PISA+2025科学素养测评框架的新发展：特点与启示

/PISA2025科学素养测评框架的新发展：特点与启示【摘要】随着科技的迅速发展，科学教育成为教育界关注的焦点。PISA2025科学素养测评框架在继承和发展PISA2015和PISA2018的基础上，加入了“科学身份”评价维度，强调使用科学知识进行决策和行动的能力，对科学知识做了跨学科调整，并重视“态度”背后的科学身份建构。PISA2025科学素养测评框架的新发展启示我们，在科学教育中，要引导学生通过跨学科学习提升解决现实问题的能力；从培养学生正确的科学态度入手积极引导学生建构科学身份，进而培养学生“献身科学”精神；教学评价既要关注科学能力，更要关注道德情感的养成。【关键词】PISA2025；科学教育；科学素养测评；科学身份

一、引言 为贯彻落实党中央、国务院关于科普和科学素质建设的重要部署，国务院于2021年6月印发了以提高全民科学素质服务高质量发展为目标的《全民科学素质行动规划纲要(2021-2035年)》[1]；针对科普教育仍然存在的“对科普工作重要性认识不到位”“网络伪科普流传”等问题，中共中央办公厅、国务院办公厅于2022年9月印发了《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》[2]。相关政策文件陆续出台说明了国家高度重视国民科学素质的提高。2023年5月，教育部等十八部门《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》发布，旨在全面提升我国基础教育阶段科学教育的质量和成效，显著提高学生的解决问题能力。[3] 2023年6月15日，经济合作与发展组织(OECD)发布PISA2025科学素养测评框架。PISA2025指出，随着人类社会的进步，全球面临着由科学技术迅速发展和地球进入“人类世”后产生的许多危机，未来还可能面临更多未知的挑战。OECD教育与技能司司长安德烈亚斯·施莱歇尔(AndreasSchleicher)强调，PISA希望所有学习者具备科学基础，以便共同面对未来的挑战。与之前的PISA科学素养测评相比，PISA2025更关注科学知识的跨学科整合，注重学生决策能力的培养和科学身份的建构，该框架新的调整具有强烈的前瞻性以及为现实服务的目的性。PISA测评对世界课程改革的影响，在某种程度上代表了世界课程改革的趋势。[4]继承和发展中的PISA2025科学素养测评框架可以为我国科学教育课程改革提供许多可参考的建议。 二、PISA2025科学素养测评框架的基本架构 随着时代的发展，PISA科学素养测评框架在继承以往测评框架结构的基础上进行了不断的深入和细化。围绕“在需要使用科学和技术知识的情况下，青年人知道什么、重视什么以及能够做到什么”的问题，PISA2025科学素养测评框架对PISA2015科学素养测评框架进行了调整，新增“科学身份”维度替代了原来的“态度”维度，最终形成了PISA2025科学素养测评框架。 1.PISA2025科学素养测评框架中的评估“背景” PISA2025科学素养测评框架中的“背景”是指科学测评的过程中涉及的领域，包括健康与疾病、自然资源、环境影响与气候变化、危害性、当代科学和技术的进步与挑战，以及这些领域为测评学生的科学能力从个人、地区/国家、全球3个维度提供的特定情境。PISA2025科学素养测评并不是对背景知识做直接考察，而是测量特定背景下学生的知识和能力。 2.PISA2025科学素养测评框架中的“能力”要求 PISA科学素养测评的主要目标是衡量学生运用科学知识解决问题的能力。PISA对科学能力的定义是：个体具备参与有关科学、可持续性和技术的合理讨论，为行动提供依据的能力。该能力具体包括以下3个方面的要求：科学地解释现象；构建和评估科学探究的设计，批判性地解释科学数据和证据；研究、评估和使用科学知识进行决策和行动。[2] “科学地解释现象”指学生对一系列自然、技术现象和问题做出解释和评价的能力。它要求学生在特定的情境下回忆起适当的知识，并应用这些知识来解释感兴趣的现象，并以书面文字、图表等形式呈现；能够预测会发生什么；提出与科学相关问题的解决方案等。[5] “构建和评估科学探究的设计，批判性地解释科学数据和证据”指学生构建科学探究框架，评估科学调查结果，科学处理问题并解释数据的能力。它要求学生对实验调查和其他形式的科学探究的主要特征有程序和内容上的了解；理解基本形式的科学数据和证据，并用自己的语言解释科学证据的含义及其对特定受众的影响。[5] “研究、评估和使用科学知识进行决策和行动”指学生研究和评估各种表述中的科学主张和论点，并得出适当结论的能力。它要求学生在面对错综复杂的信息时，进行价值判断并构建有关科学问题的论点；利用认识论和程序性知识对科学相关论证中的标准缺陷进行批判；选择适当的科学知识、理论，并做出决策和行动。[5] 3.PISA2025科学素养测评框架中的“科学知识” PISA2025指出，学生需要具备3种不同类型的知识来养成科学能力，这些知识包括内容知识、程序性知识和认识论知识。 内容知识是指有关学科内容的知识，主要涉及物理学、化学、生物学、地球和空间科学等领域。测试中内容知识的选择需要考虑是否符合15岁左右学生的发展水平，与实际生活的关联程度以及概念或理念的代表性。[5] 程序性知识是指用来获得可靠和有效数据的标准程序和做法的知识。例如，变量的概念，测量的概念，评估和尽量减少不确定性的方法，确保精度和数据准确性的机制，使用表格、图形来提取和表示数据的常用方法以及它们的恰当使用。程序性知识是学生开展科学探究和参与批判性审查的必备知识。[5] 认识论知识指的是科学知识构建过程所必需的结构和定义特征的知识。这一类知识主要包括理解问题、观察、理论、假设、模型和论证在科学中所发挥的功能，框定问题和驱动科学探究的价值和问题，认识科学探究的各种形式。认识论知识可以为科学探究的程序和实践提供基础和依据。[5] 4.PISA2025科学素养测评框架中的“科学身份” “科学身份”是PISA2025科学素养测评框架新增的维度，是指学生感到与科学有意义的联系，对科学具有一定的兴趣，以及在日常生活中参与科学的身份认同感。在PISA2025科学素养测评框架中“科学身份”的测评内容包括科学资本与认识论信仰，态度和倾向性，环境意识、关注和机构3类因素。 PISA2025认为，科学身份的认同意味着青少年在多大程度上承认科学是解决这些危机的核心，他们在多大程度上认为自己有能力在个人、地区/国家以及全球层面上参与这些问题并采取行动。[5]因此，“科学身份”成为PISA2025科学素养测评框架的重要维度。 三、PISA2025科学素养测评框架的新特点 1.强调使用科学知识进行决策和行动的能力 与PISA2015和PISA2018相比，PISA2025科学素养测评框架除了将之前的“科学地解释数据和证据”能力和“评估和设计科学探究”能力合并为“构建和评估科学探究的设计，批判性地解释科学数据和证据”能力，还新增了“研究、评估和使用科学知识进行决策和行动”能力。之所以有这样的变化，是因为当下的青少年面临着人类进入“人类世”后带来的许多挑战。PISA2025认为，要着力培养青少年在面对科学相关现象时，能够评价和判断科学知识并做出明智的选择，从而为他们的行动提供依据的能力。[5] 为此，PISA2025希望青少年在研究、评估和使用科学知识进行决策和行动时能够有以下表现： (1)搜索、评估和交流不同信息来源(科学、社会、经济和道德)的相对优点，判断信息的可信度及科学问题或方案的价值，并提供判断依据； (2)识别科学论证中的一些假设、主张、证据和推理，并从已获得的科学证据和信息中构建论点，最终从一组数据中得出科学结论； (3)利用认识论知识和程序性知识对科学相关论证中的标准缺陷进行批判，如对一些不良假设、原因与相关关系、错误解释等的批判； (4)利用科学论据证明这些决策和行动有助于解决当代问题或促进可持续发展。 青少年面临的挑战除了理解和应对复杂的环境问题，还有信息技术的发展带来的威胁。网络上信息爆炸，新技术加速并放大了信息的传播，除了有效和可靠的信息流，错误的信息流和虚假的信息也越来越多。[6]PISA2025关注青少年研究、评估和使用科学知识进行决策和行动的能力，这些能力能够帮助青少年学生在错综复杂的大量信息中保持清醒的头脑，在对有关科学问题的信息进行价值判断的基础上，结合科学知识和理论，形成一套解决当下问题的方案，以便从容应对未来的挑战。 2.重视“态度”背后的科学身份建构 PISA2025认为，青年人对科学技术的兴趣、重视科学的态度以及科学的思维方式是通过科学身份建构来体现的。[5]因此，PISA2025用“科学身份”继承并发展了PISA2015原有的“态度”维度。PISA2025指出，学生对科学技术的兴趣与他们的成绩、选课、职业选择及终身学习密切相关，而且学生理应认识到掌握科学探究方法的重要性，同时科学教育需要培养他们的环境意识和对环境负责任的态度。[5]PISA2015科学素养测评框架从对科学技术的兴趣、环境意识以及对科学探究方法的重视3个维度评估学生对科学的态度。PISA2025中，“科学身份”与“态度”同样关注学生的科学参与，但“科学身份”不限于“态度”所包含的对科学技术的兴趣、环境意识及对科学探究方法的重视等内容，它同时关注学生科学知识的储备程度，解决问题时倾向使用科学探究方法的态度，以及采取适当的、有科学依据的行动意愿等，其中对学生的包容精神和基本的社会伦理道德要求贯穿始终。 PISA2006对态度的测量有两种方式：通过学生问卷或在学生测试中嵌入条目。但是，嵌入的条目延长了测试的长度，因此在PISA2015中，态度方面仅通过学生问卷进行测量，没有嵌入的态度条目。PISA2025对“科学身份”的测量沿用了PISA2015的方法。 PISA2025认为，学生科学身份的建构能够促进其决策和行动能力的发展。这主要表现在以下3个方面。 (1)科学身份的建构促使学生采用科学思维的方式看待问题和解决问题。运用科学方法能帮助学生采用客观的、基于证据的方式来分析和解决问题，而不仅仅凭借个人观点或偏见。 (2)科学身份的建构促使学生自觉参与解决国家乃至全球面临的问题，并在参与过程中提升自己的决策和行动能力。例如，他们会尝试利用科学知识和技能来应对类似于气候变化、环境污染、资源短缺、传染病等全球性挑战的重大社会问题，为社会发展和可持续发展做出贡献。 (3)虽然我们无法期待所有人都能成为科学家，但科学身份的建构对大众来说至关重要，人们可以借由科学的参与，提升科学素养。这意味着更多的人能够理解和评估科学信息，可以针对科学问题表达自己的观点，并参与科学决策的过程，确保科学发展与社会需求及价值观保持一致，以此加强科学与社会的互动。 3.强调科学知识的跨学科调整 相比PISA2015和PISA2018，PISA2025科学素养测评框架强化了科学教育的跨学科属性。PISA认为公民需要理解物理和生命科学、地球和空间科学的相关概念，以及它们在知识要素相互依赖和跨学科的背景下的应用。[4]PISA2025科学素养测评框架涉及的跨学科领域可以划分为：(1)环境教育与可持续发展领域；(2)信息技术领域。可以发现，PISA2025科学素养测评框架对内容知识的跨学科调整强调知识与能力发挥的作用要落到实处，致力于让青少年学生认识到人与社会、自然的关系，以及当下存在的矛盾“冲突”，并测评其解决现实问题的能力。 科学与环境教育、可持续发展领域的融合要求学生解释人类活动与地球生态之间的关系；在评估多种来源的证据后做出知情决定，并应用创造性、系统性的想法改善人类活动与地球生态环境，使之可持续；在寻求应对社会环境危机的解决方法时，能尊重不同观点，保持期望态度。环境问题往往是复杂的系统性问题，需要综合的解决方案。PISA2025科学素养测评与科学教育的融合可以帮助学生分析环境问题的根源和影响，并提供科学方法和技能来解决这些问题。这能引导学生运用科学原理、实验数据及分析来制订切实可行的环境保护策略，也可以培养学生对环境的了解和关注，并逐渐认识到环境的重要性，进而理解人类活动对环境的影响，培养环境保护的责任感。 “技术”一词在PISA2025科学素养测评框架中多次出现，主要在对“背景”“知识”以及“科学身份”的阐述部分。在对“背景”的阐释中提到“学生需要对科学和技术有一定的了解”；在对“知识”的解读中指出“科学知识包括关于自然世界和技术人工制品的知识”；在对“科学身份”的表述中强调科学身份的一个表现为“对科学和技术的兴趣”。PISA2025科学素养测评框架对信息技术的测评贯穿在对各个维度的评估当中。在科学教育与信息技术的融合中，学生可以学习如何运用信息技术来收集、处理和分析科学数据，培养自身的数据分析与判断能力，从而更准确地评估科学信息并做出合理的科学推断。与此同时，两者的融合还可以为社会培养具备科学与技术能力的人才，为社会带来新的科学发现和技术突破。 四、借鉴与启示 1.在跨学科学习中提升学生解决现实问题的能力 《义务教育科学课程标准(2022年版)》(以下简称“《新课标》”)取消了《义务教育初中科学课程标准(2011年版)》对学科领域的划分，按照核心概念和跨学科概念设置课程内容，以核心素养为导向，以学科核心概念为基础，要求学生掌握跨学科概念。如何培养学生对科学的整体性理解，用跨学科概念统整多个核心概念解决复杂而真实的科学问题，是科学教育面临的重要挑战。[7]PISA2025科学素养测评框架同样加入了跨学科概念，强化了科学教育的跨学科属性，对科学能力的测评注重与现实问题的关联，以此关注学生在跨学科学习中培养的解决现实问题能力。PISA2025科学素养测评框架中关于学生解决现实问题能力的测评对于我国课堂教学中学生现实问题解决能力的培育具有一定启示。 学生的问题解决能力是一个复杂的能力系统，依赖多种能力要素的共同参与。[8]《新课标》对“探究实践”素养的表述是：在了解和探索自然、获得科学知识、解决科学问题，以及技术与工程实践过程中，形成的科学探究能力、技术与工程实践能力、自主学习能力。[9]为了提升学生解决现实问题的能力，可以尝试将PISA2025提出的“研究、评估和使用科学知识进行决策和行动”能力纳入科学能力范围。人类面临着人为引起的气候变化、环境影响以及随之而来的许多挑战，包括改善空气污染和水资源短缺、管理疾病、生产可再生能源等[10]，这就要求青少年运用科学、技术以及其他学科进行决策和行动[11]。可以发现，“研究、评估和使用科学知识进行决策和行动”能力对于提升学生解决现实问题能力来说是必要的。 因此，教师在课堂教学中可以结合当下全球面临的各类具体问题开展环境教育和信息技术教育；在评价学生解决现实问题能力时增加解决现实问题类开放题的比重，要求学生为解决当下的现实问题提供方案，以此培养他们的决策能力和社会责任感。 2.积极建构科学身份，培养学生“献身科学”精神 非认知层面的科学态度、科学精神、科学伦理道德是学生认知能力发展的前提。[12]教育部等十八部门《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》提出的“培养学生‘献身科学’精神”虽然在表述上与PISA2025科学素养测评框架中的“科学身份”有所差异，但在总的目标上异曲同工。无论是构建科学身份还是培养“献身科学”精神，既要求学生在情感上对科学感兴趣、在价值观上对科学产生认同感，还要求他们具有强烈的社会责任感。《新课标》的“态度责任”核心素养对学生社会责任感的培养也做出了相应的要求。但是，如何在教育教学中落实和评价这一非认知因素，成为教学的难点。PISA2025科学素养测评为我们提供了可参考的操作化建议。 PISA2025科学素养测评对“科学身份”的评价主要通过问卷形式进行，包括以下3个方面：(1)科学资本与认识论信仰；(2)态度和倾向性；(3)环境意识、关注和能动性等要素。在学校科学教育过程中，教师可以参考PISA2025科学素养测评框架中“科学身份”的评估要素，结合《新课标》对“态度责任”这一素养的培养要求，采用问卷调查方式，有阶段性和针对性地对学生进行测评。阶段性测评主要体现在：除了学生期末评价，还要有单元评价，坚持过程性评价原则。针对性测评主要体现在：针对每一位学生目前的“态度责任”素养发展程度，提出个性化的建议和引导，进一步帮助他们构建科学身份。例如，在评价“推动生态文明建设和可持续发展的责任感”方面，教师可设计生态文明和可持续发展知识类的开放性题目，评估学生目前的发展是处于简单知识的掌握阶段，还是处于对科学感兴趣的阶段，或是已经自觉使用科学的方法解决问题或会主动为解决问题提出建议的阶段。根据学生“态度责任”素养的发展程度，制订进一步的身份建构计划或开展有针对性的科学教育。 3.教学评价既要关注科学能力，也要关注道德情感 “课程育人”是立德树人的前提。[13]合乎科学，不一定能办成好事，科学研究方向或科研成果的使用，不一定有利于人的终极关怀，不一定合乎人文，因此，科学必须以人文为导向。[14]以“立德树人”为根本任务的科学教育不仅要注重学生科学知识和能力的培养，还要培养学生的道德情感、道德判断和道德行为。《新课标》中有关科学教育培养学生道德的要求隐含在“态度责任”素养当中。《新课标》对“态度责任”素养的表述是：态度责任是在认识科学本质及规律，理解科学、技术、社会、环境之间关系的基础上，逐渐形成的科学态度与社会责任。[9]其中，社会责任