PISA測(cè)試與科學(xué)素養(yǎng)的提升

周兆富+趙躍飛

PISA試題往往是通過(guò)簡(jiǎn)單的情景入手，使問(wèn)題逐漸深化，學(xué)生擁有很大的解答空間。但隨著問(wèn)題的深化，對(duì)學(xué)生考查力度不斷加大，考試過(guò)程便成了學(xué)習(xí)和提升科學(xué)素養(yǎng)的過(guò)程。佛山市三水區(qū)龍坡中學(xué)初三（四）班葉子強(qiáng)同學(xué)在談參加PISA測(cè)試的感想時(shí)寫(xiě)道：“當(dāng)我打開(kāi)試卷時(shí)，馬上目瞪口呆，實(shí)在找不到與我腦中知識(shí)有關(guān)的問(wèn)題，考查的大多是源于生活、貼近于生活的東西，幸好提供了充足的材料，這就考驗(yàn)了我的閱讀分析能力。表面上看問(wèn)題似乎稀奇古怪，其實(shí)問(wèn)題就蘊(yùn)藏在材料之上，只要認(rèn)真閱讀材料，結(jié)合實(shí)際情況加以思考，就不難找出問(wèn)題的答案?！?/p>

一、PISA考查學(xué)生識(shí)別問(wèn)題和科學(xué)解釋現(xiàn)象的能力

根據(jù)PISA評(píng)價(jià)框架，科學(xué)素養(yǎng)主要包括：應(yīng)用科學(xué)知識(shí)識(shí)別問(wèn)題，獲取新知識(shí)，科學(xué)地解釋現(xiàn)象，并基于證據(jù)給予與科學(xué)有關(guān)的問(wèn)題以相應(yīng)的結(jié)論;理解科學(xué)作為人類知識(shí)和探究的一種形式的典型特征;意識(shí)到科學(xué)和技術(shù)如何塑造了物質(zhì)、精神和文化環(huán)境;科學(xué)素養(yǎng)評(píng)估所涉及的主要是物理系統(tǒng)、生命系統(tǒng)、地球和空間系統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)，考察學(xué)生識(shí)別科學(xué)問(wèn)題、解釋科學(xué)現(xiàn)象、使用科學(xué)證據(jù)進(jìn)行科學(xué)探究等方面的能力。其中識(shí)別問(wèn)題是我們教育中很少提及又默認(rèn)學(xué)生沒(méi)有問(wèn)題的問(wèn)題，實(shí)際上用科學(xué)知識(shí)識(shí)別問(wèn)題也是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)程度的一種體現(xiàn)。在PISA考試過(guò)程中，以上內(nèi)容通過(guò)在學(xué)生認(rèn)識(shí)范圍內(nèi)的情景為媒介，通過(guò)設(shè)置各類相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行考查。

例1. ? 衣服（2006科學(xué)）

一組英國(guó)科學(xué)家正在研制“智能”衣服，以幫助殘疾兒童“說(shuō)話”。這些兒童穿上由特殊電子布料連接上語(yǔ)言合成器所制成的背心，只要輕拍接觸感應(yīng)器式的材料，就能讓人明白他們的意思。

這種材料由普通布料和一種能導(dǎo)電的含碳纖維的靈巧網(wǎng)絲組成。當(dāng)布料受壓，通過(guò)導(dǎo)電物料的信號(hào)會(huì)被轉(zhuǎn)化，電腦晶片能夠找出導(dǎo)電來(lái)源，然后，啟動(dòng)相連的電子儀器。這個(gè)電子儀器只有兩個(gè)火柴盒般大小。

其中一位科學(xué)家說(shuō)：“這項(xiàng)發(fā)明的聰明之處，在于如何編織布料，并怎樣通過(guò)它傳遞信號(hào)。而且這種導(dǎo)電網(wǎng)絲可以編織在現(xiàn)成的布料上，別人并不會(huì)看到它的存在?！?/p>

這種材料可以用水清洗而不會(huì)損壞，可以包裹東西，或者揉成一團(tuán)。該科學(xué)家又說(shuō)，這種材料可以大量生產(chǎn)，成本廉價(jià)。1

問(wèn)題1：文章中所說(shuō)的情況，哪一樣可以在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)科學(xué)探究來(lái)測(cè)試？請(qǐng)就每項(xiàng)圈出“是”或者“否”。

答案：是，是，是，否。

問(wèn)題2：若要測(cè)試布料是否導(dǎo)電，你需要用以下哪一種實(shí)驗(yàn)室儀器？

A. 伏特表 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.光源箱

C.千分尺（螺旋測(cè)微器） ?D.聲強(qiáng)計(jì)

答案：A

點(diǎn)評(píng)：本單元問(wèn)題1是按復(fù)合多選題的形式以特殊衣服為切入點(diǎn)，通過(guò)科學(xué)探究的方法考查學(xué)生識(shí)別科學(xué)問(wèn)題的水平，讓學(xué)生在眾多信息中選擇、收集、綜合、推理和判斷。問(wèn)題2屬于單項(xiàng)選擇題，通過(guò)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器考查學(xué)生科學(xué)解釋水平，屬枝術(shù)系統(tǒng)類知識(shí)內(nèi)容。這兩問(wèn)在考查方式和方法及考查過(guò)程方面對(duì)科學(xué)教育有諸多啟示。

二、PISA往往從簡(jiǎn)單情景入手并使問(wèn)題不斷深化

PISA試題注重提煉各學(xué)科課程的內(nèi)在聯(lián)系，充分發(fā)掘?qū)W科知識(shí)的內(nèi)涵，在將學(xué)科知識(shí)作為思考材料和介質(zhì)的同時(shí)，展示學(xué)科知識(shí)廣泛應(yīng)用的工具作用。2 命題者把科學(xué)素養(yǎng)分為較低或較高。較低的科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)生能夠回憶簡(jiǎn)單的科學(xué)事實(shí)知識(shí)，并且能使用廣義的科學(xué)知識(shí)得出評(píng)價(jià)結(jié)論。較高素養(yǎng)的學(xué)生能創(chuàng)造并使用概念模型做預(yù)測(cè)并給予解釋，分析科學(xué)調(diào)查，將數(shù)據(jù)作為論據(jù)對(duì)同一現(xiàn)象作不同解釋和評(píng)價(jià)。龍坡中學(xué)一位學(xué)生寫(xiě)道：“PISA著重于應(yīng)用及情景化問(wèn)題，受測(cè)學(xué)生必須自己組織答案，試題能深入檢測(cè)學(xué)生的基礎(chǔ)素養(yǎng)。這次測(cè)試中發(fā)現(xiàn)自己社會(huì)生活知識(shí)和技能十分薄弱，遇到情景化問(wèn)題不會(huì)解決。這次測(cè)試大部分與社會(huì)生活有關(guān)。我覺(jué)得應(yīng)走出課堂，走向社會(huì)，積累一些社會(huì)各方面知識(shí)與技能，提高自己的科學(xué)素養(yǎng)，不要局限于課堂上的知識(shí)。我們要在社會(huì)中學(xué)習(xí)，要了解并掌握社會(huì)所需的知識(shí)與技能，并盡可能的靈活運(yùn)用?！?/p>

例2. ? 蒼蠅（2006科學(xué)）3

閱讀下面的內(nèi)容并回答問(wèn)題：

一個(gè)農(nóng)夫在農(nóng)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)用牛耕作。牛棚中的蒼蠅非常多，致使牛的健康受到影響。因此，農(nóng)夫往牛棚里面噴灑了殺蟲(chóng)劑A，幾乎將所有的蒼蠅都?xì)⑺懒恕Ｈ欢^(guò)了一段時(shí)間后，蒼蠅的數(shù)量又多了起來(lái)，農(nóng)夫就再次噴灑殺蟲(chóng)劑。這時(shí)，大部分蒼蠅被殺死了。又過(guò)了較短的時(shí)間后，蒼蠅的數(shù)量再次增加了，于是農(nóng)夫還噴灑殺蟲(chóng)劑。這樣重復(fù)了5次。很顯然，殺蟲(chóng)劑A的滅蠅效果越來(lái)越差了。農(nóng)夫注意到一大批殺蟲(chóng)劑溶液已經(jīng)被制造出來(lái)，并用于所有的噴灑滅蟲(chóng)中。因此，他提出殺蟲(chóng)劑的藥效可能會(huì)隨時(shí)間而減弱。

問(wèn)題1：簡(jiǎn)要論述如何證實(shí)農(nóng)夫關(guān)于殺蟲(chóng)劑藥效會(huì)隨著時(shí)間而減弱的觀點(diǎn)。

問(wèn)題2：農(nóng)夫認(rèn)為殺蟲(chóng)劑的藥效會(huì)隨著時(shí)間而減弱。給出兩個(gè)和農(nóng)夫不同的解釋，用來(lái)解釋“殺蟲(chóng)劑A的滅蠅效果越來(lái)越差” 。

問(wèn)題1部分答案：回答中可應(yīng)用三個(gè)控制變量，即蒼蠅的類型、殺蟲(chóng)劑使用時(shí)間、蒼蠅是否接觸過(guò)殺蟲(chóng)劑。例如，將新配制的殺蟲(chóng)劑和原來(lái)配制的殺蟲(chóng)劑，同時(shí)應(yīng)用于兩組類型相同且沒(méi)有接觸過(guò)這種殺蟲(chóng)劑的蒼蠅，比較它們的效果。

問(wèn)題2部分答案：其中一個(gè)解釋是具有抗藥性的蒼蠅能夠生存下來(lái)，并把抗藥性遺傳給下一代。另一個(gè)解釋可以是：環(huán)境條件的變化，如溫度或殺蟲(chóng)劑使用方法的改變等。

點(diǎn)評(píng)：本單元通過(guò)蒼蠅這個(gè)社會(huì)普遍關(guān)注的問(wèn)題和農(nóng)夫在牛棚中用殺蟲(chóng)劑的情景引入問(wèn)題。問(wèn)題1所涉及的知識(shí)有生命科學(xué)領(lǐng)域（蒼蠅生死）、化學(xué)領(lǐng)域（殺蟲(chóng)劑）、物理領(lǐng)域（殺蟲(chóng)劑溶液）的知識(shí)，要求學(xué)生用題目中所給的信息，使用科學(xué)證據(jù)（三個(gè)變量）進(jìn)行解釋，對(duì)證據(jù)的辯證使用對(duì)學(xué)生的要求較高。問(wèn)題2 ? 涉及到生命科學(xué)領(lǐng)域，如蒼蠅的生理和理化環(huán)境的變化（溫度或使用方法），對(duì)學(xué)生識(shí)別能力要求較高。本單元雖然只有兩個(gè)問(wèn)題，但問(wèn)題逐漸深化，學(xué)生要根據(jù)題中所提供的信息重新組織語(yǔ)言進(jìn)行分析和說(shuō)明，這正是科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試可引發(fā)學(xué)生思考的魅力所在。

三、PISA對(duì)同情景的多元設(shè)問(wèn)滲透了哲學(xué)思想

愛(ài)因斯坦認(rèn)為：“如果把哲學(xué)理解為在最普遍和最廣泛的形式中對(duì)知識(shí)的追求，那么，哲學(xué)顯然就可以被認(rèn)為是全部科學(xué)之母?！?哲學(xué)思考要講究邏輯性、系統(tǒng)性、清晰性等等，并且要能夠?qū)χ匾恼軐W(xué)問(wèn)題作出回答。在PISA測(cè)試的許多題目中都滲透了哲學(xué)思考的元素，試題往往通過(guò)一系列實(shí)事、圖像、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、虛擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生對(duì)同一實(shí)事的不同結(jié)論（或相反結(jié)論）尋找支持的依據(jù)。這種辯證的批判性的思考方式對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神是一種有益的嘗試。5

例3. 催化式排氣凈化器（2006科學(xué)）6

為了降低汽車排放的尾氣對(duì)人類和環(huán)境的危害，現(xiàn)代的大部分汽車都安裝了催化式排氣凈化器。大約90%的有害氣體可以通過(guò)催化式排氣凈化器轉(zhuǎn)化為危害較輕的氣體而排出。圖中列舉的是凈化器轉(zhuǎn)化前后的幾種氣體。

問(wèn)題1：根據(jù)上圖所提供的信息，列舉一個(gè)例子，說(shuō)說(shuō)催化式排氣凈化器是如何降低汽車尾氣危害的。

參考答案：如，一氧化碳或者氮氧化合物被轉(zhuǎn)化為其它化合物;一氧化碳被轉(zhuǎn)化為二氧化碳;一氧化氮和二氧化氮被轉(zhuǎn)化為氮?dú)?它把有害氣體轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體，如CO 轉(zhuǎn)化為CO2（90%）; 二氧化碳、氮?dú)獗纫谎趸己偷趸衔锏奈：π缘?等等。

點(diǎn)評(píng)：本題考查應(yīng)用科學(xué)知識(shí)識(shí)別問(wèn)題、獲取新知識(shí)、科學(xué)解釋現(xiàn)象的能力。學(xué)生需從圖中給定進(jìn)出氣體的實(shí)線與虛線中檢索，確定問(wèn)題的特點(diǎn)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)拿枋觥？蓮膱D中尋找多元的答案，除參考答案，還有其他組合形式的答案能得滿分。學(xué)生解答完此題對(duì)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法會(huì)有新的認(rèn)識(shí)。

問(wèn)題2：氣體在催化式排氣凈化器里面發(fā)生了變化。請(qǐng)解釋氣體原子和分子在里面發(fā)生了哪些變化。

參考答案：能運(yùn)用“分子發(fā)生分裂，原子重新組合形成新的分子”“原子重新排列形成新的分子”這兩個(gè)內(nèi)容，來(lái)表達(dá)氣體原子發(fā)生重新排列而形成不同分子這一本質(zhì)觀點(diǎn)。

點(diǎn)評(píng)：本問(wèn)需要考生確認(rèn)圖中結(jié)論所隱含的原因并做出假設(shè)。根據(jù)學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)的情況，答案是多元的，其中涉及到原子重新排列的得滿分，有重新組合觀點(diǎn)的部分得分。這種推測(cè)生活現(xiàn)象背后隱含的科學(xué)原理，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)最常用的方法，只有善于思考才能真正達(dá)到提升科學(xué)素養(yǎng)的目的。

問(wèn)題3：調(diào)查催化式排氣凈化器排出的氣體。為了使汽車尾氣的危害性更小，研究催化式排氣凈化器的工程師和科學(xué)家們還要注意哪個(gè)問(wèn)題。

參考答案：以減少危害氣體進(jìn)入大氣為目的的合理的回答。例如：并不是所有的一氧化碳都轉(zhuǎn)化成了二氧化碳;氮氧化合物轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾姆磻?yīng)不是很完全;提高一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳、氮氧化合物轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾谋壤?產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w應(yīng)該收集起來(lái)，而不是直接排到大氣中，等等。

以下答案不得分：應(yīng)該使更多的有毒氣體轉(zhuǎn)化為危害性小的氣體（注：至少要提到一種有毒汽車尾氣）;他們應(yīng)該嘗試使更少的氣體排出;他們應(yīng)該尋找一種使有毒的汽車尾氣得到重新使用的方法;他們應(yīng)該嘗試制造一種使用其它液體燃料的交通工具。

點(diǎn)評(píng)：本問(wèn)題是在確認(rèn)凈化器的作用，并能科學(xué)的解釋所發(fā)生的現(xiàn)象后，在運(yùn)用假設(shè)和推理的方法說(shuō)明凈化器內(nèi)部可能發(fā)生的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生反思差異化技術(shù)可能帶來(lái)的影響，考察學(xué)生識(shí)別科學(xué)問(wèn)題、解釋科學(xué)現(xiàn)象、使用證據(jù)進(jìn)行探究等方面的能力。本題的正確答案多元多層，思維發(fā)散，但也不是只要作答就有分。上面列出的不得分答案就是我國(guó)學(xué)生在作答時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的用語(yǔ)，給出這類不得分答案的學(xué)生往往忽略了“研究?jī)艋鳌边@個(gè)關(guān)鍵詞，答案顯得海闊天空、漫無(wú)邊際，看似合理，實(shí)則與本題無(wú)關(guān)或涉及不到具體的問(wèn)題。這反映出學(xué)生缺乏解決開(kāi)放性問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。因此，學(xué)生需要在科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)方法上加強(qiáng)訓(xùn)練，養(yǎng)成尊重科學(xué)、熱愛(ài)科學(xué)、善于使用科學(xué)方法解決問(wèn)題的習(xí)慣。

四、PISA機(jī)考測(cè)試有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升

基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試中需要考慮到硬件的配備、軟件環(huán)境和運(yùn)行情況、學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操控能力等因素。測(cè)試可以有很多互動(dòng)性的題目，如虛擬實(shí)驗(yàn)、情景的再現(xiàn)、電子文本的跳轉(zhuǎn)、關(guān)鍵詞的搜索等。涉及到的一些解題條件也需要學(xué)生自己去創(chuàng)造、自己去尋找。7通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)PISA進(jìn)行測(cè)試，其問(wèn)題的情景測(cè)試有時(shí)會(huì)聚焦于現(xiàn)實(shí)生活中學(xué)生不熟悉的問(wèn)題或跨課程領(lǐng)域的認(rèn)知技巧。

PISA機(jī)考中對(duì)問(wèn)題情景的設(shè)置和實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的處理有著紙質(zhì)考試不可替代的特殊地位。如在考查某種動(dòng)物與環(huán)境關(guān)系類的問(wèn)題時(shí)，命題者通過(guò)軟件設(shè)計(jì)某種動(dòng)物在幾個(gè)時(shí)間段數(shù)量的變化情況與各類植物變化關(guān)系的虛擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤操作，調(diào)控相關(guān)的變量，可得出實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和變化情況。這些數(shù)據(jù)可在計(jì)算機(jī)設(shè)置的表格中自動(dòng)生成。然后學(xué)生在表中尋找有利于題設(shè)結(jié)論的問(wèn)題，尋找相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷并得出結(jié)論，根據(jù)分析生成折線圖、柱狀圖。學(xué)生還可根據(jù)題設(shè)條件進(jìn)行控制變量的實(shí)驗(yàn)，列出新的表格、重新進(jìn)行數(shù)據(jù)分析或進(jìn)行邏輯推斷，然后通過(guò)語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)。以下為機(jī)考有關(guān)實(shí)驗(yàn)流程圖：

總之，PISA作為世界上對(duì)教育有較大影響的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其評(píng)價(jià)理念和做法代表了世界發(fā)展的潮流。在參加相關(guān)評(píng)價(jià)工作同時(shí)，更應(yīng)當(dāng)深挖蘊(yùn)涵可能影響教育發(fā)展動(dòng)態(tài)的新思維、新方法和新動(dòng)態(tài)。PISA科學(xué)素養(yǎng)測(cè)試給基礎(chǔ)教育帶來(lái)的影響應(yīng)當(dāng)是深遠(yuǎn)的。特別是在新高考制度改革即將出臺(tái)，中國(guó)基礎(chǔ)教育又走到了一個(gè)新的起點(diǎn)之際，如何提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)？在對(duì)15歲學(xué)生參加測(cè)評(píng)后，如何跟蹤并指導(dǎo)其未來(lái)走向？怎樣在高考改革后時(shí)代使學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力全面提升？這是基礎(chǔ)教育改革與評(píng)價(jià)必須思考的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

1. 王蕾.PISA科學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)工具建構(gòu)[M].教育評(píng)價(jià)探新，西安：西安交通大學(xué)出版社，2007：（109-110）.

2. 王蕾.PISA科學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)工具的建構(gòu)[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2007（9）.

3. http：//www.jxteacher.com/3611270

04001110024/column29829/699416ae-263d-4ddc-a083-791f971d58e0.html

4. http：//www.docin.com/p-5974776

91.html

5. 王蕾.PISA科學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)工具建構(gòu)[M].教育評(píng)價(jià)探新，西安：西安交通大學(xué)出版社，2007（75）.

6. 中國(guó)興華科學(xué)教育網(wǎng)：http：//se.risechina.org/kspj/ShowArticle.asp？ArticleID=1487

7. http：//sh.xinhuanet.com/2014-04/02/c_133231561.htm