PISA科學素養測試的情境分析及其對生物學教學的啟示

宋潔 孫遠東 曾峰

PISA（Programmer for International Student Assess? ment，國際學生評價項目）測試內容聚焦于學生的閱讀素養、數學素養和科學素養。在科學素養的測試中，PISA 2006將其劃分為可以被描述的相互關聯的四個方面，即科學情境、科學知識、科學能力和科學態度，科學情境是其中的一個重要組成部分。為強調科學思維的發展以及學生在實際情境中運用已有知識去解決相關問題的能力，PISA測試注重試題情境的創設。教師研究 PISA 測試中設置的科學情境，對提升生物學課堂情境教學質量有一定的指導意義。

1? PISA 科學情境的含義

PISA科學測試的一個突出特點就是情境性，測試中呈現的問題都是在一定的情境之下。在選擇科學情境時，PISA 2006就提出：選擇什么樣的情境適合評估15歲左右的學生？PISA 認為，科學素養的一個重要方面就是能把科學應用到不同的情境中，學生在解決某個科學問題時，往往需要依據所處的情境來選擇解決方法和表現形式。因此，與學生熟悉的學校生活相比，PISA創設特定的科學情境更加貼近學生在未來的公民參與中可能遇到的多樣化的問題，從而可以更準確地達到測評學生科學素養的目的。

在PISA 中，情境（situation）是指放置在學生世界中的試題任務的部分，是除測試的過程和概念之外，影響測試結果的第三個因素，通常被看作試題的背景和設置的情景；而科學情境則是指進一步細化的涉及科學和技術的生活情境。在對 PISA 中的情境進行研究時，人們常習慣根據情境所屬的科目，將其稱為 PISA科學情境或PISA 數學情境等。PISA 要求，由于在學校生活中，科學過程和概念可能局限于教室或實驗室，因此，試題任務應該在一般生活的情境下，而不限于學校生活，世界各國也越來越多地試圖將這些情境擴大到學生學校以外的世界。

PISA測試為每一個試題都創設了情境，這在一定程度上可以減緩學生答題的疲倦感，在特定情境的基礎上答題可以吸引學生的注意，用已有知識去解決情境中的問題能使學生產生一種成就感。此外，在情境中答題還可以提高學生科學知識向科學能力的轉化速度，這種在獨立解決問題的過程中使用的方法和技巧，學生會將其更嫻熟地運用到其他情境。

2? PISA 科學情境的分類

由于情境會影響被測者的表現，因此，確定和控制試題的情境范圍非常重要。在已進行的兩次以“科學素養”為核心的PISA 測試中，科學試題廣泛涉及到了有關科學、技術的生活情境，這些情境可被劃分為個人的（自我、家庭、同伴群體）、社會/社區的和全球的三個層次背景，同時還包括健康、科技前沿等五個應用領域，各個領域與個人、社會、全球三大背景兩兩交叉，又會產生非常豐富的情境資源。見表1。

依據上表分析可發現，PISA 中科學情境的分類呈現出一定的規律：①在背景上，從個人到社會，再到全球，它的“圈子”不斷延伸，這些圈子中包含的情境也隨之擴大。②就同一類型的問題而言，它是一脈相承的，但在不同的問法或者側重點下，情境所屬的層次又會有一些差異。不過總體來說，這些情境都來自于現實生活，更加真實、具體，更便于考察學生應用知識的能力水平。

沒有真實而具體的科學情境，科學知識、科學能力、科學態度的評測將失去“用武之地”。盡管科學情境對科學素養的評估有著舉足輕重的作用，但是， PISA 科學測試并不是對科學情境的測試，而是對隱藏在情境下的科學知識、能力和態度的測試。這在 PISA 2015中也有體現，它認為科學能力是科學素養的“核心”，學生展示出什么樣的能力是由處于何種情境決定的，而科學知識和科學態度則會影響這種能力的形成。因此，教師應正確把握情境的價值，不能過分夸大情境的作用。

3? PISA 科學情境的特點

通過分析 PISA 科學測試中的試題樣例，教師發現PISA科學情境具有以下特點：

3.1情境的真實性

真實性是PISA情境最顯著的特點，也是首要條件，情境越真實，就越能評估學生對實際生活的體驗。例如，PISA樣題“瘧疾”給出了如圖1所示情境。

瘧疾每年可造成一百多萬人死亡，防治瘧疾的斗爭目前正處于危機之中。蚊子可以把瘧原蟲從一個人傳給另一個人，攜帶瘧原蟲的蚊子已經對許多殺蟲劑產生了抗藥性，因此，對抗瘧疾寄生蟲的藥物效果越來越差。

樣題給出了三種預防瘧疾傳播的方法，讓學生思考：每種方法直接影響瘧原蟲生命周期中的哪些階段？樣題要求學生圈出每種方法的相關階段（一種方法可能影響多個階段），見表2。

在這個題目中，命題者以學生生活中經常接觸到的“蚊子”為例，學生對此十分熟悉，而小小的蚊子身上竟然攜帶著能致人死亡的寄生蟲，學生再聯想到生活中常用的“驅蚊”方法，認識到這些方法背后都有著一定的科學依據。由此產生的“體驗感”可以讓學生感受到科學就隱藏在日常生活中，使學生認同科學知識的價值。同時，學生在答題前已經有了一定的經驗基礎，在答題時通過題干又能獲得系統的相關知識，這些知識可進一步指導學生改善應對的方法，幫助學生用科學知識來服務生活。

3.2情境的相關性與多樣性

PISA 科學測試中創設的情境和試題內容是相關聯的，它們有著同樣的出發點。PISA情境并不是隨意創設的，它由試題決定，是試題的來源和背景材料；試題的編制也要依據情境來進行，要從情境中選擇命題點。學生在處理試題提供的情境信息時，要將情境和所學知識融合起來。命題者從生活情境中尋找科學問題，既向學生揭示了生活中的科學奧秘，又有利于學生對科學知識的理解和應用。例如，在 PISA 試題“酸雨”中，命題者以建造于雅典衛城的“女像柱”雕像為背景，這些雕像是由大理石制造而成，卻遭到了酸雨的侵蝕，命題者據此來設置題目。

PISA要求試題任務應在學生的生活情境之中，由于學生的生活是豐富多彩的，因而試題情境也呈現出多樣性的特點。在PISA 測試中，沒有無情境的問題，每個試題都有特定的情境。這些情境以學生為中心，縱向上，根據情境與學生生活的距離，由近及遠可將其分為個人的、社會的和全球的三個層次；橫向上，根據學生可能接觸到的各個場景，可將其分為健康、環境、科技前沿等多個領域。在各式各樣的情境中，都存在能用科學知識去解決的問題。例如，在 PISA 試題中，既有與學生生活貼近的“吸煙”“體育鍛煉”情境，又有與學生生活相距較遠的“大峽谷”“進化”“金星凌日”等情境，可以說，PISA試題幾乎包括了學生生活中能遇到的各種多樣化的情境。

3.3情境的創生性

PISA測試中也包含部分復雜陌生的情境，它可能是學生在實際生活中沒有接觸過的，但又在學生的認知范圍內，需要學生動用已有的知識和能力去分析問題、解決問題。此外，情境中包含的科學知識在試題中并不能窮盡，學生還需要繼續挖掘情境中的其他知識點，并設法尋找正確的答案，在這個過程中，學生可增強批判性思維和創造性思維。例如，PISA樣題“抓住兇手”給出了如圖2所示的情境。

在該試題中的情境，學生可能在影視作品中了解過，但并不清楚其中的科學道理，這樣的情境能夠激發學生的興趣，誘導學生主動探尋答案。學生對DNA 的相關知識已經進行了系統的學習，但對這樣的微觀物質缺少宏觀世界的體驗。本題將 DNA 應用到實際生活中，讓學生在案例中感受DNA 的重要性。此外，基于此情境，學生還可以思考DNA為什么會具有獨一無二的特點等問題。在這個過程中，學生既會運用已有的經驗去解答，又會在自身知識儲備的基礎上嘗試思考問題，提出假設，并驗證自己的想法。

4? PISA 科學情境對生物學教學的啟示

生物學課程是一門科學課程，具有科學的本質和特征，不僅要傳播科學的事實和概念，更要體現科學是一個探究的過程。通過上述分析，教師已經了解了 PISA測試中科學情境的特點，并在用它來指導生物學教學過程中情境的創設方面，獲得了一些啟示。

4.1創設真實的生活化情境

對 PISA 測試而言，考察的重點不在于科學知識的識記和復述，而在于現實生產生活中的應用，因此， PISA 測試中的許多試題都是以學生現實生活中的情境為依托。在教學過程中，教師應當創設真實的生活化情境，使學生能夠在分析和解決與實際生活息息相關的問題的過程中，提高綜合運用科學知識和科學技能的能力。

生物學是一門與現實生活各個方面都有緊密聯系的學科，因此，教師可以創造性地將生活中的真實事例引入生物學課堂，從學生的實際生活出發，利用學生親身經歷的生活現象和生活問題創設教學情境。以高中生物學《必修1·分子與細胞》中“細胞呼吸的影響因素”這節課為例，由于細胞呼吸的原理在生活中的應用較為廣泛，所以教師可從生活實例中選擇相關的情境展開教學活動，再揭示其中蘊含的生物學知識，從而促進課堂教學目標的實現。例如，在包扎傷口時，需要選擇透氣的消毒紗布，這是為了抑制厭氧細菌的生長繁殖，從而進一步提煉出影響細胞呼吸的因素——氧氣濃度；水果、蔬菜經常放在冰箱里保存，這是通過降低溫度來抑制相關酶的活性進而減緩呼吸作用；此外，水分也會影響呼吸作用的進行，因此在儲存種子之前需要將其曬干……最后，師生通過聯系所呈現的情境，總結出影響細胞呼吸的因素。

上述情境都是從學生的生活中選取的，是真實可感的。學生在貼近生活的真實情境中學習，有利于掌握生物學知識并應用知識解釋生活現象。此外，學生通過自己的親身體驗來獲得知識，可以提高對生物學學習的興趣和對生物學知識的認同感。因此，在創設教學情境時，教師要注意將生物學知識和生活實際聯系起來，使學生在情境教學活動中獲得真實的體驗感。

4.2發掘教材資源，創設多樣化情境

在對 PISA 中的試題進行分析時，教師發現其中的情境多種多樣。PISA為每一道試題都創設了情境，這些情境不僅涵蓋了多種領域，也有不同的類型，這為教師在創設教學情境時提供了一些思路和方法。在教學過程中，教師要避免某一種情境的重復使用，可以嘗試將多種情境結合起來，這樣靈活多樣的教學情境會給學生帶來新鮮感，從而將學生的興趣吸引到課堂中來。

教材是一個資源庫，里面包含了豐富的情境資源。總的來說，教材中的情境可以大致分為三類：有關生產生活的情境、有關生物科學史話的情境、以及與探究實踐相關的情境。這些情境具體到單元中則是以文字和圖片的形式呈現，如首頁的“想一想議一議”和“資料卡片”，都是教材編制者精心創設的情境，具有一定的普適性，因此，教師可以利用教材提供的情境開展教學。以《必修2·遺傳與進化》中“DNA分子的結構”這節課為例，教師可以將科學史和實踐操作這兩種情境結合起來，組織學生進行角色扮演，將自己代入到當時生物學家所處的環境，思考如何在已有資料的基礎上利用實驗材料構建出 DNA 分子的結構模型。教師首先組織學生嘗試將脫氧核苷酸分子連接成一條脫氧核苷酸鏈，接著，教師引導學生通過富蘭克林拍攝的DNA衍射圖譜和相關數據推斷出DNA 分子是雙螺旋結構，再根據查哥夫的發現讓學生完成雙鏈 DNA 分子內部堿基的排列。這樣，一個 DNA 分子的平面結構模型就完成了。

在上述情境中，學生既了解了科學家探究DNA分子結構的過程，又親自動手去嘗試構建了DNA分子的平面模型。這樣的操作體驗有利于學生掌握相關知識，更能讓學生明白科學是一個不斷發展的學科，它是眾多科學家團結協作、堅持不懈的結果。不過值得注意的是，教材中的情境資源雖好，教師也不能照本宣科，要結合學生的具體特點，在實際教學過程中不斷地嘗試和改進，為教學創設最合適的情境。

4.3情境設置應緊扣教學目標

PISA 科學測試中的試題情境是以測評目的為依據，是為了更好地評估學生的科學素養而精心創設的，而不只是流于形式。試題在情境中誘發學生思考，自然而然地引出問題，從情境到問題之間的銜接十分順暢。同樣地，在教學過程中，教師也要依據教學目標，設置合適的情境。

教學過程是有目的、有計劃的師生互動活動，在生物學課堂教學中，教師應該設置一定的任務讓學生明確本節課的主要內容。因此，在教學時，教師要依據《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）《義務教育生物學課程標準（2022年版）》和教學內容，立足于學生學科核心素養的提升來創設情境，不能只是制造噱頭、目的不明。以《必修2·遺傳與進化》中“人類遺傳病”一課為例，《課程標準》要求學生通過本節課的學習，能夠舉例說明人類遺傳病是可以檢測和預防的。本節課主要包括遺傳病的類型、檢測和預防兩部分內容。在設置情境時，教師要兼顧《課程標準》的要求和教材內容。在這節課中，教師可以以某個真實的患者家族為情境指導學生進行探究學習，在活動中，教師首先帶領學生認識人類常見遺傳病的三大類型，再利用家系圖和調查數據引導學生推測該情境中疾病的遺傳方式，最后讓學生思考預防遺傳病的方法，學生在這樣的情境背景下可逐步掌握本節課的知識點。然而，教師若是利用圖片逐一展示各個遺傳病的患者癥狀或致病機理，這樣的情境不僅與《課程標準》的要求相距較遠，也容易讓學生眼花繚亂，進而使學生不能明確本節課的主要任務，最終導致情境的價值流失。因此，在教學過程中，教師應根據教學目標有針對性地選擇情境，讓情境成為學生和教學內容之間的潤滑劑，才能達到事半功倍的教學效果。

參考文獻：

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