PISA 2025 科學素養測評框架的新動向及啟示

[摘? ?要] PISA科學項目團隊按照“四階段法”向國際科學組織代表咨詢意見后，指出了PISA 2025科學素養測評框架研發的方向：進一步豐富拓展科學知識、科學能力維度，加入新的“科學身份認同”評價維度。其中，科學知識強調跨學科整合，科學能力側重社會決策需求，科學身份認同注重為學生的學習成就奠基。倡導我國科學教育改革關注數字化時代原住民的學習方式，理解科學知識及其產生過程的功能和價值，重視科學背后的身份認同素養。

[關鍵詞] PISA? ?科學素養? ?科學身份認同? ?科學教育

[中圖分類號] N4 [文獻標識碼] A [ DOI ] 10.19293/j.cnki.1673-8357.2022.01.005

受新冠肺炎疫情影響，原定于2021年實

施的國際學生評估項目（Program for International

Student Assessment，PISA）延后至2022年進行。相應地，以科學素養為主要測評領域的2024年測評延后至2025年，形成與上一輪PISA 2015科學素養測評遙相呼應的“10年之約”，相關的測評框架和試題研發工作正在緊鑼密鼓地進行。2020年3月，PISA科學項目團隊發布了指導PISA 2025科學素養測評框架研發的報告（以下簡稱指導報告），建議適當拓展評價維度和評價內容[1]。

1 指導報告的形成過程

PISA科學素養測評項目組織了英國倫敦大學路易斯·阿徹（Louise Archer）教授和美國斯坦福大學喬納森·奧斯伯恩（Jonathan Osbourne）教授為聯合主席的戰略遠景專家小組（Strategic Visioning Expert Group，SVEG），與科學咨詢小組（Science Advisory Panel，SAP）一起就全球科學發展及其對未來教育提出的要求展開討論。SVEG由來自西班牙、英國、巴西、美國、意大利、加拿大、印度、中國的14名科學教育專家組成，但由于個人原因和新冠肺炎疫情旅行限制，印度、中國的專家未能參與最終成果的討論。SAP由21名科學家代表，STEM（科學、技術、工程、數學）領域公司代表，社會組織代表，政府機構代表組成。

兩個小組采取參與、綜合、確認、發表的“四階段法”開展合作。在第一階段，SVEG向SAP發送覆蓋科學教育目標、現狀、改革方向等6個問題的質性調查問卷，結合反饋結果初步確定SVEG深入討論的重點領域。在第二階段，召開為期3天的會議：第一天，SAP成員自由討論各自的教育觀點;第二天， SAP針對第一階段確定的重點領域進行陳述，回答SVEG提出的問題;第三天，SVEG完成報告初稿。在第三階段，SVEG向SAP發布量化調查問卷，收集各方的修改意見和建議，完成初稿修訂。在第四階段，SVEG向PISA董事會提交報告文件進行專項討論，再次修訂后對外公布，指導PISA科學素養測評專家組研發PISA 2025科學素養測評框架。

2? PISA 2025科學素養測評框架的新動向

根據指導報告的內容來看，PISA 2025將從科學知識、科學能力和科學身份認同維度評估學生的科學素養水平。對比PISA 2025和PISA 2015科學素養測評框架的主要維度（見表1）可以發現，科學知識、科學能力是已有維度，科學身份認同是新增維度;科學情境不再是PISA 2025測評的一個維度，而是內隱在科學知識、科學能力和科學身份認同維度中。比如，科學知識下的二級維度不再從知識類型出發，而是將科學知識作為一個整體，劃分為數字信息化情境中應用科學知識所需的信息學知識，以及應用科學知識所產生的社會環境可持續發展、科學知識的發展和濫用等維度。科學能力的子維度是在繼承“設計和評價科學探究”“科學地解釋數據和證據”兩個維度的基礎上，更加強調運用科學解決社會問題所需的概率思維，以及應用科學知識解決問題形成決策和行動的表現。新增的科學身份認同維度是在整合科學態度已有維度的基礎上，立足學生應該具有包容精神，愿意并批判性使用科學工具解決問題的基本立場，加入社會倫理道德因素，成為學生認知和非認知學業表現的奠基要素。因此，PISA 2025科學素養測評框架中更加凸顯科學地解決問題的能力，科學知識維度更加強調跨學科整合，科學能力維度更加側重社會決策需求，科學身份認同維度更加注重為學生的學習成就奠基。

2.1強調跨學科整合的科學知識

針對科學知識類型劃分缺少學科交叉、應用情境和跨學科視角的現狀，PISA 2025科學素養測評強化科學的跨學科屬性，重視科學知識在社會環境中的應用過程，以及相關的經濟、社會問題。整合后的知識領域主要覆蓋3個方面：（1）社會環境系統和可持續發展，幫助學生認識氣候變化、流行病、糧食安全等復雜問題;（2）科學知識的發展和濫用，幫助學生理解科學知識的發展歷程，辨別現代偽科學、假新聞中的錯誤知識;（3）信息學，幫助學生認識數據學習的重要性、數字技術對社會的影響，尤其是人工智能技術對科學發展的貢獻。

“社會環境系統和可持續發展”領域從系統和可持續發展的視角整合了物質科學、生命科學、地球與空間科學等知識，培養學生識別復雜系統要素、識別系統內部以及系統之間相互作用的能力。比如，在分析人工繁育的狼群是否可以重新放回某地時，不僅要考慮狼群對當地農民、其他動物群體的影響，還要考慮狼群對當地植被和水流等環境要素造成的影響。盡早讓學生們了解氣候變化、流行病、水安全、物種保護等不同的社會環境問題解決的新思路和新方式，可以讓他們更好地為未來做準備，以享受科學和技術的福祉。

“科學知識的發展和濫用”領域的提出，是因為隨著網絡信息社會發展，辯證地認識科學知識，成為科學知識的理性、批判性消費者，是未來社會公民的基本素養之一。未來的年輕人要像科學家一樣思考，不僅要知道DNA雙螺旋結構等現階段科學家共同體的正確想法，更需要認識地心說、拉馬克進化學說、熱質說、冷聚變、優生學等科學史上出現的錯誤假說，理解科學不斷發展的本質，理解同行評審和客觀性原則對于科學知識建立的重要推動作用。

“信息學”領域被納入科學素養框架，一方面是因為信息學的重要分支人工智能、機器學習，正在影響著我們的社會和經濟發展，汽車導航、人臉識別、語言翻譯等技術日益普及;另一方面是因為信息學在獲取、應用跨學科知識方面發揮著重要作用，尤其是在生命健康領域的生物信息學、基因組學，幫助人類解決了許多世界難題。掌握信息學知識的學生應該熟悉數據的不同表示方式、計算模型和信息結構，理解人工智能概念，推動公平、公正、安全的數字社會建設與發展。

2.2側重社會決策需求的科學能力

充分考慮新技術在社會決策和問題解決中的顯著作用，PISA 2025科學素養測評進一步豐富設計和評價科學探究、科學地解釋數據和證據兩種能力的內涵，新增運用科學知識進行決策和行動、運用概率思維兩種能力。

“設計和評價科學探究”能力要素的豐富主要包括理解復雜系統設計、研究和評價信息。理解復雜系統設計，就是要識別復雜系統要素，識別子系統及其相互影響，預測系統內部行為以及系統間的相互影響，在系統背景下進行風險評估。通過研究和評價信息，學生應該能夠使用多種搜索方式、不同術語找到與研究目的最相關的資源，能夠尋找證據說明復雜研究主題存在的缺陷或局限，能夠對信息來源的專業性做出評價和判斷。要想實現這些目標，學生必須學會識別論證的基本要素，學會區分論點、論據以及它們之間的邏輯推理關系;必須能夠認識到偏見的存在，正確對待反駁、反論證，利用所獲信息對科學工作質量、論點有效性進行評判，進而學會辨別偽科學、區分偽科學和做得不好的科學。

“科學地解釋數據和證據”能力要素的豐富主要包括質詢數據、使用科學證據做出判斷。在質詢數據的過程中，需要區分基礎科學的研究價值以及為理論尋找證據的實踐活動價值，需要警惕數據集中的虛假結論，需要具備使用柱狀圖、莖葉圖和表格等不同工具表征數據的能力。使用科學證據做出判斷，是認識虛假結論所必需的能力。只有在極少數情況下，表面上看似相關的變量才存在潛在的因果關系[2]。從這個意義上來講，“科學地解釋數據和證據”能力可以重新命名為“解釋數據和證據以做出判斷”。

新增的“運用科學知識進行決策和行動”能力，既包括運用科學知識進行決策，也包括在決策過程中需要考慮的道德因素，以及在決策和行動過程中通過問題解決與創新創造新價值的能力。運用科學知識進行決策可以幫助學生學會確定復雜系統問題的解決方法，學會從倫理道德、社會經濟視角評價不同行動方案，更好地認識物質系統、生態系統和社會政治系統因內部聯系而產生的反饋機制和行為，了解科學在改善健康、改進能源和食品供應、應對氣候變化中的貢獻，體會經濟、政治、社會與科學的關系。考慮道德因素一方面是因為科學不會為人類的決策提供“應該做什么”的直接答案，需要我們基于社會道德和倫理的價值導向做出判斷;另一方面是因為人工智能、生物技術的進步在給人類帶來各種便利、幫助人類解決問題的同時，增加了利用科學知識進行決策的復雜性，需要學生能夠把握科學技術實驗、設計、結論背后的道德倫理問題。通過問題解決與創新創造新價值的能力需要拓展同一問題的多種解決策略和方案，不斷引導學生反思哪些是有效的、哪些是無效的，讓他們嘗試靈活尋找問題的解決方案，為應對未來不確定因素和變化做好充足準備，養成積極的科學態度，增強科學身份認同感。

新增的“運用概率思維”能力要求學生正確認識概率的客觀存在、科學觀點的可信度，認識到所有科學活動中都存在風險。從本質上講，科學家們對任何命題和事實的陳述都是在試探。無論是僅比錯誤可能性高出一點的51%，還是高度正確的99.999 9%，都不可能是完全有把握的。正確認識并使用普遍存在的概率思維方法，是科學不斷發展的動力，是對科學事實和科學家工作的尊重，也是改變一味崇拜或否定新證據、新觀點、新概念、新理論的基礎。具備概率思維的學生能夠更加注重自己表達的嚴謹性，評估自己觀點的可靠性;能夠對社會新聞、報刊上的科學報道持有一定的懷疑態度，正確認識科學探究的局限性;能夠理解正態分布、平均值、中位數概念，理解異常值存在的合理性;能夠通過探尋是否存在偏差數據、質疑數據集大小、預測的置信度等措施，客觀審視人工智能系統的預測和發現。理解概率、不確定性和風險，是做出明智決策的必要條件。尤其是在新冠肺炎疫情全球大流行的問題處理中，運用概率思維認識傳染病存在的不確定風險，可以幫助我們正確理解個人、國家采取的防疫措施。

2.3注重為學習成就奠基的科學身份認同

科學身份認同影響學生的科學學業成就、科學參與程度和效率[3-4]，是容易被忽略的評價內容。在整合科學知識、科學能力和科學情境的基礎上，PISA 2025主要從科學資本、批判的科學使用者、包容的科學經驗和實踐、道德倫理和價值觀4個方面評價科學身份認同素養。

擁有科學資本的學生能夠通過認識社交媒體上不同的“科學人”，感受到“科學是我的”，認識到科學與生活的相關性、有意義的聯系，理解科學知識和能力在不同時間、空間中的可遷移性，成長為具有批判意識的科學消費者和生產者。

“批判的科學使用者”能夠幫助學生認識到科學生產者和消費者的重要性，從而愿意把科學作為工具，批判性地使用科學專業知識，應對各種各樣的社會和環境挑戰，獲得個人和社會效益，解決社會不公平問題，感受到自己的認同、文化和經驗可以被重視和尊重。

“包容的科學經驗和實踐”是指讓所有學生有教學資源、教材資源、社會資源和數字資源，有能夠學好、做好科學的機會、情境和平臺，在常態化學習中能夠接觸到不同的科學表征形式和科學家代表，感受科學的安全、價值和包容。

“道德倫理和價值觀”要求學生理解與科學知識、方法、實踐和結果有關的道德倫理與價值觀，更加明確突出了道德倫理和價值觀在科學研究中的重要作用，有助于學生理解科學的局限性，提升利用科學進行決策和行動的能力。

3? PISA 2025科學素養測評框架的啟示

20世紀80年代以來，培養和提升公民科學素養，已經成為全球科學教育改革的主旋律[5]。科學教育不再是精英主義教育，已經成為普通大眾都必須接受的一種教育，成為事關全民素質提升的大工程。面對信息技術、人工智能、云計算、大數據帶來的科技巨變，中小學科學教育改革應該著眼于學生未來生活，探尋科學教育新范式[6]。PISA 2025科學素養測評框架的新動向，為我們探尋改革之路提供了一些啟示。

3.1關注數字化原住民的科學學習方式

相比于20世紀需要到圖書館、資料館實地手動查閱圖書、報刊、檔案資料獲取信息，現在的我們可以通過很多渠道輕松地檢索到科學知識。尤其是進入21世紀以后，筆記本電腦、平板電腦、智能手機日益普及，信息獲取通道越來越暢通，數字化正在悄然改變著人類的生活、學習方式。通過百度、搜狗等各種搜索引擎，借助中國知網、超星、Web of Science等數據庫資源，簡單地輸入幾個關鍵字詞，很快我們就可以獲得數千條信息，出生在數字化時代的原住民——“00后”們似乎進入了科學知識泛濫的社會。

如何從眾多科學知識中篩選出符合自己需求的內容，如何辨別科學知識的真假，如何推動科學知識的創新與發展，是數字化時代科學教育改革的重要命題。為此，PISA 2025科學素養測評明確提出了“科學知識的發展和濫用”“信息學”兩個新的科學知識領域，要求學生利用信息學知識了解數字化時代下不同搜索引擎和數據庫中的科學知識存儲方式、編碼方式，認識科學知識發展歷程中一些重要科學概念的變化過程及其對現代科學濫用的影響，以便更好地辨析科學知識。

科學的發展歷程記錄了人類對于同一科學現象、科學問題研究的不同結果，體現了科學體系不斷完善的本質，有助于學生理解科學學科鮮明的科學性、趣味性和發展性。我國科學課程標準、教科書中已經明確了科學史實對于學生學習學科基本理論和方法、建立學科核心觀念、發展高階思維能力的重要作用。在教學實踐中也進行了利用科學史進行課堂導入、開展課堂活動、開設專題講座等不同形式的探索，但還缺少如何基于科學史分析幫助學生在知識大爆炸甚至泛濫的時代養成辨別真偽的意識，以便更好地參與科學決策討論、做出恰當選擇的研究。

雖然最新版的《普通高中課程方案和課程標準》修訂過程要求“關注信息化環境下的教學改革”“反映時代要求”[7]，但長期存在的東西部、城鄉經濟發展不均衡問題導致資金、設備、師資等多方面受到限制，利用信息技術開展科學教學的探索還有一段較長的路要走。尤其是在基于信息技術學科與科學學科的跨學科融合方面的實踐，雖然已經出現了3D打印、計算機編程、機器人設計等科學與信息技術融合的校內外課程設計與教學實踐，但還需要進一步思考如何更好地基于科學教育培養學生的信息學意識與素養。

3.2理解科學知識蘊含的功能和價值

根據PISA 2015科學素養測評框架，學生掌握的內容性、程序性和認知性科學知識影響其科學能力表現[8]。在進一步整合、豐富已有能力要素的基礎上，PISA 2025科學素養測評關注學生對于科學知識應用、建立過程的認識和理解，強調科學知識及其產生過程的功能和價值，提出兩種新的能力要素，即運用科學知識進行決策和行動、運用概率思維。

科學知識的功能和價值不僅僅是讓學生掌握代表科學研究結果的事實性科學知識，更為重要的是讓他們知道并理解科學知識建立的過程，掌握科學程序與方法，了解科學本質內涵[9]，傳承科學方法、科學文化。學生在學習、內化科學知識的基礎上，遷移、應用科學方法解決真實社會生活問題的一個重要表現就是參與科學決策的研制。比如，參與關于地溝油使用、硫酸廠和核工廠選址、轉基因食品、克隆人等社會性科學議題的討論與決策[10]。

理解和掌握科學知識建立過程及其所用的程序和方法，既需要認識科學知識的不斷發展，更需要運用概率思維認識科學知識產生過程中的不確定性，理解定性與定量研究的關聯。比如，面對“是否支持重污染條件下汽車限行政策”的社會性科學議題，學生通過科學論證可以認識到汽車尾氣中的氮元素經過一系列氧化還原反應轉化成為霧霾的成分，但在汽車尾氣對霧霾影響有多大的問題上始終存在著來自氣象專家、環保部門、環保組織的不同聲音，基于現有的研究和認識，結合概率思維的內容，不能因為影響大小不確定就不顧汽車尾氣促使霧霾形成的既定事實，需要在綜合考量、權衡利弊的基礎上，做出支持汽車限行的決策[11]。

能力的培養和發展，必須源于知識，但又需要高于知識。科學能力是學生在完成科學認識活動和問題解決活動過程中，系統化、結構化的科學知識對活動經驗的定向調節和執行機制[12]。科學事實的內容性知識積累，可以發展學生認識世界的寬度和廣度，但難以幫助學生理解知識內容的深度。學生不僅僅要知道科學知識是什么，更需要認識科學知識產生的背景，認識科學知識產生過程中使用的科學方法、形成的科學思想和科學文化，理解科學知識及其產生過程的功能和價值，像科學家一樣運用概率思維、應用科學知識參與科學問題討論和決策。

3.3重視科學背后的身份認同素養

認同是國家繁榮的基礎[13]。科學身份認同是培養學生科學素養的基礎。如果學生不能感受到“科學是我的”，成為自己擁有的科學資本，就難以成為具有批判精神、包容的科學學習者，更不會考慮科學問題解決過程中的倫理道德與價值觀。科學身份認同素養水平既反映了學生應用科學知識、科學實踐的認知能力，也體現了學生在科學態度、科學精神、科學倫理等非認知能力上的差異。

科學的外在表現形式是知識，知識背后是人類進行科學研究的實踐過程。科學容易被片面地等同于系統、完整的科學知識，將科學教育視為知識的傳授[14]。之所以造成這種現象，一方面是“表里不分”的思維定式，另一方面是“科學”常常被理解為正確的、不可撼動的真理。科學發展的歷程已經表明，科學知識會因為新的證據、數據得到修正和完善，甚至被重新建構。從牛頓的經典力學到愛因斯坦的相對論，從德謨克利特的樸素原子論到道爾頓的化學原子論，均反映了科學知識因科學實踐不斷被重構的過程。

非認知層面的科學態度、科學精神、科學倫理道德是學生認知能力發展的前提。科學態度是學生在參與科學問題討論和決策制定過程中表現出來的對科學的看法[15]。科學精神是科學本性的自然流露，可以內化為人的科學思維方式、科學良心等科學心態，也可以外化為人的科學態度、科學倫理道德等科學風氣[16]。在科學態度、科學精神背后指導科學研究規范的是科學家共同體遵守的科學道德、科學倫理和價值觀。在參與科學議題討論、科學問題解決的過程中，正確應用科學知識的重要前提在于參與者遵守科學倫理、相信科學、愿意使用科學。

回顧我國的科學教育改革，認知層面的科學知識已經成為科學教育的重要基礎內容，科學實踐也在近幾十年的改革進程中得到越來越多人的關注;非認知層面的科學態度隨著21世紀初我國對科學素養界定中的“情感態度與價值觀”目標得到重視，科學精神、科學倫理道德在以學科核心素養為宗旨的最新一輪改革中被大家所共知，正在成為改革進程中的熱點內容。PISA 2025科學素養測評中提出的科學身份認同，集合了批判性科學精神、包容性科學實踐以及科學道德倫理等科學知識背后的要素，有助于扭轉過于注重認知能力、忽視非認知能力發展的偏失，培養德智全面發展的科學消費者和生產者。

參考文獻

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（編輯? 袁 博）