ＰＩＳＡ科學素養框架“十年之變”對物理學科關鍵能力評價的啟示

收稿日期：2023-12-30

作者簡介：李詠璇（2000-），女，碩士研究生，主要從事物理課程與教學論研究。

*通信作者：周少娜（1983-），女，教授，主要從事物理課程與教學論研究。

摘" "要：ＰＩＳＡ是評價１５歲學生閱讀、數學、科學素養的國際大型測評項目，ＰＩＳＡ科學素養的測評框架具有一定的指導價值?；冢校桑樱量茖W素養框架從２０１５到２０２５的“十年之變”，挖掘其變化趨勢，對于中學物理學科關鍵能力評價，提出以真實情境為載體，以物理學科關鍵能力為重心，以核心價值為導向的評價啟示。

關鍵詞：ＰＩＳＡ２０２５；科學素養框架；物理學科關鍵能力

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）3-0092-5

物理學科關鍵能力能夠反映學生接受物理課程學習后在理解能力、推理論證能力、模型建構能力、實驗探究能力和創新能力等方面的發展與變化［１］。高考評價體系中的關鍵能力，是指即將進入高等學校的學生所必須具備的能力，即學生在面對與學科相關的生活實踐或學習探索問題情境時，能夠高質量地認識問題、分析問題、解決問題［２］。研究表明，課程改革后高考物理不斷探索能力考查的方式方法，如注重理論聯系實際、創新試題情境和呈現方式、加強科學探究能力的考查等，著重考查學生靈活運用知識解決物理問題的能力［３］。

由經濟合作與發展組織（Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ

Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｃｏ－ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＯＥＣＤ）發起的國際學生測評項目（Ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔｕｄｅｎｔ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ＰＩＳＡ）是目前世界上規模最大、覆蓋面最廣、受關注度最高的國際性大數據測評項目，是衡量１５歲學生閱讀、數學、科學能力的評價研究項目。２０２３年６月，ＯＥＣＤ發布了《ＰＩＳＡ２０２５科學素養測評框架（草案）》，對科學測評方向作出了重大調整［4］，其中，框架明確說明學生的科學學習成果由框架中的科學能力決定［5］。因此，本研究運用文本分析法，對ＰＩＳＡ２０１５與ＰＩＳＡ２０２５科學素養測評框架內容進行對比分析研究，旨在為中學物理關鍵能力評價提供相應的建議。

１" " ＰＩＳＡ科學素養“十年之變”

ＰＩＳＡ從２０００年開始，每隔３年測評一次。受新冠疫情影響，最新一次測評延后至２０２２年實施測試，以至于本應以科學素養為測評重點的２０２４年相應推遲一年。因此，最新出爐的ＰＩＳＡ２０２５科學素養測評框架與ＰＩＳＡ２０１５科學素養測評框架形成了遙相呼應的“十年之約”。有研究發現，隨時間推移，測評框架更具體地反映了時代對具備科學素養的人要求的變化，即ＰＩＳＡ科學素養框架的革新反映了時代的發展與進步［６］。

１．１" " 框架內容之變，顯內涵之發展

ＰＩＳＡ２０１５科學素養評估框架由情境、能力、知識、態度四要素組成，且科學素養是由能力進行定義，測評結果主要通過對學生能力的考查體現學生的科學素養。四要素之間的關系如圖１上半部分所示，以能力為主要考查點，學生需要在特定情境下展現科學能力，學生的科學能力會受所學的知識與所具備的態度影響。

ＰＩＳＡ２０２５科學素養評估框架依然由四要素組成，即情境、能力、知識、科學認同，四者之間的關系與ＰＩＳＡ２０１５相似，如圖１下半部分所示。值得注意的是，ＰＩＳＡ２０２５科學素養評估框架淡化了對科學素養的定義，高度強調科學能力觀，強調科學知識在日常生活中的應用，即科學教育培養的能力是科學教育的關鍵成果。

時過十年，兩輪框架是一脈相承的。ＰＩＳＡ不僅僅關注學生表層所學的科學知識，更重視學生通過科學知識的學習而內化到自身的科學能力，以此判斷１５歲少年是否具備應對２１世紀的困難與挑戰。兩輪框架均認為科學能力在特定情境下體現，并且由知識以及內在因素而影響。十年的變遷過程中，科學素養評估框架不斷革新，革新的同時反映了時代對科學素養內涵認識的發展。對比兩次框架可以發現，情境與知識的分類并沒有發生變化，主要變化體現在對科學能力的修改和補充，以及拓展了對學生價值觀的定義，將２０１５中的“態度”納入新增的維度“科學認同”之中。可以發現，ＰＩＳＡ科學素養評估框架對科學能力越發重視，同時，對學生的內在因素進行更細化的闡述，提出更宏觀的要求。

１．２" " 科學能力之變，呈時代之需要

科學能力是在科學教育過程中學生將科學知識內化自身后表現出的能力，學生在生活實踐中對科學的應用反映了其科學能力的強弱。ＰＩＳＡ２０１５認為，一個有科學素養的人參與有關科學和技術的理性論述時需要三種能力，分別是“科學地解釋現象”“評價和設計科學探究”“科學地解釋數據和證據”。同時，ＰＩＳＡ２０１５通過一系列認知操作對三種能力進行描述與解釋，比如，在“科學地解釋現象”維度中運用“識別”“評估”“解釋”等動詞進行解釋。

隨著時代的飛速發展，ＰＩＳＡ對科學能力的要求也發生變化。ＰＩＳＡ２０２５在ＰＩＳＡ２０１５的基礎上發展了三種科學能力，第一種能力保持不變，將后兩種能力合為一種能力，要求學生對數據進行“批判性”思考，并新增了一種對科學信息決策和行動的能力，強調了科學信息的重要性。ＰＩＳＡ２０２５的三種科學能力分別為“科學地解釋現象”“構建和評估科學探究設計，批判性地解釋科學數據和證據”“研究、評估和使用科學信息進行決策和行動”。同樣，ＰＩＳＡ２０２５通過一系列認知操作對三種能力進行描述與解釋，比如，“構建和評估科學探究設計，批判性地解釋科學數據和證據”運用“識別”“設計”“評估”等動詞進行解釋。

為進一步對比ＰＩＳＡ２０１５和ＰＩＳＡ２０２５能力之間的變化趨勢，本研究對ＰＩＳＡ定義三種能力所用的動詞進行分析。為了便于整理分析，本研究將描述的文字進行歸類和轉化，將“描述一系列方法”“得出結論”歸為“歸納”的動作；將“使用”歸為“應用”的動作；將“生成模型”歸為“構建”的動作；將“提出方法”“實驗設計”歸為“設計”的動作；將“解釋性假設”歸為“假設”的動作。經過整理，兩次框架中共出現１８個動詞，分別為回憶、認識、搜索、歸納、識別、轉換、解釋、應用、證明、區分、分析、構建、設計、預測、評估、假設、批評、交流。本研究對所出現的動詞次數進行統計，并根據布魯姆認知層級對所有出現的動詞進行六個維度的分類（表1）。

如表１所示，在ＰＩＳＡ２０１５的基礎上，ＰＩＳＡ２０２５的科學能力增加或調整了動作和要求。例如，“科學地解釋現象”中增加了“認識”“轉換”“證明”“設計”“評估”幾項動作要求；“構建和評估科學探究設計，批判性地解釋科學數據和證據”的科學能力則將“轉換”調至“科學地解釋現象”，將“區分”調至“研究、評估和使用科學信息進行決策和行動”。由表中數據對兩次評價的科學能力進行縱向對比，可以發現ＰＩＳＡ２０２５在“記憶”層面增加“搜索”的動作，反映出學生需要具備在信息時代的信息檢索能力。ＰＩＳＡ２０２５在“評價”維度增加動作，“批評”的增加意味著需要學生運用批判性思維進行問題的解決，“交流”的增加意味著需要學生具備合作解決問題的能力。

１．３" " 情境背景之變，隨時事之腳步

ＰＩＳＡ的情境共分為１５類，在三種不同的范圍內分為五種不同的應用領域。進一步細看應用領域，ＰＩＳＡ２０２５在應用領域中進行部分調整。根據時代的發展，ＰＩＳＡ框架對15類情境中的具體情境進行了調整。主要調整內容為新增、刪減、補充以及移動，調整內容如表２所示。

從表中修改的內容，可以反映出全球十年以來的變化。比如，２０２０年新冠疫情席卷而來，成為全球流行病。因此，ＰＩＳＡ在個人的“健康與疾病”中新增了疫苗接種，在全球的“健康與疾病”中將流行病的英文單詞“ｅｐｉｄｅｍｉｃｓ”修改為“ｐａｎｄｅｍｉｃｓ”?！埃穑幔睿洌澹恚椋恪贝淼氖侨蛐缘牧餍胁?，說明新冠疫情對社會和經濟會造成廣泛的影響。又如，如今科技的發展迅速，人工智能、虛擬仿真、基因編輯等新科技應運而生。因此，ＰＩＳＡ在個人的“當代科學技術進步和挑戰”中將“對自然現象的科學解釋方面的興趣，科學有關的興趣愛好、運動和休閑、音樂、個人技術”修改為“科學相關的新科技，例如基因編輯、虛擬現實”，并在地方/國家的“當代科學技術進步和挑戰”中新增人工智能的使用。從ＰＩＳＡ對環境以及科技兩類應用領域的更新和修正，反映出十年以來全球的環境與科技相對其他應用領域而言變化稍大，引起了各地對應機構的重視。科技是把雙刃劍，增進人類福祉的同時也帶來了一定的危害。因此，ＰＩＳＡ在地方/國家的“危險”中新增了面部識別，并在全球的“危險”中新增能源及其生產，如水力、壓裂、核能、天然氣。

從ＰＩＳＡ的情境選擇中可以看出，ＰＩＳＡ考慮學生１５歲之前可能已經獲得的知識和理解，選取與學生興趣和生活相關性較大的，且貼合時代的情境。在此種情境下，學生能夠運用科學能力，并且在特定情境問題解決的過程中，對于個人和社區提高、維持生活質量以及制定公共政策具有一定價值。但ＰＩＳＡ科學評估并非對情境的評估，它評估的是特定背景下的科學能力和科學知識。

２" " ＰＩＳＡ“十年之變”對物理學科關鍵能力評價的啟示

２．１" " 以真實情境為載體，增強試題的時代性

情境的創設，問題的設置，能夠讓學生置身于特定情境中，激發學生開啟主動思考、發現問題、提出問題、推理論證、問題解決的過程。面對試題，學生需要經歷從情境到物理模型的過程。

根據如上分析可知，ＰＩＳＡ在框架中強調情境的重要性，注重情境的時代性，強調個體通過情境展現科學能力。因此，提出如下幾點啟示：（１）對于試題的命制，不應為了情境而情境，此種情況易造成“假情境”的試題。命題者應以情境為載體，以能力為落腳點進行命題，即在所需要考查的能力下選取合適的情境進行試題命制。（２）情境應緊跟時代，貼合學生實際。試題情境可以從教材情境出發，拓展教材問題情境。比如，粵教版高中《物理》必修一第二章第四節“資料活頁”中的“微重力落塔”，學生對微重力和失重兩個概念容易混淆，需要對微重力的概念進行理解，運用已學的運動學相關知識對兩個概念進行區分。（３）情境應當豐富且合理。物理學科與生活和科技具有天然的聯系，生活處處是物理，科技處處用物理，因此物理試題中以生活以及科技為情境占多數。創設多元情境，可以參考ＰＩＳＡ的15類情境分類，增加情境的靈活性、新穎性。比如，增加自然資源情境下的命題，草魚的魚鰾通過控制大小鰾室中氣體的體積控制魚體的沉浮，以此作為情境，考查學生通過模型建構運用力學的知識解決問題的能力。

２．２" " 以物理關鍵能力為重心，助力創新人才培養

《中國高考評價體系》中指出“關鍵能力”是“四層”中的一層，它是支撐和體現學科素養要求的能力表征［７］。物理學科關鍵能力在眾多物理學科能力要素中處于中心位置，是能起決定作用的能力，它的價值不在于“全面”，而在于“關鍵”。目前，不少學者對學科關鍵能力進行了歸類［８］，結合ＰＩＳＡ科學能力十年的發展和變化，這啟示了物理教育的研究者們，物理關鍵能力并非一成不變，而應與時俱進，實時創新，需要以當下時代所需要的創新人才為落腳點，更新和發展物理學科關鍵能力。

創新人才的培養離不開物理核心素養的塑造，物理核心素養需要物理關鍵能力的測評進行量化。ＰＩＳＡ能力的十年之變，啟示命題者應加強對如下幾點物理能力的考查：（１）加強對學生信息獲取、收集、整理能力的考查?？疾檫^程中，可以通過呈現文字、圖像、表格等形式，并適當加大信息的容量，考查學生對信息的提取、篩選、分類、歸納、整合，進一步構建物理圖景，分析物理過程，從而解決物理問題的能力。（２）注重創新性思維和批判性思維的考查。學生完成試題的過程是進行知識遷移與應用的過程，而科技的推陳出新、學科的發展需要學生經歷質疑創新的過程。因此，命題過程中可以適當增加設計實驗進行探究的主觀題，讓學生自行創設實驗方案。（３）凸顯對運用物理知識進行實踐能力的考查。物理課程不僅需要培養學生成為祖國未來的物理學家或工程師，還需要學生在學習物理后能夠在生活中具備“科學家思維”，即能夠像科學家一樣，面對真實問題時，調用物理知識，運用物理思維，進行思考和抉擇。比如，能夠運用電學的知識分析家庭電路中發生故障的原因，并采取合適的解決方案。

２．３" " 以核心價值為導向，強化育人功能

立德樹人是教育的根本任務，落實立德樹人的任務應該存在教育每一環節的方方面面。雖然關鍵能力能夠體現核心素養的某些內容，但是關鍵能力并不是核心素養的全部。關鍵能力的考查應該重視，但也要關注到學生的正確價值觀和必備品格，避免唯關鍵能力命題的傾向。因此，核心價值將體現在試題考查過程中情境的選擇和試題文字的描述。比如，背景材料從大國重器入手，引導學生密切關注我國科技前沿，培養學生愛國主義精神；又如，背景材料從物理學史入手，引導學生重走物理學探究發現之路，體會科學家探索精神；再如，情境材料從我國古代勞動智慧入手，體會古代勞動人民運用物理知識解決農作困難的智慧，培養學生的民族文化觀。

３" " 總" "結

以評促教，評價的落實可以促進教學的改革。結合ＰＩＳＡ“十年之變”的啟示，試題命制應遵循“以真實情境為載體，以物理學科關鍵能力為重心，以核心價值為導向”的路線，突出綜合性、應用性、創新性，引導學生提升其綜合能力和學科素養。

參考文獻：

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［７］教育部考試重心．中國高考評價體系［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

［８］單旭峰．高考化學學科關鍵能力的建構思路、基本內涵與考察實施路徑［Ｊ］．課程·教材·教法，２０２２，４２（６）：１３９－１４６.

（欄目編輯" " 李富強）