OECD/PISA研究中科学素养评价的内容

教师之友网

OECD/PISA研究中科学素养评价的内容

厦门集美中学 张海和

原载：《生物学通报》2005年第7期

【摘要】 根据 OECD/ PISA 研究报告，简要介绍了OECD/ PISA 研究中科学素养评价的范围。

【关键词】 科学素养 OECD/ PISA 科学教育评价

OECD/PISA是由经济合作及发展组织﹝Organization for Economic Cooperation and Development，以下简称OECD﹞策划的学生基础能力国际研究计划﹝Programme for International Student Assessment，以下简称PISA﹞，是全球范围进行的一项大型学生学习质量比较研究项目。目的是评价15岁学生在完成义务教育之后，是否能够掌握未来生活所需的知识与技能。评价主要分为3个领域：阅读素养、数学素养及科学素养。

在科学素养评价方面，OECD/PISA（以下简称为PISA）将科学素养定义为：“科学素养是应用科学知识，辨别问题和得出以证据为基础的结论，以便理解和帮助作出有关自然界，或者通过人类活动改变自然的决定的能力。”[1]并将科学素养分为3个维度： 科学概念、科学过程技能和科学情境。其中科学情境是指科学素养的评价要选择来自人们日常生活的情境，而不是专业科学家的工作情境。PISA 评价的内容是在日常生活情境下的科学概念和科学过程技能。

1 PISA科学概念和内容

PISA 评价中的科学概念要求学生理解自然现象，以及人类活动对自然的改变；同时也要求学生理解物理学、化学、生物学和空间地球科学中的概念，重点是用这些概念解决现实生活中的科学问题，而不仅仅是识记这些概念。尤其强调那些学生在现在或将来的生活中用得着的科学概念。从科学概念的内容来说，重点是有关生命、健康、地球、环境和技术等应用科学的内容。

PISA认为，科学概念能够使我们把新的经验和已有的认识联结起来。学校课程中的科学概念表达方式不同，分布的范围很广，类型也多种多样，但对我们理解周围世界的科学属性都有帮助。有的概念就直接表明了事物的特征，如哺乳动物、加速度、溶解等；有的概念则表明了事物的一般规则或规律，如物理学中的定律。但并不是所有的科学概念都适合作为科学素养评价的主题，在选择科学素养评价的主题方面，PISA 提出了 4 个原则：

第1， 和日常生活情境有关。不同的科学概念在日常生活中的有用性是不同的，例如，相对论使描述物质的长度、质量、时间和速度关系更加精确；而牛顿定律对理解日常生活中遇见的力和运动等问题更有帮助。这样牛顿定律更加适合作为科学素养评价的主题。

第2， 被选择的科学概念和内容与生活的相关性是持久的，至少是10年甚至10年以上。以科学素养评价为主的计划是在2006年进行，PISA首轮评价的重点确定为那些对科学和公共政策产生重大而持续影响的科学概念。

第3， 被选择的情境是恰当的，在这个情境中，科学素养能够被考察评价。这个情境应该是日常生活的情境，而不是专业科学家的工作情境。

第4， 被选择的科学概念要和被选择的科学过程结合起来。这样可以避免仅仅考察学生记忆单纯的标签性科学概念，或死记科学定义的情况出现。

PISA 选择评价主题的原则是和其科学素养评价目标相适应的。PISA 科学素养评价目标是考查学生适应未来生活的知识和技能，因此其确定主题的原则特别强调“日常生活”和“知识和过程的统一”。根据以上原则，PISA列出了考察的主要的科学主题（如表1[3]）和应用领域（如表2[4]）。表1中的科学概念显示，要评价的科学知识涉及主要的科学领域有：物理、化学、生物学和地球空间科学。表2列举的科学应用领域是现在和今后公民在生活中必需理解和作出决定的主题，这些主题将指导 PISA 科学素养评价作业的设计。

表 1 科学素养评价的主要主题及概念举例

物质的结构和属性（如，导热、导电性） 大气变化 （如辐射，传导和气压） 物理和化学变化（ 如物质状态，反应速度，分解速度） 能量转变（能量守恒，消耗，光合作用） 力和运动 （力的平衡和不平衡，速度，加速度，动力） 形态和功能 （细胞，骨骼，适应） 人类生物学（ 健康，卫生，营养） 生理变化（ 激素，神经） 生物多样性（ 物种，基因库，进化） 基因控制（ 显性，遗传） 生态系统（ 食物链，可持续能力） 地球及其在宇宙中的位置（ 太阳系，每日和季节变化） 地质变化（ 大陆漂移，风化）

表 2 科学素养评价中科学应用的领域

生活和健康中的科学 健康、疾病和营养 物种的维持和可持续利用 物质和生命系统的相互依赖性	技术领域 生物技术 原料的利用和废物处理 能量的利用运输
地球和环境科学 污染 土壤生产和流失 天气和气候

PISA作业的设计尽力提供反映科学应用的真实情境。科学素养评价的测试时间分配主要考虑的因素有：科学领域、科学主题、评价中的科学应用范围和过程。

2 PISA科学过程技能

PISA认为，过程技能是在构思、获取、解释、应用证据或资料，从而得到知识或理解事物的心智（有时是肢体）动作方式。过程技能在涉及一些主题的时候必然要使用，但内容空泛的过程技能是毫无意义的。需要使用到过程技能的主题是非常广泛的，当这些主题来自科学领域或使用这些技能将更好地理解科学，则这些过程技能就是科学过程技能[5]。

在探索自然界的过程中搜集、解释证据、得出结论所需要的技能和理解力，往往都被看作是过程技能。其中搜集证据——设计实验、进行测量、观察、使用适当的仪器等，往往作为学校科学教育的主要目标之一加以发展，让学生体验和理解科学知识的构建过程、科学探究的本质，以及科学知识的本质。但PISA更多地强调利用科学知识得出以证据为基础的结论，而不是搜集证据的能力。在PISA 看来，对大多数公民而言，做科学不是他们日常生活的内容，应用科学才是他们的生活所需要的。这种利用证据得出结论的能力是公民在日常生活中，所需要的受科学教育影响的核心能力。任何公民在遇到问题的时候，都要考虑这涉及哪些科学知识，哪门科学可以解决，哪门科学不能解决。公民要判断哪些证据是有效的? 采取证据的时间和方式能否保证证据的有效性? 最重要的是公民要能够利用这些证据得出结论，能够评估这些证据是支持还是不支持一个具体的行为，这个行为可能影响个人的，或社区的甚至全球的生活。

PISA 科学过程技能的重点是有关获得、解释证据和依据证据办事的能力。并将科学过程技能分为5点，这5点包括：

第1， 确认可以探究的问题。确认可探究的问题是指辨别在一个探究过程中，哪些想法或问题是可以检验的。这样就要能够区分哪些问题是可以检验的，哪些是不可检验的。或者能够在一定的探究情景中提出可以探究的问题。

第2， 辨别探究中需要的证据。辨别科学探究中需要的证据就是辨别哪些信息是有效的试验所必需的信息。这就包括，辨别哪些事情应当做比较，哪些变量应当控制，哪些变量应当设置不同的处理（自变量），还有哪些额外的信息是需要的，搜集数据需要采取哪些行动等等。

第3， 得出或评估结论。从获得的数据中得出结论或以批评的眼光评价这些结论，涉及从获得的科学证据中形成结论，或从多个结论中选择和证据最适合的结论；也涉及根据数据，说明赞同或反对一个给定的结论的理由，或者辨别假设和结论的符合程度。

第4， 传播有效的结论。能够根据情景、拥有的资料和相关的信息，通过适当和清楚的方式向特定的受众，介绍传播从获得的证据和相关资料中得出的有效结论。

第5， 证明对科学概念的理解。通过把适当的科学概念应用到具体的情境中，来证明对科学概念的理解。这些应用如：解释变量之间的关系，解释一种变化的可能原因，对一种变化作出预测，辨别影响某一结果的可能因素，应用科学概念或信息在新的情境中。

为了更好地说明科学过程技能的评价，PISA开发了可供操作的科学过程技能评价项目表（如表3）[6]，以指导评价作业的设计。

表 3 科学过程技能评价项目表

给定的情境	期待反应
1） 确认可以探究的问题 一份探究或过程的清单，在清单中有搜集到的数据和比较描述一个科学探究的问题情景和呈现的情境相关或来自这个情境的几个问题或概念	选择或形成一个可以被检验的问题或概念 形成一个可以被探究的问题 选择其中可以通过探究来检验或回答的问题
2）辨别探究中需要的证据 从需要检验的问题或诱导材料中提 出一个概念或假设	选择检验概念或作出预测所需要的 信息，这些信息如： ①哪些因素是要比较的? ②哪些变量是要改变或控制的? ③哪些附加信息是需要的? ④将会出现哪些反应，以便搜集数据？
3）得出或评估结论 能够得出结论的数据 （ 实验结果、观 察 ） 数 据 （ 实 验 结 果 、观 察 ） 以 及从中得出的结论 数据（ 实验结果、观察） 以及从中得出的结论	作出和数据相应的结论 选择合适的结论，并予解释 说出给定的数据支持或不支持结 论的理由；或者建议数据适应的范围
4）传播有效的结论 能得出不同结论的情境，或者需要信息集合在一起支持结论 （ 建议）的情境，或者特定的受众	形成自己的论点，并向给定的受众清楚地表明自己的论点，这些论点应该有相关的来自诱导材料的证据（ 数据） 支持
5）证明对科学概念的理解 包含预测、解释或信息的情境	在理解科学概念的基础上，或者在给定的材料之外的信息，形成或选择预测或解释或附加信息