4%。總體上，“內容性知識”約占55%，“程序性知識”約占30%，“認知性知識”約占15%，“內容性知識”占比呈下降趨勢，“程序性知識”與“認知性知識”占比呈上升趨勢。這體現了PISA科學素養測評對15歲階段的學生的期望：初步具備像科學家一樣思考和參與理性探討的能力;不僅是對既定科學知識的記憶和運用，同時需要培養基于知識生產的邏輯，評價取得的知識的可信程度的能力。雖然“內容性知識”占比有所下降，但其占比仍超過50%，這體現了在三種類型的知識中，對于15歲階段的學生來說，對內容性知識的掌握仍然是首要和基礎的。

3. 對科學情境界定的變化——層次性更加清晰，全球層面的比重上升

2006科學測評將科學情境劃分為個人、社會、全球三個層面。2015科學測評將科學情境劃分為個人（有關學生和家庭日常生活的情境）、地域和國家（學生所生活的區域性情境）、全球（跨越國界的國際性情景）三個層面。2015科學測評對科學情景的界定和分類與2006科學測評基本相同，最大的變化是將2006科學測評中的“社會的”改為“地域和國家的”，使三個層面之間的層次性更加清晰。

從新增題目與既有題目中三個層次的題目所占比例來看，“個人情境”基本相同，“地域和國家情境”減少約20%，“全球情境”增加約20%。總體上，“個人情境”約占10%，“地域和國家情境”約占60%，“全球情境”約占30%。雖然2015科學測評增加了“全球情境”的比重，但“地域和國家情境”仍然占據主要地位。

4. 對科學態度界定的變化——更加重視評價與反思的價值取向

PISA認為，科學素養是一種勝任力，不僅包括學生的能力，還包括學生對科學的態度傾向。對科學問題的解答不僅僅需要相關技能和知識，也取決于學生對科學問題的參與“愿意”。學生對科學的態度傾向，不僅影響其是否進一步學習科學知識，而且影響其今后參與科學活動，以及有效地運用科學的概念和方法。PISA對科學態度的調查采用的是問卷調查方式。

2006科學測評從興趣、對科學探究的支持、責任三方面調查學生對科學的態度。2015科學測評從科學興趣、評價科學探究方法的價值、環境意識三方面進行調查。2015科學測評對科學興趣、環境意識的界定與2006科學測評對興趣、責任的界定基本相同，主要的變化在于PISA 2015將2006科學測評中“對科學探究的支持”提升為“評價科學探究方法的價值”。2006科學測評中“對科學探究的支持”只是考查支持程度，而2015科學測評中“評價科學探究方法的價值”是從本質上去理解科學探究過程、評價科學探究方法的價值。這種重視評價與反思的價值取向，與2015科學測評對科學能力界定的變化方向相一致。

5. 對認知需求層次的界定——進一步細化知識和能力結構，認知需求的層次略有所上升

借鑒知識深度的框架，2015科學測評構建了科學素養的能力標準和知識類型的認知需求框架，將題目的“認知需求”劃分為低、中、高三個層次。其中，低層次為實施只有一個步驟的程序，如回憶事實、術語、原理或概念，從圖表中定位一個簡單的信息等;中層次為使用或應用概念性知識描述或解釋現象，選擇恰當的、包含兩步或者更多步驟的程序，如組織或展示數據，解釋或使用簡單的數據包、圖表等;高層次為分析復雜信息或數據，綜合處理或評價證據、證明，推理已有的各種來源，制定計劃或一系列步驟以解決問題。

認知需求的難度所強調的是認知加工過程的難易度，與知識難度相關，但又不同于知識難度。2015科學測評通過對科學素養能力標準和知識類型的認知需求框架的構建，進一步細化知識和能力結構，構建了一個評價學生認知加工能力的新視角。

在2015科學測評的184道題目中，“低認知需求”約占30%，“中認知需求”約占60%，“高認知需求”占約10%，90%以上的題目屬于中低認知需求層次，這符合15歲階段學生的實際狀況。從新增題目與既有題目中三個層次的題目占比看，“低認知需求”減少約10%，“中認知需求”增加約10%，“高認知需求”基本相同，總體上對認知需求的要求有一定上升。

二、測試形式上的變化

2015科學測評在測試形式上有兩個顯著的變化：一是從紙筆測試到計算機化測試的轉變，二是引入人機交互式動態題目。此外，在項目形式的分布上也有一定的變化。

1. 測試方式的變化——從紙筆測試到計算機化測試

2015科學測評首次大規模采用計算機化測試模式。與紙筆測試模式相比，計算機化測試除了提供傳統紙筆式測試的文本、圖表等呈現方式外，還能提供立體圖像、視頻等更豐富的呈現方式，特別是模擬實驗功能，為更深入地考查學生的科學探究能力提供了可能。

2. 人機交互式新題型——引入人機交互式新題型，更深入地考查學生的科學探究能力

2015科學測評充分利用計算測試的優勢，引入人機交互式動態題目。人機交互式題目需要通過被試與計算機之間的互動才能完成，被試不同的操作會令他們在計算機屏幕上看到不同的反饋內容，被試需要利用計算機的反饋信息進行進一步的解答。例如，PISA 2015科學樣題“在炎熱天氣下奔跑”就是一道人機交互式題目。題目要求被試首先要將計算機屏幕上顯示的滑塊移動到不同的溫度和濕度水平，收集在不同的溫度和濕度條件下，運動1小時后跑步者的失水量和體溫的計算機模擬實驗結果，然后用結果進一步給出解答。

與標準式靜態題目相比，人機交互式動態題目更側重于“評價和設計科學調查”和“程序性知識”的測評，對認知需求的要求相對較高。靜態的題目一般只能提供一組固定的信息，雖然也能在一定程度上考查學生的評估與設計科學調查方面的能力，但難以考查學生設計實驗、選擇變量，以及在科學實驗反復試行過程中發現問題和解決問題等科學探究所必需的更深層次的能力。

三、2015科學測評的變化帶來的啟示

1. 注重學生科學探究能力及運用科學知識解決實際問題能力的培養

借鑒2015科學測評的發展變化趨勢，我國基礎教育階段的科學教育應在注重基礎科學知識的掌握和基本科學能力的培養的同時，更加重視學生對科學本質的理解，關注學生能否將所學的科學知識進行遷移與應用，進一步提升學生的科學探究能力及運用所學的科學知識解決實際問題能力。

2. 重視學生對計算機化測評方式的掌握

測試計算機化是2015科學測評的一個顯著變化，這一變化為PISA科學素養測評提供了許多新的可能性，但學生對計算機化測試方式的熟練程度對測量結果會產生一定的影響。2015科學測評的調查數據顯示，ICT資源是影響部分參加國家或地區學生科學成績的一個重要因素，其主要是通過影響學生對計算機化測試的熟練程度來影響學生的科學成績。

測評的計算機化是一個發展趨勢，我國各級教育行政部門應加大相關投入，充分發揮學校在學生能力培養中的作用，努力縮小學生在計算機化測試的熟練程度上的差異。

3. 重視在接近真實的情境下對學生運用科學知識解決實際問題能力的考查

與傳統的紙筆式靜態題目相比，人機交互式動態題目充分發揮了計算化測試在科學能力測試中的優勢，其提供的模擬實驗功能可在更接近真實的情境下深入考查學生的科學探究能力。我國的相關部門應組織有關專家及一線教師對人機交互式動態題目展開深入研究，為科學教育提供更有效的測評工具，促進我國基礎教育階段學生科學能力的進一步提升。

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注：本文系國家社會科學基金教育學一般課題“PISA視角下中國經濟發達區域的中學生發展基礎素養狀況及提升路徑研究”（課題批準號：BHA170147）的研究成果。

責任編輯 黃博彥