PISA对地理探究性试题命制的启示

PISA对地理探究性试题命制的启示耿夫相（绍兴鲁迅中学，浙江 绍兴）（此文发表于地理教学2011年第6期）倡导探究性学习，开展地理观测、地理实验、地理调查和地理专题研究，以培养学生发现问题、解决问题和发展学生科学探究的能力，是我国中学地理新课程理念之一，也是我国中学地理教学的主要目标和内容之一。探究性试题能够很好地考查学生这方面的能力，那么，如何命制出检测这一课程目标和内容达成的探究性试题，是高考地理试题命制的一个难点。其实，PISA试题可以给我们很好启示。PISA是学生能力国际评价（Programme for International Student Assessment）的缩写，是经济合作与发展组织（The Organization for Economic Cooperation and Development，OECD）发起并组织实施的为各参与国家与地区协作监控教育成效的评价项目。2009 年有67个国家和地区参与PISA测试，我国共11个省、自治区、直辖市参加此次试测研究。该活动旨在测试义务教育阶段结束后15岁学生在阅读、数学和科学方面所具备的应用知识、技能和解决问题的能力。一、探究性试题的立意所谓立意，是指试题是围绕哪个主题展开，引导学生关注何种现象，体现怎样的能力考查主旨。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，在各种情景中解决和解释问题的能力。例如，PISA 2009对科学素养表述为“个体能够掌握科学知识，应用科学知识来确定问题，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；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；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”。从上表述可以看出“素养”应包括三个维度：知识、技能、态度。鉴于此，在进行地理探究性试题设计时也应从三个维度考查学生的地理素养，具体讲，地理知识就是地理学的基本科学概念和理论，例如，中学地理知识主要有地球运动意义、天气与气候、陆地自然带的形成与分布、河流水文特征、洋流的分布、地质构造与构造地貌、板块运动与地质灾害、地理环境的整体性与区域差异性、人类活动的空间布局的区位分析（包括农业、工业与商业活动、聚落、交通线点、文化生态、旅游）、人口增长与迁移、环境问题与可持续发展、区域经济联系等。从能力考查看，高考主要考查考生获取和解读信息能力、调动和运用知识能力、描述和阐释事物能力、论证和探讨问题能力能力，其核心是探究能力，基础是调动和运用知识能力，中介是逻辑推理和批判性分析，识别科学问题、科学地解释现象、有根据地得出结论的能力。PISA认为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，态度主要是指对科学有兴趣、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。探究性试题应尽可能对学生三个维度的素养进行全方位考查，但探究性试题又与其他试题有所不同，考查重点应是学生的探究能力，而非基础知识和情感、态度，其考查的三个维度的分布如图所示。二、探究性试题素材的选取选取怎样的素材能编制出地理探究性试题呢？笔者认为首先要精选案例，使之具有实证性、科学性、完整性、典型性、时代性和发展性。探究性试题的素材来源渠道主要有以下几个方面：首先，要取自学生的真实生活，因为真实的生活情景能培养学生关注生活、从生活实景中进行分析问题，将学科知识、方法技能应用于生活中的能力。例如，PISA2003“租房”、PISA2006样题“适合饮用的水”、 PISA2006中的“苍蝇”、PISA2006中的“蛀牙”、PISA2006 S129“白昼”等都是取材于现实生活的实例。地理是一门与考生的现实生活密切相关的学科，地理探究性试题也借鉴PISA的做法，可以选取紧密联系生活的地理现象、社会热点事件来创设问题情境，考查学生灵活运用知识，解决实际问题的能力。其次，选取学生普遍关心的生态环境问题。PISA2006“酸雨”、PISA2006“太阳塔”、PISA 2009样题 “温室效应：事实还是幻想？”等。其实，地理学是与生态环境问题关系最为密切的学科，例如环境污染问题、城市化问题、资源短缺、水土流失、土地荒漠化、土地盐碱化、生物多样性减少、地质灾害、气象灾害等自然灾害问题。再者，学生做的一些研究报告，例如实验报告、研究性学习报告等。一方面，研究报告是科学探究的成果，能反映探究的过程，命题者比较容易将它转化为探究性问题情境，也容易从中选取问题的切入点。另一方面，学生做的研究报告，涉及的学科知识水平和认知能力接近考生的知识水平和认知能力，适合于考查探究思维能力。三、探究性问题的设置探究性问题的设计应有引导性、启发性和开放性，有利于学生在过程中真正理解地理现象、特点和成因之间的关系，深入理解地理知识，掌握解决地理问题思路。纵观PISA2000、PISA2003、PISA2006、PISA2009四次测试，PISA探究性试题主要有以下几种类型：1、证据类的探究性问题证据类探究性问题首先要提供丰富的材料，要求学生通过阅读信息，获取、分析、解读相关信息，根据材料提供的科学证据来得出结论、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等。例如，PISA2009样题：阅读下文并回答问题。 温室效应：事实还是幻想？ 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，会穿过大气层进人地球。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。报刊杂志上常说，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关系。 小德从这两幅图中得出二氧化碳的排放量一定是导致全球气候平均气温上升的原因。 问题1：上图中什么能支持小德的观点？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。 该案例是以温室效应为背景，通过讲解温室效应名字的来历为背景材料，并以“事实还是幻想？”为标题，以提高学生的兴趣，展开测试项目，问题1主要考查学生的识图能力，通过识图获得有用信息（科学证据）以支持某个观点；问题2也考查学生的使用科学证据判断结论正误的能力，问题3则是测试学生能否通过思考得出科学解释的能力。此题要求学生在读懂图像的基础上，通过比较、归纳，分析得出自己的结论，同时鼓励学生的创造性思维。 2009年广东高考地理第35题与上例命题手法非常相似，同属于经典的题例，可以说有异曲同工之妙，给我们很好的启示。 （2009年广东地理卷35题）某考察队在内蒙古巴丹吉林沙漠东南部发现了湖泊与高大沙山共存的奇观。根据下列资料，结合所学知识，回答(1)(3)题 资料一：见右图。资料二：该地全年盛行西北风、西风，年降水量小于80mm，蒸发量大于3500mm，广泛分布着平均高达200300m的沙山。沙区总面积中，湖泊群约占l0；面积大于1km2的湖泊有5个，严冬也不结冰。资料三：考察队在沙山中发现了保存完好、未曾移动的植物根管结核化石，经测定年龄在4000年以上。同时发现沙山内部含水量较高。资料四：经测定，湖泊水的理化指标与深层断裂带的地下水相近，与周边地表水差异较大。(1)该地沙山是固定的还是流动的?说明判断依据。(3分) (2)该地湖泊冬季不结冰的原因是 。(2分) (3)分析该地补给水的各种可能来源，并给出主要来源及其判断依据。(5分)该组题情境真实，材料丰富，主要考查学生的获取信息、论证、探究问题的能力。第（1）题，该沙山是固定的，资料三提供得非常清楚，“考察队在沙山中发现了保存完好、未曾移动的植物根管结核化石，经测定年龄在4000年以上。”这就是沙山是固定的依据。第（2）题，分析该地湖泊冬季不结冰的原因，认真读图可以发现，该地的湖泊水有来自深层断裂带温度较高的地下水。第（3）题，该地积水的主要来源应该是深层断裂带的地下水。资料四提供了“湖泊水的理化指标与深层断裂带的地下水相近，与周边地表水差异较大”、材料三提供“该地全年盛行西北风、西风，年降水量小于80mm，蒸发量大于3500mm”，说明该地积水的来源不是来自周边的地表水和降水补给。2、实验类的探究性问题实验类探究性问题主要指以模拟真实的实验为情景，要求学生设计实验步骤、列举所需实验器材、考查相关原理、分析实验现象或结果、计算实验数据等。PISA2006试题：酸雨以下是超过2500年前建造于雅典卫城名为女像柱的雕像照片。这些雕像是用一种名为大理石的岩石制造的。大理石是由碳酸钙组成的。1980年，原始的雕像被迁移到卫城博物馆内，并由复制品取代。原始的雕像受到酸雨的侵蚀。问题1：正常的雨水略带酸性，因为它已经从空气中吸收一些二氧化碳。酸雨比正常的雨水更算，因为它吸收了如硫氧化合物之类的气体。空气中的硫氧化合物和氮氧化合物是从哪里来的？问题2：一片大理石薄片浸泡在醋里一整夜之前的质量是2.0克。隔天大理石薄片被取出并且使之干燥，干燥后大理石薄片的质量将会是多少？A少于2.0克 B精确的2.0克 C在2.0克到2.4克之间 D多于2.4克问题3：进行上述实验的学生也将一些大理石薄片在纯净水放置了一整夜。请解释学生们为什么在他们的实验中包含了这个步骤。本组题以雅典卫城雕像受酸雨侵蚀为素材，以实验形式考查酸雨的性质。问题1主要考查酸雨的成因，问题2、问题3以实验对比的方式考查醋酸的化学特性，从而类推酸雨的特性。其实，地球运动、大气运动、洋流、地壳物质循环、土壤形成过程、河流水文特征等都可以运用实验的形式进行模拟，从而设计出探究性试题。例如探讨大气热力环流现象，可以设计如下的情景和问题：所用器材：长方形的玻璃缸（长100厘米，宽30厘米，高40厘米）、胶合板盖（一侧开有一小洞）、一盆黄沙、一盆清水、一支香、一盒火柴、两只1000W射灯及电源。（1）请简要写出实验步骤。第一步：第二步：第三步：（2）绘制简明大气运动示图，并简要说明原理。（3）利用这个原理，谈谈在城市发展中如何改善大气质量。3、解释现象类的探究性问题这类问题往往给出某种自然地理现象或人类生活、实验研究出现的某种现象，要求学生根据现象的描述或观察调动运用相关的地理知识分析、解释相关现象的探究性问题。例如，PISA2006样题“适合饮用的水”一组试题：右图表示城市住宅饮用水的处理过程。问题 1：有一个良好的饮用水源很重要。在地底下发现的水被称为地下水。为什么地下水比湖水和河水等地表水有更少的细菌和颗粒污染，请给出一个原因。问题2：水的清洁处理通常有包括不同技术的几个步骤。清洁过程如图中的4个步骤（数字14）。在第二个步骤，水收集在沉积池中。该步骤通过什么方式让水更干净？ A.水中细菌死亡 B.水中加入氧 C.砾石和沙子沉入底部 D.有毒物质被分解该组题以城市住宅饮用水的处理过程为情境，探究水污染的原因，该题聚焦于水质量的两个方面颗粒和细菌污染物。问题1要求应用相关知识来解释未经处理的地下水比未经处理的地表水污染物少原因，涉及到认知或推论沉积池的用途，因此它评价学生关于水中颗粒在重力作用下沉淀的知识。4、方案设计类探究性问题方案设计类探究性问题是指试图让学生根据材料提供的情景设计出合理的方案解决现实问题过程，并对其进行描述和量化，该类问题主要由现实生活情境、相关学科、问题解决过程、推理技能等方面构成。例如PISA2003“夏令营宿营”Eedish社区服务部正在组织一个5天的儿童夏令营。有46个孩子（26个女孩，20个男孩）签约，8个成人（4男4女）自愿参加并组织这次夏令营。宿舍守则：1. 男孩子和女孩子必须住在不同的宿舍2. 每间宿舍至少要有一个成年人3. 成年人必须和相同性别的孩子住在一起问题1：按照宿舍守则，如何将46个孩子和8个成人分配在合适的宿舍里？本题夏令营宿营为情景，要求按照宿舍守则，识别关键特征及其相互关系、建构或运用外部表征，设计合理的方案，解决问题，以培养学生的分析推理和定量推理的能力。地理测试中也可以设计出例如土地利用、城乡规划、交通规划、工业区选址、某个环境问题的解决方案，以此考查学生地理思维、方法、应用能力。例如，某校地理课外活动小组用观测日影的方法来粗略测定学校所在地的经纬度。请写出完成这一测定任务的主要工具及具体过程。5、地理计算类探究性问题计算类探究性问题就是根据所学数学知识或根据提供的数学公式通过数学计算解决现实问题，以考查学生的运算能力。例如PISA2006样题：大陆面积。下图为南极洲地图。问题：利用地图的比例尺，估算出南极洲的面积，写出你的作法并解释你是如何估计的。 (若利用作图能帮助你估计的话，可直接画在地图上。)该题较全面地考查了学生的估算、建模、面积公式、运算、方案设计多方面能力，同时考察学生的思维过程，该题估算方法、思路多样，答案多样，能给学生更多的自由和空