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从PISA命题思想审视科学教育 科学素养的架构与培养 一、科学素养的概念 二、PISA对科学素养的架构 三、科学素养的测试 四、科学课程中科学素养的体现 2010年中国具备基本科学素养的公民比例达到 3.27%,其中,了解必要科学知识的公民比例为 14.67%,掌握基本科学方法的公民比例为9.75% ,崇尚科学精神的公民比例为64.94%。 (美国公众在1985年达到基本科学素养水平的比例为5,到 1990年时,这个数字已经达到6.9%) 基本的科学方法:例求平均值的意义 我国公民科学素养的现状为: 1、总体上公民科学素养水平近年来逐渐提高,但 与发达国家相比还有较大差距; 2、不同群体表现出明显的差异:男性高于女性; 较低年龄段高于较高年龄段;受教育程度越高整 体水平越高;城市公民高于农村; 3、公民科学素养水平的变化显示,近年来科学素 养较低的群体的水平有较快提高,特别是女性、 受教育水平较低(指受初中教育)和农村公民科 学素养整体水平提高的幅度较大,对公民整体科 学素养提高影响显著; 4、公民对科学研究的过程和方法理解水平较低; 5、公民科学精神比较欠缺,还存在大量相信 迷信的公民,青少年与科学精神有关的调查结 果出现回落,学校对科学精神的培养还存在较 大问题。 国际上普遍将科学素养(Scientific Literacy )概括为三个组成部分,即对于科学知识达到基 本的了解程度;对科学的研究过程和方法达到基 本的了解程度;对于科学技术对社会和个人所产 生的影响达到基本的了解程度。 科学的知识 科学的方法 科学的应用 (STS) 一、科学素养的概念 AAAS(the American Association for the Advancement of Science)通过对一个具有科学素养 的人(a scientifically literate person)的描述来界定: 一个有科学素养的人, “知道科学、数学和技术是 相互联系的人类智慧的创造物,伟大但仍有局限; 明白科学中的一些关键性概念和原理;对世界和自 然了解,并认识到世界的多样性和统一性;在个人 和社会生活中,能运用科学知识和科学的思考方式 。” (the National Academy of Science, 简称NAS) “科学素养是人们在进行个人决策,参与社会、文 化和经济事务时所需要了解的科学知识、概念及过 程,科学素养有不同的层次和形式,科学素养 的提高和扩展是一生的事,而非仅仅在校期间。” (the National Science Foundation, 简称NSF) : 一个有科学素养的学生应该知道, “广义的科学到 底是什么,科学、数学、工程和技术方面的专家们 的工作内容和性质,如何评估所谓的科学信息 ,社会如何作出关于科学和工程方面的理性决策。 ” OECD:运用科学知识,确定问题和作出具有证据 的结论,以便对自然世界和通过人类活动对自然 世界的改变进行理解和作出决定的能力。 运用知识/确定问题与证据/解释与方案决定 /是一种能力 一、科学素养的概念 Pella等认为科学素养有以下七个方面的含义: (1) 具有科学素养的人明白科学知识的本质; (2) 有科学素养的人在和环境交流时,能准确 运用合适的科学概念、原理、定律和理论; (3) 有科学素养的人采用科学的方法来解决问 题,作出决策,增进其对世界的了解; (4) 有科学素养的人和世界打交道的方式和科学原 则是一致的; (5) 有科学素养的人明白并接受科学、技术和社会 之间的相关性; (6) 有科学素养的人对世界有更丰富、生动和正 面的看法; (7) 有科学素养的人具有许多和科学技术密切相关 的实用技能。 Miller认为,科学素养是一个与时并进的概念,时代 不同,科学素养的内涵也会发生变化。他在“当代 情景下”(contemporary situation),定义了科学素 养概念的三个维度如下: (1) 对科学原理和方法 (即科学本质)的理解; (2) 对重要科学术语和 概念(即科学知识)的理解; (3) 对科技的社会 影响的意识和理解。 PISA:要求对科学概念的理解,应用科学观 点的能力和对证据的科学思维。 一、科学素养的概念 个体达到的程度 具有科学知识并将知识应用于相关问题,获取新 的知识,解释科学现象并得出基于证据的与科学相 关问题的结论。 理解科学作为人类知识和探究的形式的特征。 了解科学和技术如何影响我们的物质、知识和文 化环境。 作为有思考力的公民,参与科学相关问题,具有 科学意识。 一、科学素养的概念 欧盟国家科学素质调查的领导人J杜兰特认 为科学素养有三部分构成:理解基本科学观 点、理解科学方法、理解科学研究结构的功 能。 一、科学素养的概念 我们的观点:科学素养就是掌握必要的科学知识 和科学方法,具备一定的科学能力,具有积极端 正的科学态度、情感与价值观。 可以简单地表达成:科学素养是以科学知识与方 法为基础,科学态度为支撑,科学能力为核心的 关于科学理解与科学应用的个体的内在特质。 一、科学素养的概念 一、科学素养的概念 科学素养(科学知识与方法、科学能力与科学态度) 的关系图 PISA定义“科学素养”和创立科学评价任务或问题包含于 以下列四个方面 1学生需要的或获取的知识或知识的结构(举例:对科学 概念的熟悉程度); 2学生需要应用的能力(举例:完成一个特殊的科学步骤 ); 3学生遇到科学问题和相关知识与技能应用的环境(举例 :在与个人生活相关的问题上作出决策,理解世界事务) ; 4学生对科学的态度与个性品质(dispositions)。 二、PISA对科学素养的架构 PISA2006评价领域总览表 科学阅读数学 定义与特征 知识领域 有关能力 联系与情境 就个体而言,PISA对科学素养的定义为: (1)从相关的科学问题中识别问题、获取新知识 、解释科学现象、 从证据中得出结论的知识和知 识的运用。例如,当个体阅读一个健康相关问题 时,他们能否区分文本中的科学的和非科学方面 ?他们能否运用知识作出个人决策? PISA对科学素养的定义 (2)理解科学的性质是人类知识和探究的一种形式。例 如,个体是否知道基于证据的解释与个人观点之间的 区别? (3)对科学是如何改变我们的物质、精神和文化环境的 关注(awareness)。例如,个体技术对国民经济、社会 组织和文化的影响作用?个体是否关注环境变化和环 境变化对经济与社会稳定的效应? (4)作为一个反思型的公民,对从事科学相关问题、科 学的思想的意愿。 PISA对科学素养的架构 背境 涉及科学和技 术的生活情境 要求人们 能力 识别科学问题 科学地解释现象 运用科学证据 知识 a) 他们知道什么 关于自然世界和技术(“ 科学的知识”); 关于科学本身(“关于科 学的知识”)。 影响他们如何做的是 态度 b) 他们对科学问题的反映(兴 趣、对科学探究的支持、责任感) 2006科学测试题共有108题,而报告中公布的 仅很小的一部分。 公布的题目主要包括题目、解析答案、描述 题目的项目、正确率等。 三、科学素养的测试 辐射是人为造成的。(错) 电子比原子小。(对) 千百年来我们生活的大陆一直在漂移并将继续漂移。(对) 早期人类和恐龙生活在同一时代。(错) 地心是热的。(对) 我们呼吸的氧气来自植物。(对) 父亲的基因决定孩子的性别。(对) 激光由汇聚声波而产生。(错) 抗生素能杀死细菌和病毒。(错) 宇宙始于大爆炸。(对) 就我们目前所知,人类是从早期生命进化而来的。(对) 吸烟导致肺癌。(对) 被辐射过的牛奶经过煮沸后可以饮用。(错) 三题多选题为: 光速和声速哪个快?(光速) 地球绕太阳转呢,还是太阳绕地球转?(地球绕太 阳转) 地球绕太阳一周需要多长时间:一天,一个月,还 是一年?(一年) 两个问答题是: 请用自己的话回答:什么是DNA? 请用自己的话回答:什么是分子? 为了测量公众对科学本质的了解,NSF问卷设计了 三组问题,这三组问题为: (1)报刊上经常会出现“科学研究”(scientific inquiry)这个词,你对这个词的含义是完全了解呢, 还是只有一个大概了解,或者了解很少?如果是完 全了解和大概了解,请用你自己的话对它进行一下 解释。 (2)假设有两个科学家都想通过实验方法了解一种 治疗高血压的药的疗效。第一个科学家采取让1000 位患了高血压的病人服用这种药,观察其中有多少 人降低了血压的方法;第二个科学家采取让500位患 高血压的病人服用这种药,另外500位不服药,然后 比较两组中各有多少人降低了血压的方法。你认为 ,这两种方法哪个较好? (3)如果一个医生告诉一对夫妇,他们生育一个孩 子,这个孩子得遗传病的机会为1/4,这是否意味着 如果他们的头三个孩子健康,第四个将得遗传病? 是否意味着如果第一个孩子得遗传病,他们的下面 三个孩子将不会得病?是否意味着这对夫妇的每一 个孩子得病的机会均等?是否意味着如果他们只生 三个孩子,则三个孩子都会是健康的? 启示: 评价试题的设计应强调情境性 评价的价值取向应关注实际应用能力 评价的维度应包括学习方式 评价的结果分析应考虑背景因素 评价的反馈应及时有效 对科学概念的理解(比热容为例圆的认识) 对科学规律的探究(欧姆定律的探究) 科学规范的建立(平均值与误差) 科学方法的理解与应用(模型方法) 科学素养的因素分解 四、科学课程中科学素养的体现 关于top performers的一些评价结果解释 看一些图表来体会PISA的评价方法 学科评价与能力评价 At Level 1 students have very limited scientific knowledge and are only able to provide possible explanations in familiar contexts. At Level 2 students draw conclusions from simple investigations. At Level 3 students can identify clearly scientific issues in a variety of contexts and apply scientific principles, facts and knowledge to explain phenomena. At Level 4 students can address specific phenomena and situations, making inferences about science or technology, and they can reflect and communicate decisions using scientific knowledge and evidence. At Level 5: students can identify the scientific components of many complex life situations, apply both scientific concepts and knowledge about science to these situations, and compare, select and evaluate appropriate
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