ＰＩＳＡ科學(xué)素養(yǎng)框架“十年之變”對物理學(xué)科關(guān)鍵能力評價的啟示

收稿日期：2023-12-30

作者簡介：李詠璇（2000-），女，碩士研究生，主要從事物理課程與教學(xué)論研究。

*通信作者：周少娜（1983-），女，教授，主要從事物理課程與教學(xué)論研究。

摘" "要：ＰＩＳＡ是評價１５歲學(xué)生閱讀、數(shù)學(xué)、科學(xué)素養(yǎng)的國際大型測評項目，ＰＩＳＡ科學(xué)素養(yǎng)的測評框架具有一定的指導(dǎo)價值。基于ＰＩＳＡ科學(xué)素養(yǎng)框架從２０１５到２０２５的“十年之變”，挖掘其變化趨勢，對于中學(xué)物理學(xué)科關(guān)鍵能力評價，提出以真實情境為載體，以物理學(xué)科關(guān)鍵能力為重心，以核心價值為導(dǎo)向的評價啟示。

關(guān)鍵詞：ＰＩＳＡ２０２５；科學(xué)素養(yǎng)框架；物理學(xué)科關(guān)鍵能力

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）3-0092-5

物理學(xué)科關(guān)鍵能力能夠反映學(xué)生接受物理課程學(xué)習(xí)后在理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實驗探究能力和創(chuàng)新能力等方面的發(fā)展與變化［１］。高考評價體系中的關(guān)鍵能力，是指即將進(jìn)入高等學(xué)校的學(xué)生所必須具備的能力，即學(xué)生在面對與學(xué)科相關(guān)的生活實踐或?qū)W習(xí)探索問題情境時，能夠高質(zhì)量地認(rèn)識問題、分析問題、解決問題［２］。研究表明，課程改革后高考物理不斷探索能力考查的方式方法，如注重理論聯(lián)系實際、創(chuàng)新試題情境和呈現(xiàn)方式、加強科學(xué)探究能力的考查等，著重考查學(xué)生靈活運用知識解決物理問題的能力［３］。

由經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ

Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｃｏ－ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＯＥＣＤ）發(fā)起的國際學(xué)生測評項目（Ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔｕｄｅｎｔ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ＰＩＳＡ）是目前世界上規(guī)模最大、覆蓋面最廣、受關(guān)注度最高的國際性大數(shù)據(jù)測評項目，是衡量１５歲學(xué)生閱讀、數(shù)學(xué)、科學(xué)能力的評價研究項目。２０２３年６月，ＯＥＣＤ發(fā)布了《ＰＩＳＡ２０２５科學(xué)素養(yǎng)測評框架（草案）》，對科學(xué)測評方向作出了重大調(diào)整［4］，其中，框架明確說明學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)成果由框架中的科學(xué)能力決定［5］。因此，本研究運用文本分析法，對ＰＩＳＡ２０１５與ＰＩＳＡ２０２５科學(xué)素養(yǎng)測評框架內(nèi)容進(jìn)行對比分析研究，旨在為中學(xué)物理關(guān)鍵能力評價提供相應(yīng)的建議。

１" " ＰＩＳＡ科學(xué)素養(yǎng)“十年之變”

ＰＩＳＡ從２０００年開始，每隔３年測評一次。受新冠疫情影響，最新一次測評延后至２０２２年實施測試，以至于本應(yīng)以科學(xué)素養(yǎng)為測評重點的２０２４年相應(yīng)推遲一年。因此，最新出爐的ＰＩＳＡ２０２５科學(xué)素養(yǎng)測評框架與ＰＩＳＡ２０１５科學(xué)素養(yǎng)測評框架形成了遙相呼應(yīng)的“十年之約”。有研究發(fā)現(xiàn)，隨時間推移，測評框架更具體地反映了時代對具備科學(xué)素養(yǎng)的人要求的變化，即ＰＩＳＡ科學(xué)素養(yǎng)框架的革新反映了時代的發(fā)展與進(jìn)步［６］。

１．１" " 框架內(nèi)容之變，顯內(nèi)涵之發(fā)展

ＰＩＳＡ２０１５科學(xué)素養(yǎng)評估框架由情境、能力、知識、態(tài)度四要素組成，且科學(xué)素養(yǎng)是由能力進(jìn)行定義，測評結(jié)果主要通過對學(xué)生能力的考查體現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。四要素之間的關(guān)系如圖１上半部分所示，以能力為主要考查點，學(xué)生需要在特定情境下展現(xiàn)科學(xué)能力，學(xué)生的科學(xué)能力會受所學(xué)的知識與所具備的態(tài)度影響。

ＰＩＳＡ２０２５科學(xué)素養(yǎng)評估框架依然由四要素組成，即情境、能力、知識、科學(xué)認(rèn)同，四者之間的關(guān)系與ＰＩＳＡ２０１５相似，如圖１下半部分所示。值得注意的是，ＰＩＳＡ２０２５科學(xué)素養(yǎng)評估框架淡化了對科學(xué)素養(yǎng)的定義，高度強調(diào)科學(xué)能力觀，強調(diào)科學(xué)知識在日常生活中的應(yīng)用，即科學(xué)教育培養(yǎng)的能力是科學(xué)教育的關(guān)鍵成果。

時過十年，兩輪框架是一脈相承的。ＰＩＳＡ不僅僅關(guān)注學(xué)生表層所學(xué)的科學(xué)知識，更重視學(xué)生通過科學(xué)知識的學(xué)習(xí)而內(nèi)化到自身的科學(xué)能力，以此判斷１５歲少年是否具備應(yīng)對２１世紀(jì)的困難與挑戰(zhàn)。兩輪框架均認(rèn)為科學(xué)能力在特定情境下體現(xiàn)，并且由知識以及內(nèi)在因素而影響。十年的變遷過程中，科學(xué)素養(yǎng)評估框架不斷革新，革新的同時反映了時代對科學(xué)素養(yǎng)內(nèi)涵認(rèn)識的發(fā)展。對比兩次框架可以發(fā)現(xiàn)，情境與知識的分類并沒有發(fā)生變化，主要變化體現(xiàn)在對科學(xué)能力的修改和補充，以及拓展了對學(xué)生價值觀的定義，將２０１５中的“態(tài)度”納入新增的維度“科學(xué)認(rèn)同”之中。可以發(fā)現(xiàn)，ＰＩＳＡ科學(xué)素養(yǎng)評估框架對科學(xué)能力越發(fā)重視，同時，對學(xué)生的內(nèi)在因素進(jìn)行更細(xì)化的闡述，提出更宏觀的要求。

１．２" " 科學(xué)能力之變，呈時代之需要

科學(xué)能力是在科學(xué)教育過程中學(xué)生將科學(xué)知識內(nèi)化自身后表現(xiàn)出的能力，學(xué)生在生活實踐中對科學(xué)的應(yīng)用反映了其科學(xué)能力的強弱。ＰＩＳＡ２０１５認(rèn)為，一個有科學(xué)素養(yǎng)的人參與有關(guān)科學(xué)和技術(shù)的理性論述時需要三種能力，分別是“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”“評價和設(shè)計科學(xué)探究”“科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)”。同時，ＰＩＳＡ２０１５通過一系列認(rèn)知操作對三種能力進(jìn)行描述與解釋，比如，在“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”維度中運用“識別”“評估”“解釋”等動詞進(jìn)行解釋。

隨著時代的飛速發(fā)展，ＰＩＳＡ對科學(xué)能力的要求也發(fā)生變化。ＰＩＳＡ２０２５在ＰＩＳＡ２０１５的基礎(chǔ)上發(fā)展了三種科學(xué)能力，第一種能力保持不變，將后兩種能力合為一種能力，要求學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行“批判性”思考，并新增了一種對科學(xué)信息決策和行動的能力，強調(diào)了科學(xué)信息的重要性。ＰＩＳＡ２０２５的三種科學(xué)能力分別為“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”“構(gòu)建和評估科學(xué)探究設(shè)計，批判性地解釋科學(xué)數(shù)據(jù)和證據(jù)”“研究、評估和使用科學(xué)信息進(jìn)行決策和行動”。同樣，ＰＩＳＡ２０２５通過一系列認(rèn)知操作對三種能力進(jìn)行描述與解釋，比如，“構(gòu)建和評估科學(xué)探究設(shè)計，批判性地解釋科學(xué)數(shù)據(jù)和證據(jù)”運用“識別”“設(shè)計”“評估”等動詞進(jìn)行解釋。

為進(jìn)一步對比ＰＩＳＡ２０１５和ＰＩＳＡ２０２５能力之間的變化趨勢，本研究對ＰＩＳＡ定義三種能力所用的動詞進(jìn)行分析。為了便于整理分析，本研究將描述的文字進(jìn)行歸類和轉(zhuǎn)化，將“描述一系列方法”“得出結(jié)論”歸為“歸納”的動作；將“使用”歸為“應(yīng)用”的動作；將“生成模型”歸為“構(gòu)建”的動作；將“提出方法”“實驗設(shè)計”歸為“設(shè)計”的動作；將“解釋性假設(shè)”歸為“假設(shè)”的動作。經(jīng)過整理，兩次框架中共出現(xiàn)１８個動詞，分別為回憶、認(rèn)識、搜索、歸納、識別、轉(zhuǎn)換、解釋、應(yīng)用、證明、區(qū)分、分析、構(gòu)建、設(shè)計、預(yù)測、評估、假設(shè)、批評、交流。本研究對所出現(xiàn)的動詞次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，并根據(jù)布魯姆認(rèn)知層級對所有出現(xiàn)的動詞進(jìn)行六個維度的分類（表1）。

如表１所示，在ＰＩＳＡ２０１５的基礎(chǔ)上，ＰＩＳＡ２０２５的科學(xué)能力增加或調(diào)整了動作和要求。例如，“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”中增加了“認(rèn)識”“轉(zhuǎn)換”“證明”“設(shè)計”“評估”幾項動作要求；“構(gòu)建和評估科學(xué)探究設(shè)計，批判性地解釋科學(xué)數(shù)據(jù)和證據(jù)”的科學(xué)能力則將“轉(zhuǎn)換”調(diào)至“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”，將“區(qū)分”調(diào)至“研究、評估和使用科學(xué)信息進(jìn)行決策和行動”。由表中數(shù)據(jù)對兩次評價的科學(xué)能力進(jìn)行縱向?qū)Ρ龋梢园l(fā)現(xiàn)ＰＩＳＡ２０２５在“記憶”層面增加“搜索”的動作，反映出學(xué)生需要具備在信息時代的信息檢索能力。ＰＩＳＡ２０２５在“評價”維度增加動作，“批評”的增加意味著需要學(xué)生運用批判性思維進(jìn)行問題的解決，“交流”的增加意味著需要學(xué)生具備合作解決問題的能力。

１．３" " 情境背景之變，隨時事之腳步

ＰＩＳＡ的情境共分為１５類，在三種不同的范圍內(nèi)分為五種不同的應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)一步細(xì)看應(yīng)用領(lǐng)域，ＰＩＳＡ２０２５在應(yīng)用領(lǐng)域中進(jìn)行部分調(diào)整。根據(jù)時代的發(fā)展，ＰＩＳＡ框架對15類情境中的具體情境進(jìn)行了調(diào)整。主要調(diào)整內(nèi)容為新增、刪減、補充以及移動，調(diào)整內(nèi)容如表２所示。

從表中修改的內(nèi)容，可以反映出全球十年以來的變化。比如，２０２０年新冠疫情席卷而來，成為全球流行病。因此，ＰＩＳＡ在個人的“健康與疾病”中新增了疫苗接種，在全球的“健康與疾病”中將流行病的英文單詞“ｅｐｉｄｅｍｉｃｓ”修改為“ｐａｎｄｅｍｉｃｓ”。“ｐａｎｄｅｍｉｃ”代表的是全球性的流行病，說明新冠疫情對社會和經(jīng)濟會造成廣泛的影響。又如，如今科技的發(fā)展迅速，人工智能、虛擬仿真、基因編輯等新科技應(yīng)運而生。因此，ＰＩＳＡ在個人的“當(dāng)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和挑戰(zhàn)”中將“對自然現(xiàn)象的科學(xué)解釋方面的興趣，科學(xué)有關(guān)的興趣愛好、運動和休閑、音樂、個人技術(shù)”修改為“科學(xué)相關(guān)的新科技，例如基因編輯、虛擬現(xiàn)實”，并在地方/國家的“當(dāng)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和挑戰(zhàn)”中新增人工智能的使用。從ＰＩＳＡ對環(huán)境以及科技兩類應(yīng)用領(lǐng)域的更新和修正，反映出十年以來全球的環(huán)境與科技相對其他應(yīng)用領(lǐng)域而言變化稍大，引起了各地對應(yīng)機構(gòu)的重視。科技是把雙刃劍，增進(jìn)人類福祉的同時也帶來了一定的危害。因此，ＰＩＳＡ在地方/國家的“危險”中新增了面部識別，并在全球的“危險”中新增能源及其生產(chǎn)，如水力、壓裂、核能、天然氣。

從ＰＩＳＡ的情境選擇中可以看出，ＰＩＳＡ考慮學(xué)生１５歲之前可能已經(jīng)獲得的知識和理解，選取與學(xué)生興趣和生活相關(guān)性較大的，且貼合時代的情境。在此種情境下，學(xué)生能夠運用科學(xué)能力，并且在特定情境問題解決的過程中，對于個人和社區(qū)提高、維持生活質(zhì)量以及制定公共政策具有一定價值。但ＰＩＳＡ科學(xué)評估并非對情境的評估，它評估的是特定背景下的科學(xué)能力和科學(xué)知識。

２" " ＰＩＳＡ“十年之變”對物理學(xué)科關(guān)鍵能力評價的啟示

２．１" " 以真實情境為載體，增強試題的時代性

情境的創(chuàng)設(shè)，問題的設(shè)置，能夠讓學(xué)生置身于特定情境中，激發(fā)學(xué)生開啟主動思考、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、推理論證、問題解決的過程。面對試題，學(xué)生需要經(jīng)歷從情境到物理模型的過程。

根據(jù)如上分析可知，ＰＩＳＡ在框架中強調(diào)情境的重要性，注重情境的時代性，強調(diào)個體通過情境展現(xiàn)科學(xué)能力。因此，提出如下幾點啟示：（１）對于試題的命制，不應(yīng)為了情境而情境，此種情況易造成“假情境”的試題。命題者應(yīng)以情境為載體，以能力為落腳點進(jìn)行命題，即在所需要考查的能力下選取合適的情境進(jìn)行試題命制。（２）情境應(yīng)緊跟時代，貼合學(xué)生實際。試題情境可以從教材情境出發(fā)，拓展教材問題情境。比如，粵教版高中《物理》必修一第二章第四節(jié)“資料活頁”中的“微重力落塔”，學(xué)生對微重力和失重兩個概念容易混淆，需要對微重力的概念進(jìn)行理解，運用已學(xué)的運動學(xué)相關(guān)知識對兩個概念進(jìn)行區(qū)分。（３）情境應(yīng)當(dāng)豐富且合理。物理學(xué)科與生活和科技具有天然的聯(lián)系，生活處處是物理，科技處處用物理，因此物理試題中以生活以及科技為情境占多數(shù)。創(chuàng)設(shè)多元情境，可以參考ＰＩＳＡ的15類情境分類，增加情境的靈活性、新穎性。比如，增加自然資源情境下的命題，草魚的魚鰾通過控制大小鰾室中氣體的體積控制魚體的沉浮，以此作為情境，考查學(xué)生通過模型建構(gòu)運用力學(xué)的知識解決問題的能力。

２．２" " 以物理關(guān)鍵能力為重心，助力創(chuàng)新人才培養(yǎng)

《中國高考評價體系》中指出“關(guān)鍵能力”是“四層”中的一層，它是支撐和體現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)要求的能力表征［７］。物理學(xué)科關(guān)鍵能力在眾多物理學(xué)科能力要素中處于中心位置，是能起決定作用的能力，它的價值不在于“全面”，而在于“關(guān)鍵”。目前，不少學(xué)者對學(xué)科關(guān)鍵能力進(jìn)行了歸類［８］，結(jié)合ＰＩＳＡ科學(xué)能力十年的發(fā)展和變化，這啟示了物理教育的研究者們，物理關(guān)鍵能力并非一成不變，而應(yīng)與時俱進(jìn)，實時創(chuàng)新，需要以當(dāng)下時代所需要的創(chuàng)新人才為落腳點，更新和發(fā)展物理學(xué)科關(guān)鍵能力。

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)離不開物理核心素養(yǎng)的塑造，物理核心素養(yǎng)需要物理關(guān)鍵能力的測評進(jìn)行量化。ＰＩＳＡ能力的十年之變，啟示命題者應(yīng)加強對如下幾點物理能力的考查：（１）加強對學(xué)生信息獲取、收集、整理能力的考查。考查過程中，可以通過呈現(xiàn)文字、圖像、表格等形式，并適當(dāng)加大信息的容量，考查學(xué)生對信息的提取、篩選、分類、歸納、整合，進(jìn)一步構(gòu)建物理圖景，分析物理過程，從而解決物理問題的能力。（２）注重創(chuàng)新性思維和批判性思維的考查。學(xué)生完成試題的過程是進(jìn)行知識遷移與應(yīng)用的過程，而科技的推陳出新、學(xué)科的發(fā)展需要學(xué)生經(jīng)歷質(zhì)疑創(chuàng)新的過程。因此，命題過程中可以適當(dāng)增加設(shè)計實驗進(jìn)行探究的主觀題，讓學(xué)生自行創(chuàng)設(shè)實驗方案。（３）凸顯對運用物理知識進(jìn)行實踐能力的考查。物理課程不僅需要培養(yǎng)學(xué)生成為祖國未來的物理學(xué)家或工程師，還需要學(xué)生在學(xué)習(xí)物理后能夠在生活中具備“科學(xué)家思維”，即能夠像科學(xué)家一樣，面對真實問題時，調(diào)用物理知識，運用物理思維，進(jìn)行思考和抉擇。比如，能夠運用電學(xué)的知識分析家庭電路中發(fā)生故障的原因，并采取合適的解決方案。

２．３" " 以核心價值為導(dǎo)向，強化育人功能

立德樹人是教育的根本任務(wù)，落實立德樹人的任務(wù)應(yīng)該存在教育每一環(huán)節(jié)的方方面面。雖然關(guān)鍵能力能夠體現(xiàn)核心素養(yǎng)的某些內(nèi)容，但是關(guān)鍵能力并不是核心素養(yǎng)的全部。關(guān)鍵能力的考查應(yīng)該重視，但也要關(guān)注到學(xué)生的正確價值觀和必備品格，避免唯關(guān)鍵能力命題的傾向。因此，核心價值將體現(xiàn)在試題考查過程中情境的選擇和試題文字的描述。比如，背景材料從大國重器入手，引導(dǎo)學(xué)生密切關(guān)注我國科技前沿，培養(yǎng)學(xué)生愛國主義精神；又如，背景材料從物理學(xué)史入手，引導(dǎo)學(xué)生重走物理學(xué)探究發(fā)現(xiàn)之路，體會科學(xué)家探索精神；再如，情境材料從我國古代勞動智慧入手，體會古代勞動人民運用物理知識解決農(nóng)作困難的智慧，培養(yǎng)學(xué)生的民族文化觀。

３" " 總" "結(jié)

以評促教，評價的落實可以促進(jìn)教學(xué)的改革。結(jié)合ＰＩＳＡ“十年之變”的啟示，試題命制應(yīng)遵循“以真實情境為載體，以物理學(xué)科關(guān)鍵能力為重心，以核心價值為導(dǎo)向”的路線，突出綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性，引導(dǎo)學(xué)生提升其綜合能力和學(xué)科素養(yǎng)。

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（欄目編輯" " 李富強）