评估科学素养 

[摘 要] 科学素养被认为是21世纪公民生活和工作所必须具备的关键能力的核心,而培养学生的科学素养就成了教育的重要使命之一,如何测评学生的科学素养也因此成了研究的重点。本文试图通过介绍欧洲经济合作与发展组织的“国际学生评价项目”对科学素养的界定和评估框架,为评价学生的综合能力提供借鉴。
　　[关键词] 科学素养;科学教育;国际学生评价项目
　　一、PISA简介
　　国际学生评价项目PISA(Programme for International Student Assessment)是欧洲经济合作与发展组织OECD(Organization for Economic Cooperation and Development)成员国合作开展的学校教育评估项目,自2000年开始,每三年测试一次,这也是目前世界上最有影响力的国际学生学习评价项目之一。PISA是由OECD成员国发起并参与的,同时也吸纳其他非成员国和地区参加,中国香港、中国澳门、中国台北都已参加,中国上海计划于2009年参加。参加PISA测试的国家和地区,2000年有43个,2003年为41个,2006年有58个,每个国家或地区参与的学生人数在4500人到10000人之间。PISA现在已发展成国际上最有影响力的学业评价,参与国家和地区的GDP总量占全世界的86%。
　　PISA的研发与实施凝聚了30多个国家和地区的世界一流水平的专家和研究人员的智慧。PISA的评价内容和评价框架都是基于“素养”(literacy)这一概念提出的,其将“素养”定义为:学生运用所学知识和技能,有效进行分析、推论、交流,在各种情境中解决和解释问题的能力。与此相关的一个概念是“关键能力”(key competence),即个人实现自我、终身发展、融入主流社会和充分就业所必需的知识、技能及态度之集合,它们是可迁移的并且发挥着多样化的功能。在义务教育结束时学习者应该具备这些基本的关键能力,并且在后续的终身学习中继续发挥其基础性作用。所以,PISA目的不是监测学校教育相关课程的质量或者学习情况,而在于测量义务教育即将结束时,15岁的学习者有没有准备好可持续的发展素养或者关键能力。
　　PISA以纸笔测验的形式测量学生的阅读能力、数学能力和科学能力,从而了解学生是否具备未来生活所需的知识和技能,同时学生还需完成一份关于他们的背景和态度的调查表。PISA每三年测试一次,每次以一方面能力为主(2/3),其他两个方面能力为辅(1/3)。2000年重点考察阅读能力,2003年的重点是数学能力,2006年则为科学能力,2009年开始第二个循环。另外,PISA在2003年还增加了问题解决能力的测试。
　　本文主要介绍PISA科学素养的内涵、评估内容和测试工具设计。
　　
　　二、科学素养的内涵界定
　　
　　(一)界定科学素养的背景考虑
　　学习者对科技的理解,可以帮助其做好进入现代社会生活的准备。理解科技对人们个人的、社会的、职业的与文化的生活都有着重要的意义。个人生活中遇到的大部分情境、难题和问题都要求理解科技知识,但不是要求个体能完全欣赏、理解或表述科技知识。个人会在个体的、社团的、国家的甚至全球的层次上接触与科技相关的问题。学习者对科技问题的回答能反映出学习者在以后生活中应对各种科技情境的能力。
　　因此,将15岁学习者对“公民在科技环境下最想去了解、评价及做些什么?”这个问题的回答作为国际性评价的基础非常合理,这也是PISA 2006科学素养框架的核心问题。该问题的回答是测评15岁学习者掌握、评价及应用科技知识水平的基础。
　　公民在科技情境下想了解、评价及行动的内容这个问题的答案似乎简单明了。通过该问题,可以了解对科学的理解程度,但该问题还有一个限定词——公民。哪种知识对公民最合适?该问题答案肯定包括科学学科的基本概念,这种科技知识肯定要“运用”于个人生活情境。另外,人们常会遇到要求把科学作为一门学科来理解的情况——也就是说,是一个产生知识并提出对自然世界解释的过程。而且,人们也应注意到科技互补关系,以及基于科学的技术如何发展和影响现代生活。
　　公民在评价科技时什么是最重要的呢?答案是科技的角色和贡献与科技在个人的、社会的和全球情境下的地位。因此,应该期望公民提高科学兴趣,支持科学探究过程,为保护自然资源和环境承担责任。
　　公民在从事与科学相关的活动时什么最重要呢?人们常会从已知证据和信息中得出合适的结论,常要评价他人结论,还要区别个人观点与有论据的结论。在这种活动中,科学扮演着特定的角色,因为它注重以证据来检验理论观点的合理性。当然,不能否认科学包含创新力与想像力,而创新力与想像力在促进人类理解世界过程中起着核心作用。

公民能区别科学陈述与非科学陈述吗?很明确,普通公民一般不会去判断主要理论的价值或潜在的科学进步。但是人们也会根据广告陈述、法律证据、健康信息、当地环境与自然资源信息等来做出决策。受过教育的个人应能区分需要科学家来解决的问题、需要以科学为基础的技术来解决的问题,以及无法以科技解决的问题这三者之间的差异。
　　科学教育的理想成果是掌握科学知识(包括科学方法论)以及赞扬科学对社会的贡献,这些科学教育成果要求学习者总体了解重要的科学概念与解释科学作用及局限,并表明其对科学的批判态度与反思方式。
　　上述目标也是科学教育的方向,强调了对全体公民进行科学教育。PISA 2006所评价的知识和技能覆盖面广,涉及个人效用、社会责任感、科学知识内在价值与外在价值等各个方面。
　　(二)科学素养的内涵界定
　　前面的讨论确定了PISA 2006科学能力评价的重点:评价关注15岁学习者应了解、评价的科学知识,以及学习者在个人的、社会的及世界的情境下采取合理而适当行动的内容。该视角不仅仅以学校科学项目为基础,而是广泛地以各种学科为基础;但该视角也包括教育情境与职业情境,识别定义各学科的知识、方法、态度和价值观的必要地位。能最充分地描述PISA 2006科学评价目标的术语是“科学素养”。
　　PISA 2006建议要评价的是:学习者特定认知过程中所掌握的科学知识及其有效使用科学知识的能力,这种认知过程一般具有科学特点,并探究与个人、社会或全球情境的相关性。在评价科学素养时,PISA关注科学知识的贡献及学习者现在或未来的决策制定等问题。从科学素养角度看,学习者对此类问题的回答,可以表明其对相关科学知识的理解,并反映学习者了解和评价信息、解释证据、关注问题、识别科技的能力水平。除了认知过程之外,学习者回答所涉及的情感态度等因素能反映学习者行动的兴趣、支持与动机。经过上述探讨,我们可以对PISA 2006科学素养进行界定。
　　PISA 2006中科学素养是指个体能够:①掌握的科学知识,应用科学的知识来确定问题,获得新知识,解释科学现象,得出科学相关问题的有根据的结论;②理解作为人类获取知识和探究方式的科学的特征;关注科技塑造我们的物质、精神和文化生活的方式;③愿意从事科学相关事务,有科学观念,成为会思考的公民。在上述的界定中有以下几个方面需要做进一步的阐述和说明,以便我们更好地理解其内涵。
　　
　　PISA采用“科学素养”而不是“科学知识”,表明PISA 2006 科学评价不是重点关注传统学校的科学教育,而是更强调在现实情境下应用科学知识。科学知识在科学过程与科学探究(科学能力)中发挥作用,同时个体对科学事务的喜好、兴趣、价值观及行动都会影响科学的作用发挥。学习者科学能力必须既包括科学的知识,也包括把理解科学特征作为获得科学知识方式(即关于科学的知识)。该定义也表明:调整科学素养的形成过程取决于个人对科学的态度及其从事科学相关事务的意愿。
　　该定义表明,科学素养不仅仅是记住信息、事实以及名称的能力,科学素养包括科学的知识(有关自然世界的知识)与关于科学的知识。前者是理解基本科学概念和理论;后者是理解人类科学活动的属性与科学知识的作用与局限。需要通过科学探究来界定定义中科学知识,回答中会再次要求应用有关科学的知识与相关领域的科学知识。对科学素养的定义有个重要补充说明:个体通常不是通过亲身调查研究,而是借助图书馆、互联网等资源来获取新知识。有结论反映出学习者已经了解、选择和评价了信息与数据,但常常没有充分信息来推出明确的结论,所以有必要对所获信息来进行慎重而自觉的思考。
　　如上所述,科学素养表明,学习者应该理解科学家获取解释和提出解释、识别科学调查的关键特征的方式,以及个体期望运用科学得出的答案类型。例如,科学家使用观察和仪器手段来收集有关自然界中物体、生物体及现实世界中重要事件的数据。科学家用来解释的数据逐渐成为公共知识,并在各种形式的活动中运用。科学的关键特征包括:运用数据——以观念与概念(有时候使用假说)为指导进行数据收集,其中涉及问题的相关性、情境以及准确性;知识陈述的假设性;对可疑观点的宽容性;运用逻辑论证;将现实与历史知识相联系,报告在获取证据时所用的方法和程序。
　　科技塑造我们的物质、精神和文化生活的方式。上面表述的关键点是:科学是人类的成就,它影响着社会以及个人;而且,技术发展也是人类的成就。尽管在科学与技术的目的、过程和成果上不尽相同,但是科学与技术紧密相关,并在很多方面互补。在这点上,科学素养定义包括了科学和技术的性质以及科技间的互补关系,我们个人通过公共政策来做出决策以影响科学和技术的发展方向。科学和技术在社会中扮演着矛盾的角色,因为科技一方面解决了问题,另一方面也会提出新问题。

愿意从事与科学相关的事务,有科学观念,成为会思考的公民。这句话的前半段的含义比做注释及实际行动来得更深刻;它表明要对科学事务有持续兴趣,能发表自己观点,并积极参与。该句话的后半句表明了个人对科学的态度和价值观,该句表明个人对科学有兴趣,能对科学相关问题进行思考,并关注技术、资源与环境,从个人和社会视角来对科学的重要性进行思考。
　　PISA 2000和PISA 2003中科学素养还处于次要领域地位,当时对科学素养的界定为:科学素养是运用科学知识来界定问题,得出基于证据的结论的能力,以便理解并帮助作出关于自然界的决定,并且通过人类的活动作出调整。
　　PISA 2006的科学素养界定比PISA 2000和PISA 2003的科学素养界定范围要广,PISA 2006旨在评价学习者科学素养的两个方面:即认知能力和兴趣态度。其中,认知方面包括学习者对科学知识的了解,以及在个人的、社会的和与全球相关的科学探究过程中有效地运用这些科学知识的能力。显然,与PISA 2003相比,PISA 2006对科学素养的界定扩大了内涵,把学习者对科学事件或技术发展的反应态度也包含其中了。
　　
　　三、科学素养的评估内容
　　
　　PISA对科学素养界定范围从低级科学素养一直延续到高级科学素养,也就是说,个人都有不同程度的科学素养;并没有把学习者简单地二分为有科学素养和无科学素养。所以,科学素养较低的学习者只能记住简单的科学事实,在得出结论或评价结论时,只会应用一般的科学知识。而科学素养较强的学习者将能建立或使用概念模型来做出预测或给出解释,并对预测和解释进行准确地交流;分析科学调查,将数据列为证据;对同一现象的不同科学解释进行评价并准确地交流科学解释。
　　为了方便评价,PISA 2006科学素养界定将四个互相关联的特点定义如下:①识别生活中的科技情境。这也是评价的情境要素;②理解自然世界中基于科学知识的技术,这种科学知识既包括自然世界的知识,也包括关于科学本身的知识。这是评价的知识要素;③表明识别科学问题、解释科学现象、有根据地得出结论的能力。这是评价的能力要素;④回答科学问题中反映其对科学有兴趣,支持科学探究,对自然资源与环境有意识地采取负责任行动。这是评价的态度维度。
　　上述四个特点的相互关系如图1所示:
　　
　　PISA 2006科学素养框架在测评时把评价重点放在科学教育的整体教育成果上。下面从基于框架结构的科学素养视角来提出几个问题: ①何种情境适合于评价15岁学习者?②我们期望评价15岁学习者的何种能力?③我们期望15岁学习者展示何种知识?④我们期望15岁学习者表明何种态度?
　　PISA 2006评价了各参与国与地区科学教育课程的重要科学知识,而不是局限在各参与国与地区科学课程的普通科学知识上。PISA 2006在现实情境中要求学习者应用特定科学知识,使用科学能力,评价科学态度,重点关注科学素养的各个方面。
　　(一)情境
　　测评题框架不会局限在学校课堂,而是在普通生活情境。PISA 2006科学评价测试题重点是个体生活情境:家庭和同伴(私人情境)、社区(社会情境)及世界(全球情境)。还有些情境适合特定的主题,如历史性情境,可以测评对科学进步的理解。
　　表1列出了在个人、社会和全球背景下运用科学的典型情境,这些典型情境来自各种生活情境,总体上与PISA 2000与PISA 2003框架科学素养的应用情境一致。
　　
　　PISA科学测评不是评价情境,而是评价相关情境下的科学知识、能力(包括批判性思维能力)和态度。测评的目的是评价学习者在义务教育阶段结束期的科学理解力、科学能力和态度。
　　一项国际研究表明:应根据情境与学习者兴趣和生活的相关性来选择评价测试题的情境。在制定与选择测试题时,应首先注意语言与文化差异,这不仅是为了评价有效,而且也是为了尊重参与国(地区)语言与文化的差异。
　　(二)科学能力
　　PISA 2006科学测评首先考虑表2中的能力,即识别科学相关问题的能力;运用科学知识来描述、解释或预测科学现象的能力;解释证据与结论;使用证据来得出结论并进行交流。这些能力都运用于科学知识——既包括科学的知识,也包括有关科学的知识。
　　一些认知过程与科学素养相关,并有特殊意义。此类认知过程有:归纳推理与演绎推理,批判性思考与整体性思考,表述形式转换(例如,把数据转换为图形、表格),以数据为基础进行解释,从模型角度思考,应用数学知识。

表2中科学能力的重点是科学探究能力,其基础是逻辑推理和批判性分析。下面详细阐述PISA 2006科学能力。
　　1.识别科学问题
　　识别科学问题的关键是将科学问题与其他问题区别开来,重要的是,必须要有科学根据地找到科学问题的答案。这包括识别问题以便在给定情境下进行科学调查,识别关键词以检索指定话题的科学信息。还要识别科学调查的关键特征:例如,应该比较何种事情?应该改变或控制何种变量?需要何种额外信息?或采取何种行动来收集相关数据?
　　
　　“识别科学问题”例题——问题:抓住杀手
　　下列哪个问题不能用科学证据来回答?
　　A. 受害人死亡的医学原因或心理学原因是什么?
　　B. 为什么受害人被刺了多次?
　　C. 从面颊刮屑是提取DNA样本最安全的方法吗?
　　D. 所有同卵双胞胎都有相同的DNA吗?
　　2.科学地解释现象
　　学习者通过在给定情境下应用科学的知识和关于科学的知识来表现科学地解释现象的能力。这种能力要描述或解释现象,并预测现象变化,还要识别或确定相关的描述、解释和预测。
　　“科学解释现象”例题——问题:太阳能塔
　　为什么不是用敞开容器而是要用封闭容器盛水?
　　3.使用科学证据
　　这种能力要求学习者把科学发现做为科学陈述或结论的证据,这种能力要应用科学的知识和关于科学的知识。它要评价科学信息,并根据科学证据来得出结论。还要求从证据推出的各种结论中进行选择;从数据推出结论的过程视角来赞成或反对结论,并给出理由;识别结论推导中的假设;思考科学结论的社会意义。这种能力还要求学习者用自己的话、图表或其他形式来向他人表述证据和结论。简单地说,学习者应该能表述证据与结论(或决策)之间清晰的逻辑联系。
　　“使用科学证据”例题——问题:灭蝇剂
　　六月初,在两个农场的猪棚中使用同一批杀虫剂来灭蝇。第二个农场与第一个农场的距离是100公里。这种灭蝇剂消灭了第二个农场98%的苍蝇。这个证据支持下列结论吗?在下面“是”或“否”上画圈。
　　这个结论有证据支持吗?是或否?
　　这种灭蝇剂随着时间的延长而降解。是或否?
　　这种灭蝇剂不随着时间的延长而降解。是或否?
　　第一个农场的苍蝇已经有免疫力。是或否?
　　两个农场的苍蝇种类不同。是或否?
　　(三)科学知识
　　PISA测评目标是考察学习者在生活情境中应用科学知识的程度。因此,要按照下列标准,从物理、化学、生物、地球空间科学等科学领域中选择评价内容:①第一个标准与现实情境有关。科学知识在程度上不同于个人的生活知识;②第二个标准是选定的知识要代表重要的科学概念以使测评结果长期有效;③第三个标准是选定的知识应适合15岁学习者的科学知识掌握水平。
　　
　　表3反映了在主要科学领域中上述标准的应用情况,要求学习者掌握科学知识以理解自然世界并体会个人情境、社会情境与世界情境下的各种经验。因此,测评框架使用“系统”术语来代替“科学”,描述主要的科学领域,其意图是公民必须要在各种要素互动联系的情境下来理解物理、生命科学、地球科学和技术等概念。也就是说,学习者必须在系统情境下应用科学知识,并发挥科学能力。表3中所列的例子解释了各种能力类型,但是没有列出科学的知识的全部类型。
　　“生命系统”例题——问题:抓住杀手
　　这篇新闻报道提到DNA物质。什么是DNA?
　　A.是细胞膜物质,能阻止细胞液流出。
　　B.是分子,能控制身体发育。
　　C.是血液中的蛋白质,能把氧气运送到所有的组织。
　　D.是血液中的荷尔蒙,能调节身体中细胞的葡萄糖水平。
　　“科学解释”例题——问题:灭蝇剂
　　农民如何不使用灭蝇剂,而是利用苍蝇生命周期模型来消灭谷仓的苍蝇?
　　如前所述,PISA 2006 除了评价学习者的科学的知识,还要求测评科技与物质、精神和文化环境的互动。
　　表4列出了关于科学的知识的类型,并进行举例。第一种是“科学探究”,探究是科学的核心过程,也是过程中各种要素的核心。第二种是“科学解释”,与第一类最为接近。科学解释是科学探究的结果,个体把科学探究和解释作为科学手段 (科学家如何获得数据)与科学目标(科学家如何使用数据)。第三种是“社会中的科技”,要求能理解和区分科学与技术。科学与技术两者互为补充,要理解社会中科学与技术的影响、局限以及面临的挑战。表4中的例子解释了各种能力类型的一般含义,没有列出与各种能力相关的全部知识。

PISA 2006科学测评中少数单元是考察学习者对科学的知识或关于科学的知识的错误观念。此类测试是基于对学习者概念的研究,为了纠正有关基本概念的主要错误观念。此类测试单元的情境与其他单元类似,并与其他测试题组成一套试题。这样在分析试题时能概括和报告学习者在给定情境下的正确观念与错误观念。雪豹测试例题属于这种测试类型(见表5) 。
　　
　　测试例题:雪豹
　　雪豹测试题是考察学习者对遗传和适应性的错误观念。PISA 2006科学素养测试例题列出了测试的基本原理。
　　问题:雪豹
　　2003年12月,澳大利亚Mogo动物园出生了一公一母两只雪豹幼仔。两只幼仔会遗传其母亲(Lena)或父亲(Mangar)的特征吗?在下列可能性中的“同意”或“不同意”上画圈。
　　测试题评分
　　满分。代码2:上述五题正确答案为:不同意,不同意,不同意,不同意,同意。部分得分,代码1:五题中答对了四个。不得分,代码0:其他答案,代码9:空白。
　　评分说明
　　与综合评分一样,将记录每道题的回答。每个错误回答都对应特定的错误观念。A同意(错误观念:表明不理解父母基因的平等性。母亲遗传所有特征);B同意(错误观念:表明不理解父母基因的平等性。母亲把特征遗传给母仔,父亲把特征遗传给公仔);C同意(错误观念:表明不理解父母基因的平等性。父亲遗传所有特征);D同意(错误观念:表明不理解 “显性” 术语)。
　　(四)态度
　　在研究人们对科技的兴趣与关注程度时,态度因素十分重要,而在回答科技问题时态度则更加重要。科学教育目标是培养学习者对科技的态度,使学习者关注科学问题,获取科技知识,并应用科技知识以实现个人利益、社会利益与全球利益。
　　态度性回答是考察科学素养的多维结构。也就是说,个人科学素养包括态度、信念、动机、自我效验、价值观及实际行动。PISA 2006测试题单元要求学习者回答情境化和内嵌式试题,目的是评价学习者在不同情境下的科学态度。此类测试题主题比较系统,所以其结果可以用来报告学习者的不同理解和态度(兴趣、支持和责任)水平间的关系。
　　PISA 2006科学测评将会评价学习者三个领域的态度:对科学的兴趣,对科学探究的支持,对可持续发展的责任(见表6)。之所以选择这些领域是因为这些领域能考察各国与地区的学习者的科学接受程度、科学态度和价值观,以及学习者对有多种分支的科学相关问题的责任感。还要注意,PISA 2006不是评价学习者对学校科学课程或科学教师的态度,测评结果将有助于解决学习者对科学研究的兴趣日益减弱的问题。有关学习者对科学的态度的信息对许多OECD国家或地区都有意义。态度性回答和PISA 2006测评领域是以科学教育的情感领域结构(Klopfer, 1976)及其研究评论为基础的(例如, Gardner, 1975; Gould & Hukins, 1980; Blosser,1984; Laforgia, 1988)。
　　
　　选择对科学的兴趣这个领域是因为它与学习者成就、课程选择、职业选择和终身学习有关联。40多年来,个体的科学兴趣与其取得的成就两者之间的关系,一直是专家们的研究主题,但是在两者是否存在因果关系上还存在着争论。PISA 2006科学评价通过考察学习者对科技贡献的评价,从事科学相关的社会问题的情况,以及是否考虑今后从事与科学相关的职业等方式,来测评学习者对科学的兴趣。
　　
　　对科学探究的支持一般是科学教育及PISA这类评价的基本目标。对科学探究的支持反映了学习者在面对科学相关的现实情境时,能认同收集证据、创新性思考、理性推理、批判性回答、交流结论等科学研究方法。PISA 2006也包含了此类测试领域,要求学习者在制定决策时应用证据(知识),在得出结论时运用逻辑与理性。
　　国际上普遍关注对可持续发展的负责任态度,它与经济发展直接相关。20世纪70年代以来,对该领域进行了大量研究,2002年12月,联合国第57/254决议宣布:把从2005年1月1日起的十年时期定为“可持续发展教育十年”。该项目框架草案(UNESCO, 2003年7月) 把“增进健康”、 “保护环境”以及 “可持续生产和消费”作为可持续发展教育的三项重要内容。“对可持续发展责任感”的测评将会考察学习者对情境下的特定科学话题的态度。正如Zacharia和Calabrese Barton (2004)所说,测评与其他学习者科学态度研究不同,它是以“科学普及”为背景。

PISA 2006 将使用情境化测试题与学习者问卷来收集学习者的态度数据,PISA会在与个人、社会和全球问题相关的测试题中评价学习者的态度性回答。加入情境化测试题将会增加评价的价值,因为情境测试题提供了情境内与情境外测评时学习者的不同回答态度的数据,还能反映学习者在不同情境下不同回答态度的差异,以及这种回答态度影响其个人成就的方式。Hidi与Berndorff (1998)认为,情境的兴趣对学习者的认知与动机有潜在的重要影响,但是其具体作用将是“偶然而分散的”。
　　学习者问卷是以非情境化方式来收集有关学习者对科学的兴趣、对科学探究的支持以及对可持续发展的责任感的“阴影”数据。也会通过学习者问卷来收集有关学习者“从事科学”(如:自我效验、焦虑、喜欢/厌倦)的数据与学习者对生活中科学价值(如:继续教育,职业选择)的看法。
　　PISA 2006测评结果必须提供能反映各国教育政策的足够正确而准确的信息。通过把学习者问卷数据与测试题数据相结合,可以发现学习者对科学能力行为的预处理方式。应用前面描述的模型来评价学习者态度,能将学习者的态度与表现联系起来。尽管有报告对学习者科学态度与表现关联性持有争议,但是还是要看到学习者态度 (对科学的兴趣,对科学探究的支持,对可持续发展的责任感),测试题数据与学习者表现(表3中三种科学的知识类型)之间存在相关性。学习者“从事科学”行为及其他科学相关行为等问卷数据也与学习者的表现有一定关联。
　　
　　四、测试工具的系统设计
　　
　　(一)科学素养的评估方式
　　PISA的测评形式为纸笔测试,涉及到多重选择题和需要学习者自己建构答案的题目。测试在学习者所在的学校进行,测试时间为2个小时。此外,学习者需要做一个半小时的背景问卷,主要关于学习者自己及其家庭情况;学校领导则需要做一个有关他们学校情况的20分钟的问卷。
　　PISA 2006科学素养测评从以下几个方面着手进行评估:一是参与社会性科学事件所必须掌握的储备知识;二是获得科学知识和技能的意愿;三是对未来从事与科学有关的职业的考虑。PISA 2006对科学素养的测评采用了一种全新的方式测评学习者的态度。在学习者的调查问卷中,不仅要学习者说出对科学的想法,而且要求学习者在测评科学素养的过程中,表达他们对测评本身的态度是什么。PISA 2006主要通过两种方式获取关于学习者态度的数据资料,一种为通过调查问卷直接提出问题;另一种为情境测试题目。调查问卷收集三个方面的资料,即上面所提及的三个方面:对科学的兴趣,对科学探究的支持以及对资源和环境的责任感。此外,还包括学习者课外参与科学活动的情况,以及从学习者自己的生活和社会角度测评学习者的科学价值观。
　　为了更全面地测评科学素养,PISA 2006把对科学的态度首次列入测评范围之内。这种评价导向提醒我们,不仅要注重孩子科学知识的培养,而且要重视培养孩子的兴趣、动机等,这对孩子的影响是持久而深远的。态度具有价值判断的成份和感情色彩,很多时候决定一个人行为的不仅仅是知识的多少,而是情感、态度与价值观的倾向和选择。从这个意义上说,情感态度与价值观是整个科学活动中的导向性因素。因此,从某种程度上来看,对学习者进行科学的态度、价值观教育和传授科学知识同样重要。
　　(二)科学素养的测试特征
　　按照PISA科学素养界定,评价问题(试题)要求在情境中(参见表1)应用科学知识 (参见表3和表4),运用科学能力(参见表2)。测评单元将会采用与原始刺激物材料相关的几种测试形式。
　　图2是图1的变换形式,它通过将框架与测评单元的结构和内容关联的方式来表示PISA 2006科学素养评价框架的基本要素。这既是设计测试题的工具,也是研究标准测试的分析性工具。测评单元的建构基础是,作为刺激物材料的情境、回答问题所需的能力以及测试题重点考察的知识与态度。
　　测试单元情境由特定刺激物材料来确定,一般是简单文本段落或带图表的文本。测试单元中的测试题是一套独立计分的试题,采取多项选择,较短建构性回答,或开放式建构性回答等形式,有时也会要求学习者对图画、图解或图表进行分析和评价。
　　PISA试题设计有几种前提。第一个前提是,测试题单元尽可能现实,能反映出现实情境的复杂性;另外一个前提是,有效利用测试时间,减少测试题的情境数量,避免对各种情境分开提问,以减少学习者“进入”测试单元主题的时间,但要使单元内各个计分点之间相互独立。还要注意在减少测评情境数量的同时,也要确保材料的种类充足,慎重选择测试单元情境,尽可能使偏见最少化。
　　PISA 2006测试单元整合了五种认知测试题,每个测试题会使用一种科学能力,要求应用科学的知识或有关科学的知识。大多数情况下,测试单元要评价多种科学能力与知识类型。

大多数现场试验测试单元会评价学习者的态度。一般使用两种测试题:“匹配观点”测试题,与李克特式(Likert-style)测试题。“太阳能塔”样题中的问题属于第一种测试题,例题中提供了四种观点,代表着可持续发展的不同态度水平,要求学习者从中选择最符合其观点的一项。这种题与其他测试单元中“外观和感受”(look and feel)试题类似。
　　
　　 “抓住杀手”例题中的问题属于第二种测试题,该题要求学习者表明态度:是否赞成对科学应用兴趣的三种评价。在这种科学情境中,选项表述决定“对科学的兴趣”(参见表6)的界定标准。为减少“社会期望”对学习者回答的影响,所以没有使用常用的双极回答方式(非常同意、同意、不同意、非常不同意),而是使用单极回答方式(兴趣很高,兴趣较高,兴趣较低,没有兴趣)。这种测试题与其他测试题的“外观和感受”不同,但是在认知主导题的情感测试题中使用此类测试题比较合适。
　　“匹配观点”例题
　　问题:太阳塔
　　这里是四个人对“你支持建造太阳塔吗?”问题的回答。圈出最接近你观点的答案。没“正确”答案。
　　A.不建造。我们需要廉价的电力供应,现在担心温室效应还太早。
　　答案: 反映出不关注可持续发展,而问题重点是人类要在保持自然环境可持续性发展的情况下利用资源。个体从自己与别人的关系角度来看待世界,而没有从个人与脆弱环境的关系角度来看待世界。
　　B.不建造。应该减排温室气体,但是我要等到科学家找到更廉价的方式来生产可再生能源。
　　
　　答案:这反映出当个人面对支持或反对加强资源保护的行动时,个人认识到:自己行为会影响可持续发展,取得中短期效益的代价是牺牲了长期持续发展。其世界观比较关注短期效益。
　　C.建造。电力成本会更高,如果每个人都要承担减排温室气体成本的话,那么我愿意多付电费。
　　答案:这反映个人知道:加强资源保护是为了后代,但是他们对资源保护的支持有限——个人单独会更容易会采取支持资源保护的行动,而与他人一起会采取有条件地行动。
　　D.建造。即使别人不愿意,我也将原意多付电费,我将积极鼓动他人采取行动减排温室气体。
　　答案:这反映出个人对可持续发展有责任感,他们愿意从事可能加强资源保护的行为(会支持维护可持续发展的团体)。他们愿意采取独立行动,即,不以他人的行动或观点为条件。
　　 “李克特式”态度量表例题
　　你对下列哪种任务感兴趣?每行中只能勾上一个选项。
　　兴趣最高兴趣较高兴趣较低没有兴趣
　　A.在解决犯罪问题时多了解DNA的用途
　　□1 □2 □3 □4
　　B.多学习DNA数据工作原理
　　□1 □2 □3 □4
　　C.更好地理解应用科学来犯罪问题的方式
　　□1 □2 □3 □4
　　要求使用各种测试题回答形式来涵盖科学框架的认知能力与科学知识。应用多项选择题来正确地评价第一种能力 (包括识别问题与提出问题),但是应用开放式回答形式来评价交流能力,可能会更有效、更真实。但是,在很多情况下,测试题形式是否合适将取决于测试的具体内容。有些试题和回答选项要求学习者从图像、图画、表格、图表或符号等多种数据形式来进行推理。
　　虽然大多数测试题是采取二分法来评分,但是开放式回答测试题将允许部分得分。每种测试题有详细计分标准,分别为“满分”、“部分得分”和“不得分”。 按照“满分”、“部分得分”和“不得分”可以把学习者答题能力分成三组;“满分”答案不一定“在科学上绝对正确”,但能反映出15岁学习者理解科学主题的水平。不详细或不太正确回答能“部分得分”,而完全不正确、不相关或空白回答将是“不得分”。
　　学习者需要有一定的阅读能力才能理解和回答科学素养问题,刺激物材料和问题尽可能使用清晰、简单、直白的语言来表达相关意图。每段概念数量有限,注意要符合15岁学习者的阅读水平,应该避免重点评价阅读素养或数学素养。
　　各国或地区会选择参加以计算机为手段的科学素养测评,这也是PISA 2006评价的一部分。新增以计算机为手段的科学素养测评,将会增加评价任务整体的多样性,也会提高科学素养领域的覆盖面。更重要的是,它能减少阅读能力对科学测评结果的影响。
　　(三)科学素养的评价结构
　　表7反映了科学的知识与有关科学的知识两者之间的理想分布状态,表中以分值所占比例来表示,它还反映了科学的知识与有关科学的知识具体分值的理想分布状态。表8反映了科学能力的理想分配比例。

“科学知识”框架分布的基本原则是:①“科学素养”界定既强调“关于科学的知识”,也强调“科学的知识”,这在分值上有所反映。现场试验的新增单元中有近40%是评价“有关科学的知识”,但是在综合性主导研究中只有约35%是评价“有关科学的知识”。②“科学的知识”具体分值理想分布是用“科学的知识”栏下的小计表示,其中约35%是“物理系统”,40%是“生活系统”,25%是“地球和空间系统”。对应的TIMSS(八级)百分比是40%、30% 和15%,而剩下的15%是“环境科学”。PISA日益强调“生活系统”,吸引15岁学习者兴趣的大部分相关情境都包括生活中的科学,并在以后生活中还会涉及。③“有关科学的知识”分值分布反映了:他们与“科学的知识”同样重要,在确保充分覆盖每种科学知识的同时,还要有灵活性。
　　 “科学能力”框架分布基本原则是(三种科学能力权重由下列因素决定):①需要有足够的试题量来测评每种能力,以确保测试标准可靠;②15岁学习者的科学能力概念相对比较重要;③设计PISA 2000与PISA 2003科学测评试题的经验。
　　第一种能力权重较低,因为其界定较窄,重要性较低,但也足够制定可靠的测试标准。
　　测试题情境将会在个人的、社会的、全球的情境中平均分布。测试单元将会应用较多情境,情境设计也要尽可能地满足能力框架的限制条件。各种情境测试题的分布是:
　　不可能对各种情境测试题分布做出详细说明。除了考虑表7和表8 的科学知识与科学能力的分值分布之外,还要考虑测试题形式(至少要有一半的测试题能自动打分),测试题也一定要有正确的心理测量学属性,难度分布也要适当。经验表明:几乎不可能同时满足这些条件,更不必增加限制条件。
　　至少有一半的认知测试题类型是不用专业计分员评分——即多重选择题型、复杂的多项选择题型(例如:“抓住杀手”问题)或封闭式建构回答测试题。
　　约 80%的现场试验测试单元有一道“匹配观点”态度题或两道“李克特式”测试题 (每种有三个计分点)。这样这些测试题时间将会占总测试时间的15–20%,并会在分析现场试验的结果后才会决定主导研究测试单元的态度题单元比例。为了确保学习者表现的长期可比性,主导研究中结合两种PISA科学测评形式的综合测试题将没有态度题。
　　(四)科学素养的报告标准
　　为了实现PISA的目标,要设计学习者表现的评价标准,制定评价标准过程常会要求反复修改。最初的描述是以试验结果与PISA 2000与PISA 2003调查为基础——参考科学成就和发现从研究转化为学习与认知的发展测评经验——随着试验和调查中积累的数据越来越多,要不断修改评价标准。
　　PISA 2000中科学不是重点研究对象,所以相关信息有限,反映科学素养的水平是平均差500,标准偏差100。尽管没有科学素养水平,但是还是可以从评价标准的三个得分点上来描述学习者的科学过程(即科学能力)类型:
　　●最高科学能力等级的 (约 690 分) 学习者一般能创建或使用概念模型来预测或解释;能分析科学调查以掌握实验设计或识别测试内容;能比较数据以评价多种观点或视角;详细而精确地交流科学论断与描述。
　　●较高科学能力等级的(约550分)学习者一般能使用科学知识来预测或提供解释;识别问题能否以科学调查来解决或识别科学调查细节;从结论推导过程中的竞争性数据或推理线索中选择相关信息。
　　●最低科学能力等级的(约400分)学习者能记住简单的事实性科学知识 (例如,名字、事实、术语及简单规则);在推导结论或评价结论时应用一般的科学知识。
　　另外,也可能为科学的知识与有关科学的知识等设计不同的报告标准。科学能力应该是两种科学知识评价标准的核心。
　　1.以能力为基础的报告标准举例
　　PISA 2000科学素养标准是从科学过程(PISA 2006科学能力)角度来描述科学能力水平。通过这些描述,我们能得到PISA 2006中每种能力标准的框架。例如,通过“使用科学证据”,我们能获得下列标准(逐渐从高到低):能通过比较数据来评价其他观点或视角;能详细而精确地交流科学论断/或描述;能在推导结论或评价结论过程中的竞争性数据或推理线索中选择相关信息;能在推导结论或评价结论中使用一般的科学知识。
　　2.以能力为基础的报告标准与以知识为基础的报告标准
　　
　　使用以能力为基础的报告标准来报告PISA 2006科学素养成就,将与PISA 2006科学素养界定核心——科学能力直接相关。使用以知识为基础的报告标准就会不合适,因为评价目标不是评价学习者的知识,而是评价学习者能否应用知识。但是,在设计现场试验测试题时要涵盖上述两种可能。在分析现场试验结果之后才能决定报告等级,以便及时确定主导研究的测试题。

总之,PISA的科学素养的界定与测评,反映了西方发达国家对科学教育的理解,体现了科学教育的发展方向,值得我们研究学习和借鉴。
　　关于表6中的三种态度(对科学的兴趣,对科学探究的支持,对可持续发展的责任)的考察,设置了足够数量的态度题并制定出了态度评价标准。除了根据观察到的三种态度间的关系之外,态度评价标准的制定还将综合学习者问卷中的“阴影”数据与测试题数据,或制定三种态度评价的“对应”标准。
　　3.态度性回答标准举例
　　下面的“可持续发展责任感”评价标准举例是基于Bogner和Wiseman(1999)的研究(逐渐从高到低):表现出个人的可持续发展责任感,不受他人行动影响;表现一定程度上支持可持续发展,但是支持程度和条件受与他人合作的限制;了解能采取何种行动,但是会选择短期解决方法,以牺牲长期持续发展为代价;不支持可持续发展;支持以牺牲可持续发展和自然环境为代价的发展方式。

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