由PISA2015测试探寻理科教学及评价改进的“风向标”①

张莉娜+冯华

摘要在对PISA2015测试及其结果进行研究的基础上，分析PISA2015测试带来的国际理科教育趋势：科学素养是学生核心素养的重要组成部分，能力培养是学生科学素养提升的关键；知识的内涵扩展了，需要特别关注知识“冰山”下的内容；注重学生积极态度的培养与引导。PISA2015测试给我国理科教育评价及其研究带来启示：要关注教育评价及其系统研究，注重学生能力与认识方式的形成，关注实践学习与正向态度的培养与引导。

关键词PISA2015；科学素养；内容性知识；程序性知识；认识性知识；理科教育评价；教育评价；正向态度

中图分类号G63

文献标识码B

文章编号1002-2384（2017）10-0019-03

PISA作为一项学生能力国际评价计划，不但能够反馈参与测试学生的阅读素养、数学素养、科学素养水平，而且有助于研究参与测试的国家或地区的学生学习环境、性别差异、教育公平等诸多教育问题，因此该项测试在世界各国备受关注。本研究在持续追踪PISA测试、深入分析PISA2015测试框架、在实践中对比PISA试题与我国中高考试题特点的基础上，分析得出当下国际教育的趋势，以及对理科教育的启示。

一、从一道有趣的PISA题目谈起：在特定情境下评价学生应用知识的能力

PISA2015测试重点是科学素养，中国的北京、上海、江苏、广东的学生参加测试之后，反映PISA题目很有趣。PISA到底怎样呈现题目？我们来看一道有关温室效应的测试题目。

阅读文字并回答下列问题：

生物需要能量才能生存，而维持地球生命的能量来自太阳。太阳非常炽热，将能量辐射到太空中，但只有一小部分的能量会到达地球。地球表面的大气层，就像包裹着我们的星球表面的毯子一样保护着地球，使它不会像真空的世界那样，有极端的温差变化。大部分来自太阳的辐射能量，会穿过大气层进入地球。地球吸收了部分能量，其他则由地球表面反射回去。部分反射回去的能量，会被大气层吸收。由于这个效应，地球表面的平均温度比没有大气层吸收能量时的平均温度高。大气层的作用就像温室一样，因此有了“温室效应”一词。温室效应在20世纪越来越显著。事实表明，地球大气层的平均温度不断上升。报纸杂志上常说，二氧化碳排放量增加，是20世纪气温上升的主要原因。小德有兴趣研究地球大气层的平均温度和地球上二氧化碳排放量之间的關系。他在图书馆找到下面两幅曲线图。

小德从曲线图中得出结论，认为地球大气层平均温度的上升，显然是由二氧化碳排放增加而引起的。

问题1：曲线图中有什么数据支持小德的结论？

问题2：小德的同学小妮却不同意他的结论。她比较两幅曲线图，指出其中有些资料并不符合小德的结论。请从曲线图中举出一项不符合小德结论之处，并说明理由。

问题3：小德坚持自己的结论，即地球平均温度的升高，是由于二氧化碳排放的增加而引起的，但小妮则认为他的结论太草率。她说：“在接受这个结论之前，你必须确定在大气层内其他会影响温室效应的因素维持不变。”请写出小妮所指的其中一个因素。

通过对样题的解析，我们可以得出如下认识。问题1不仅要求学生了解在两个图当中数据的表达方式，更要求学生根据证据得出科学的结论，这是认识性知识的特征之一。根据研究框架的情境分类，该问题属于环境领域、全球范畴的问题。这个问题，需要涉及几个链接步骤来阐释图，因此可归类为中等认知需求。问题2要求学生探求/质疑两个图的细节，其知识、能力、情境和认知需求的框架与问题1相同。问题3要求学生能用证据来支持判断，这类知识属于程序性知识（见表1）。

通过上面这道题目，我们不难看出PISA题目的一个特点，就是将学科知识的学习蕴含在真实情境下，在特定情境下评价应用知识的能力。PISA2015 测试框架中的情境是指学生在进行科学学习过程中涉及的知识产生和应用的情境，主要包括健康与疾病、自然资源、环境质量、危害（Hazards）、科学和技术前沿五个维度，在个人、地区/国家及全球三个空间范围的相关情景中的应用。[1]

二、从PISA2015看国际理科教育“风向”：重能力培养、重“冰山”下的知识、重积极态度

在PISA测试结果公布后，除了总分排名外，排名靠前的国家和地区的教育特色往往是备受关注的教育研究方向。我们从PISA2015科学测试中，可以看出国际理科教育的大体“风向”。

1. 能力培养是学生科学素养提升的关键

PISA侧重评价学生在走出校门、步入社会之后，作为合格的社会公民应该具备的素养水平。PISA2015将科学素养界定为核心能力，包括三种能力：科学地解释现象，设计和评价科学探究，科学地阐释数据和证据的能力。分别考查学生在认识、解释和评价科学现象和技术产品方面的能力；描述和评价科学探究，并科学地提出问题解决的方法；以及在分析和评价不同的科学数据、科学主张和科学论证的表达方式，得出恰当结论时展示的能力要素。

关于PISA的研究表明，能力是构筑科学素养的核心。在界定三种能力的基础上，PISA2015采用逐层细化的思路，将上述三种能力分别细化为15项能力考查点。如“科学地阐释数据和证据”可以细化为五个考查点，它们分别是：（1）转换数据表达方式；（2）分析、阐释数据，得出结论；（3）识别科学文献中的假设、证据和推理；（4）区分基于科学证据或理论推导得出的论证和基于其他考虑得出的论证；（5）评价来自不同资源（如报纸、互联网、期刊）的科学论证和证据。上述这些细化的能力要素，不仅可以作为题目的评价指标，也可以作为教师授课的教学目标，以及学生课堂表现的评价指标。这为我们将科学素养的养成教育落实在每一节课上提供了可操作的抓手。endprint

2. 特别关注知识“冰山”下的内容

PISA2015测试框架中，将知识界定为“内容性知识”“程序性知识”“认识性知识”。这就好像铸就了一座知识“冰山”，大大扩展了我们传统意义上对知识的认识。其中，内容性知识是我们传统意义上界定的知识，位于知识“冰山”的最上部。PISA强调的不是细枝末节的知识点，而是对核心知识认识的评价，如物质科学（包括物理、化学）当中的内容性知识包括物质结构、物质性质、物质的化学变化、运动和力、远距离相互作用、能量及其转化、能量和物质之间的相互作用。程序性知识位于知识“冰山”的中部，包括变量以及控制变量的策略，测量，应用表格、图形和图表来阐释数据或从中提取数据，减小误差与保证数据准确的方法，对于给定的科学问题设计恰当的研究方案等。这些考查点对科学实践类课程的评价提供了可参照的抓手。认识性知识是关于建构的一类知识，它是界定构成科学流程重要特征的一类知识，用于判断科学知识的产生。科学家往往对于这类知识更为熟悉，这类知识更接近于策略，位于知识“冰山”的最下层。“科学当中推理的本质，如演绎、归纳、溯因、类比、基于模型推理等”“科学数据和推理是如何支持科学主张的”“科学观察、事实、假设、模型和理论的本质”等都属于认识性知识。我们希望学生能像科学家一样思考，能具有较强的科学实践能力，知识是基础。只不过，知识不仅仅包括“冰山”上可见的客观知识，还包括实践当中需要用到的观察、测量与控制变量等知识，包括归纳、演绎、溯因、科学推理等科学的思维方式。

3. 注重积极态度的培养与引导

PISA2015测试以学生问卷的形式测量学生对科学的态度。科学态度具体测查三方面内容：学生对科学的兴趣，注重科学方法对于探究的作用，环保意识。对PISA的研究表明，科学态度对学生科学素养的养成非常重要。因为，科学教育的目标之一就是培养学生参与科学问题的积极态度，这种态度可以支持学生获取科学技术知识，并在生活中应用知识、服务社会，提高自我效能感。

三、从PISA2015看理科教育评价及其研究：关注系统研究、关注学生、关注正向态度

持续研究PISA可以发现，PISA2015测试给理科教育评价及其研究带来了深刻的启示。

1. 关注系统研究

PISA测试有如下四个特点。第一，基于公民素养研究。PISA研究近十年来社会对未来人才培养最关注的几个领域，包括：科学素养、數学素养、问题解决、财经素养等，并认为这些素养是最重要的理科核心素养。第二，基于最新研究成果开发试题。PISA的每一道题目设计都是根据情境、能力、知识、态度四个维度的科学素养测试框架开发，每个领域的测试框架往往代表了最新的研究成果。以此为基础，由学者牵头，进行试题的开发与论证。第三，严谨科学的评价实施过程。PISA历次测试都是在世界范围内进行层层抽样，抽取各国、各地区15岁的学生样本，进行科学测试与评价。第四，及时先进的结果反馈设计。由于PISA测试框架具有先进性，其评价过程严格按照测试框架和实施要求进行，它的测试结果报告也按照框架撰写发布，充分发挥了评价的反馈功能，因此具有先进性和稳定性，可供各国教育参考。

2. 关注教育评价及其导向作用

从教育评价的视角来看，PISA是规范的评价研究的范本。参与PISA测试，亲历国际大型教育评价及其研究，对于我国教育评价及其系统研究具有重要意义。其一，无论是以中考、高考为代表的终结性考试，还是以日常作业为代表的形成性评价，都应该以学生核心素养的学科落实为导向，从学生学习评价的视角，注重检测学生的习得，基于研究形成评价框架，基于评价框架进行评价项目的开发、科学实施与反馈。其二，教育评价的实施是在整个教育系统中进行的，因此我们要关注教育系统中的诸多要素，比如：学生、教师、学校，学习、教学、课程。教育评价中最受关注的是学生的学业评价，学生的学习效果是受到课程、教师、学校氛围、教育资源等多方面要素影响的，需要协同运作，统筹设计。

3. 关注学生能力与认识方式的形成

PISA测试是基于学生学习效果的评价研究。在整个教育系统中，学生是最应该受到关注与呵护的对象。从新闻报道以及我们日常在学校与学生的接触当中不难发现，我国学生的高学业表现水平在很大程度上是以大量学习时间为保障的。过长的学习时间和重复的机械学习与记忆，特别是以通过考试为目标的学习，往往会降低学生对学习内容的兴趣，形成功利的学习动机，这不利于学生创造力的培养与理想的确立。

关注学生学习的教育，需要教育工作者更加关注学生能力及科学思维的培养。因为，当我们的教学不是过度训练学生对细碎知识点的掌握，而是触动了学生认识方式的形成时，如让学生学会归纳、演绎与归因，往往会影响学生一生的发展。

4. 关注实践学习与正向态度的培养与引导

以理科实验为代表的实践类学习往往面临这样的问题：以动手操作为代表的活动与项目学习，最终用纸笔测试来考查，日常教学中更是忽视对实践学习效果的评估。科学实践类课程应该在关注学生参与的同时，关注学生的学习效果。这种学习效果既包括对学生技能与科学思维的培养，也包括以保持学生的好奇心与探究欲望为教学核心价值，对学生正向科学态度的引导。对PISA测试的研究，为我们提供了学生实践类课程的评价以及正向态度培养与引导的可操作性参考，为我们的课程开发、教学设计以及学生学习评价提供了有用的抓手。

参考文献：

[1] OECD.PISA2015 Draft Science Framework[EB/OL].（2015-03-17）[2017-09-05].http：//www.oecd.org/pisa/pisaproducts/Draft%20 PISA%202015%20Science%20Framework%20.pdf.

注释：

① 本文为北京教育科学“十二五”规划青年专项课题“北京市中小学生科学素养发展水平的评价研究——基于学习进阶”（课题编号：CAA14006）的研究成果之一。endprint