教育家谈：《PISA 2025科学素养评估框架》的解读与启示——兼论我国科学教育发展趋势

以下文章来源于中小学科学教育 ，作者李刚等

中小学科学教育.

《中小学科学教育》由中华人民共和国教育部主管、人民教育出版社主办，传播中小学科学教育理念，交流中小学科学教育研究成果，推动我国学校科学教育与社会科学普及衔接联通，服务国家基础学科人才培养。

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摘要：《PISA 2025科学素养评估框架》详细论述了其在科学教育中所期望实现的科学素养维度，一是科学能力，二是科学知识，三是科学身份，三个维度之间互为支撑、互为补充，共同融合于学习者的整体性科学素养。《PISA 2025科学素养评估框架》表现出基于认知需求理解评估框架、基于素养结构分配目标权重和基于报告量表呈现评估结果三大特点。通过对该文件的解读与梳理，展望我国科学教育发展的趋势，一是以大概念统摄科学素养框架，二是重视科学教育评估证据收集，三是为可预见的未来世界做准备。

关键词：PISA；科学素养；科学教育；评估框架

经济发展全球化的步伐加快呼唤创新型科技人才的培养，随之而来的教育评价国际化趋势受到广泛关注。经济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）于2000年首次发起了国际学生评估项目（Programme for International Student Assessment，PISA），以15岁为基础教育末期的代表节点，主要测评参与国（地区）的15岁中学生的阅读、数学及科学素养，2025年的PISA测评将重点聚焦科学素养的测评。在此背景下，OECD于2023年发布了《PISA 2025科学素养评估框架》。当前，我们既应看到我国中小学科学教育所取得的总体进展与成就，也要理性反思中小学科学教育实践过程中的不足，一体化推进教育、科技、人才高质量发展。本研究对《PISA 2025科学素养评估框架》（以下简称“PISA2025”）进行解读，以期助力我国部署高质量科学教育发展体系。

一、《PISA 2025科学素养评估框架》提出的背景

受新冠疫情影响，原定2021年实施的PISA测评延至2022年进行。相应地，以科学素养为主要测评领域的2024年测评延至2025年，形成与上一轮PISA科学素养测评（2015年）遥相呼应的“10年之约”。这种“轮转”也使国际进一步聚焦科学教育的发展。网络信息全球化的发展使得科学信息与虚假信息的界限变得模糊，科学教育对于发展“研究、评估和利用科学信息并做出决策和行动”的强调更加凸显。PISA测评着重强调创新性思维的测试，21世纪的许多挑战都需要以科学思维和科学发现为基础的创新解决方案，新冠疫情中大放异彩的mRNA疫苗及其在治疗癌症等其他疾病上的潜力就是有力的例证。

同时，随着全球人口超过70亿，不断增长的人口与有限的自然资源之间的矛盾越发凸显，加之人类导致的气候变化及环境破坏带来的其他挑战，人类面临着前所未有的危机。这要求年轻人能够理解并基于科学和技术以及其他学科和知识系统对环境问题采取行动。因此，PISA 2025突出了环境素养评估，尤其是对环境责任的强调。

（一）应对环境挑战的需要

未来因人类的不同决策与行动而呈现出不确定性。研究表明，地球一半以上的陆地表面都受到人为活动的改造，一半以上的淡水资源都已被人类开发利用，人类活动正严重影响着地球系统中的生物、地球化学过程及能量和物质的循环。人类对自然的改造达到空前的广度、深度和强度，人类活动已经对个人、当地和全球系统的各个方面产生了不可忽视的影响。为了应对人类导致的气候变化和环境挑战，PISA 2025希望通过科学教育培养学生科学的生态观，使学生科学地看待人与环境的相互影响并迅速付诸实际行动，判断所做出的决策和行动是否合理。这要求学生使用创造性思维和系统思维设计社会生态问题的解决方案并评估其对自己、他人和后代的影响。

（二）评估科学教育质量的需要

在全球化趋势逐渐凸显的当下，需要设计出可以在世界范围内测量各国科学教育质量的评估方案，PISA 2025顺势而生。PISA 2025认为，在评估各国科学教育质量时需要注意以下三个要点。一是定位科学教育目标。由于大多数学生在接受科学教育后并不会成为科学家只有少数学生会在科学领域长足发展，科学教育目标的厘定需要合理平衡两个群体的需求故而科学相关课程的重点不在于教育个人成为下一代科学家，而在于培育为未来世界做好准备的合格公民。二是确定科学教育质量评估的主要内容。PISA 2025认为，对15岁中学生科学教育的成果主要体现在学生所具备的科学素养上。为了更加精确地测量科学素养不同方面的发展程度，PISA 2025将科学素养划分为科学能力、科学知识以及科学身份三大维度，三大维度结合测评背景共同反映科学教育成果，三是在评估中体现对人文关怀和伦理正义的关注。科学教育并不是纯粹的理性主义，科学素养评估也要关注学生的系统性思维、批判性思维和创造性思维的发展，以便增加学生的科学信心，使他们相信自己未来可以找到解决问题的办法，为可预见的未来世界做准备。总的来说，PISA 2025力图在对科学教育质量的评估中推进科学教育，在科学教育中回归科学本质。

二、《PISA 2025科学素养评估框架》的内容

科学素养是科学教育的中心结构，也是科学评估的主要参照。《科学中的普通教育》一书于1952年首次将科学素养作为一个教育名词使用。此后，一些学者致力于剖析科学素养在不同时代的具体表现。PISA测评基于对个人、当地、全球等相关问题的背景考察，将科学素养划分为科学能力、科学知识和科学身份三个维度，共同融合于学习者的整体性科学素养。

（一）维度一：科学能力

PISA 2025认为，能力蕴含着行动的意味，强调科学知识在日常生活中的应用。受过科学教育的学生应当能够参与关于科学、技术和可持续发展的理性讨论，这就需要具备以下三种具体能力。一是能够科学地解释现象。它不仅需要学习者回忆陈述性知识，还需要更深层次地了解科学探究中的程序性知识，从而理解知识是如何生成的，并在解释现象的过程中评估个体知识所发挥的作用。需要特别注意的是，PISA 2025指出当对现象的解释具有试探性或预测性的特点时，学习者需要相应地延伸出推理能力，如解释气候变化、水污染、塑料及其对生态系统的影响时，学习者需要基于理论模型完成逻辑推理过程。二是能够构建和评价科学探究设计，批判性地解读科学数据和证据，主要体现为设计科学实验、收集实验数据、解读实验数据并对自己的实验设计做出评价。在这一过程中，科学地解释现象的能力也将同时得到发展。三是能够研究、评价和运用科学信息做出决策和行动，学习者依靠来源可靠的科学信息抉择行动方向，使决策结果有利于自身、他人和后代。这三种科学能力及其具体内容如表1所示。

（二）维度二：科学知识

PISA 2025认为，科学能力的发展有赖于科学知识的储备。科学知识包括学科内容知识、程序性知识以及认知性知识。学科内容知识指的是关于自然世界的事实、概念、思想和理论，如植物是如何利用光、水和二氧化碳来合成复杂的分子；程序性知识指的是科学家用来获得可靠和有效数据的标准程序和实践的知识，这些知识既需要科学实验，又需要对科学数据和证据进行批判性审查，如在重复测量实验中理解减少误差的原理；认知论知识指的是科学知识建构过程中所需要的知识，它包括四个核心要素，一是关于模型在科学中的作用的知识，二是关于数据和证据在科学中的作用的知识，三是关于科学推理本质的知识，四是关于科学家之间合作进行科学探究的知识，如能够解释同行评议的作用。

PISA 2025提及，在选用科学知识时，还要注意避免受到“伪科学”的迷惑。这种“伪科学”不同于科学探究过程中的一般错误，它因不同利益、立场、偏见等而歪曲，与我们所追求的科学本质相悖，特别是在数字媒体广泛应用的今天，辨别不同知识来源的可信度显得尤为重要。PISA 2025还着重强调了科学研究过程的协作性、互助性，科研人员之间就科学观点、成果进行批判性审查，查缺补漏、优势互补，在对科学共识的追求中促进科学进步。三类科学知识及其具体内容如表2所示。

（三）维度三：科学身份

PISA 2025新增了科学身份维度，即学习者对科学和自身联系的认同感，是学习者对待科学的能动性、态度和价值观。由此可见，科学身份认同是非认知性的，是一系列复杂结构的组合。PISA 2025对科学身份要素的评估大致分为以下三个方面。一是科学资本与认识论信念。科学资本是社会学概念，指与科学相关的文化和社会资本。科学资本使学习者能够将自己视为社会中具有科学精神的人，能够在现实生活中批判性地评价和运用科学。而认识论信念则指的是认同科学及科学探究的价值。二是态度与性格，其体现在与科学相关的自我意识、从科学中获得的自我效能感、享受科学的乐趣以及应用科学技术的动机。在科学教育中培养恰当的态度和性格直接关系到学习者对当下科学学习的兴趣、对未来是否继续接受科学教育甚至终身科学教育的意愿以及与科学相关的职业选择。三是环境意识、关注度与能动性。鉴于人类正面临着气候变化、生物多样性减少等环境问题，青年一代在多大程度上认同科学是解决这些问题的核心办法，他们就能在多大程度上认同自己应该在个人、地方、全球层面上采取行动应对这些环境问题。总体来说，科学身份维度关注学习者的非理性情感和全面参与，强调科学精神内化，为学习者建构科学知识、发展科学能力提供心理基础。三种科学身份及其具体内容如表3所示。

三、《PISA 2025科学素养评估框架》的特点

（一）基于认知需求理解评估框架

PISA 2025评估框架的关键特征之一就是在评估中引入了认知需求水平。认知需求指的是基于知识类型而划分的个体在解决科学问题时所需的心理运算类型，认知需求水平的引入显示出PISA测评对知识深度的关注。例如，一个测试项目的难度可能会因所测试的知识鲜为人知而提高，但其认知需求仅停留在知识回忆水平。相反，如果一个测试项目的认知需求是学习者要在多种知识之间建立联系，即使学习者能轻易回忆起所涉及的知识，此测试项目仍有可能难度很高，故而PISA测评需要综合考虑知识的范围、复杂程度及其与认知需求的结合。PISA 2025将认知需求水平划分为低、中、高三级。低水平的认知需求指的是能够进行一次简单的心理运算，如回忆或使用某一术语、概念或原则，在一张图表中定位出单个点的信息，根据某一标准进行排序等；中等水平的认知需求指的是运用学科内容知识、程序性知识和认识性知识来描述或解释现象，它通常涉及两个及两个以上的心理运算步骤，或在熟悉的知识中通过一次心理运算将两个知识片段联系起来，如使用数据集解决问题，抑或是使用标准程式来解释熟悉的知识;高水平的认知需求指的是能够分析复杂数据、评估科学证据、解释知识是如何生成的，如制订科学计划来调查回应某一问题，抑或是使用复杂抽象的概念来批判一个不完善的观点。

（二）基于素养结构分配目标权重

无论是纸质评估还是计算机评估，PISA测评的评估核心都是15岁中学生所具备的科学素养，即上文所提到的科学能力、科学知识和科学身份三个维度。其中，科学身份维度因注重学生的非理性情感和全面参与，其目标水平暂未被量化，科学能力和科学知识维度分别对不同能力和知识类型分配了不同的目标权重，在评估科学知识维度时划分了物理、生物学以及地球与空间系统，侧面反映了PISA 2025对科学本质的理解。尽管对具体项目的目标权重分配存在变动区间，但PISA 2025通过合计性的权重分配避免评估项目间分数差距过大，保证评估的科学性。

（三）基于报告量表呈现评估结果

评估结果的呈现形式一定程度上也影响着人们对评估结果的解读。PISA 2025延续传统制定了学生成绩水平的描述性量表，用体现成绩总体变化趋势的报告呈现评估结果。报告按测评成绩将学生科学素质水平划分为8个等级。PISA 2025最新增加了“1e”级，用以描述处于最低水平的学生。表4详细解释了每一等级及其代表性描述。

四、对我国科学教育发展的启示

我国在上一轮2015年的PISA科学素养测评中取得了优异的成绩，这无疑是对我国科学教育阶段性成果的肯定。但与此同时，也有许多学者指出地区资源分配、科学教育校本化、教育成本、伦理关怀等问题仍需得到重视，我国科学教育任重而道远。我们应将从《PISA 2025科学素养评估框架》中汲取的“养分”输送到我国学生核心素养培养的“大树”中，使科学教育在祖国大地上蓬勃生长。

（一）以大概念统摄科学素养框架

科学大概念（big ideas of science）是基于科学事实基础的，但同时又超越科学事实将科学方法、科学思想以及科学观念抽象概括并用语言表达出来的观念性认识，它有利于打破科学教育学科间割裂化和学科内碎片化的状态。对于科学大概念，我们需要以其为脚手架，在科学教育中寻求一种科学、有序、松弛有度的结构组织方式，以此为据点，发散式地培养学生的科学素养。以大概念统摄科学素养框架，一是要依归科学哲学，用正确的科学哲学观引导科学教育；二是要将大概念的逻辑内化于课程和教学之中，如以大概念作为教材编写的线索，遵循大概念之间的逻辑设计大单元教学，在对新手教师的培训中试行以大概念为中心的培训模式等;三是要关注国际视野下科学教育的核心大概念变动，遵循我国自身科学教育发展路径，对照全球科学大概念变动趋势走向补齐教育短板。值得注意的是，以大概念统摄我国中小学生科学素养框架的搭建势必会引起教育评估形式的变革，我们应及时开发或优化具体的评估方案，使大概念的影响落到实处。

（二）重视科学教育评估证据的收集

重视科学教育评估证据的收集实际上是重视对评价模式的元评价。任何一种评价模式都有其自身的局限性，这种局限性有时甚至会导致评价体系效度降低，使评价结果出现大幅偏差。为了更加全面、客观地评估我国科学教育的水平，一来我们可以组织研究团队自主开发有强大影响力的教育评估方案，收集来源可靠、数量丰富、内涵明确的评估证据，多角度解释评估证据，增强自我评估的客观性和全面性;二来我们要积极参与推进全球教育治理的再情景化，呼吁基于国家教育特色实施差异化、本土化的国际教育评估，超越单一成绩形式，用更加多样化的形式解释评估数据与呈现评估结果，在实质与内容上实现国际公平：三来我们要使评估证据本身和其导向的评估结果反哺于科学教育和学生科学素养发展，有根据地对我国中小学科学教育的各个环节提出优化建议，多主体共同参与营造良性循环的教育生态。同时，重视科学教育评估证据的收集在一定程度上也体现了对过程性评估的关注，有利于学生成长型思维的培养和能力增长观的塑造，使学生在科学教育过程中的情感体验、探索经历受到教育者的充分关注，使科学教育过程充满人文关怀，这与PISA 2025所提倡的科学身份素养不谋而合。

（三）为可预见的未来世界做准备

科学教育要为可预见的未来世界做准备。可预见的未来是指基于当前的历史背景与科技水平能够推理出的受人类影响的时间区间。我们应当用未来教育的眼光和紧跟新时代发展脚步的教育思维去全面审视PISA评估结果。例如，在先前的PISA测评中，我国在阅读、数学、科学三个方面中的得分都位列第一，但在以学习时间为横轴、阅读素养为纵轴构建的坐标系上，我国学生在取得高分的同时也花费了极高的学习时间，而新加坡虽然阅读得分略低于我国，但学生的学习时间要比我国学生少得多，最有代表性的是芬兰，其学习时间极少但阅读得分名列前茅。以未来教育的眼光看，我们首先要明确可预见的未来世界是否需要阅读素养，在此基础上，再追问可预见的未来世界对阅读素养的需要程度如何、内在要求如何，进一步分析国家间的差距如何，从而讨论当下以及未来一段时间内应当采取何种举措来应对这种需要。同理，我们也应剖析可预见的未来世界对学生的科学素养提出了怎样的要求，我们应当如何使当下的科学教育与未来世界更加契合，着力培养学生的创造性思维、创新能力、系统性思维、生态意识、科学态度等，使科学教育在未来世界实现更高形态的回归。

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作者简介：李刚，东北师范大学教育学部副教授、硕士生导师；郑泽琳，东北师范大学教育学部硕士研究生；刘欣悦，东北师范大学教育学部硕士研究生。

文章信息：李刚, 郑泽琳, 刘欣悦. 《PISA 2025科学素养评估框架》的解读与启示——兼论我国科学教育发展趋势[J]. 中小学科学教育, 2024(2): 65-73.

内容编辑 | 孟想

来源 | 中小学科学教育

原标题：《教育家谈：《PISA 2025科学素养评估框架》的解读与启示——兼论我国科学教育发展趋势》

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