中小学生科学素养评价研究述评

胡方

中小学生科学素养评价研究述评

胡方

在全面了解中小学生科学素养的现状和发展趋势的基础上，研制具有中国特色的中小学生科学素养评价标准、测评工具，并对中小学生科学素养进行监测和评估有着很强的理论意义和现实意义。明晰中小学生科学素养的内涵，研究者可以从国际上三大学生评价项目科学素养测评框架获取经验，基于国内已展开的科学素养评价研究情况，提出具有未来建设性意义的思考和措施。

中小学生；科学素养；评价

在科学技术应用越来越广泛的时代，科学素养成为公民必备的基本素质之一。中小学生作为未来社会的建设者，国民科学素养的高低直接影响到国家未来的科学进步程度。中小学阶段是学生科学素养形成的重要时期，中小学生对科学充满了探索的愿望，但受到自身认知、行为特点的影响，其科学素养的养成具有独特性，因此，开展对中小学生科学素养的相关研究有着重要的价值。

一、中小学生科学素养的内涵

（一）公民科学素养

科学素养（Scientific Literacy）作为国际科学教育的重要内容，是当前科学教育改革中“普及科学”（Science for All）和提高科学教育质量这两大目标的基石[1]。国外众多学者和国际学生评价组织对科学素养都有各自的理解和界定。概念的界定分别按照内容—行为、类型、类型—水平三种取向进行界定划分，科学素养具有以下特性：涉及内容的宽泛性、个体科学素养水平的复杂性与连续性、强调科学教育目标的平衡性。[2]

科学素养是一个不断发展的概念，随着科学素养概念的发展，它的内涵以及界定方式都会有所变化。其中，应用最为广泛的是美国国际科学素养促进中心主任米勒（Miller）提出的科学素养概念模型，主要包括对科学原理和方法（即科学的本质）的理解、对科学术语和科学概念（即科学知识）的理解以及认识并了解科学和技术对社会生活的影响等三个维度[3]。米勒的科学素养三维模型是在佩拉、沙瓦尔特对科学素养定义的基础之上提出的，其界定简单而且更具概括性，是各国公民科学素养调查问卷设计的理论基础。美国学者克劳普福进一步将科学探究、科学态度、科学兴趣和生活情境亦纳入科学素养的范畴。PISA 2009提出，科学素养的内涵包括以下四个方面的内容：掌握并运用科学知识界定科学问题、解释科学现象，并做出有科学依据的推论；理解科学和科学探究的本质特征；了解科学、技术如何塑造物质、文化和精神世界；做一个反思型公民，积极参与科学活动。[4]

我国《全民科学素质行动计划纲要（2006—2010—2020）》对公民科学素质进行了最新的界定：“科学素质是公民素质的重要组成部分。公民具备基本科学素质一般指了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。”[5]

“科学素养”与“科学素质”相比，前者具有动态发展的理念，更加强调过程性。本文在引用我国公民科学素质纲要和相关研究时，虽然出现了“科学素质”这一词汇，但在本研究中，针对基础教育的特点，笔者认为“科学素质”和“科学素养”没有本质上的区别。

（二）中小学生科学素养

与公民科学素质有所不同的是，教育部在《国家科学课程标准》中提出，科学素养包括科学探究（过程、方法与能力），科学知识与技能，科学态度、情感与价值观，科学、技术与社会的关系（Science，Technology and Society，STS）四个方面。

2011年，我国在最新修订的《小学科学课程标准》中采用“科学素质”概念。科学素质一般包括：对自然现象的好奇心和求知欲，运用基本的科学知识和技能认识自己和周围世界的能力，具备进行科学探究所必需的科学思维和方法，与自然界和谐相处的生活态度等。与此同时，修订的《初中科学课程标准》则采用了“科学素养”概念。科学素养包含多方面的内容，一般指了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具备一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。新课标中关于中小学生科学素养的定义体现了如下三个特点：（1）普遍性与特殊性相结合，既考察在科学知识、科学本质等方面普通公民应具备的基本素养，又结合了中小学生的年龄特点，强调科学知识要符合其身心和认知发展水平；（2）知识与能力相结合，既考察对具体科学知识的掌握程度，又考察运用科学知识、技术和方法解决实际问题的能力；（3）认知因素与非认知因素相结合，既考察理解、推理、应用等认知因素，又重视对兴趣、态度、价值观等非认知因素的评价。

二、国际三大学生评价项目中关于科学素养测评框架的介绍

图1 PISA 2006科学素养测评框架

PISA创立于1997年，是在OECD成员国中开展的一项国际学生能力评估项目。它主要以即将完成普及教育的15周岁学生的测评成绩来检测教育系统的结果，用于评价学生阅读、数学、科学素养三个方面的内容。PISA科学素养的测评重在对学生三种基本科学能力的评估：识别科学问题的能力（包括识别科学调查的可行性、科学信息中的关键词以及科学调查的主要特征）；科学地解释现象的能力（包括在给定情境中应用科学知识，科学地描述、解释现象以及预测变化）；运用科学证据的能力（包括推演科学证据，得出和交流结论，识别结论背后的假设、证据和推理，以及反思科学和技术发展的社会意义）[6]。PISA2006首次将情境和态度作为独立的考察变量纳入科学素养测评框架中，具有一定的前瞻性。PISA 2006的评价框架分为四个维度（详见图1[7]），具体包括：情境——认识到涉及科学和技术的生活背景，包括个人情境、社会情境和全球情境；能力——包括识别科学问题、科学地解释现象、运用科学证据；知识——既要掌握具体的科学知识，同时也要理解关于科学本身的知识（即科学本质）；态度——对科学的兴趣，对科学探究的支持，有责任的行为动机等。

三大学生评价项目科学素养评价的内容、特点及对象情况表

与PISA相比，TIMSS和NAEP的科学素养测评框架在测评内容、特点及对象（参见上表）等方面有所不同，但是在评估的核心内容——知识和能力，以及知识维度涵盖的主题和能力的层次分类上，三者是一致的。TIMSS和NAEP也将对科学兴趣、态度等非认知因素的考量作为未来科学素养测评体系扩展的发展趋势。尽管当前各国关于科学素养的测评不尽相同，但是整体而言，这些评估框架都没能超越PISA2006的测评框架。

三、国内开展科学素养评价研究的进展

（一）中小学生科学素养的评价理念和目标

《全日制义务教育科学（7～9年级）课程标准（实验稿）》于2001年正式颁发并实施，该课程标准在我国科学教育史和课程改革与发展史上第一次开宗明义地指出：“全面提高每一个学生的科学素养是科学课程的核心理念。”这充分表明了我国课程标准融合于世界科学教育的总趋势，对扭转我国长期以来科学教育目标的偏向具有重要的理论意义和实践价值。很长时间，我国的科学教育仅着眼于“双基”，过分强调对公式、定理、定律、规律的记忆、理解、掌握和运用，其强调的运用主要用于分析问题与解决问题，甚至是极端化地为了在解题中的运用，而对隐含于其中的科学观念、科学精神、科学思想、科学方法则无暇顾及。不懂得科学本质的科学教育，会不自觉地把科学教育异化成非科学甚至伪科学的教育。[8]2011版科学课程标准明确提出：“科学课程要引导学生初步认识科学本质，逐步领悟自然界的事物是相互联系的，科学是人们对自然规律的认识，必须接受实践的检验，并且通过科学探究而不断发展。”科学探究是科学教育的核心，它既是“科学”学习的目标，又是“科学”学习的方式，贯穿在科学课程学习的整个过程中。

最新的《小学科学课程标准》也在评价建议中提出：“建立评价主体多元、评价内容全面、评价方式多样的评价体系。评价的主要目的是全面了解学生学习科学的过程和结果，激励学生学习和改进教师教学。评价应以课程目标和内容为依据，体现基本理念，全面评价学生在科学知识、科学能力、科学态度等方面的表现。评价不仅要关注学生某一阶段的学习结果，更要关注学生在学习过程中的发展和变化。应采用多样化的评价方式，合理利用评价结果，发挥评价的激励作用，保护学生的自尊心和自信心。”

（二）中小学科学素养评价的内容和框架

广东省科学素养发展研究组制定了一系列科学素养指标，其内容包括：科学知识、科学技能、学习过程；内蒙古的杨晓青、杨晓制定的科学素养指标，包括科技信息的来源、科学知识的水平、对科技知识的兴趣和态度；杭州的黄小莲制定的科学素养，包括科学精神、科学态度、科学价值观；大连的张凡制定的科学素养指标，包括科学知识，科学能力，科学精神、态度、情感和价值观，对科学、技术与社会关系的理解；上海的黄东有制定的科学素养指标，包括对科学基本概念的理解、对解决问题时科学方法和过程的理解、对科学与社会关系的评价；湖南的吕秋娥制定的科学素养指标，包括科学知识、科学能力、科学探究的过程与方法、科学品质、科学意识。又如上海市初中生科学素养调查研究提出的评价指标有：阅读素养、数学素养、问题解决、科学方法、科学态度、科学与技术和社会的关系。而我国科学课程标准将小学3～6年级学生科学素质指标界定为科学探究、情感态度与价值观和科学知识；中学7～9年级学生科学素养指标界定为科学探究，科学知识与技能，科学态度、情感与价值观，科学、技术与社会关系。

综上，中小学科学素养评价的具体指标主要集中在以下四个方面：科学知识、科学态度、科学探究、生活情境。因此，中小学生科学素养的评估框架概括为四个维度（详见图2）：（1）生活情境——源于中小学生真实的生活情境，不局限其学校生活，只要与科技密切相关均可。有涉及学生本人、家庭和同辈群体的环境，即个人情境，也有包括社会团体环境，即社会情境，还有跨地域的生活情境，即全球背景下的情境。（2）科学知识——与中小学生心智成熟程度相当的有关科学知识，主要包括数学、物质科学（包括物理和化学）、生命科学、地球和空间科学、科学技术和信息五个模块。（3）科学探究——包括确定科学事件、科学地解释各种现象，运用科学证据解决实际问题三个层面。（4）科学态度——主要包括科学兴趣、对科学事件的看法和态度以及科学的价值观念三个方面；同时涵盖对科学—技术—社会的理解，即对科学与技术的相互联系、科学和技术的应用风险、科学技术对社会的影响等方面的理解。

图2 中小学生科学素养的评估框架

中小学生科学素养测评框架的四个方面相互影响、相辅相成、共同发展。首先，生活情境指的是科学素养测评命题所依据的背景信息，它是为考察中小学生利用科学知识在不同层面的环境下（个人情境、社会情境和全球情境）解决问题的能力提供背景信息，而非针对情境本身进行测评的。具体的情境中渗透着对学生科学态度和科学知识的考察，而且特定的情境要求学生需要具备一定的能力以解决实际问题。其次，科学知识和态度之间是相互影响的。一方面，科学知识的理解和掌握有利于提升科学兴趣、树立正确的科学价值观以及形成良好的情感态度；另一方面，良好的情感态度能够促进科学知识的学习。最后，良好的情感态度和丰富的科学知识能够提升学生的科学探究能力，科学探究能力是中小学生科学素养评估框架贯穿始终的主线与核心。

（三）中小学科学素养评价的方法和工具

在我国，对中小学生科学素养的测量暂时还未达成相对统一的工具。目前，一般测评都参照PISA项目，采用调查问卷的形式进行调研，再得出结论，为下一步研究提供参考。测评多以纸笔测验为主，尽量将科学知识与技能，科学方法与能力，科学态度、情感与价值观等方面结合起来，综合评估我国中小学生的科学素养。

测评试卷包括单项选择题、多项选择题、开放式问答题以及等级评定题多种形式，其中，等级评定题主要考察中小学生的科学态度与科学价值观，其强调在一定的生活情境下设置题目。题目在设计上重在考查学生的科学能力，挖掘学生未来发展的潜能，同时探索性地设置一定的涉及科学情感、态度与价值观的内容，只有这样才能引导科学教育向着积极、有利的方向发展。与此同时，研究者正努力探索设计学生个体及家庭的背景信息问卷以及学校教育资源特征方面的问卷，这将有利于人们分析学生科学素养的影响因素，考查学生所接受的科学课程和参与的科技或科普活动对其科学素养的影响效应，从而为政府制定资源投入政策、学校改进科学课程、学生选择有效学习方式等提供参考信息。

以广东省小学生科学素养状况调查为例，该省首先对国内外有关科学素养的理论和相关实证进行研究，以教育部颁布的《科学课程标准（3～6年级）》为依据，结合小学生的特点编制了《小学生科学素养调查问卷》。问卷测评目的主要分为五大部分：个人基本情况调查；科学素养的总体水平；科学知识、科学原理与方法、科学情感与价值观、科学与社会关系四个维度的水平；学校教育、科普教育是否对小学生科学素养存在影响以及了解学生对本次调查的意见与建议。

四、思考和建议

中小学生科学素养评价研究必须从科学素养的内涵界定出发，以《科学课程标准》为基础，结合中小学生身心发展的特点，建立适合我国国情的中小学生科学素养评价体系，以保证测评框架和试题的科学性和有效性。本文就此提出五点思路和建议。

（一）明确评价理念

科学教育的真正目的不仅得关注学生掌握多少科学知识，也应该重视他们是否掌握与将来生活相关的基础知识和技能，让学生能够在实际生活中创造性地运用这些知识和技能的能力。因此，在科学素养评价体系中，我们应该结合科学课程标准中对学生评价的要求，把“发展”定为评价的核心理念。测试的目的不在于考察学生现阶段掌握了多少知识，而应更关注对学生态度与能力的测量。

（二）创新评价内容

评价内容要根据学生的实际生活来创设情境，重点关注学生的科学探究能力。因此，在科学素养评价过程中，我们应突破评价内容从“书”中取材的局限，拓宽测评内容的情境。评价者应该考虑试题内容是否贴近生活，试题选材的理想状态应该是：内容覆盖整个日常生活，在创造性地建立知识之间关联的同时，力求使问题与学生的生活经验、社会生活实际联系起来，真正将生活情境融入到科学知识和情感态度中，提高学生的探究能力，并以此引领科学教学的方向。

（三）加强背景评价

研究者应该在应用的测评问卷中编制专门的背景因素测试题。各学校师资力量、教学设备等都有差异，学生所处的家庭和社会环境也不同，学校为学生提供的学习科学的机会也是各不相同的，因此，我们不能一味地用同样的要求或评价方式对学生的成绩进行评价，在对学习成绩和学习机会进行评价的同时，多分析学生成绩产生差异的原因。

（四）注重过程评价

坚持科学评价的“开放性”原则，设置开放式测试题，注重过程的考察。我们不仅要关注问题解决的结果，更要关注学生解决问题过程中的经历与体验，关注学生对科学的理解与思考，关注学生解决问题的方案与能力。教师不应该只追求答案的标准化和唯一性，我们需鼓励学生多思路、多方法、多方案地解决问题。测试题的设计要能考察学生的想象力、创造力，展示他们的个性，只有这样学生的科学学习才会变得更加积极和有意义。

（五）稳定评价试题

建立以各学科基本概念为基础的优秀试题库，可以保证评估的稳定性。如果试题不具有稳定性，每当测量结果出现波动时，我们将无法分辨究竟是科学素质变化的结果还是试题变动造成的影响。稳定的试题内容，可以更好地对不同时间测试的学生成绩进行比较，分析其原因。研究者在编制试题时应囊括一系列的基础概念，夯实学生的学科基础，引导学生在掌握一些基本概念的基础上更好地理解不断变化的科学新问题。

总之，《公民科学素养行动纲要》的实施和《基础教育课程改革实施纲要》的步步推进，让科学素养培养的重要性日渐突出，研究者应该探讨中小学生科学素养的内涵及其影响因素，建立中小学生科学素养标准和评价体系是有待关注并着力推进的重要项目。

［1］郭元婕.科学素养之概念辨析［J］.比较教育研究，2004（11）：12～15.

［2］陈博，魏冰.科学素养概念三种取向的界定［J］.上海教育科研2012（2）：48～52.

［3］Miller,J.D.The Scientific Literacy：A Conceptual and Empirical Review［J］.Daedalus,1983（2）：29～48.

［4］OECD.PISA2009Assessment Framework：Key Competencies in Reading,Mathematics and Science［M］.Paris：OECD，2009.127.

［5］全民科学素质行动计划纲要（2006-2010-2020）［EB/OL］.http：//www.gov.cn/jrzg/2006-03/20/content_231610. htm，2011-02-26.

［6］OECD.PISA2009Assessment Framework：Key Competencies in Reading,Mathematics and Science［M］.Paris：OECD，2009.137.

［7］Centre for Educational Research and Innovation.PISA assessing scientific,reading and mathematical literacy：a framework for PISA 2006.Source OECD Education＆skill［J］.2006 （11）：1～190.

［8］蔡铁权.全日制义务教育科学7～9年级课程标准实验稿述评［J］.全球教育展望2007（1）：84～89.

责任编辑/雷 熙

G40-058.1

A

1674-1536（2014）12-0030-05

胡 方/重庆市教育评估院基础教育评估所所长，博士，研究方向为教育评价，学校文化。（重庆 400020）