從PISA 2015科學(xué)素養(yǎng)測評的變化看中學(xué)科學(xué)能力測評的發(fā)展趨勢

張麗娜 張一平

PISA科學(xué)素養(yǎng)測評考察的是15歲學(xué)生在多大程度上掌握了科學(xué)方面的終生學(xué)習(xí)能力，以及為理解和解決未來生活中可能涉及的一系列科學(xué)技術(shù)問題所做的準(zhǔn)備情況。從發(fā)展脈絡(luò)來看，PISA科學(xué)素養(yǎng)測評既重視對既往測評繼承，同時(shí)隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步不斷進(jìn)化。與之前的PISA科學(xué)素養(yǎng)測評相比，PISA 2015科學(xué)素養(yǎng)測評（以下簡稱“2015科學(xué)測評”）在概念界定及測量工具上都有明顯變化。PISA測評不局限于學(xué)校的課程內(nèi)容，但其測評對象是義務(wù)教育完成階段的15歲學(xué)生，2015科學(xué)測評的變化趨勢對我國中學(xué)階段科學(xué)教育不斷進(jìn)步、完善，具有一定參考價(jià)值。

一、界定上的變化

PISA評估的是15歲學(xué)生對未來生活所做的準(zhǔn)備。PISA科學(xué)素養(yǎng)測評不僅是評估15歲學(xué)生對科學(xué)知識(shí)的了解程度，而且評估他們可以用所知道的知識(shí)做什么，以及如何創(chuàng)造性地將科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中。其要求學(xué)生在一定的個(gè)人、地域和國家、全球等情景中，展現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的具體能力。

2015科學(xué)測評將科學(xué)素養(yǎng)界定為：作為具有反思意識(shí)的公民，能夠參與討論與科學(xué)有關(guān)的問題，提出科學(xué)見解的能力。2015科學(xué)測評框架的整體結(jié)構(gòu)包括“能力”“知識(shí)”“情景”“態(tài)度”四個(gè)部分。此框架是在PISA 2006科學(xué)素養(yǎng)測評（以下簡稱“2006科學(xué)測評”）框架的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，與2006科學(xué)測評相比，2015科學(xué)測評的主要變化在科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵上，主要表現(xiàn)在“能力”“知識(shí)”上。

1. 對科學(xué)能力界定的變化——進(jìn)一步突出對學(xué)生評估與反思能力的關(guān)注

2006科學(xué)測評將科學(xué)能力劃分為識(shí)別科學(xué)問題、科學(xué)地解釋現(xiàn)象、運(yùn)用科學(xué)證據(jù)三個(gè)維度，2015科學(xué)測評將科學(xué)能力劃分為科學(xué)地解釋現(xiàn)象、評價(jià)并設(shè)計(jì)科學(xué)調(diào)查、科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)三個(gè)維度。PISA 2015不僅要求設(shè)計(jì)完整的科學(xué)調(diào)查，還要求對科學(xué)調(diào)查設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià);不僅要求利用證據(jù)得出結(jié)論，還進(jìn)一步要求解釋有所偏差的數(shù)據(jù)和證據(jù)的能力。

從新增題目與既有題目中三種能力的題目所占比例來看，“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”基本相同，“評估與設(shè)計(jì)科學(xué)調(diào)查”略有增加，“科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)”略有減少?？傮w上，三種能力的題目所占的比例變化不大，“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”約占50%，“評估與設(shè)計(jì)科學(xué)調(diào)查”約占20%，“科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)”約占30%。雖然2015科學(xué)測評進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了“評估與設(shè)計(jì)科學(xué)調(diào)查”的能力，但“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”在PISA科學(xué)素養(yǎng)中仍然占據(jù)主要地位。

2. 對科學(xué)知識(shí)界定的變化——進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)知識(shí)的建構(gòu)過程及過程中理論、假設(shè)、觀察的功能理解

2006科學(xué)測評將科學(xué)知識(shí)劃分為科學(xué)的知識(shí)、關(guān)于科學(xué)的知識(shí)兩種類型。2015科學(xué)測評在2006科學(xué)測評的基礎(chǔ)上將科學(xué)知識(shí)進(jìn)一步劃分為內(nèi)容性知識(shí)、程序性知識(shí)（關(guān)于概念和程序的知識(shí)）、認(rèn)知性知識(shí)（理解科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)和背后原理）三種類型。2015科學(xué)測評的“內(nèi)容性知識(shí)”與2006科學(xué)測評的“科學(xué)的知識(shí)”大體相同，2015科學(xué)測評的“程序性知識(shí)”和“認(rèn)知性知識(shí)”由2006科學(xué)測評的“關(guān)于科學(xué)的知識(shí)”進(jìn)一步發(fā)展而來?？偟膩碚f，與2006科學(xué)測評相比，2015科學(xué)測評在強(qiáng)調(diào)內(nèi)容性知識(shí)的同時(shí)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)理解知識(shí)的建構(gòu)過程，以及對知識(shí)建構(gòu)過程中理論、假設(shè)和觀察等科學(xué)方法功能的理解。

從新增題目與既有題目中三類知識(shí)的題目所占比例來看，“內(nèi)容性知識(shí)”減少約12%，“程序性知識(shí)”增加約8%，“認(rèn)知性知識(shí)”增加約4%?？傮w上，“內(nèi)容性知識(shí)”約占55%，“程序性知識(shí)”約占30%，“認(rèn)知性知識(shí)”約占15%，“內(nèi)容性知識(shí)”占比呈下降趨勢，“程序性知識(shí)”與“認(rèn)知性知識(shí)”占比呈上升趨勢。這體現(xiàn)了PISA科學(xué)素養(yǎng)測評對15歲階段的學(xué)生的期望：初步具備像科學(xué)家一樣思考和參與理性探討的能力;不僅是對既定科學(xué)知識(shí)的記憶和運(yùn)用，同時(shí)需要培養(yǎng)基于知識(shí)生產(chǎn)的邏輯，評價(jià)取得的知識(shí)的可信程度的能力。雖然“內(nèi)容性知識(shí)”占比有所下降，但其占比仍超過50%，這體現(xiàn)了在三種類型的知識(shí)中，對于15歲階段的學(xué)生來說，對內(nèi)容性知識(shí)的掌握仍然是首要和基礎(chǔ)的。

3. 對科學(xué)情境界定的變化——層次性更加清晰，全球?qū)用娴谋戎厣仙?/p>

2006科學(xué)測評將科學(xué)情境劃分為個(gè)人、社會(huì)、全球三個(gè)層面。2015科學(xué)測評將科學(xué)情境劃分為個(gè)人（有關(guān)學(xué)生和家庭日常生活的情境）、地域和國家（學(xué)生所生活的區(qū)域性情境）、全球（跨越國界的國際性情景）三個(gè)層面。2015科學(xué)測評對科學(xué)情景的界定和分類與2006科學(xué)測評基本相同，最大的變化是將2006科學(xué)測評中的“社會(huì)的”改為“地域和國家的”，使三個(gè)層面之間的層次性更加清晰。

從新增題目與既有題目中三個(gè)層次的題目所占比例來看，“個(gè)人情境”基本相同，“地域和國家情境”減少約20%，“全球情境”增加約20%。總體上，“個(gè)人情境”約占10%，“地域和國家情境”約占60%，“全球情境”約占30%。雖然2015科學(xué)測評增加了“全球情境”的比重，但“地域和國家情境”仍然占據(jù)主要地位。

4. 對科學(xué)態(tài)度界定的變化——更加重視評價(jià)與反思的價(jià)值取向

PISA認(rèn)為，科學(xué)素養(yǎng)是一種勝任力，不僅包括學(xué)生的能力，還包括學(xué)生對科學(xué)的態(tài)度傾向。對科學(xué)問題的解答不僅僅需要相關(guān)技能和知識(shí)，也取決于學(xué)生對科學(xué)問題的參與“愿意”。學(xué)生對科學(xué)的態(tài)度傾向，不僅影響其是否進(jìn)一步學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，而且影響其今后參與科學(xué)活動(dòng)，以及有效地運(yùn)用科學(xué)的概念和方法。PISA對科學(xué)態(tài)度的調(diào)查采用的是問卷調(diào)查方式。

2006科學(xué)測評從興趣、對科學(xué)探究的支持、責(zé)任三方面調(diào)查學(xué)生對科學(xué)的態(tài)度。2015科學(xué)測評從科學(xué)興趣、評價(jià)科學(xué)探究方法的價(jià)值、環(huán)境意識(shí)三方面進(jìn)行調(diào)查。2015科學(xué)測評對科學(xué)興趣、環(huán)境意識(shí)的界定與2006科學(xué)測評對興趣、責(zé)任的界定基本相同，主要的變化在于PISA 2015將2006科學(xué)測評中“對科學(xué)探究的支持”提升為“評價(jià)科學(xué)探究方法的價(jià)值”。2006科學(xué)測評中“對科學(xué)探究的支持”只是考查支持程度，而2015科學(xué)測評中“評價(jià)科學(xué)探究方法的價(jià)值”是從本質(zhì)上去理解科學(xué)探究過程、評價(jià)科學(xué)探究方法的價(jià)值。這種重視評價(jià)與反思的價(jià)值取向，與2015科學(xué)測評對科學(xué)能力界定的變化方向相一致。

5. 對認(rèn)知需求層次的界定——進(jìn)一步細(xì)化知識(shí)和能力結(jié)構(gòu)，認(rèn)知需求的層次略有所上升

借鑒知識(shí)深度的框架，2015科學(xué)測評構(gòu)建了科學(xué)素養(yǎng)的能力標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)類型的認(rèn)知需求框架，將題目的“認(rèn)知需求”劃分為低、中、高三個(gè)層次。其中，低層次為實(shí)施只有一個(gè)步驟的程序，如回憶事實(shí)、術(shù)語、原理或概念，從圖表中定位一個(gè)簡單的信息等;中層次為使用或應(yīng)用概念性知識(shí)描述或解釋現(xiàn)象，選擇恰當(dāng)?shù)?、包含兩步或者更多步驟的程序，如組織或展示數(shù)據(jù)，解釋或使用簡單的數(shù)據(jù)包、圖表等;高層次為分析復(fù)雜信息或數(shù)據(jù)，綜合處理或評價(jià)證據(jù)、證明，推理已有的各種來源，制定計(jì)劃或一系列步驟以解決問題。

認(rèn)知需求的難度所強(qiáng)調(diào)的是認(rèn)知加工過程的難易度，與知識(shí)難度相關(guān)，但又不同于知識(shí)難度。2015科學(xué)測評通過對科學(xué)素養(yǎng)能力標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)類型的認(rèn)知需求框架的構(gòu)建，進(jìn)一步細(xì)化知識(shí)和能力結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了一個(gè)評價(jià)學(xué)生認(rèn)知加工能力的新視角。

在2015科學(xué)測評的184道題目中，“低認(rèn)知需求”約占30%，“中認(rèn)知需求”約占60%，“高認(rèn)知需求”占約10%，90%以上的題目屬于中低認(rèn)知需求層次，這符合15歲階段學(xué)生的實(shí)際狀況。從新增題目與既有題目中三個(gè)層次的題目占比看，“低認(rèn)知需求”減少約10%，“中認(rèn)知需求”增加約10%，“高認(rèn)知需求”基本相同，總體上對認(rèn)知需求的要求有一定上升。

二、測試形式上的變化

2015科學(xué)測評在測試形式上有兩個(gè)顯著的變化：一是從紙筆測試到計(jì)算機(jī)化測試的轉(zhuǎn)變，二是引入人機(jī)交互式動(dòng)態(tài)題目。此外，在項(xiàng)目形式的分布上也有一定的變化。

1. 測試方式的變化——從紙筆測試到計(jì)算機(jī)化測試

2015科學(xué)測評首次大規(guī)模采用計(jì)算機(jī)化測試模式。與紙筆測試模式相比，計(jì)算機(jī)化測試除了提供傳統(tǒng)紙筆式測試的文本、圖表等呈現(xiàn)方式外，還能提供立體圖像、視頻等更豐富的呈現(xiàn)方式，特別是模擬實(shí)驗(yàn)功能，為更深入地考查學(xué)生的科學(xué)探究能力提供了可能。

2. 人機(jī)交互式新題型——引入人機(jī)交互式新題型，更深入地考查學(xué)生的科學(xué)探究能力

2015科學(xué)測評充分利用計(jì)算測試的優(yōu)勢，引入人機(jī)交互式動(dòng)態(tài)題目。人機(jī)交互式題目需要通過被試與計(jì)算機(jī)之間的互動(dòng)才能完成，被試不同的操作會(huì)令他們在計(jì)算機(jī)屏幕上看到不同的反饋內(nèi)容，被試需要利用計(jì)算機(jī)的反饋信息進(jìn)行進(jìn)一步的解答。例如，PISA 2015科學(xué)樣題“在炎熱天氣下奔跑”就是一道人機(jī)交互式題目。題目要求被試首先要將計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的滑塊移動(dòng)到不同的溫度和濕度水平，收集在不同的溫度和濕度條件下，運(yùn)動(dòng)1小時(shí)后跑步者的失水量和體溫的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后用結(jié)果進(jìn)一步給出解答。

與標(biāo)準(zhǔn)式靜態(tài)題目相比，人機(jī)交互式動(dòng)態(tài)題目更側(cè)重于“評價(jià)和設(shè)計(jì)科學(xué)調(diào)查”和“程序性知識(shí)”的測評，對認(rèn)知需求的要求相對較高。靜態(tài)的題目一般只能提供一組固定的信息，雖然也能在一定程度上考查學(xué)生的評估與設(shè)計(jì)科學(xué)調(diào)查方面的能力，但難以考查學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、選擇變量，以及在科學(xué)實(shí)驗(yàn)反復(fù)試行過程中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題等科學(xué)探究所必需的更深層次的能力。

三、2015科學(xué)測評的變化帶來的啟示

1. 注重學(xué)生科學(xué)探究能力及運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)

借鑒2015科學(xué)測評的發(fā)展變化趨勢，我國基礎(chǔ)教育階段的科學(xué)教育應(yīng)在注重基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)的掌握和基本科學(xué)能力的培養(yǎng)的同時(shí)，更加重視學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解，關(guān)注學(xué)生能否將所學(xué)的科學(xué)知識(shí)進(jìn)行遷移與應(yīng)用，進(jìn)一步提升學(xué)生的科學(xué)探究能力及運(yùn)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力。

2. 重視學(xué)生對計(jì)算機(jī)化測評方式的掌握

測試計(jì)算機(jī)化是2015科學(xué)測評的一個(gè)顯著變化，這一變化為PISA科學(xué)素養(yǎng)測評提供了許多新的可能性，但學(xué)生對計(jì)算機(jī)化測試方式的熟練程度對測量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的影響。2015科學(xué)測評的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，ICT資源是影響部分參加國家或地區(qū)學(xué)生科學(xué)成績的一個(gè)重要因素，其主要是通過影響學(xué)生對計(jì)算機(jī)化測試的熟練程度來影響學(xué)生的科學(xué)成績。

測評的計(jì)算機(jī)化是一個(gè)發(fā)展趨勢，我國各級教育行政部門應(yīng)加大相關(guān)投入，充分發(fā)揮學(xué)校在學(xué)生能力培養(yǎng)中的作用，努力縮小學(xué)生在計(jì)算機(jī)化測試的熟練程度上的差異。

3. 重視在接近真實(shí)的情境下對學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力的考查

與傳統(tǒng)的紙筆式靜態(tài)題目相比，人機(jī)交互式動(dòng)態(tài)題目充分發(fā)揮了計(jì)算化測試在科學(xué)能力測試中的優(yōu)勢，其提供的模擬實(shí)驗(yàn)功能可在更接近真實(shí)的情境下深入考查學(xué)生的科學(xué)探究能力。我國的相關(guān)部門應(yīng)組織有關(guān)專家及一線教師對人機(jī)交互式動(dòng)態(tài)題目展開深入研究，為科學(xué)教育提供更有效的測評工具，促進(jìn)我國基礎(chǔ)教育階段學(xué)生科學(xué)能力的進(jìn)一步提升。

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注：本文系國家社會(huì)科學(xué)基金教育學(xué)一般課題“PISA視角下中國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的中學(xué)生發(fā)展基礎(chǔ)素養(yǎng)狀況及提升路徑研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：BHA170147）的研究成果。

責(zé)任編輯 黃博彥