PISA視域下的科學(xué)素養(yǎng)：內(nèi)涵、跨國(guó)分析與實(shí)踐反思

林曉凡

摘 要：提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，是全球各國(guó)新一輪科技競(jìng)爭(zhēng)與變革的重要推動(dòng)力，是培育高精尖科技人才的重要議題。文章基于PISA科學(xué)素養(yǎng)框架，梳理了美國(guó)、新加坡、馬來(lái)西亞和泰國(guó)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培育課程與方法，并基于PISA科學(xué)素養(yǎng)視域反思了我國(guó)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培育的未來(lái)方向：注重學(xué)生的科學(xué)興趣和科學(xué)自我效能感等情感與態(tài)度的培育，完善以問(wèn)題與主題為中心的科學(xué)課程體系，形成適合我國(guó)科學(xué)素養(yǎng)教育的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)評(píng)體系。

關(guān)鍵詞：PISA；科學(xué)素養(yǎng)；測(cè)評(píng)

提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，是未來(lái)全球各國(guó)新一輪科技競(jìng)爭(zhēng)與變革的重要推動(dòng)力，是培育科技高精尖人才的重要議題。2015年經(jīng)合組織（OECD）開(kāi)展的國(guó)際學(xué)生評(píng)估項(xiàng)目（PISA）側(cè)重對(duì)科學(xué)素養(yǎng)的評(píng)測(cè)，全球72個(gè)國(guó)家和地區(qū)的54萬(wàn)名學(xué)生參加測(cè)試，受到國(guó)內(nèi)外教育界的廣泛關(guān)注。然而，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)青少年及公民的科學(xué)素養(yǎng)仍有很大的提升空間[1]。因此，關(guān)注PISA科學(xué)素養(yǎng)框架，梳理各國(guó)科學(xué)素養(yǎng)的典型培育經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)我國(guó)科學(xué)素養(yǎng)培育的未來(lái)發(fā)展方向，對(duì)于提升我國(guó)科學(xué)教育水平乃至人力資源水平具有一定借鑒意義。

一、PISA科學(xué)素養(yǎng)內(nèi)涵

當(dāng)代科學(xué)教育的目標(biāo)在于幫助學(xué)生具備科學(xué)的思考方式，并以此解決真實(shí)情景和社會(huì)發(fā)展中出現(xiàn)的相關(guān)科學(xué)問(wèn)題，如PISA2015將科學(xué)素養(yǎng)界定為具有反思能力的公民運(yùn)用科學(xué)知識(shí)參與科學(xué)相關(guān)事務(wù)的能力，它不僅評(píng)價(jià)學(xué)生知道哪些科學(xué)知識(shí)，而且關(guān)注學(xué)生如何加工知識(shí)以及如何在生活情境中創(chuàng)造性地應(yīng)用知識(shí)。因此，PISA測(cè)評(píng)不僅是應(yīng)試測(cè)驗(yàn)，還強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)，并制定情境化問(wèn)題的解決方案。PISA科學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)框架經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐與改良，形成了客觀測(cè)評(píng)和自我報(bào)告相結(jié)合的評(píng)價(jià)體系，從能力上分為“科學(xué)解釋自然現(xiàn)象能力”“設(shè)計(jì)與評(píng)估科學(xué)探究能力”“詮釋與解讀科學(xué)證據(jù)能力”三個(gè)維度，從認(rèn)知方式上分為“內(nèi)容性知識(shí)”“程序性知識(shí)”“元認(rèn)知知識(shí)”三個(gè)維度，從學(xué)科內(nèi)容上包括“物理”“生物”“地理與空間”三個(gè)方面，進(jìn)而對(duì)參與測(cè)評(píng)學(xué)生進(jìn)行分?jǐn)?shù)總分加權(quán)。由于其題型的情境化、測(cè)評(píng)方法的科學(xué)性和長(zhǎng)期縱向跟蹤的持續(xù)性，PISA測(cè)試越來(lái)越受到國(guó)際層面的認(rèn)可。

PISA2015測(cè)試報(bào)告在2016和2017年陸續(xù)公布，正如報(bào)告所述，在信息化時(shí)代，每個(gè)人都必須“像科學(xué)家一般”去思考詮釋?zhuān)庾x數(shù)據(jù)與證據(jù)，得出客觀的結(jié)論。在學(xué)生所必須具備的三大能力中，“科學(xué)解釋自然現(xiàn)象能力”是指針對(duì)日常生活中與科學(xué)相關(guān)的現(xiàn)象，能夠確認(rèn)該現(xiàn)象與科學(xué)知識(shí)的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而提供合理的解釋?zhuān)⒃u(píng)鑒各種不同解釋的合理性；“設(shè)計(jì)與評(píng)估科學(xué)探究能力”是指能夠確認(rèn)科學(xué)探究過(guò)程中的重要變量并敘述其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施過(guò)程，且能評(píng)估探究方法的合理性；“詮釋與解讀科學(xué)證據(jù)能力”是指針對(duì)各種不同的科學(xué)信息、主張和論證能夠?qū)嵤┓治黾霸u(píng)鑒，進(jìn)而提出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。

而在認(rèn)知方式方面，學(xué)者更青睞具有融入科學(xué)相關(guān)議題、科學(xué)思考方式及反思能力的公民。PISA所謂的“程序性知識(shí)”和“元認(rèn)知知識(shí)”其實(shí)是科學(xué)教育領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)的科學(xué)認(rèn)識(shí)觀或科學(xué)本質(zhì)相關(guān)知識(shí)（epistemic knowledge），這些與學(xué)生的科學(xué)思考、推理、探究及科學(xué)證據(jù)詮釋息息相關(guān)。

二、科學(xué)素養(yǎng)培育課程的國(guó)際分析

我國(guó)2015年推出的“一帶一路”倡議，希望能夠深化與沿線(xiàn)國(guó)家政治、經(jīng)濟(jì)、文化、教育等方面的雙向交流與合作。因此，本研究不僅選取了科學(xué)教育發(fā)達(dá)的美國(guó)，還選取了“一帶一路”沿線(xiàn)的新加坡、馬來(lái)西亞和泰國(guó)進(jìn)行分析。上述國(guó)家皆多次參與國(guó)際大型教育調(diào)查項(xiàng)目，對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)教育與相關(guān)研究投入十分關(guān)注，值得中國(guó)教育界進(jìn)一步深入了解，并進(jìn)行系統(tǒng)性跨國(guó)分析。

（一）美國(guó)

美國(guó)通過(guò)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》在聯(lián)邦層面推動(dòng)科學(xué)教育變革，其中一個(gè)重要的變革是實(shí)施STEM和創(chuàng)客跨學(xué)科課程整合計(jì)劃。這一計(jì)劃強(qiáng)調(diào)學(xué)生基于合作解決科學(xué)問(wèn)題的素養(yǎng)。一般而言，合作解決科學(xué)問(wèn)題包含四個(gè)主要過(guò)程：探索問(wèn)題與理解問(wèn)題、表征問(wèn)題、計(jì)劃與執(zhí)行、監(jiān)控與反思。此外，在合作解決科學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中基本包含三大能力：相互理解、適切地解決問(wèn)題、維持團(tuán)隊(duì)互動(dòng)。為了達(dá)到上述目標(biāo)，除了基于標(biāo)準(zhǔn)制定小而精、層次化的科學(xué)教育課程體系外，美國(guó)教育界還提出了科學(xué)-技術(shù)-社會(huì)（STS）教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法、基于設(shè)計(jì)的教學(xué)法、認(rèn)知腳手架與圖示分析法等教學(xué)方式，同時(shí)引入了人工智能、大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)、AR和VR資源等各類(lèi)信息化環(huán)境和手段輔助教學(xué)。

（二）新加坡

新加坡小學(xué)學(xué)制為6年，中等教育分為中學(xué)和中學(xué)后（post-secondary）兩個(gè)階段。由于實(shí)施“因材施教”的教育政策，新加坡將中學(xué)課程分成特別課程（Special Course）、快捷課程（Express Course）和正規(guī)課程（Normal Course）。新加坡稱(chēng)這種學(xué)制為“分流教育”，目的是讓學(xué)生接受最具效率、最適合個(gè)人學(xué)習(xí)能力與興趣傾向的教育。成績(jī)最佳者進(jìn)入特別課程（約10%的學(xué)生），其次者進(jìn)入快捷課程（約40%的學(xué)生），再次者進(jìn)入正規(guī)課程（約50%的學(xué)生）。為了使盡可能多的學(xué)生接受更長(zhǎng)時(shí)間的與科學(xué)教育相關(guān)的課程，從1994年起，正規(guī)課程又分學(xué)術(shù)課程（Academic Course）與技術(shù)課程（Technical Course）兩種。其中，技術(shù)課程主要適合學(xué)力較弱的學(xué)生。《科學(xué)問(wèn)題》（Science Matters）教材是新加坡目前普遍使用的一套教材，為全英文版，分別供中一、中二年級(jí)的學(xué)生使用。教材內(nèi)容覆蓋物理、生物、化學(xué)等學(xué)科，依據(jù)《新加坡中學(xué)低年級(jí)科學(xué)課程大綱》，教材編排打破了學(xué)科壁壘，在統(tǒng)一的科學(xué)概念下分主題組織內(nèi)容。在內(nèi)容選擇上，除了以科學(xué)事實(shí)為支撐外，還隨處可見(jiàn)科學(xué)史的內(nèi)容。中學(xué)后的科學(xué)教育進(jìn)一步分化。證書(shū)考試成績(jī)靠前的學(xué)生（約30%）進(jìn)入大學(xué)預(yù)科，包括兩年制的初級(jí)學(xué)院（Junior College）和三年制的高級(jí)中學(xué)（Centralised Institute）。成績(jī)較好的學(xué)生中80%的人可以升入大學(xué)，他們是新加坡未來(lái)的社會(huì)精英。他們根據(jù)興趣愛(ài)好以及高級(jí)水平教育證書(shū)考試的要求從數(shù)學(xué)與科學(xué)領(lǐng)域中選擇一至三門(mén)課程學(xué)習(xí)。成績(jī)一般的學(xué)生（約占50%）進(jìn)入理工學(xué)院（三年制），主要學(xué)習(xí)技術(shù)類(lèi)和應(yīng)用類(lèi)課程，也會(huì)通過(guò)工程類(lèi)課程學(xué)習(xí)一些科學(xué)知識(shí)。成績(jī)較差的學(xué)生進(jìn)入工藝教育學(xué)院（一至兩年），主要學(xué)習(xí)職業(yè)課程，進(jìn)行職業(yè)培訓(xùn)，不再學(xué)習(xí)科學(xué)課程。

（三）馬來(lái)西亞

馬來(lái)西亞曾經(jīng)是英國(guó)的殖民國(guó)，其教育制度受到英國(guó)教育制度的影響。馬來(lái)西亞教育注重考試制度，并以多種標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)驗(yàn)來(lái)評(píng)定學(xué)生的學(xué)術(shù)資格和能力。馬來(lái)西亞擁有多元的中學(xué)教育，學(xué)生可根據(jù)自己的喜好自由選擇適合的中學(xué)，其中學(xué)主要分為兩大類(lèi)：公立中學(xué)和私立中學(xué)。在初中階段將自然科學(xué)（生物、化學(xué)、物理）合編為綜合科學(xué)；高中階段理科班的數(shù)理科著重強(qiáng)化基礎(chǔ)知識(shí)與提高基本技能，分科編制，高中文商班的數(shù)理科則是以綜合性課程進(jìn)行編制。獨(dú)立中學(xué)的初中綜合科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃了各學(xué)習(xí)領(lǐng)域及其核心概念，要求教師善于圍繞核心概念組織教學(xué)，讓學(xué)生清楚地理解與掌握核心概念。此外，科學(xué)的各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域是有相通和聯(lián)系之處的，教學(xué)過(guò)程中可以通過(guò)“跨學(xué)科理念”將各學(xué)習(xí)領(lǐng)域的核心概念相整合。

（四）泰國(guó)

泰國(guó)國(guó)民基礎(chǔ)教育分為三個(gè)階段，共12年，包含小學(xué)6年及中學(xué)6年。12年的基礎(chǔ)教育中，前九年為義務(wù)教育，高階中學(xué)階段則分流為學(xué)業(yè)與職業(yè)兩種取向的學(xué)校，另有綜合學(xué)校提供學(xué)業(yè)與職業(yè)兩種課程軌道。進(jìn)入學(xué)業(yè)學(xué)校的學(xué)生大多進(jìn)入大學(xué)就讀，而職業(yè)學(xué)校則提供就業(yè)準(zhǔn)備與訓(xùn)練。2001年，泰國(guó)開(kāi)始實(shí)施新的國(guó)家課程，以及以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。泰國(guó)基礎(chǔ)教育階段學(xué)生均需學(xué)習(xí)科學(xué)學(xué)科，學(xué)?？茖W(xué)教學(xué)內(nèi)容也必須遵照國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。小學(xué)一年級(jí)至初階中學(xué)的科學(xué)學(xué)科稱(chēng)為《科學(xué)概論》（General Science），內(nèi)容包含物理、化學(xué)、生物、地理中的科學(xué)部分與天文，此階段并不分科，實(shí)施綜合教學(xué)。若學(xué)生選擇進(jìn)入高階中學(xué)，則三年內(nèi)必須學(xué)習(xí)物理、化學(xué)與生物三科的分科內(nèi)容，大學(xué)入學(xué)考試（國(guó)家考試）也包含各科學(xué)學(xué)科的考核。

上述美國(guó)、新加坡、馬來(lái)西亞、泰國(guó)均多次參與PISA、TIMSS等國(guó)際大型教育調(diào)查項(xiàng)目，盡管各國(guó)的社會(huì)文化與教育情境不盡相同，但其科學(xué)素養(yǎng)培育措施都是圍繞人才科技發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)力的核心價(jià)值所在。這些國(guó)家分別從社會(huì)文化與教育環(huán)境的角度，制定更加完善的科學(xué)學(xué)習(xí)理論與實(shí)踐架構(gòu)支持下的培育課程體系，在一定程度上值得我國(guó)借鑒。

三、科學(xué)素養(yǎng)培育的影響因素及反思

PISA2015 還通過(guò)里克特量表測(cè)量了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的影響因素，包括學(xué)生的科學(xué)樂(lè)趣、廣義科學(xué)興趣、科學(xué)自我效能感、功利性動(dòng)機(jī)、成就性動(dòng)機(jī)、考試焦慮、學(xué)校歸屬感等變量，以及動(dòng)機(jī)、信念、參與等方面的變量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在我國(guó)參與測(cè)試的北京、上海、江蘇和廣東的學(xué)生中，個(gè)人態(tài)度和情感傾向方面的科學(xué)樂(lè)趣、廣義科學(xué)興趣、科學(xué)自我效能感、成就性動(dòng)機(jī)較大的學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)較高。而學(xué)校環(huán)境、學(xué)習(xí)類(lèi)型、教師滿(mǎn)意度的影響不顯著。近年來(lái)，國(guó)際教育研究領(lǐng)域越來(lái)越關(guān)注學(xué)習(xí)者本身對(duì)科學(xué)所持的動(dòng)機(jī)或信念，而許多研究也指出這些動(dòng)機(jī)或信念在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)歷程中扮演非常重要的角色[2][3][4]。對(duì)于自己能否勝任科學(xué)活動(dòng)，通常具有正面信念的學(xué)生對(duì)此類(lèi)活動(dòng)有顯著偏好，更能全身心投入到活動(dòng)中完成其學(xué)習(xí)任務(wù)，面對(duì)困難時(shí)較不易產(chǎn)生挫敗感，也能增強(qiáng)其對(duì)于學(xué)習(xí)的自信。反之，若是認(rèn)為自己無(wú)法完成科學(xué)活動(dòng)的學(xué)生，往往會(huì)逃避其需要面對(duì)的學(xué)習(xí)任務(wù)，即使是被教師或家長(zhǎng)要求，也常難有投注心力的意愿，遭遇困難時(shí)即會(huì)因?yàn)樽约焊惺艿降膲毫Χ艞墝で笸黄频臋C(jī)會(huì)。[5]

因此，提升我國(guó)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，首先須改變教學(xué)觀念，在教授科學(xué)知識(shí)與技能的同時(shí)，著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣和科學(xué)自我效能感。學(xué)者林、蔡和梁（Lin，Tsai，and Liang）發(fā)現(xiàn)具有“記憶”“準(zhǔn)備考試”“計(jì)算與練習(xí)”的科學(xué)學(xué)習(xí)信念的學(xué)習(xí)者屬于“被動(dòng)接受型”，具有“增進(jìn)知識(shí)”“應(yīng)用”“理解”“以新的方式看待事物”的科學(xué)學(xué)習(xí)信念的學(xué)習(xí)者屬于“主動(dòng)建構(gòu)型”[6]。 其中，蔡認(rèn)為“準(zhǔn)備考試”是亞洲重視考試文化下特有的類(lèi)型，而“計(jì)算與練習(xí)”則反應(yīng)出科學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的獨(dú)特性[7]。學(xué)者李、喬納森和蔡（Lee，Johanson，and Tsai）[8]研究指出，當(dāng)學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)科學(xué)本身是“準(zhǔn)備考試”時(shí)，其最主要的學(xué)習(xí)方式會(huì)傾向于淺層的學(xué)習(xí)方法（如背誦問(wèn)題的答案）。因此，促進(jìn)學(xué)習(xí)者從被動(dòng)接受知識(shí)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)建構(gòu)與探究是影響學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵。

其次，為了支撐這一轉(zhuǎn)變，科學(xué)課程的完善與重整編排十分關(guān)鍵，因此形成以問(wèn)題與主題為中心的科學(xué)課程體系以及突破學(xué)科壁壘建立跨學(xué)科科學(xué)教育體系的方法，值得我國(guó)借鑒。我國(guó)2016年公布了《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架，在新一輪以核心素養(yǎng)為中心的教育教學(xué)改革中，從各學(xué)科素養(yǎng)和跨學(xué)科整合角度推進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培育，邁出了具有里程碑意義的一步。

最后，借鑒PISA的科學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)模型、測(cè)評(píng)要素和基于證據(jù)決策的科學(xué)依據(jù)，形成我國(guó)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)評(píng)體系?？茖W(xué)素養(yǎng)是長(zhǎng)期系統(tǒng)工程，基于各類(lèi)“互聯(lián)網(wǎng)+”網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，建立學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)成長(zhǎng)電子檔案袋，對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)長(zhǎng)期記錄與追蹤，不僅有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升，還能提升我國(guó)科學(xué)教育決策的科學(xué)診斷。

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