PISA 2015科学测试框架较以往轮次的更新.docx

PISA 2015科学测试框架较以往轮次的更新

科学是2015年国际学生评估项目（以下简称PISA 2015）的主要测试领域，在这封信中我们概要地介绍一下这一轮次的PISA中科学素养的定义和测试框架较以往轮次测试的变化情况，还在末尾列出了国家教育考试评价研究院的PISA公开机考样题链接，希望能够对于贵校的教师和学生了解PISA 2015的测试内容和方式有所帮助。
第一，PISA 2015的科学测试内容更加注重其探究性。PISA的科学测试框架是由四个构成要素组成的：情境、能力、知识和态度，其中能力是框架的中心。2006年PISA（上一轮以科学作为主要测试领域的PISA，以下称为PISA 2006）的科学测试框架中的能力是由“识别科学议题”、“科学地解释现象”和“运用科学证据”三部分组成的，而2015年的科学能力的组成部分变为“科学地解释现象”，“评估和设计科学探究”，和“科学地解读数据和证据”能力，进一步增加了对掌握科学探究的各要素的要求。在题目分布上，40-50%针对的是科学地解释现象能力，20-30%针对的是评估和设计科学探究能力，30-40%针对的是科学地解读数据和证据能力。其中新增的“评估和设计科学探究”是指学生能够设计科学探究，和具有批判性地评估科学报告和调查结果的能力。它要求学生能够
l 识别科学研究中探究的问题；
l 区别可以科学地调查的问题；
l 就科学地探究所给出的问题提议方法；
l 评估科学地探究所给出的问题的方法；
l 描述和评估科学家用于确保数据的可信性和客观性的一系列方法。
“评估和设计科学探究”包含识别科学议题，并且在此基础上包括能够评估和设计科学探究活动的其他方面的内容。例如，学生应该懂得根据每年死于疟疾的人数来评估疟疾疫苗研究的重要性，同时，学生也必须对以往有关寻找疟疾疫苗的研究持批判性审视的态度。
第二，PISA 2015的科学测试框架更加注重呈现分析数据在科学探究中的作用。组成科学能力的第三部分“科学地解读数据和证据能力”是指分析和评估以各种形式呈现的科学数据、观点和论点，并且引导出恰当结论的能力。与PISA 2006的“运用科学证据”能力相比较，PISA 2015的测试框架更加强调了理解和运用科学数据的重要性。具体的解读数据和证据能力可能包括
l 将数据从一种呈现形式转换成另外一种形式；
l 分析和解读数据，并且引导出恰当的结论；
l 识别科学文本中的假设、证据和逻辑推理；
l 区分基于科学证据和理论的论证和基于其他考虑的论证；
l 评估来自不同来源的科学论证和证据（如：报纸、互联网、杂志）。
框架中着重提到了学生需要能够恰当地使用图表、图示等呈现数据的各种形式。例如，学生要能读懂在1900至1980年间年人均吸食的香烟数量与每100000人口中肺癌发病数同时增长的图，以做出两者呈正相关的关系的判断。
第三，PISA 2015的科学测试框架对于学生了解和掌握科学研究的方法提出了更高的要求。PISA 2006的科学框架中的科学知识包含了科学知识和关于科学的知识两部分。PISA 2015的科学框架首次更加明确地提出了科学知识是由三个组部分组成的：关于科学内容的知识、关于科学研究方法的知识和关于对于科学内容和方法的认识的知识。在题目分布上，这三部分知识各占54-66%，19-31%，和10-22%。关于科学内容的知识包括物质系统、生命系统、地球和宇宙系统方面的知识。关于科学研究的方法的知识是指支撑科学数据的收集、分析和解读的科学探究的基本概念和方法，是有关科学家用于得到可靠和真实的数据的标准方法的知识。具体的关于科学研究方法的知识可能包括
l 变量的概念（包括自变量、因变量和控制变量）；
l 测量的概念（例如量化测量、质性观察以及对于分类和连续变量的使用）；
l 测量不确定性以及使其最小化的方法（例如通过重复测量和平均测量结果）；
l 确保科学数据的可复制性（即对于同一数量重复测量结果之间的一致性）和准确性（即测得的数量与实际数量之间的一致性）的机制；
l 使用图表来抽象呈现数据的常见方法，和它们的适当使用途径；
l 控制变量的策略，和它在实验设计（例如随机对照实验）中，为了避免混淆的结果和发现可能的因果关系而起到的作用；
l 对于探究一个科学问题所合理设计的方法（例如，实验或者规律找寻）的本质。
学生不仅需要了解和运用已经生成的固化科学知识，而且还要掌握科学的自成体系的产生新知识的方法和步骤。科学框架中对于关于科学研究方法的知识给出的例子是学生应该对于测量误差有所了解，应该知道光速与美国某一州美洲狮的数量的测量可靠程度是不同的。
第四，PISA 2015的科学测试框架对于理解科学知识和方法的缘由提出了更高的要求。学生不但要知道引导出科学知识的方法，还要认识支撑这些方法的合理性的理由。关于对于科学内容和方法的认识的知识包括科学的理念和标志性的特征，以及这些理念和特征在构建科学知识中所起到的作用，具体可能包括：
l 科学观察、事实、假设、模型和理论的本质；
l 科学与技术在目标上的差别，前者是为了生成对于自然世界的解释，后者是为了根据人类需求生成最佳解决问题的途径；
l 构成科学或技术问题和数据的组成要素；
l 科学的价值（例如，客观性和消除误差的重要性）；
l 科学中所使用的逻辑推理的本质（例如，归纳法、演绎法、推理至最佳解释的溯因推理法、类比推理法、基于模型的推理法）
l 科学论断是如何由科学数据和推理支撑的；
l 构建知识中的各种基于实证的探究形式，它们的目标（为了验证假设或者识别规律）和它们的设计（例如：观察、对照实验、相关性研究）；
l 测量误差是如何影响数据收集的可靠程度的；
l 物质系统和抽象模型的作用和地位，以及它们的局限性；
l 互相合作和评论的作用，以及同行评审是如何有助于建立科学论断的可靠性；
l 科学知识以及其他形式的知识，对于识别和解决社会和科技问题所起的作用。
相较于以往轮次的PISA，PISA 2015愈加要求学生能够理解科学家是如何收集科学数据和实证，以及如何基于数据和实证来进行推理论证后构建科学知识的。关于对于科学内容和方法的认识的知识所包含的是科学家所采用的工作方法和实践的缘由，科学探究的结构和标志性特征，以及支撑科学有关自然世界的论断的基石。例如，有这样一组样题是有关温室效应的。
例题：温室效应
阅读文章并回答问题。
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是来自太阳。由于太阳非常炽热，因此将能量辐射到太空中。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，使她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，会透过大气层进入地球。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时的温度高。大气层的作用就像温室一样，因此有“温室效应”一词。
温室效应在二十世纪越来越显著。
事实表明，地球大气层的平均温度不断上升。报章杂志常说，二氧化碳排放量增加，是二十世纪气温上升的主要原因。
一位名为小德的学生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。
他在图书馆找到下面两幅曲线图。
二氧化碳排放量（每年以十亿顿计）
地球大气层的平均温度（ºC）

年份
年份

小德从曲线图得出结论，认为地球大气层平均温度的上升，显然是由二氧化碳排放增加而引起的。

温室效应——问题4
小德的同学小妮不同意他的结论。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的资料，并解释答案。

满分：
能够指出两幅图中，有哪一部分的曲线不是同时上升或下降，并作解释。例如：
· （约）在1900-1910年这段时期，CO2增加，但温度则下降。
· 1980-1983年这段期间，二氧化碳下降而温度则上升。
· 1800-1900年这段期间，温度的变化不大，但第一幅图则持续增加。
· 1950-1980年这段期间，温度没有上升，而CO2却不断上升。
· 由1940年开始，至1975年间，温度的变化不大，但二氧化碳则大幅增加。
· 1940年的气温比1920年的高得多，但二氧化碳的排放量则变化不大。
温室效应——问题5
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。

满分：
能够写出一个因素，该因素与太阳发出的能量或辐射有关。例如：
· 太阳发热，还可能地球改变位置。
· 由地球反射回来的能量。
写出一个自然成分，或污染物。
· 空气中的水蒸气。
· 云。
· 火山喷发之类的事情。
· 大气污染（气体、燃料）。
· 废气的数量。
· 含气氟烃（CFC）。
· 汽车数量。
· 臭氧（作为空气的一个成分）。
当学生需要判断1860年至1990年间地球大气平均气温上升图与二氧化碳排放量上升图之间哪些现象是不符合温室效应的判断时，他们运用的是关于对于科学内容和方法的认识的知识，学生需要了解支撑科学判断的理由。
在国家教育考试评价研究院的网站（）的“重要公告”栏里列出了PISA 2015科学测试领域以及其他测试领域的公开题的讲解视频和资料，以便学生能够对于PISA的基于计算机的测试形式有所了解，有兴趣的老师和同学可以从网上观看视屏。PISA 2015中所有的试题都采用机考，学生一般需要通过计算机与测试软件互动后解题，希望各校老师能够加强教学的信息化，使学生能够熟悉以计算机软硬件所模拟表征的真实生活情境，善于通过调控虚拟环境中所呈现的条件来解决问题。

PISA中国上海项目组秘书处和研究中心
2015-02-10
6