PISA、TIMSS科學素養(yǎng)測評項目及啟示

陳信宇 柏毅

[摘 ? 要]當前，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)現(xiàn)已成為各國科學教育的核心目標。然而我國對于學生科學素養(yǎng)的測評，主要是基于科學學科的常規(guī)測試和教師的個人評價，與國際大型測評項目PISA和TIMSS相比，標準化和多樣化程度不夠。為此，解讀PISA和TIMSS的目的和內(nèi)容框架，以為我國實施科學教育、有效測評學生的科學素養(yǎng)提供參考。

[關(guān)鍵詞]PISA;TIMSS;科學教育;科學素養(yǎng)

學生是一個國家發(fā)展的未來和希望，在科學技術(shù)快速發(fā)展、科學發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)的時代，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)已成為各國科學教育的核心目標。與各國對科學素養(yǎng)的關(guān)注相對應的，是對學生科學素養(yǎng)測評項目的開發(fā)和實施。目前，國外已有較多學者或組織致力于開發(fā)學生科學素養(yǎng)測評的工具，而在國際上兩個影響較大、較為完善的學生科學素養(yǎng)測評項目分別是經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）的國際學生評價項目（Program for International Student Assessment，以下簡稱PISA）和國際教育成就評價協(xié)會（IEA）組織的國際數(shù)學和科學成就趨勢研究（The Trends in International Mathematics and Science Study，以下簡稱TIMSS）[1]。PISA主要采用傳統(tǒng)紙筆測試的形式，對15歲學生的閱讀、科學以及數(shù)學三大領域進行評估，每三年舉行一次;TIMSS也采用傳統(tǒng)紙筆測試的形式，分別對四、八年級學生的科學素養(yǎng)與數(shù)學素養(yǎng)進行評估，每四年舉行一次。

我國2017年出臺的《義務教育小學科學課程標準》指出，小學科學課程要按照立德樹人的要求培養(yǎng)小學生的科學素養(yǎng)，為他們的繼續(xù)學習和終身發(fā)展打好基礎[2]。這充分體現(xiàn)了我國在立足本土化的同時，積極順應國際科學教育發(fā)展趨勢，將科學教育目標與國際趨勢相融合，致力于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。但國內(nèi)對學生科學素養(yǎng)測評的開發(fā)還在初步階段。目前，有學者通過研究PISA等國際科學素養(yǎng)測評項目，開發(fā)了針對國內(nèi)15歲青少年科學素養(yǎng)測評的工具，包括試題與問卷[3]。然而，我國現(xiàn)行針對學生的測評主要基于常規(guī)測試和教師的個人評價，而針對學生科學素養(yǎng)測評的研究還很少，且已有研究成果在我國的應用率較低。因此，分析國際科學素養(yǎng)測評項目，了解其測評目的及框架，對我國實施科學教育、基于國情構(gòu)建科學素養(yǎng)測評等都具有重要啟示意義。

一、PISA科學素養(yǎng)測評

1.測評目的

PISA的測評目的是衡量15歲學生是否準備好迎接未來的挑戰(zhàn)，是否具有有效地分析、推理和交流自己的思想觀點以及終身學習的能力[4]。PISA認為，學生不僅需要掌握知識與技能，更需要學會如何學習，適應未來社會發(fā)展。因此，PISA的評估是基于現(xiàn)實情境，而非特定的學校課程知識，旨在讓學生將已掌握的知識和技能運用到現(xiàn)實生活中，考查學生在解決問題過程中的分析、交流與協(xié)作能力。

2.科學素養(yǎng)測評框架

科學素養(yǎng)是2006年、2015年P(guān)ISA測評的核心領域。PISA主要圍繞情境、知識、能力和態(tài)度四個相互關(guān)聯(lián)的方面構(gòu)建科學素養(yǎng)測評框架。

（1）情境。試題情境以學生感興趣的、日常生活的真實情境為主，涉及“個人情境、地區(qū)或國家情境、全球情境”三類，應用的背景包括健康與疾病、自然資源、環(huán)境質(zhì)量、危害、科學和技術(shù)前沿5個維度[5]。PISA通過基于真實情境的問題，考查學生基于直接經(jīng)驗綜合運用知識和技術(shù)的科學能力，以及對未來生活的準備。

（2）能力。科學能力是PISA科學素養(yǎng)測評的核心。PISA對科學能力的要求包括：科學地解釋現(xiàn)象，即認知、評估和解釋自然科學現(xiàn)象的能力;設計和評價科學探究，即描述、評價并提出科學探究方法的能力;科學地闡釋數(shù)據(jù)和證據(jù)，即綜合證據(jù)并分析、評估數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力[6]。

（3）知識。知識是構(gòu)筑能力的基礎。上述三種科學能力的獲得需要通過三種形式的知識，即內(nèi)容性知識、程序性知識和認識性知識。其中，內(nèi)容性知識指科學中已建立的關(guān)于自然界的事實、概念、觀點和理論，挑選標準是要與情境密切相關(guān)、代表重要概念或理論、符合15歲學生的認知發(fā)展，涵蓋物質(zhì)科學、生命科學、地球與空間科學三大領域[7]。PISA用程序性知識和認識性知識更準確地界定了關(guān)于科學知識生產(chǎn)過程和邏輯本身的知識，體現(xiàn)了PISA對知識的考查更注重把握知識產(chǎn)生的邏輯和評價準則。

（4）態(tài)度。科學態(tài)度是科學素養(yǎng)的重要組成部分，能夠影響個體對科學的興趣、關(guān)注和參與科學問題解決的程度。PISA2015對科學態(tài)度的考查主要分為對科學的興趣、評價科學探究方法的價值及環(huán)境意識三個維度。以對科學的興趣維度為例，包括對科學及有關(guān)問題的好奇心，愿意使用各種資源、方法獲取更多科學知識和技能，有持續(xù)興趣愿意從事與科學有關(guān)的職業(yè)[8]。

二、TIMSS科學素養(yǎng)測評

1.測評目的

TIMSS測評基于課程內(nèi)容，旨在考查學生對科學課程知識的復述、理解和分析能力，關(guān)注學生基于科學課程的科學認知能力的發(fā)展[9]。該測試結(jié)果顯示了各參與國學生對科學知識的掌握程度，并分析了影響學術(shù)科學學業(yè)成就的因素，對各國的科學教育成效作出評價，為各國調(diào)整教育政策提供實證依據(jù)。

2.科學素養(yǎng)測評框架

TIMSS2015科學素養(yǎng)測評主要對學生的科學知識、科學認知和科學實踐三個維度進行評估，對應的測評框架主要包括內(nèi)容領域、認知領域和科學實踐三個部分。其中，內(nèi)容領域指向測評的主題;認知領域指向測評的思維過程;科學實踐是對“科學探究”領域的修訂，指向?qū)W生使用所學科學技能開展科學探索[10]。

（1）內(nèi)容領域。四年級的科學測評包括生命科學、自然科學和地球科學三部分，八年級的科學測評包括生物、化學、物理和地球科學四部分。由于認知的寬度和廣度不同，四年級和八年級科學測評的各部分比例也有所差異：四年級中生命科學占比為45%，自然科學為35%，地球科學為20%;八年級中生命科學占比為35%，自然科學為20%，物理為25%，地球科學為25%[11]?？梢?，四年級測評更側(cè)重生命科學，八年級測評更側(cè)重生物和物理。這一設置與學生的身心發(fā)展程度密不可分：四年級學生年齡較小、好奇心強，認識、感知世界的能力逐漸發(fā)展;八年級學生的推理、抽象思維得到較好的發(fā)展。

（2）認知維度。TIMSS對四、八年級學生認知維度的考查是一致的，都涉及知道、應用、推理三個層面?！爸馈敝笇W生奠定堅實的科學基礎所需的回憶、認識和描述事實、概念和程序的能力;“應用”指學生使用知識進行解釋并解決問題的能力;“推理”指學生在不熟悉和復雜的環(huán)境中，利用證據(jù)和科學認識分析、綜合和歸納的能力。TIMSS2015在四、八年級認知領域各層面的比例也存在差異：四年級中知道占比為40%，應用為40%，推理為20%;八年級中知道占比為35%，應用為35%，推理為30%[12]?？梢?，對四年級學生的考查側(cè)重知道和應用，而對八年級學生的考查還關(guān)注推理能力的發(fā)展。

（3）科學實踐。科學實踐是TIMSS2015提出的新概念，也是重要的測評內(nèi)容?？茖W實踐包括學生從日常生活和學校學習獲得的能夠進行科學探索的各種技能。測評框架中列出了科學實踐的五個具體方法——根據(jù)觀察提出問題、形成證據(jù)、處理數(shù)據(jù)、回答研究問題、就證據(jù)展開辯論，并對每一種方法都進行了細化描述[13]。加入“科學實踐”后，測評項目的操作、解釋和評估更加完善、更有價值。

三、國際科學素養(yǎng)測評項目

對我國科學教育的啟示

1.明確科學教育的目的，注重細化能力內(nèi)涵

在知識大爆炸的信息時代，科學教育的目的應該從強調(diào)記憶知識應對考試轉(zhuǎn)變?yōu)檫\用和評估知識作出理性決策，應該注重培養(yǎng)學生的批判性思維、研究性思維和科學素養(yǎng)。明確科學教育的目的有助于教師理解科學教學的方向，也為科學素養(yǎng)的測評指明了目的和方向。例如，PISA選擇即將結(jié)束義務教育的15歲學生為測評對象，將能力測評作為重要指標，跳出課程和教材，更注重考查學生在真實情境中解決問題的能力;而TIMSS選擇四、八年級兩個平穩(wěn)過渡階段的學生為測評對象，從各國課程的共同部分切入，更側(cè)重對內(nèi)容的考查。PISA和TIMSS都有一套從粗到細的測評框架，其命題和題目解析完全可以對照自身框架實施。例如，PISA測評明確界定了科學素養(yǎng)的內(nèi)涵，它的題目只用回答一次，卻可以從情境、知識、能力和態(tài)度層面結(jié)合認知需求架構(gòu)評價。這種測評方法啟示，在科學教學中要注重引導學生剖析問題，從不同角度探究學習;在評價時可以搭建針對學生年齡特點的科學素養(yǎng)內(nèi)涵框架，注重多元化評價。

目前，我國科學學業(yè)測試對學生能力的考查趨勢逐漸清晰，但尚未形成成熟的框架。究其原因，主要在于科學課、科學能力測評都未納入重要的學業(yè)評估體系，而且科學教學仍未擺脫傳統(tǒng)的教學模式。鑒于此，我國教育研究者應該明確科學教育的目的，深入理解和分析科學素養(yǎng)的內(nèi)涵，制定合理的科學素養(yǎng)培養(yǎng)和測評方案。在教學中應注重細化“科學能力”，根據(jù)細化的能力框架進行教學設計，從而幫助教育者在教學中做到有的放矢;在評價中，更要重視從不同維度考查學生的科學知識及能力，做到綜合評估、準確解釋，以更好地指導教育教學。

2.科學教育要重視學生身心發(fā)展規(guī)律和認知發(fā)展水平

在科學素養(yǎng)測評框架的科學內(nèi)容方面，PISA、TIMSS從學生的身心發(fā)展特點和認知能力出發(fā)制定相關(guān)的測評方案。如TIMSS2015的內(nèi)容領域：四年級注重生命科學，八年級注重生物和物理;認知領域：四年級側(cè)重知道和應用，而八年級在此基礎上還側(cè)重推理能力的發(fā)展。這都與學生的身心發(fā)展程度密不可分。教育工作者要清楚地認識到科學知識學習、科學認知發(fā)展、科學能力培養(yǎng)都不是一蹴而就的，而是個循序漸進的過程。雖然有很多科學知識和概念是相通的，但是不同年齡學生的腦發(fā)育程度不同，認知的難度等級也存在差別。有研究者認為，科學教育應該為學生提供好的、由淺入深的“棋譜”，要依據(jù)“大概念”進行實施[14]。這都啟示教育工作者，不論是在科學內(nèi)容開發(fā)、科學教學方法選擇，還是在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的過程中，都不要對學生過早施壓，更要避免“滿堂灌”式教學，而要充分考慮學生的身心發(fā)展狀況和認知發(fā)展水平，遵循因材施教原則，采取啟發(fā)式、漸進式或探究式教學模式。

3.科學教育要重視創(chuàng)設真實情境

知識學習的最大價值是最終轉(zhuǎn)化為一種能力，并應用于實踐中。PISA一直都注重設計貼近生活實際情境的問題，通過對實際問題的解決來考查學生具備的能力。TIMSS2015科學評估框架將“科學探究”修訂為“科學實踐”，更加重視測評學生系統(tǒng)地使用已獲得的技能開展科學探索的能力，并強調(diào)結(jié)合情境進行評估。目前，我國科學課堂對情境的關(guān)注大多集中在課堂引入部分，例如運用小視頻引出課程內(nèi)容，而后講授知識，漸漸脫離了情境;同時，由于課堂時間有限，學生往往缺乏動手操作、真實體驗的機會。在我國最新發(fā)布的小學科學課程標準中，也忽視了對情境的關(guān)注。然而，學以致用才是教育和學習的目的，因此科學教師在教學和測評中要注重學習情境的創(chuàng)設，提高學生運用科學知識和技能進行實踐和解決問題的能力。

4.科學教育要關(guān)注認知過程與深度思考

PISA和TIMSS的測評都十分重視認知過程。PISA2015將科學能力細化為一系列認知過程，例如通過科學地解釋現(xiàn)象，考查學生在對科學現(xiàn)象和技術(shù)進行認識、評估和解釋時的認知過程，這一過程又細化為回憶、識別、形成預測、提供假設、進行闡釋并得出結(jié)論等;科學知識層面的認識性知識是關(guān)于建構(gòu)的一類知識，用于判斷科學知識的產(chǎn)生、結(jié)構(gòu)和特征等。TIMSS的科學評估框架在認知領域也有很清晰的分層，同時對每個認知能力分層都進行了細致的描述。

國際測評項目對知識的細分及認知過程的重視，啟示教育工作者在科學教育中不要只重結(jié)果而忽略過程。此外，綜合在科學教育目的方面的啟示，我國科學教育首先應該注重在科學知識和認知能力各層級的具體分類與細致描述，并梳理和完善課程與認知性目標的具體關(guān)系，以指導教育者的教學實踐。同時，教育者在科學教學與評價中應關(guān)注學生的認知過程和深度思考，并通過設計一些高水平的認知活動來實現(xiàn)。例如，鼓勵學生帶著任務進行探究學習，通過“理解、判斷問題—形成假設—分析、解釋基于探究得出的數(shù)據(jù)和資料—得出結(jié)論并驗證”等過程，逐漸提高學生獨立思考、深度思考和解決問題的能力，發(fā)展學生的研究性思維，促進學生終身發(fā)展。

參考文獻

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[14]韋鈺.以大概念的理念進行科學教育[J].人民教育，2016（1）：41-45.

（責任編輯 ? 張慧籽）