PISA科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試題的分析與啟示

陳紅君 田曼鈺 于海波

（1.東北師范大學(xué)教育學(xué)部，吉林 長(zhǎng)春 130024；2.長(zhǎng)春師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130123；3.蛟河市第二高級(jí)中學(xué)校，吉林 蛟河 132599）

1 問題提出

Program for International Student Assess-ment（以下簡(jiǎn)稱PISA）是國(guó)際上一種通用的教育評(píng)估方式，是由經(jīng)濟(jì)合作組織（Organization for Economic Co-operation and Development簡(jiǎn)稱OECD）籌劃實(shí)施的測(cè)試，每3年舉行一次，用來評(píng)估學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力.PISA測(cè)試從2000年開始，至今已經(jīng)進(jìn)行了8次測(cè)試，試題依據(jù)測(cè)試框架建立，內(nèi)容不斷豐富和完善，重點(diǎn)測(cè)試領(lǐng)域在閱讀素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)之間輪換.具體如表1所示，最近一次將科學(xué)素養(yǎng)作為重點(diǎn)測(cè)試領(lǐng)域是在2015年，本研究以PISA官方網(wǎng)站發(fā)布的2015年科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試題為研究對(duì)象，依據(jù)測(cè)試框架對(duì)測(cè)試題進(jìn)行分析.

表1 測(cè)試年份及PISA重點(diǎn)測(cè)試領(lǐng)域

2 PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試框架介紹

科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試框架主要包含四個(gè)維度，分別為情境、能力、知識(shí)和態(tài)度，如圖1所示.它們之間存在著密不可分的關(guān)系，比如，學(xué)生能力的形成會(huì)受到原有知識(shí)和態(tài)度的影響，學(xué)生的能力以及對(duì)能力的考查需要以情境為依托，在情境中進(jìn)行檢驗(yàn).

圖1 PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試框架

測(cè)試框架將“情境”定義為生活中涉及的科學(xué)和技術(shù)，此定義意味著測(cè)試的情境不僅僅局限于學(xué)校情境，它更傾向于在社會(huì)生活中去創(chuàng)設(shè)情境，包括個(gè)人的、家庭的、地方的和國(guó)家的甚至是全球的社會(huì)情境.

測(cè)試框架將“能力”劃分為對(duì)科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行解釋的能力、設(shè)計(jì)科學(xué)探究方案的能力和科學(xué)處理數(shù)據(jù)和證據(jù)的能力；并指出，當(dāng)學(xué)生具有某一項(xiàng)能力時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)出與此能力對(duì)應(yīng)的行為，PISA試題主要通過考察學(xué)生在測(cè)試中的行為表現(xiàn)，進(jìn)而確定學(xué)生是否具備哪項(xiàng)能力.

測(cè)試框架將“知識(shí)”分為內(nèi)容性知識(shí)、過程性知識(shí)和認(rèn)知性知識(shí).內(nèi)容性知識(shí)體現(xiàn)在物理、化學(xué)和生物等學(xué)科，關(guān)注知識(shí)間跨學(xué)科彼此聯(lián)系，例如在解釋科學(xué)現(xiàn)象時(shí)，我們需要的相關(guān)背景知識(shí)，這類知識(shí)即為內(nèi)容性知識(shí)；程序性知識(shí)是分析和解釋數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，目的是對(duì)物質(zhì)世界做出合理的解釋，比如，“了解內(nèi)容性知識(shí)”是如何建立的知識(shí)即為程序性知識(shí)；認(rèn)知性知識(shí)是指學(xué)生能夠理解科學(xué)實(shí)踐探究的基本原理，在解決實(shí)際問題時(shí)會(huì)構(gòu)建相應(yīng)的物理模型，知道該采取什么樣的程序性知識(shí)解決問題，以及選擇該程序性知識(shí)解決問題的原因.

測(cè)試框架將“態(tài)度”劃分為對(duì)科學(xué)的興趣、評(píng)估科學(xué)過程對(duì)于探究的價(jià)值以及環(huán)境意識(shí).它們是學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)過程中所形成的對(duì)待科學(xué)的態(tài)度，既來源于科學(xué)學(xué)習(xí)的過程，又對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)起到積極作用，同時(shí)使學(xué)生具備一定的社會(huì)責(zé)任意識(shí).

3 測(cè)試樣題分析

3.1 測(cè)試樣題整體分析

PISA 2015公開的測(cè)試樣題共計(jì)33道，按照單元?jiǎng)澐直环譃?個(gè)單元，分別為蜂群衰竭失調(diào)、礦物燃料、火山噴發(fā)、地下水開采與地震、新型發(fā)電廠、可調(diào)節(jié)性眼鏡、熱天跑步和節(jié)能的房子，將試題整理分析如表2所示，由表中數(shù)據(jù)可知，試題在情境創(chuàng)設(shè)上傾向于個(gè)人和國(guó)家背景，重點(diǎn)考查學(xué)生的內(nèi)容性和程序性知識(shí)，在能力考查上更為重視科學(xué)解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)的能力.

表2 PISA2015公開測(cè)試樣題統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)公開測(cè)試題中對(duì)學(xué)生科學(xué)解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)能力方面的考查占51.3%，對(duì)內(nèi)容性知識(shí)的考查占50%，進(jìn)一步說明PISA測(cè)試重點(diǎn)考查學(xué)生的解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)能力以及內(nèi)容性知識(shí)方面.

3.2 典型試題分析

其中新型發(fā)電廠試題情境創(chuàng)設(shè)貼近生產(chǎn)生活，且對(duì)科學(xué)知識(shí)的考查較為系統(tǒng)，體現(xiàn)各學(xué)科之間的融合，試題中覆蓋了測(cè)試框架中的“情境”“知識(shí)”“能力”和“態(tài)度”4個(gè)方面，下面從原題再現(xiàn)、試題簡(jiǎn)析和框架解讀3方面來闡述.

（1）原題再現(xiàn)：圖2為利用鹽水和淡水之間的鹽濃度差發(fā)電的發(fā)電廠工作原理圖，發(fā)電廠所處的位置是淡水河以及海水交匯位置.發(fā)電廠將先從河水里抽取淡水通過管道在容器里匯集，并在另一個(gè)容器存放從海洋里抽取的鹽水.兩個(gè)容器之間設(shè)置了一個(gè)僅可滿足水分子通過的薄膜.基于此會(huì)致使水分子實(shí)現(xiàn)從低鹽到高鹽容器的移動(dòng).通過這種方式致使鹽水容器中水體積、壓力增加，鹽水容器中高壓水流經(jīng)過管道，會(huì)給渦輪機(jī)一定的驅(qū)動(dòng)力，從而滿足發(fā)電目的.回答下列問題：

圖2 新型發(fā)電廠試題介紹

問題1：請(qǐng)參考新型發(fā)電廠信息，寫出正確的答案，在發(fā)電廠中發(fā)生了哪種能量的轉(zhuǎn)換？________到________.

問題2：許多發(fā)電廠使用石油和煤等化石燃料作為能源，為什么人們認(rèn)為這個(gè)新型發(fā)電廠比使用化石燃料的發(fā)電廠更環(huán)保？

（2）試題簡(jiǎn)析：試題提供了新型發(fā)電的原理圖，發(fā)電廠應(yīng)用管道1從淡水河中抽取淡水，應(yīng)用管道3從海洋中抽取鹽水，將抽取的淡水和鹽水匯集在同一容器中，用放大器觀察該容器可知，容器之間設(shè)置了僅水分子可以通過的薄膜，實(shí)現(xiàn)水分子從淡水向鹽水移動(dòng)，使鹽水對(duì)周圍物體的壓力增大，流向渦輪機(jī)后，導(dǎo)致渦輪機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到發(fā)電目的.

（3）框架解讀.

① 情境—國(guó)家—科學(xué)技術(shù)前沿.

在新型發(fā)電廠這一單元，詳細(xì)介紹了新型發(fā)電廠的原理.從題干中可以發(fā)現(xiàn)，該新型發(fā)電裝置不同于日常生活中化石燃料發(fā)電，屬于較為創(chuàng)新和環(huán)保的發(fā)電方式，該單元以“國(guó)家”為背景進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，具體為“科學(xué)技術(shù)前沿”，在此背景下考查學(xué)生科學(xué)知識(shí).該情境與其它兩類情境相比，與學(xué)生的生活實(shí)際更為貼近，不僅可以在情境中考查學(xué)生的能力，還可以通過情境中的背景信息讓學(xué)生對(duì)國(guó)家或地區(qū)的科技前沿有一定了解，更能考查學(xué)生適應(yīng)生活的必備能力.

② 能力—科學(xué)解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)的能力.

學(xué)生在作答問題1時(shí)需要分析：由于鹽水和淡水的鹽濃度不同，淡水中的水分子將向鹽水中移動(dòng)，導(dǎo)致鹽水容器中水的體積、壓力增加，鹽水容器中高壓水流經(jīng)過管道，會(huì)給渦輪機(jī)一定的驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)致渦輪機(jī)運(yùn)動(dòng)而具有一定的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電目的，得出問題1的正確答案為將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能.解答該試題的學(xué)生必須正確理解題干，理解由于濃度不同導(dǎo)致水分子轉(zhuǎn)移，以及渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的功能，因此試題考查了學(xué)生科學(xué)的解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)的能力，檢驗(yàn)學(xué)生是否能夠運(yùn)用科學(xué)知識(shí)作出合理選擇，難度設(shè)置上屬于中等難度.

③ 知識(shí)—內(nèi)容性知識(shí)—物理、生物.

解答問題1時(shí)，學(xué)生需要明確水分子的移動(dòng)方向，水分子總是從低濃度溶液向高濃度溶液移動(dòng)，即為生命科學(xué)知識(shí).除此之外，容器中鹽水的體積增大導(dǎo)致對(duì)器壁的壓力增大，流向渦輪機(jī)后，使其運(yùn)動(dòng)獲得動(dòng)能，最終將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能實(shí)現(xiàn)發(fā)電，考查了學(xué)生物理知識(shí)—能量的轉(zhuǎn)化.

④ 態(tài)度—環(huán)境意識(shí).

學(xué)生在作答問題2時(shí)，需要了解化石燃料發(fā)電過程會(huì)釋放對(duì)大氣有害的物質(zhì)，而新型發(fā)電廠將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，發(fā)電過程中無有害氣體的排放，更有利于環(huán)境保護(hù)，這不僅考查了學(xué)生內(nèi)容性知識(shí)（物理，化學(xué)）以及解釋科學(xué)現(xiàn)象的能力，同時(shí)也反映了學(xué)生在學(xué)習(xí)生活中對(duì)環(huán)境的關(guān)注情況，很好的檢驗(yàn)了學(xué)生是否具備科學(xué)態(tài)度中所強(qiáng)調(diào)的環(huán)境意識(shí).

4 PISA科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試題的總結(jié)

分析公開測(cè)試題可以發(fā)現(xiàn)，“發(fā)電”這一情境來源于學(xué)生生活，“新型發(fā)電”是建立在學(xué)生熟知情境下的“國(guó)家科學(xué)技術(shù)前沿”，不僅能夠考查學(xué)生能力，還可以使學(xué)生對(duì)“國(guó)家科學(xué)技術(shù)前沿”有一定的了解，同時(shí)在試題整體分配上個(gè)人和國(guó)家為背景的試題居多，全球背景的情境創(chuàng)設(shè)較少；在知識(shí)的考查上，試題考查了學(xué)生物理、生物和化學(xué)三個(gè)學(xué)科知識(shí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科間的融合，整體上看內(nèi)容性知識(shí)所占比重較大，認(rèn)知性知識(shí)所占比重較小；解決試題時(shí)需要對(duì)試題中提供的發(fā)電原理圖進(jìn)行分析，進(jìn)而得出正確答案，這就需要學(xué)生具備科學(xué)解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)能力，這也是面臨社會(huì)挑戰(zhàn)所必須具備的關(guān)鍵能力，因此科學(xué)解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)能力方面考查的試題較多，評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)科學(xué)探究能力不做重點(diǎn)考查.通過分析可以說明，熟練應(yīng)用內(nèi)容性知識(shí)科學(xué)解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)以及解決實(shí)際問題是未來公民必備的能力之一，檢查學(xué)生是否具備了面對(duì)社會(huì)挑戰(zhàn)的能力是PISA測(cè)試所關(guān)注的焦點(diǎn)議題.