科學(xué)的戰(zhàn)略愿景:PISA 2025科學(xué)素養(yǎng)評價的新方向*

羅 瑪

(寧波大學(xué)教師教育學(xué)院 浙江 寧波 315211)

經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)籌劃實施的大型“國際學(xué)生評估項目”(Program for International Student Assessment,PISA)一直受到學(xué)界的廣泛關(guān)注,原定于2024年進行以科學(xué)為主要評價領(lǐng)域的PISA測試,因新冠疫情的影響推遲了一年,即PISA 2025科學(xué)評估框架正在制定中。而由一群科學(xué)家和國際科學(xué)教育專家合作編寫的《科學(xué)戰(zhàn)略愿景》已于2020年3月發(fā)布,這是一份旨在為PISA管理委員會提供信息,為PISA科學(xué)測試指引未來方向的報告[1]。

《科學(xué)戰(zhàn)略愿景》是科學(xué)評估框架開發(fā)行動中戰(zhàn)略愿景階段(Strategic Visioning Phase,SVP)的工作報告,SVP是科學(xué)專家組制定科學(xué)評估框架之前的前提階段和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該報告為PISA理事會(Pisa Governing Board,PGB)展開研討和確定優(yōu)先級提供了愿景和方向的指導(dǎo)。在SVP期間組建了戰(zhàn)略愿景專家組(Strategic Visioning Expert Group,SVEG)和科學(xué)咨詢小組(Science Advisory Panel,SAP)。SVEG由12名來自不同國家的科學(xué)教育學(xué)者和專家組成。SAP則由科學(xué)組織機構(gòu)的國際代表組成,包括擁有科學(xué)學(xué)科內(nèi)容和技能專長的不同學(xué)科領(lǐng)域(如生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué))的國際代表,來自STEM行業(yè)領(lǐng)域的中小型企業(yè)和大型跨國公司的代表,學(xué)術(shù)界、專業(yè)協(xié)會、教師組織的代表,以及政府部門、評估機構(gòu)、基層組織等的代表。這些成員采用了參與、綜合、驗證和發(fā)布四個階段推進SVP工作,最終的成果產(chǎn)品即發(fā)布的《科學(xué)戰(zhàn)略愿景》報告。

PISA 2015科學(xué)評估框架規(guī)定了科學(xué)素養(yǎng)相關(guān)的科學(xué)知識、科學(xué)能力和科學(xué)態(tài)度三大維度。基于此,《科學(xué)戰(zhàn)略愿景》對15歲左右的年輕人提出了科學(xué)的愿景和方向,尤其是對他們從科學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗中另外獲得的知識、能力以及身份認同的結(jié)果提出了新建議。《科學(xué)戰(zhàn)略愿景》指出,為使年輕人能夠應(yīng)對未來工作和生活中的挑戰(zhàn),必須重視科學(xué)教育,用科學(xué)知識、科學(xué)技能和科學(xué)身份認同(identity)去支持和裝備他們。不僅要求年輕人在學(xué)校教育、課堂學(xué)習(xí)中擁有必備的科學(xué)素養(yǎng),而且在課堂之外的生活中,能夠批判性地參與和使用科學(xué)知識和科學(xué)能力,這對年輕人個人,乃至全社會、全球的健康、公平和繁榮都十分重要。在瞬息萬變的世界中,年輕人擁有科學(xué)身份認同,同時作為科學(xué)的重要消費者和生產(chǎn)者能感受到與科學(xué)有意義的聯(lián)系程度,對社會機構(gòu)和個人積極的公民身份也是至關(guān)重要的。

經(jīng)討論和調(diào)研,SVP研制、發(fā)布的《科學(xué)戰(zhàn)略愿景》對PISA科學(xué)評估框架提出了愿景和改進建議,共確定了三個關(guān)鍵維度,描述了所有15歲左右的年輕人應(yīng)該實現(xiàn)的目標(biāo):科學(xué)知識(scientific knowledge)、科學(xué)能力(scientific competencies)和科學(xué)身份認同(scientific identity),更新之處主要是引入了三個新的知識領(lǐng)域、兩個新的能力和一個全新的維度。

一、科學(xué)知識維度的變更

在繼承以往認識的基礎(chǔ)上,PISA對科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵和要求也緊跟時代發(fā)展的步伐而不斷地深入和細化[2]。《PISA 2015科學(xué)框架草案》將科學(xué)素養(yǎng)(scientific literacy)定義為作為一個有反思意識的公民能夠參與討論與科學(xué)有關(guān)的問題,提出科學(xué)見解的能力[3]。而所有理解和參與有關(guān)科學(xué)技術(shù)問題討論的能力都需要三種類型的知識,即內(nèi)容性知識(content knowledge)、程序性知識(procedural knowledge)、認識性知識(epistemic knowledge)。SVEG認為隨著社會的發(fā)展和進步,年輕人未來需要的科學(xué)知識應(yīng)該重新組織和更新,以更好地為未來世界的生活做好準(zhǔn)備。

(一)變更的基本依據(jù)

首先,SVEG指出,PISA科學(xué)框架當(dāng)前的知識組織主要基于非常傳統(tǒng)的學(xué)科框架,缺乏有助于理解和解決問題所需的跨領(lǐng)域、情境化和跨學(xué)科方法。基于現(xiàn)有的知識領(lǐng)域,SVEG認為,有必要更加強調(diào)科學(xué)的跨學(xué)科性質(zhì),有必要讓年輕人認識到科學(xué)是在社會和環(huán)境情境中使用的,涉及經(jīng)濟、社會行為和倫理道德等方面的考慮。因此,鑒于人類當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn),SVEG建議增加一個新的知識領(lǐng)域——“社會環(huán)境系統(tǒng)和可持續(xù)性”,將更好地代表年輕人在其人生中將面臨的問題的復(fù)雜性和關(guān)聯(lián)性,如氣候變化、流行病、糧食安全等問題。

其次,在這個時代,科學(xué)知識貌似十分容易獲取,并且觀點、論據(jù)可能來自不可靠或有問題的“科學(xué)”,年輕人需要成為科學(xué)知識的批判性消費者。借鑒歷史的或當(dāng)代的案例,年輕人必須了解科學(xué)是如何逐漸發(fā)展成為可靠的知識的。這種洞察力可以潛在地幫助年輕人仔細審查科學(xué)在當(dāng)代主題中的誤用,比如否認氣候變化、偽科學(xué)和假新聞等。

最后,計算機系統(tǒng)和自動化的快速發(fā)展,以及大量數(shù)字數(shù)據(jù)的可用性正在對社會和經(jīng)濟產(chǎn)生顯著影響,并改變了科學(xué)知識獲取和使用的方式。這些技術(shù)是根據(jù)科學(xué)概念、理論、原理和方法設(shè)計的,將繼續(xù)加深人們對世界的了解,同時成為個人和職業(yè)生活中始終存在的一部分。在日益數(shù)字化的世界里,能夠?qū)?shù)據(jù)流暢地研究、解釋和使用,以及對數(shù)字系統(tǒng)進行自動化處理的行為,將為年輕人的未來奠定良好的基礎(chǔ)。

(二)新增的科學(xué)知識領(lǐng)域

PISA 2015科學(xué)框架中的“科學(xué)知識”維度指出學(xué)生要理解以科學(xué)知識為基礎(chǔ)的主要事實、概念和解釋理論,包括自然科學(xué)知識和科技產(chǎn)品(內(nèi)容性知識)、科學(xué)觀點產(chǎn)生的過程(程序性知識)、理解內(nèi)容性知識建立過程的基本原理和使用理由(認知性知識)[2-3]。PISA 2015科學(xué)框架挑選知識領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)是要求內(nèi)容性知識與真實生活情境密切相關(guān)、代表一個重要的科學(xué)概念或者持久有效的主要解釋理論、符合15歲左右年輕人的認知發(fā)展水平等,最終確定了由物質(zhì)系統(tǒng)、生命系統(tǒng)、地球與空間系統(tǒng)①等三大學(xué)科領(lǐng)域組成的科學(xué)內(nèi)容性知識體系。SVEG則認為,確定內(nèi)容性知識的方法是關(guān)注人和人的需求,以及他們與自然和物理世界的互動,而不是科學(xué)事實的內(nèi)部組織。因為這種方式將更能引起年輕人的強烈共鳴,看到科學(xué)與他們生活的相關(guān)性。解決現(xiàn)實世界的科學(xué)問題需要關(guān)注系統(tǒng)與社會、環(huán)境、物理的相互作用,即需要跨學(xué)科方法和途徑。而信息科學(xué)在獲取和使用跨學(xué)科知識方面發(fā)揮著重要作用。此外,科學(xué)教育除了“教授科學(xué)如何運作”[4]外,還應(yīng)讓學(xué)生知道科學(xué)如何行不通[5],后者同樣重要。

因此,SVEG建議增加三個新的知識領(lǐng)域,并指出將對2015科學(xué)框架中既有的知識領(lǐng)域進行重新安排或整合②,分別是:(1)“社會環(huán)境系統(tǒng)和可持續(xù)性”,相關(guān)議題會對年輕人產(chǎn)生影響,需要解決其中復(fù)雜的、相互關(guān)聯(lián)的問題。該領(lǐng)域?qū)ㄒ郧皩W(xué)科領(lǐng)域內(nèi)包含的一些知識。(2)“科學(xué)知識的發(fā)展及其誤用”,讓年輕人更好地了解知識是如何發(fā)展的,幫助他們應(yīng)對知識的錯誤使用,如否認氣候變化或反疫苗運動。(3)“信息科學(xué)”,強調(diào)研究數(shù)據(jù),以及信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為的重要性,通過數(shù)字技術(shù),特別是人工智能對社會帶來影響,通過計算模型促進所有科學(xué)領(lǐng)域的知識進步。

表1中呈現(xiàn)了這三個知識領(lǐng)域中的相關(guān)示例,為科學(xué)框架中科學(xué)知識維度的構(gòu)建和更新提供了一定的參考?！犊茖W(xué)戰(zhàn)略愿景》指出,這三個新增的知識領(lǐng)域與PISA 2015科學(xué)框架中的“內(nèi)容性知識”關(guān)系密切,但并沒有具體說明如何編排、融合它們,也未說明它們與程序性知識、認知性知識有何關(guān)系。

表1 PISA 2025科學(xué)戰(zhàn)略愿景中新增的三個知識領(lǐng)域及其示例

二、科學(xué)能力維度的變更

(一)變更的基本依據(jù)

在這個永不停歇、不斷進步的世界里,信息洪流、新物理技術(shù)和新人工智能等是其顯著特征,年輕人需要用關(guān)鍵的思維工具來找到應(yīng)對的正確方法,科學(xué)教育為此發(fā)揮著越來越重要的作用。雖然科學(xué)教育將如何影響未來的世界還有待確定,但科學(xué)教育通過其特定的方法和文化,使年輕人具備一定的能力,可以批判性地審視這些變化特征并負責(zé)任地適應(yīng)其中。

PISA 2015科學(xué)框架已經(jīng)確定了三個關(guān)鍵能力,即科學(xué)地解釋現(xiàn)象、評價和設(shè)計科學(xué)探究、科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)。在過去的十年,科學(xué)技術(shù)取得了明顯的進步,SVEG認為,年輕人所需的科學(xué)能力也需要擴展和補充,尤其是當(dāng)新技術(shù)在社會審議和決策中發(fā)揮越來越明顯的作用時。

(二)新增和擴展的科學(xué)能力

根據(jù)SVEG的觀點,在當(dāng)前的科學(xué)框架基礎(chǔ)之上,應(yīng)增加兩項新的能力(見表2),并擴展現(xiàn)有的兩項能力(見表3)。

表2 PISA 2025科學(xué)戰(zhàn)略愿景中新增的科學(xué)能力

表3 PISA 2025科學(xué)戰(zhàn)略愿景對PISA 2015中科學(xué)能力要求的擴展

1.新增“將科學(xué)知識用于決策和行動”能力

科學(xué)知識對理解人們所生活的物質(zhì)世界具有重要的內(nèi)在價值,SVEG提出了“將科學(xué)知識用于決策和行動”(using scientific knowledge for decision-making and action)的能力要求,包括三方面的內(nèi)容(見表2)?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)能夠為人類的行動提供信息支持,由此改進行動?？茖W(xué)教育的重要成果包括讓年輕人欣賞科學(xué)是如何為改善健康、供應(yīng)能源和食品以及適應(yīng)氣候變化作出貢獻的,并且了解科學(xué)將來還能夠作出什么貢獻。更廣泛地說,科學(xué)教育意在培養(yǎng)年輕人研究科學(xué)如何為個人、地方或全球問題提供信息的能力,并提出適當(dāng)?shù)膯栴}。這些能力將有助于年輕人了解科學(xué)的相關(guān)性和重要性。

年輕人需要在復(fù)雜的系統(tǒng)中做出決策,積極地利用他們的科學(xué)知識來決定行動方案。技術(shù)的進步,特別是人工智能和生物技術(shù)的進步,增加了人們決策的復(fù)雜性。科學(xué)不會直接告訴人們“做什么決策”或“應(yīng)該做什么”,做決策需要道德和價值驅(qū)動,與身份認同和不平等問題密切相關(guān)。年輕人需要考慮他們的行為或他們支持的行為是否合乎道德、符合他們的價值觀,以及在日常生活中始終如一地應(yīng)用這種思想和價值觀。

科學(xué)教育不僅需要讓年輕人具備駕馭生活的決策能力,還需要賦予和支持他們發(fā)展參與行動和創(chuàng)造新價值的能力。當(dāng)創(chuàng)造新價值時,他們會提出問題,合作并嘗試“跳出框框思考”,需要使用一系列策略來解決問題,反思哪些有效、哪些無效,并擁有再次嘗試尋找解決方案的彈性和敏捷性。據(jù)此,在面對未來的不確定性和變化時,年輕人能夠更有準(zhǔn)備、更能適應(yīng)。

2.新增“使用概率思維”能力

SVEG認為,理解概率、不確定性和風(fēng)險是大多數(shù)科學(xué)問題的核心特征[6],也是知情決策必不可少的要素。所有風(fēng)險判斷的關(guān)鍵基礎(chǔ)是理解概率、正態(tài)分布、異常分布以及表達不確定性的常用方法。未來的年輕人需要具備“使用概率思維”(using probabilistic thinking)的科學(xué)能力,涉及五方面內(nèi)容(見表2)。

科學(xué)家基本上會以某種程度的暫時性來看待某個命題、某個可能事實的陳述,如51%的置信度表示僅比錯誤的可能性大一點,99.9999%的置信度則表示高度確定為真的。利用這種概率思維方法,科學(xué)家可以更容易接受錯誤,或是改變他們對新證據(jù)持有的立場。

所有的科學(xué)測量都有一些誤差。在處理復(fù)雜的多元系統(tǒng)時,真或假的簡單二分是無效且不可能的。年輕人應(yīng)當(dāng)能夠估計論證或討論中相關(guān)陳述、主張的置信度,理解95%置信度的科學(xué)論文有多大可能是錯誤的。更一般地說,他們應(yīng)該能夠認識到科學(xué)探究的局限性,并在處理科學(xué)探究結(jié)果時應(yīng)用批判性思維。

此外,所有活動都有與之相關(guān)的風(fēng)險,年輕人需要了解風(fēng)險是生活的固有特征。根據(jù)是個人風(fēng)險、人口風(fēng)險、系統(tǒng)風(fēng)險,還是終身風(fēng)險與直接風(fēng)險,做出承擔(dān)風(fēng)險的決定是不同的。對于“認識表示總體統(tǒng)計數(shù)據(jù)的常見形式及其使用和誤用”,年輕人需要了解正態(tài)分布的概念以及平均值和中位數(shù)之間的差異;利用誤差條形圖表示置信度,理解在任何總體中都會存在變異性和異常值;能夠利用這些知識對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行判斷;能夠區(qū)分因果關(guān)系和相關(guān)性,并能意識到在任何大型數(shù)據(jù)集中,得到顯著效應(yīng)的機會很大(即樣本量會影響結(jié)果的顯著性);能意識到大型數(shù)據(jù)集被越來越多地使用,且由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的性質(zhì),很可能導(dǎo)致出現(xiàn)誤解或偏見;能理解如果兩個數(shù)據(jù)點在允許的誤差范圍內(nèi),它們實際上就代表同一水平,即使一個明顯高于另一個,也正因如此,如果數(shù)據(jù)分析中沒有給出誤差線,就不可能對兩個數(shù)據(jù)點進行比較。

未來社會的發(fā)展將使越來越多的年輕人生活在一個使用大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)、算法來進行預(yù)測或決策的世界中。他們需要具備“做出預(yù)測”的能力,質(zhì)詢?nèi)斯ぶ悄芟到y(tǒng)做出的預(yù)測或發(fā)現(xiàn),質(zhì)詢所使用的數(shù)據(jù)集是否有偏差、樣本量有多少、在進行預(yù)測時的置信水平是什么等。

3.擴展已有的兩項科學(xué)能力

SVEG重新考慮了PISA 2015科學(xué)框架中的三大能力維度,認為需要對“評價和設(shè)計科學(xué)探究”“科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)”兩項科學(xué)能力進行擴展。

對于“評價和設(shè)計科學(xué)探究”能力,擴展了兩方面內(nèi)容要素(見表3),即增加了“理解復(fù)雜系統(tǒng)中的設(shè)計”“研究和評估信息”的能力要求。通過在微觀和宏觀層面觀察和理解系統(tǒng),能夠識別新出現(xiàn)的現(xiàn)象、物理反應(yīng)和行為。通過了解系統(tǒng)的復(fù)雜性可以識別新出現(xiàn)的屬性,這些屬性有時只在系統(tǒng)層面變化發(fā)展時才會變得明顯。此外,由于所有探究都以現(xiàn)有知識為基礎(chǔ),而人們越來越多地依靠搜索引擎獲取知識,因此年輕人需要能夠識別潛在的偏見、不可靠的來源或不可信的資源,從而以批判的方式做出評價和進行科學(xué)檢索[7]。

對于“科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)”這項能力,則增加了“查詢大數(shù)據(jù)集的能力”和“運用科學(xué)判斷進行決策的能力”。需要說明的是,《科學(xué)戰(zhàn)略愿景》對這一項能力的擴展并沒有分條目描述,因此表3中有關(guān)的信息較少。技術(shù)工具的發(fā)展,既為年輕人提供了查詢數(shù)據(jù)、發(fā)展能力的機會,也要求他們能夠區(qū)分科學(xué)搜索和科學(xué)活動的價值。搜索是以科學(xué)假設(shè)為基礎(chǔ);而科學(xué)活動基本上是探尋模式,為搜索提供理論依據(jù)。年輕人應(yīng)該警惕這樣一個事實,即在大多數(shù)大型數(shù)據(jù)集中,這種探尋有可能是隨機性和與虛假相關(guān)的產(chǎn)物,因此也很少能揭示潛在的因果關(guān)系[8]。SVEG表示,年輕人需要具備使用基本數(shù)據(jù)工具的能力,可以查詢數(shù)據(jù)集,并能夠用直方圖、圖表或餅形圖等方式來表征數(shù)據(jù)。此外,評估數(shù)據(jù)的一個重要要素是能夠估計數(shù)量的數(shù)量級,以確定某一發(fā)現(xiàn)是否在合理界限、常識范圍內(nèi)。這類數(shù)據(jù)分析一般用于做出判斷,并有助于增強將科學(xué)知識用于決策和行動的新能力,因此SVEG提出將該項能力命名為“解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)以做出判斷”(interpreting data and evidence to make judgements)更為恰當(dāng)。

三、新增“科學(xué)身份認同”維度

SVEG認為,身份認同(identity,也譯為“身份”)是影響科學(xué)知識理解程度和科學(xué)能力獲得的關(guān)鍵因素。關(guān)鍵的科學(xué)身份認同成果包括年輕人與科學(xué)建立了有意義的聯(lián)系,感覺科學(xué)“為我服務(wù)”“適合我”,發(fā)現(xiàn)科學(xué)與他們的日常生活相關(guān)且對他們有用,體驗科學(xué)的重要性和包容不同的人和經(jīng)歷,并利用科學(xué)來挑戰(zhàn)社會和環(huán)境的不平等。

雖然有些相關(guān)的內(nèi)容、要素可能在科學(xué)素養(yǎng)測試的背景調(diào)查問卷(contextual questionnaire)中有所涉及,但SVEG仍建議在PISA 2025科學(xué)測評中確立一個全新的維度——“科學(xué)身份認同”,與原科學(xué)素養(yǎng)框架中的科學(xué)知識和科學(xué)能力并列。

(一)新增的基本依據(jù)

SVEG認為,在當(dāng)代的科學(xué)愿景中,科學(xué)身份認同應(yīng)被視為重要且緊迫的優(yōu)先事項,身份認同在學(xué)習(xí)和理解之間起到中介作用。如果不關(guān)注年輕人科學(xué)身份認同的結(jié)果,人們就不會理解年輕人科學(xué)學(xué)習(xí)的成就和潛力,以及他們能夠多大程度地在生活中批判性地使用這些能力、采取行動。

科學(xué)身份認同維度的提出和確立是以廣泛的研究證據(jù)為基礎(chǔ)的[9-10]。學(xué)習(xí)科學(xué)的文獻表明,身份認同是科學(xué)學(xué)習(xí)、成就和參與的關(guān)鍵[10-12],是獲得科學(xué)知識和能力不可缺失的一部分,但又不同于科學(xué)知識和能力,它影響年輕人思考、學(xué)習(xí)、理解和參與(或不參與)科學(xué)的程度。該維度包括“對科學(xué)的態(tài)度”,同時重要的是,身份認同不只是“對科學(xué)的態(tài)度”,還是科學(xué)學(xué)習(xí)和成就的基礎(chǔ),應(yīng)與科學(xué)知識和能力同等重要。

該維度將道德、公平、包容和權(quán)力問題放在首位,為這些問題提供了強有力的聯(lián)系和基礎(chǔ),表明學(xué)習(xí)這個生態(tài)系統(tǒng)的公平“健康”情況。公平問題對科學(xué)教育成果應(yīng)該是什么以及科學(xué)和科學(xué)教育應(yīng)該如何實施等當(dāng)代愿景至關(guān)重要。公平和身份認同對于年輕人的未來就業(yè)能力以及他們是否能夠有意義地參與社會和未來工作,能產(chǎn)生重要影響。這要求年輕人能夠享受、參與和影響負責(zé)任的研究和創(chuàng)新。

(二)科學(xué)身份認同維度的要素

科學(xué)身份認同維度將反映一個年輕人(15歲左右)在以下四個方面發(fā)展的程度。一是科學(xué)資本:全面衡量年輕人的科學(xué)身份認同,對科學(xué)的態(tài)度、行為和聯(lián)系,最終感受到科學(xué)“為他們服務(wù)”(for them)。二是批判性科學(xué)機構(gòu):能夠批判性地利用科學(xué)和其他形式的專業(yè)知識為個人和社會造福,尤其是解決社會不平等問題。三是包容性的科學(xué)經(jīng)驗和實踐:指遇到多樣化和包容性的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和科學(xué)表現(xiàn)形式。四是道德和價值觀:作為一種基于道德規(guī)范和價值觀的實踐,經(jīng)驗和對科學(xué)的理解既與身份認同相關(guān),也與知識、理解相關(guān)?？茖W(xué)身份認同的要素中包含的具體要求見表4。

表4 PISA 2025科學(xué)戰(zhàn)略愿景中科學(xué)身份認同的要素

1.科學(xué)資本

科學(xué)資本是指一個人所擁有的與科學(xué)相關(guān)的資源,包括他們的科學(xué)態(tài)度,理解科學(xué)的素養(yǎng)和能力,對科學(xué)的認同、行為和社會交往[13]。大量證據(jù)表明,在年輕人多大程度感到科學(xué)“適合我”或“為我服務(wù)”(for me)方面,科學(xué)資本發(fā)揮著關(guān)鍵作用,并且與學(xué)習(xí)者16歲后的科學(xué)志向和進步顯著相關(guān)[14-15];也有研究發(fā)現(xiàn)科學(xué)資本與工程、數(shù)學(xué)和技術(shù)方面的態(tài)度和志向有關(guān)?？茖W(xué)資本是一種綜合性的衡量(measure),其中包括多個維度,它們是通過一系列國際研究,經(jīng)過廣泛測試和發(fā)展而形成的有效的、可靠的衡量。

2.批判性科學(xué)機構(gòu)

批判性科學(xué)機構(gòu)指的是“利用科學(xué)知識和其他形式的分布式專業(yè)知識(distributed expertise)來糾正不公正的情況”[16]。這個概念是通過廣泛的實證研究發(fā)展起來的,特別是針對在科學(xué)領(lǐng)域樣本代表性不足群體的年輕人進行的研究。證據(jù)表明,支持和賦能年輕人的批判性科學(xué)機構(gòu),支持更公平和更具包容性的STEM教學(xué)法,對年輕人及其社區(qū)多有裨益。“批判性科學(xué)機構(gòu)”與“將科學(xué)知識用于決策和行動”能力有關(guān),但也有所擴展,包括:(1)明確的社會正義框架、權(quán)力和公平問題的前景;(2)整合和評估更為廣泛的社區(qū)知識、專業(yè)知識以及規(guī)范科學(xué)的知識;(3)在重塑原型科學(xué)和規(guī)范科學(xué)方面的作用(如年輕人利用批判性科學(xué)機構(gòu)使科學(xué)實踐和規(guī)范化的認識方式更加公平和包容)。SEVG共提出了6條具體的批判性科學(xué)機構(gòu)要素,希望年輕人能夠?qū)崿F(xiàn)(見表4)。

3.包容性的科學(xué)經(jīng)驗和實踐

成功的科學(xué)教育應(yīng)解決和縮小不同社會群體(如種族、階級、性別、性取向、宗教、殘疾、族裔等)之間的“差距”,而非創(chuàng)造和加劇不平等,包括科學(xué)知識、科學(xué)能力和身份認同等方面。來自不同背景的年輕人應(yīng)能感受到科學(xué)“適合他們”“為他們服務(wù)”,體現(xiàn)出“包容性”。一個成功的、高性能的系統(tǒng)是一個積極且急切地改變和改善成就、機構(gòu)和包容模式的系統(tǒng)。不同于批判性科學(xué)機構(gòu)和科學(xué)資本所指的社會模式成果,這個要素的成果或要求強調(diào)公平包容、文化多元的環(huán)境和經(jīng)驗(見表4)。

4.道德和價值觀

科學(xué)身份認同關(guān)涉能力的各個方面(如了解科學(xué)的局限性、將科學(xué)知識用于決策和行動等),但明確地將道德和價值觀放在首位?？茖W(xué)實踐不能脫離道德規(guī)范和價值觀,因此應(yīng)當(dāng)理解與科學(xué)(知識、方法、實踐和成果)相關(guān)的道德倫理和社會價值觀,這是所有15歲年輕人的重要科學(xué)學(xué)習(xí)成果。對這一要素,SVEG尚未列出具體條目。

四、PISA 2025科學(xué)戰(zhàn)略愿景對科學(xué)教育的啟示

年輕人在15歲通過科學(xué)學(xué)習(xí)取得的成就,即人們期望的當(dāng)代愿景,是在SVEG實施調(diào)查和文獻探索的基礎(chǔ)上,融合了專業(yè)知識和各方觀點,分析、探索和辯論而創(chuàng)建提出的。最終,SVEG建議PISA 2025科學(xué)框架新增三個新的知識領(lǐng)域、擴展兩項現(xiàn)有能力、新增兩項科學(xué)能力,以及新增“科學(xué)身份認同”維度。年輕人是否具備應(yīng)對未來十幾年諸多挑戰(zhàn)的能力,需要適合的科學(xué)教育去支持和塑造,因此《科學(xué)戰(zhàn)略愿景》也是對未來的科學(xué)教育提出的愿景和方向。

(一)科學(xué)教育目標(biāo):強調(diào)知識、技能與身份認同并重

自21世紀(jì)初期以來,我國教育已經(jīng)開始重視科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng),這是響應(yīng)國際范圍內(nèi)科學(xué)教育變化的教育目標(biāo)改革。然而根據(jù)SVEG實施的調(diào)查,許多受訪者表示在許多情況下,當(dāng)前的科學(xué)教育未能讓學(xué)習(xí)者為工作世界做好充分準(zhǔn)備和成為具有科學(xué)素養(yǎng)的積極公民,并且認為科學(xué)教育的主要失敗在于,它過分強調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容或記憶知識以通過標(biāo)準(zhǔn)化考試,而較少強調(diào)更高階的認知技能和更廣泛的科學(xué)素養(yǎng)。這些也是我國科學(xué)教育實踐中存在的問題。2022年4月,我國發(fā)布了最新的義務(wù)教育階段課程方案及各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn),圍繞發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)規(guī)定了學(xué)科內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)業(yè)質(zhì)量要求等。而SVEG建議的“科學(xué)身份認同”新增維度,新課標(biāo)還未加考慮,相關(guān)研究也比較缺乏。

科學(xué)教育的目標(biāo)即提供何種“教育投入”從而獲得什么“預(yù)期結(jié)果”。實現(xiàn)預(yù)期結(jié)果所需的教育投入廣泛而多樣,包括教授基礎(chǔ)科學(xué)知識、內(nèi)容,培養(yǎng)更高層次的認知技能,如批判性思維、溝通技巧、創(chuàng)造能力等,最終發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。也可以將科學(xué)教育的預(yù)期結(jié)果廣義地描述為實現(xiàn)“社會正義”,使所有人都能夠成為積極的公民。在這一層面上,應(yīng)該讓所有年輕人都能感受到同科學(xué)有意義的聯(lián)系,并成為科學(xué)的關(guān)鍵使用者和生產(chǎn)者。因此,要求學(xué)習(xí)者在理解科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的公平、道德、包容等問題的基礎(chǔ)之上,能夠更深入、全面地理解科學(xué)和生活、科學(xué)和自我的關(guān)系,既能享受科學(xué)帶來的便利,也能參與、創(chuàng)造科學(xué),做負責(zé)任的公民。

(二)科學(xué)教學(xué)方式:注重聯(lián)系交叉、應(yīng)用實踐和科學(xué)參與

結(jié)合愿景構(gòu)建過程中SVEG的調(diào)查和建議,為更好地滿足年輕人的未來需求和愿望,應(yīng)當(dāng)重新考慮科學(xué)課程的內(nèi)容及其組織,由此希望在科學(xué)教學(xué)方式上有一些轉(zhuǎn)變。新課標(biāo)強調(diào)應(yīng)超越以前單一課時設(shè)計,要用大單元把目標(biāo)內(nèi)容、實施、評價活動整合在一起,強化學(xué)科實踐,由此實現(xiàn)學(xué)科育人。聯(lián)系交叉或是跨學(xué)科本是科學(xué)的本質(zhì)特征,而在提供核心概念知識方面,以往的科學(xué)教育總是忽略了科學(xué)知識如何隨時間的推移而發(fā)展,即沒有建立在前期知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,不具備應(yīng)當(dāng)?shù)那昂舐?lián)系。

因此,在知識的教學(xué)上,可以從科學(xué)史中挖掘、精選出一些案例,幫助學(xué)生理解、辨識生活環(huán)境中與科學(xué)息息相關(guān)的議題,做出明智判斷。例如,對那些詆毀疫苗接種、否認氣候變化的人為因素等觀點,學(xué)習(xí)者能發(fā)現(xiàn)其中的知識缺陷和世界觀的不足。依據(jù)新課標(biāo)中所強調(diào)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)、跨學(xué)科實踐、解決真實問題的思路和方式,科學(xué)教學(xué)方式應(yīng)該更多地關(guān)注領(lǐng)域的創(chuàng)新和變革,可以是環(huán)境變化(如氣候緊急情況)、技術(shù)變革(數(shù)據(jù)的重要性日益增加),還可以是社會問題(如全球化的影響)。

從以知識和內(nèi)容為中心的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變?yōu)樯婕案嗫茖W(xué)應(yīng)用和科學(xué)實驗的教學(xué)方法,有利于擴大年輕人的科學(xué)參與,由此更有助于科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。而應(yīng)用跨學(xué)科的方法進行科學(xué)學(xué)習(xí)、解釋世界,可以促使年輕人考慮導(dǎo)致特定事件的不同機制,以及思考在科學(xué)、社會、經(jīng)濟和政治等不同層面造成某些事件的可能[17],更好地識別由于系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)系而發(fā)生的物理、生態(tài)和社會政治反饋機制和行為。希望通過擴大年輕人對科學(xué)的參與,促進實現(xiàn)社會正義,增強年輕人對科學(xué)的熱愛,為創(chuàng)新和變革做好準(zhǔn)備。未來,當(dāng)他們離開校園,能夠在課堂以外的生活中批判性地參與和使用科學(xué)知識和能力,不僅對他們個人很重要,而且對全球社會的健康、公平和繁榮也很重要。

(三)科學(xué)教育評價:用更全面的評估促進公平

我國當(dāng)下評價理念和實踐經(jīng)驗容易造成“被測量的東西才得到重視”的“偏見”,因此并不能支持有效的科學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)。SVEG指出,總結(jié)性評價的廣泛應(yīng)用也導(dǎo)致了不公平的學(xué)習(xí)文化。為應(yīng)對科學(xué)教育評價的諸多問題,在新課標(biāo)中涌現(xiàn)了“增值性評價”“表現(xiàn)性評價”“過程性評價”“問題解決”“試題情境”等關(guān)鍵詞,希望借此指導(dǎo)評價實踐。但在SVEG對科學(xué)素養(yǎng)評價的愿景建議中,還有一個全新的、大膽的領(lǐng)域——“科學(xué)身份認同”。歷來的總結(jié)性評價都忽略了對身份認同的考量,導(dǎo)致科學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)的窄化、片面化。而有限的、狹隘的學(xué)習(xí)目標(biāo)體系會轉(zhuǎn)化為不恰當(dāng)?shù)慕逃龑嵺`,影響學(xué)習(xí)者的科學(xué)參與,還會限制不同的班級、年級、學(xué)校及成人生活和工作之間的科學(xué)學(xué)習(xí)遷移。因此,對評估工具的反思、審視十分重要,看其能多大程度地加劇或改善有效、公平的科學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)。在科學(xué)測評中納入科學(xué)身份認同,注重科學(xué)參與、公平、包容性經(jīng)驗、科學(xué)價值觀及科學(xué)的缺陷等,可以促進更有效、更公平的教學(xué)方法的形成和實施。

人們需要更全面的評估(holistic assessment)工具,借此破除一些“惡習(xí)”,比如“應(yīng)試教育”、排斥或忽視公平等問題。對于科學(xué)身份認同這一PISA 2025測評的新維度,可以利用已有的、可用的有效測量,將其轉(zhuǎn)化為評價框架,為評價和研究服務(wù)。已有研究對科學(xué)身份認同進行了測評研究[18],國內(nèi)也有學(xué)者對評價工具進行了探索和應(yīng)用[19-20]。結(jié)合我國當(dāng)前科學(xué)教育的實際進行嘗試和探索,更新學(xué)生學(xué)業(yè)評價、教師評價的理念和內(nèi)容[21],將有助于完善科學(xué)素養(yǎng)、核心素養(yǎng)的測評工作。此外,回答好怎么評、結(jié)果怎么用等問題[22],也將能促進教育的公平正義。正如SVEG所指出的,雖然無法具體預(yù)測未來幾十年學(xué)習(xí)者將面臨什么變化和挑戰(zhàn),但可以探索一些寬泛的技能,包括科學(xué)參與、科學(xué)身份認同等,使學(xué)習(xí)者能夠適應(yīng)未來不可預(yù)見的、不確定的挑戰(zhàn),如成為數(shù)字世界的積極參與者。

注釋：

①PISA 2015科學(xué)框架中這三個知識領(lǐng)域分別是:physical systems,living systems,earth and space systems。國內(nèi)的評介文獻中對此一般譯為物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)。本文為與《科學(xué)戰(zhàn)略愿景》作對照,將“systems”直譯為“系統(tǒng)”。

②SVEG提議,將信息科學(xué)納入科學(xué)框架作為附加的知識領(lǐng)域,或是將其整合到現(xiàn)有的知識領(lǐng)域中。