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