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国际教育评价中的科学探究能力测评简介及启示

摘要：科学探究能力测评已经成为世界科学教育专家关注的焦点。国际上目前采用了三种测评方法，分别为TIMSS、PISA和NAEP。通过对这三种测评中科学探究的能力目标分类体系的介绍，指出了三种测评在考查科学探究能力各个方面的特点，提出了可供我们借鉴的有关启示。

关键词：教育评价；科学教育；科学探究；测评

一、国际教育评价项目中的科学探究能力测评简介

（一）国际教育成就评价协会项目

国际教育成就评价协会（International Association for the Evaluation of Education Achievement,简称IEA）是美国教育测试中心的一个组织。从1995年开始，每4年一轮测量国际上学生在数学和科学成绩的状况，了解影响成绩的不同因素。2003年测试（是第三次测试 简称TIMSS）共有46个国家参加，我国香港也参加了这次测评活动。

1.科学测评的框架

2003年的科学测评框架由3个方面构成：即科学内容、认知和科学探究。 ^［3］科学内容包括生命科学、化学、物理、地球科学和环境科学，科学认知领域为事实知识、概念理解及推理分析。而科学探究能力的测评是学生将通过完成需要在实际情况中应用所掌握的知识、技巧和思维过程的项目或任务来检测学生对科学探究的理解程度和能力，包括能有系统地描述问题以及做法，设计调查方案，收集数据资料并分析、理解，得出结论和形成解释。科学探究占整个测评时间的15%。

2.科学探究测评的理论基础

TIMSS中科学探究测评的目标分类主要是依据克洛普弗的科学课程目标分类， ^［4］它实际上是布卢姆的《目标分类学》在科学课程上的延伸。根据学生的行为将科学探究能力测评目标分为几个方面： ^［5］

科学探究过程Ⅰ：观察和测量。（1）观察物理的记录；（2）用简短的语言叙述观察过程；（3）物体或变化的测量；（4）选择合适的测量工具；（5）估计测量和了解精确度。

科学探究过程Ⅱ：发现问题并找出解决问题的方法。（1）认识问题；（2）提出工作想法；（3）选择检验的合适手段；（4）设计适当的实验方法。

科学探究过程Ⅲ ： 解释数据和系统概括。（1）实际数据的加工；（2）用函数关系的形成来注明数据；（3）实际数据的注明和结果；（4）外推和内推；（5）根据测验中得到的数据评价假设；（6）根据发现的关系概括定型。

科学探究过程Ⅳ：建立、测试和修改理论模型。（1）对理论模型需求的认识；（2）模型的理论化；（3）模型满足关系的注明；（4）从一种理论模型推出新假设；（5）模型检验的说明和评价；（6）纠正、加工和引申模型的公式。

科学知识和科学方法的应用：（1）在相同的领域里用于新的问题；（2）在不同的领域里用于新的问题；（3）应用于科学以外的问题。

（二）国际学生评价项目

国际学生评价项目（Programme for International Student Assessment 简称PISA）是由经济合作组织（简称OECD）继TIMSS之后，全球范围进行的又一次大型学生学习质量比较项目。自2000年以后，每三年举行一次，2003年举行了第二次，包括所有OECD成员国和至少13个以外成员国（包括中国）都参与了PISA评价。

1.科学测评的框架

PISA在2003年的科学测评框架也包括3个方面：科学概念、科学过程技能和科学情景。 ^［6］科学概念要求学生理解自然世界的一些现象，以及人类活动对自然现象的改变；同时也要求学生理解物理、 化学 、生物和空间地球科学中的概念，重点用这些概念解决现实生活的科学问题，而不仅仅是识记这些概念。尤其强调那些学生在现在或在将来的生活中用得着的概念。而科学过程技能主要是有关获得、解释证据和依据证据办事的能力。科学情景主要是选择人们日常生活的情景。

2.科学探究测评的理论基础

PISA认为，科学过程技能是在构思、获取、解释、应用证据或资料，从而得到知识或理解事物的心智动作方式。 ^［7］过程技能在涉及一些主题时必然要使用，当这些主题来自科学领域或使用这些技能将更加地理解科学，则这些过程技能就是科学过程技能。

PISA将科学过程技能测评目标分为5个方面：（1）确定探究的问题，即在一定的情况中提出可以探究的问题；（2）确定探究中需要的证据，即确定哪些信息是有效的试验所必需的信息；（3）得出或评估结论：从数据中得出结论或对这些结论进行评价；（4）传播有效的结论，即表达和介绍有效的信息；（5）证明对科学概念的理解，即将科学的概念在新的情况中的应用。

（三）美国教育进步评价项目

美国教育进步评价项目（The National Assessment of Education Progress，简称NAEP）是美国测试学生学习的权威机构。自1969年以来，通过测试掌握学生的学习状况。该组织通过国家教育研究所获得联邦政府的资助。

1.科学测评的框架

 在2000年NAEP的科学测评框架中，由科学领域和认知领域两个方面的要素构成。［8］科学领域包括地球科学、物质科学和生命科学。认知要素则分为概念理解、科学探究及推理。科学知识包括科学中多种类事实、事件，以及由于解释、预测自然现象的科学概念、定理和理论。科学探究主要是考查学生使用科学工具的能力，包括拟定计划，使用多种科学工具获得信息、交流探究结果等。推理则考察学生在真实世界中运用科学证明力的能力。其中科学探究能力大约占总分的30%。

2.科学探究测评的理论基础

由以上认知领域的要素，我们不难看出，NAEP测评的目标分类是依据美国科学促进会（简称AAAS）所制定的，以探究学习为核心的（Science──A Process  Approach）科学过程技能训练目标。AAAS从科学家对自己科研活动的大体描述中抽取以下13种科学方法或过程技能作为测评的目标。分别为观察、应用时空关系、分类、数字应用、测量、交流、预测、推理、解释数据、控制变量、建立假设、操作定义、实验。其中前8种为基本技能，而后5种技能为综合技能。［9］NAEP还对上述13种过程技能进行了详细的描述性解释。并将这些科学过程技能的要求以附录形式附在中学理科教科书中，以此作为标准来设计教科书中的习题，还在每一道题目的前面注明本题检测的是何种技能，以使学生能针对自己在某方面技能和某些能力的欠缺，从而调整自己的学习方向，也有助于教师了解学生对某种技能的掌握情况，做到因材施教，有利于学生科学探究能力的培养与发展。

二、启示

目前，我国科学教育各个学科都出台了相应的课程标准，并都将科学探究作为科学教育的核心内容，提出了科学探究的步骤和程序。但这种描述比较模糊，且教科书中涉及的习题几乎空白。也有不少中学教师撰写的中考科学探究性试题的文章发表，但也都是解题的分析与归类，没有上升到可操作的理论层面。因此借鉴国际教育评价项目中科学探究能力测评的设计无疑对正在进行的科学教育课程改革乃至高考命题都有很重要的意义。

（一）从测评的目标看

规划科学探究能力考查的目标，是试题设计的核心，因为作为考试而言，首先要考虑的就是考查的目标。上述三种评价项目都有着一定的理论基础作为支持，即有着相应的目标分类为基础。尽管三者的目标不同，但是各有特色，如PISA的目标是不受学科的界限，主要考察学生在社会生活中应该具有的科学探究能力。

（二）从测评的方法看

对于科学探究能力考查的方法，TIMSS和PISA测评采用的是纸笔测验，而NAEP既有纸笔测验也有实验动手操作技能的考查。这对那种认为纸笔测验无法考查学生的科学探究水平是一个很好的反证。可见只要试题设计的合理，同样可以有效地测量学生的科学探究能力水平。如PISA评估的重点是考查学生能否探究和思考。

（三）从测评的形式看

三者所用的题型既有客观题也有主观题，通过客观题来考查学生对科学探究的理解；通过主观题如开放性试题，以检测较高层次的科学探究能力水平。试题所涉及的材料和情境都是新颖的，且都是联系学生生活实际和行为，使学生感到亲近，同时保证材料和情境的真实性。如PISA强调学生解决的问题是真实生活中可能遇到的问题。

（四）从测评的内容看

TIMSS和NAEP都是涉及具体科学的内容，通过设计一定的科学问题情景，考查在具体的学科知识内容中运用科学探究能力来解决具体的问题，显然考查的是一种具体问题的分析能力。而PISA涉及的是跨学科的内容，主要是考查学生在实际生活中创造性运用科学探究技能的能力，是一种综合解决问题的能力。

（五）从测评的层次看

对测评的同一对象而言，TIMSS考查的能力层次比较浅，它一般只是涉及科学探究能力要素中的某个方面；NAEP考查的层次为中等，通常涉及的是科学探究能力要素中的几个因素；而PISA测试的能力层次比较深。由于它是跨学科的组合，以科学探究能力考查为立意，很少涉及具体的学科知识，对问题的解决主要不是依据学科知识，而是依据科学探究能力来解决问题，把科学探究能力的考查要素隐含在问题情景中，因此所考查的能力要素是全方位的。

（六）从测评的本质看

由于三者在测评的目标上存在着一些差异，导致它们在测评的内容、形式、方法和层次上也有所不同。但它们在科学探究能力考查的本质上是相同的。三者都是设置一定的情景，依据问题的内在联系，从而考查学生提出问题、收集信息、设计实验、评估和论证、作出结论及表达交流等科学探究能力。它们都是通过解决问题中涉及的科学探究的过程这一本质来考查科学探究能力水平的高低。

参考文献：

［1］李雁冰.美国科学教育的第二次革命［J］.全球教育展望2005，（9）：5558.

［2］ 韦珏.国际探究式科学教育评估工作会议综述［EB/OL］. http//blog.handsbrain.com/weiyu/archive/2005/9/26/10544.html.

［3］周琴.TIMSS科学素养检测报告［J］.新华社通讯,2005，（30）：56.

［4］曹磊.各国物理教学改革剖析［M］.上海教育出版社,1996.282283.

［5］〔美〕克洛普弗.中学自然科学学习评价［M］.纪明泽译.华东师范大学出版社，1988.1228.

［6］许明，等.PISA：科学素养的界定与测评［J］.上海教育科研  2004, （4）：4953.

［7］张和海.PISA研究中科学素养评价的内容［EB/OL］.https://bio.cersp.com/Channel05/gjpjyj/200512/45.html.

［8］赵宝刚.美国全国教育进步评价中的科学探究 ［EB/OL］. http//phy.cersp.com/kspj/pjyj/200511/113html.

［9］徐学福.探究教学研究［M］. 桂林：广西师范大学出版社,2005.8788.