- PISA测评：国际青少年科学素质全景解读
- 黄鸣春 杨文源 杨洁 魏昕
- 7330字
- 2025-04-07 17:18:09
第二节 PISA对科学素养的测评
国际学生测评项目（Programme for International Student Assessment，PISA），是由经济合作与发展组织（Organisation for Economic Co-operation and Development，OECD）发起的一项国际性大数据测评项目。该项目以即将结束义务教育的15岁左右的学生为评价对象，以学生面向当今社会和未来发展应当具备的三大素养（包括阅读素养、数学素养和科学素养）为评价内容，旨在找出影响学生素养的因素，提出改进教育政策的建议，追踪反馈教育举措的成效，从而推动各国基础教育的改革和发展。
自2000年起，PISA测评每3年举行一次，每次以三大素养的其中一项素养为主测内容，以其他两项素养为辅测内容，三大素养交替轮换作为主测内容；同时，每次测试都有配套的背景调查问卷，以了解被试学生的学习动机、家庭背景等基本信息以及所在学校的资源配置等情况，从而更加深入地挖掘分析影响学生素养的因素。截至2017年，PISA已进行了6次测试，历年实施情况见表1-3。其中，自2015年起全面施行机考测试；我国大陆地区自2009年起参与测试，目前共参与3次测试，前两次只有上海市学生参与，第3次样本扩大为北京、上海、江苏、广东4个省市的学生。从表1-3可以看到，参与PISA测评的国家和地区数量呈逐年增长的趋势。到2015年，参与国家和地区数量增长到72个，参与国家和地区的GDP占全球GDP的90%，PISA已然成为国际化的主流权威测评项目。
表1-3 PISA 2000～2015年实施情况
一 科学素养是PISA关注的主要素养之一
PISA测评考查的内容不是学生的学业成绩，也不是以选拔或筛选人才为目的，而是为了监测和诊断当前青少年群体的素养水平，为保障当前教育系统能够培养出适应未来生活和社会发展需求的公民提供方向和建议。为此，PISA界定了基础教育应当帮助学生获得的三大重要素养，科学素养是其中之一。
在2000年到2015年的6次测评中，科学素养分别于2006年和2015年作为主测内容进行测评，其他各年都是辅测内容。不论是否为主测内容，PISA项目组都会对三大素养进行界定，按照各个素养内涵制定测评框架，编制测评题目，并对参与国家和地区的学生进行测评。其中，每次测评的素养界定和测评框架会依据相应的理论与实践研究成果以及往年的测评经验进行适当调整，测评题目则依照测评框架每次重新命制。素养的内涵界定是测评框架制定和题目命制的基础和方向性指导。
在前6次测评中，PISA都对科学素养进行了界定。从表1-4可以看到，在已开展的6次测评中，PISA对科学素养的界定也在发生变化。科学素养作为主测内容的2006年和2015年对科学素养的界定，较以往各年有显著的变化，而作为辅测内容的年份的界定则与已经发生的最近一次作为主测内容的年份高度一致。从整体上看，2000年和2003年对科学素养的界定是一致的，都是从名词解释的角度来描述科学素养的内涵，定义了科学素养的组成要素；2006年较前两年的界定发生了明显变化，从人的素养的角度，将科学素养界定为人的特质，随后的2009年和2012年对科学素养的界定与2006年一致；2015年，科学素养再次作为主测内容，关于科学素养的界定发生了更为明显的变化，从具备科学素养的人的表现的角度，将科学素养界定为三种能力表现，并强调这些能力表现都需要以知识为基础。历年PISA对科学素养界定的变化，实际上反映了科学教育领域对学生培养理念的变化。PISA 2015对科学素养的界定角度，与前文介绍的美国最新发布的科学教育文件《框架》和NGSS的学习目标描述理念非常契合，以表现预期（Performance Expectation）的方式来描述学生学习之后应当能够做到什么事情，而表现预期本身则是实践活动、学科核心概念、跨学科概念的融合。鉴于《框架》和NGSS吸纳了过去十几年科学教育领域积累的研究成果和实践经验，是具有广泛的国际影响力的科学教育文件，PISA 2015对科学素养的界定方式与这两份文件的理念高度契合，说明PISA测评与时俱进，关注相关领域的时代背景。此外，PISA测评对科学素养的界定随着时间推移表现出的变化，实际上也反映了PISA测评理念的变化，以及时代对具备科学素养的人的特质需求的变化。可以预见的是，在2018年和2021年这两次不以科学素养为主测内容的PISA测评中，对科学素养的界定将会延用2015年的理念和定义。
表1-4 历年PISA测评对科学素养的界定
续表
二 影响PISA科学素养测评结果的因素
历年PISA测评的所有数据和资料都是公开的，从测试框架、测试题目到具体作答数据、测评实施布局再到PISA项目组的分析报告等，都可以直接从PISA官网免费获取。因此，PISA也成为相关领域研究者的资源宝库，历年PISA测评结束之后，都会有一些研究者深入挖掘PISA数据资源，详细分析和对比本国/地区测评数据，从中发掘出PISA官方报告中没有展开讨论的信息。科学教育领域也有一些研究基于PISA资源展开深入地分析与讨论，影响学生测评表现的因素是研究者们常常探讨的话题。结合各地研究者的分析、历年PISA测评报告，以及本研究的初步分析，影响PISA科学素养测评结果的因素主要有测评本身、学生自身水平、国家/地区教育大背景等三个方面。
（一）PISA测评本身对科学素养测评结果的影响
PISA是目前国际上覆盖面最广、参与国家/地区最多的测评项目。各参与国家/地区在经济发展水平、文化背景、教育政策、语言习惯等方面都存在着相当大的差异。尽管每次测评，PISA项目组从理事会的组成到试题命制的全部过程都有各国家/地区的代表参与，且各国家/地区都会成立专门的组织机构专门负责将PISA试题翻译为本国家/地区母语再实施测试，但是，每年用一套试题测试来自几十个不同国家/地区的学生，试题的适用性难免对测试结果产生影响。
1.PISA界定的科学素养并不等同于各国/地区科学教育对学生科学素养的培养目标
如前文所述，“科学素养”在科学教育领域是一个纲领性概念，各国/地区科学教育共同追求的培养目标，是一种具有共识的培养理念。但是，“科学素养”从来都没有统一的、唯一的定义，研究者对科学素养的理解各不相同，各国/地区课程文件对科学素养的描述也不尽相同。PISA对科学素养的界定，虽然符合科学教育的共同追求，但是，实际上与各国/地区课程文件对科学素养的描述并不相同。换句话说，PISA界定的科学素养并不是各国/地区科学教育的培养目标，PISA的测试内容并不是各国/地区科学教育的培养内容，很有可能各国/地区的学生能够很好地达成本国/地区的培养目标，但却不一定能够在PISA测评中获得优异成绩。
2.参与国家/地区的抽样范围存在较大差异
虽然历年PISA都对参加测试的国家/地区的抽样方式有着严格的规定，如目标人群、学生样本数量、学校样本数量、参与率等，但是，对参与国/地区的抽样范围并没有统一要求。按照现有抽样方式，人口数量较少或者地域面积较小的国家/地区得到的测评结果通常代表性更强，相对更能反映整个国家/地区总体水平；而对于人口数量较多或者地域面积较大的国家/地区来说，由于样本量的局限性，得到的测评结果实际上只能客观反映该国家/地区部分学生的水平，并不能代表整个国家/地区的总体水平。
3.语言差异也会影响各国/地区的测评结果
在国际测评中，语言差异对国家/地区测评结果的影响，一直以来都是研究者关注并广泛讨论的话题。每次PISA测评，所有参与国家/地区共用同一套试题，虽然能够排除试题差异对测评结果的影响，但是，却不能排除语言差异对测评结果的影响。PISA测试题目的原始版本只有英语和法语两种，各参与国家/地区严格遵循总项目组的指导将试题翻译为本国/地区母语。由于不同国家/地区的母语在表达习惯、阅读难度等方面有着很大差异，翻译成各国/地区语言的PISA试题不可避免地呈现不同的阅读量和理解难度，从而导致不同国家/地区的考生实际上面临着不同难度的试题。这一情况也影响到PISA测评结果本身的国际可比性。
（二）学生自身水平对PISA科学素养测评表现的影响
作为在世界范围内被广泛认可的国际化大数据测评项目，PISA的测评工具和测评实施程序都具有很高的严谨性与可靠性，能够有效实现自身的测评目标，探查学生在项目组界定的科学素养要素方面的水平。因此，PISA评测结果也具有很强的参考意义，能够在很大程度上有效地诊断一个国家/地区学生的科学素养水平。学生在PISA科学素养测评中的表现，在很大程度上取决于自身的科学素养水平。
1.学生自身的知识水平直接影响着科学素养的测评表现
从表1-4可以看到，虽然PISA测评对科学素养的界定在不断地变化和发展，但是，对科学知识的重视却是没有改变的，历年PISA对科学素养的界定都强调科学知识的理解和运用。良好的科学素养需要以一定的知识水平为基础，包括内容知识、程序性知识和认识论知识。其中，内容知识是指学科知识，如关于自然世界的事实、概念、理论和观点等；程序性知识是指对获取内容知识的探究过程的理解和实践，如控制变量、通过重复测量来减小误差、交流和呈现数据的标准规范等；认识论知识是指关于科学的知识，如理解问题、观察、假设、模型和论证在科学领域的作用，理解科学探究的多样性，理解同行评审对于构建可靠的科学知识的作用，等等。因为完成PISA测评的试题，需要用到这些知识，所以学生自身在这些知识方面的水平直接影响着科学素养的测评成绩。
2.学生自身的实践水平直接影响着科学素养的测评表现
实践运用是PISA强调的科学素养的核心要素，与学业成绩考查不同，PISA尤其强调科学素养应当表现为在真实情景中处理科学相关问题的能力。科学素养涉及的实践运用能力表现为三个方面：其一，科学地解释现象，即形成、提供和评价关于一系列自然和技术现象的解释；其二，评价和设计科学探究，即描述和评估科学研究方案，并提出科学地解决问题的方法；其三，科学地解释数据和证据，即分析并评价数据，用多样化的表征方式表达观点、参与论辩，并得出恰当的、科学的结论。学生的知识水平直观表现为实践运用水平，实践运用水平需要以相应的知识为基础。例如，科学地解释现象需要学科内容知识，反过来，能否科学地解释现象实际上也反映了学生学科内容知识水平的高低；评价和设计科学探究，以及科学地解释数据和证据，这两项能力不仅需要用到学科内容知识，还需要用到关于科学探究的程序性知识；而这三项能力都需要用到认识论知识，需要以对科学探究原理、如何获取知识和研究相关的基本术语的理解为基础。PISA将上述实践能力作为科学素养的指针，考查学生在情境中运用相关知识处理问题的能力，所以，学生自身的实践能力在很大程度上决定着他们在PISA科学素养测评中的表现。
3.学生自身的认知水平直接影响着科学素养的测评表现
PISA测评的试题不仅考查学生的知识水平和实践水平，同时，还依据每道试题对学生认知的挑战程度来划分题目的难度水平，严格保证测试结果能够真正反映学生的认知能力，避免出现让学生记忆生僻知识，以及认知挑战很小，学生的测试成绩却很低的情况。根据认知挑战程度，PISA将试题的难度划分为低、中、高三个等级。其中，低难度的试题只需要学生进行一个步骤的思维活动，例如，回忆一个事实、术语、原则或概念，或者从一张图像或表格中提取出一则单一的信息；中等难度的试题需要运用概念性知识来描述或解释现象，选择恰当的路径（涉及两个或更多步骤），整理、解释或使用数据或图像；高难度的试题需要学生分析复杂的信息或数据，综合处理或评价证据，做出判断、推理，设计解决问题的方案等。由此可见，PISA的每个题目都需要学生认知活动的参与，其测评结果实际上也能反映学生的认知水平，而学生的认知水平则直接影响着科学素养的测评表现。
（三）国家/地区教育大背景对PISA科学素养测评结果的影响
人是社会性动物，社会大环境对人的思维方式、行为习惯等方面的影响是非常显著的。教育领域同样如此，国家/地区大背景对学生的学业表现也有着显著影响。PISA测评聚焦的学生知识水平、实践水平和认知水平都或多或少受到所在国家/地区的教育政策、经济发展水平、教育公平等因素的影响。
1.教育政策影响科学素养测评结果
不同国家/地区教育政策不同，教育生态也会因此有很大差异。教育属于人类文化事业，肩负着为本国/地区的发展培养人才的社会服务责任，所以，官方政策会在很大程度上影响人才培养模式、管理体制、课程体系等方面。集权制国家/地区的教育趋向于统一化，人才培养模式和课程体系也趋向于一致化，学生的科学素养表现也会相对较为集中，处于一个离散程度较小的分布范围；分权制国家/地区的教育相对来说较为多元化，地方、学区甚至是学校在人才培养模式和课程体系设置上都有较大的自主权，培养出来的学生水平也会存在较大差异，学生在PISA科学素养测评中的表现也会较为离散，分布范围较广。此外，不论是集权制国家/地区，还是分权制国家/地区，教育政策实际上都对教育活动有着很强的导向性，包括课程内容、学业评价机制、师资准入标准等。这些方面都会间接影响学生的学习成果，并最终反映在学生的科学素养测评表现中。
2.经济发展水平影响科学素养测评结果
教育是一项非营利性社会服务事业，需要政府和家庭投入资金支撑其运作。政府的经济投入直接影响到下辖学校的资源配置，包括硬件设施、经费资源、人力资源等，同时，也会影响到科技场馆等校外公共资源的建设；家庭经济投入则直接影响到学生的眼界、课外资源、思考方式等。同样的，这些因素都会间接影响学生学习科学的方式、能够学习到的科学内容，以及能够接触到的科技设备，从而对学生关于科学知识的理解、科学实践的感知和科学认知的能力产生影响，最终表现为学生在PISA测评中科学素养的测试成绩。无论是政府的经济投入力度，还是家庭的经济投入能力，实际上都与一个国家/地区的经济发展水平息息相关，因此，经济发展水平也是学生科学素养测评表现的影响因素之一。
3.教育公平影响科学素养测评结果
促进教育公平，让所有孩子都有机会受到高质量的教育，是PISA政策建议的主要目标。PISA界定的教育公平包含两个方面：其一，基础教育应当确保所有学生都能够获得面对未来生活和社会发展所需的基本技能，如果大部分学生没有学到这些基本技能，那么，学生所处的教育体系则是不完善的。其二，如果学生的学业成绩在很大程度上取决于自身的能力和他们自己能控制的因素（例如，学习的意愿、为学习付出的努力等），那么，学生所处的教育体制是公平的；反之，如果学生的学业成绩主要受到学生无法控制的环境因素影响，例如，性别、种族或宗教、社会经济状况、移民背景、家庭结构、居住地等，那么，学生所处的教育体制则是不公平的。PISA致力于构建公平的教育环境，但实际上，教育不公平的情况在不同国家/地区或多或少都存在，并且正在对学生的学业成绩产生或大或小的影响。因此，教育公平也是影响学生科学素养测评成绩的因素之一，这一因素的影响不仅表现在不同国家/地区之间的差异，也表现在一个国家/地区内部不同城市/地域的差异。
三 PISA测评对发展学生科学素养的意义
PISA是国际化的主流大数据测评项目，从人员组成，到素养界定，到测评框架和素养开发，再到组织实施，都有相当科学规范的程序。这也使得PISA成为国际普遍认可的权威测试，每次测评结果及报告都受到政府机构、研究人员、大众媒体和普通民众的广泛关注。
1.PISA测评可以提供国际比较的数据
随着PISA参与国家/地区数量的不断增加，测评数据量也在不断扩大，这就为各国家/地区了解本国/地区青少年学生的素养水平在国际上所处的位置，提供了可靠的数据库依据。所有参与PISA测评的国家/地区都可以通过测评结果看到本国/地区青少年学生在国际比较中的优势和有待提升的地方，从而更有针对性地培养并提升青少年学生的科学素养。
2.PISA测评有着明确的“以评促建”的评价目标
除了针对学生素养水平的测评外，PISA每年都会开发配套的背景调查问卷，以收集学生个人、家庭、学校和当地教育政策等背景信息，分析影响教育质量的因素，为教育系统的改进提供政策建议，从而最终实现教育公平发展、优质发展。因此，PISA的测评结果实际上能够反映出教育系统的质量，可以作为教育系统改革的可靠参考。
3.学生的测评成绩需要以科学、理性的视角来看待
如前文所述，PISA是可靠的权威测试，但同时测评结果也不可避免地受到一些不可控因素的影响，所以，PISA测评本身实际上既有先进性也有局限性。对于学生的PISA测评成绩既要看到在国际比较中的总体排名，也要与其他国家/地区的测评成绩进行横向和纵向分析，关注不同国家/地区在历次测评中的变化，从而更加理性地看待本国/地区测评成绩的变化。此外，还需要具体分析本国/地区学生的长处和有待提升的方面，让测评结果真正服务于促进教育系统优化发展。
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