科学测试方案

2024-04-22

科学测试方案（精选9篇）

篇1：科学测试方案

科学课实验测试评价方案（三年级下学期）

测试内容：

本册教材中实验较多，平日已经逐一认真操作过，平日实验操作成绩占70%，本次所选两个实验，学生任选其一，占30%。

1.鸡蛋撞地球。

2.灯泡亮了。

测试标准：

1.鸡蛋撞地球。

a学生自己备齐实验材料。

b整个实验过程学生需独立操作完成。

c鸡蛋由二楼扔下，不破为成功可得优。鸡蛋被摔破了，可得良。允许学生多次实验，记录最好成绩。

2.灯泡亮了。

a学生自己备齐实验材料。

b整个实验过程学生需独立操作完成。

c规定时间，五分钟内，灯泡亮了为成功。超时酌情降低等级。允许学生多次实验，记录最好成绩。

d实验完成后画出电路图。

e最后将实验结果和电路图的成绩综合后，评定学生的实验成绩。

测试方法：

1.鸡蛋撞地球。

由学生将武装好的鸡蛋，亲手从二楼平台上扔下，全班同学在楼下观看实验结果，每次指定一名同学对鸡蛋进行检验，给出实验成绩。全班评议，给出最后成绩。

2.灯泡亮了。

将学生分为7个小组，每组4人。每次由一名同学独立完成实验，其他同学作裁判。实验学生要在规定时间内保证实验成功并画好电路图。由小组其他

三名同学评议打分，判定最后成绩。

科学课实验测试评价方案

（三年级下学期）

青岛洛阳路第一小学

宁英姿

科学课实验测试评价方案（三年级下学期）

青岛洛阳路第一小学宁英姿

测试内容：

1.鸡蛋撞地球。

2.灯泡亮了。

测试标准：

1.鸡蛋撞地球。

a学生自己备齐实验材料。

b整个实验过程学生需独立操作完成。

c鸡蛋由二楼扔下，不破为成功可得优。鸡蛋被摔破了，可得良。允许学生多次实验，记录最好成绩。

2.灯泡亮了。

a学生自己备齐实验材料。

b整个实验过程学生需独立操作完成。

c规定时间，五分钟内，灯泡亮了为成功。超时酌情降低等级。允许学生多次实验，记录最好成绩。

d实验完成后画出电路图。

e最后将实验结果和电路图的成绩综合后，评定学生的实验成绩。

测试方法：

2.鸡蛋撞地球。

2.灯泡亮了。

将学生分为7个小组，每组4人。每次由一名同学独立完成实验，其他同学作裁判。实验学生要在规定时间内保证实验成功并画好电路图。由小组其他三名同学评议打分，判定最后成绩。

篇2：科学测试方案

测试方案

一、实施要求：

时间：各班自定时间对四至六年级学生逐一进行实验操作能力测试，每个学生实验

1、操作时间为10分钟。

2、组织形式：学校自己组织；学生分组，每组8个学生。

3、仪器准备：准备8组实验仪器。

4、人员安排：选取2-3名学生配合教师，一名同学（一般是班长）负责组织学生；另两名同学配合教师负责给4位学生打分。

说明：各班可以根据学校现有的实验仪器数量调整分组学生数量。可以安排6人一组，4人一组。

二、测试过程及要求

1、教师组织学生先在准备室准备，第一组学生实验完毕后，第二组学生即刻到实验室做实验。

2、学生操作实验之前，要将自己的姓名，班级书写到实验报告单有关位置；然后认识仪器（目视仪器，一个一个拿起来观看，不需要说出来）；随后，根据实验要求，组装仪器，按步骤完成实验，并在实验过程中，将实验现象、数据记录到实验报告单上；最后，整理仪器，清理桌面，回复原位，并完成实验报告单余下内容，上交实验报告单后离场。

三、测试项目及评分标准

实验项目：各年级从实验目录中选择一组分组实验，设计实验记录单，学生实验中做好记录单的填写。

评分标准：

1、实验前，学生必须在实验报告单上填写自己的姓名、年级。（1分）

2、实验前，根据实验提示（放在桌面上），目视桌面上的仪器材料，逐一用手拿起，观察，确定实验仪器种类、数量是否齐全、完好，有问题及时向监考老

师提出。（2分）（备注：学生有明显的观察，认识仪器及材料的动作和过程，得2分；动作不明显，得1分；缺少该环节，得零分。）

3、实验过程评分标准：（11分）（评分项目及分值看后面表格）

4、实验完毕，整理仪器及桌面。（2分）（备注：实验完毕，学生能够自觉的有步骤的拆卸仪器，放到原位，并用抹布将桌面擦干净，得2分；动作不明显，缺少步骤的得1分；没有该环节的得零分。）

5、完成实验报告单。（14分）

篇3：小学《科学》纸笔测试的新思考

如何改变这样的现状, 使纸笔测验能在适度考查科学知识的基础上, 增大科学方法与技能检测的含量, 强化学生运用思维、应用知识解决的能力考核, 适当关注学生跨学科的综合能力和创新能力的考查是非常必要的, 本文试就此作一探讨。

一、科学知识的测试应突出学生的思维过程

科学知识是学生形成科学素养的基石。依据《小学科学课程标准》, 借鉴布鲁姆教育认知领域目标分类法, 结合教材和小学生认知特点, 科学知识思维层面的检测可分为六个层次, 分别是:

第一层次:知道 (知识) 。常见考查类型有:回忆、记忆、识别等。例:把高锰酸钾放入烧杯的水中, 会发生 () 现象。

第二层次:领会。常见考查类型有:说明、描述、解释等。例:高锰酸钾放入水中并搅拌, 请描述你看到的现象。

第三层次:应用。常见考查类型有:举例、分类、简答等。例:你知道色彩鲜艳的鸡尾酒是怎么做的吗?

第四层次:分析。常见考查类型有:对比、比较、辨别等。例:请回忆面粉、高锰酸钾、食盐和沙子在水中的情况, 填写相应的记录表。

第五层次:综合。常见考查类型有:设计、开发、推测等。

例:下面是某地三年降雨量的图表, 你能说出该地每年的降雨有什么规律吗?

第六层次:评价。常见考查类型有:鉴定、证明、预测等。

例:根据上面三张图表中发现的规律, 结合你的经验, 说说当地学校开运动会安排在什么时间比较合适?

二、科学过程技能的测试要适应不同水平的学生

科学过程技能是获得科学知识、进行科学探究必备的方法, 小学科学《课程标准》对每个年级段所要达到的具体要求还没有给出。因此, 在进行科学过程技能的测试时, 要特别注意研究试题如何适应不同水平和年段的学生。下面以观察和控制变量为例谈谈自己的经验。

(一) 观察技能各年级测查要点

科学是基于观察和实验的。小学科学教学中, 很多时候学生是在观察自然中发现并提出问题, 又在观察与实验中获得证据, 加以整理形成解释的, 也就是说观察既是探究的起点, 又贯穿于探究的整个过程, 因而从三年级起就有序地培养学生的观察技能是非常重要的, 在实践中我们发现各年级的观察技能要求又有所不同, 大致要求如下表。

(二) 控制变量技能各年级测查要点

观察和实验是有所不同的, 观察是一种有目的、有方法的对自然事物的考察活动, 而实验则在人造条件下, 通过有步骤地控制或模拟自然现象去认识自然事物及规律的一种活动。在小学阶段, 实验主要有两种形式:一种是模拟实验, 另一种是对比实验, 而对比实验则是重点。因此, 如何促进学生识别并控制变量技能的发展是很重要的。下表中列举出各年级的培养要点, 和大家一起探讨。

例: (三年级) 在面巾纸和毛边纸的中央滴一滴有颜色的水: (1) 会看到水在___________扩散得比较快。 (2) 为了公平地实验, 滴水时要注意_____。此阶段学生只要能进行较为模糊的对比实验即可。

例: (五年级) 某地要在两个山谷间修建一座桥梁, 下图是小学五年三班学生设计的两种方案。哪个桥的承受力大呢?请帮助他们设计、分析, 实验证明自己的想法。

1.我们的问题是:两种桥梁中哪一种形状的桥梁的承受力较大?

2.我们的假设是:______________________________。

3.设计实验证明我们的想法:相同的条件_______, _______;不同的条件__________。

下面是五年三班学生在做该实验时记录的数据——相同垫圈的个数:

4. 从这组数据中我们可以得到结论:_____________________。

5. 依据所学过的知识, 桥梁A模拟的是__________。 (填“平板桥”或“斜拉桥”)

这道题的难度就比较大, 适合五、六年级学生试做, 要求学生在接近现实的情境中, 在任务单的引导下, 比较清晰地找出不变量和变量, 并能够分析实验数据, 得出相应的结论。

篇4：有效利用资源科学实施测试

一、体质健康测试现状分析

1.时间缩短，影响教学进度

以往国家规定学生体质健康测试成绩的上报时间为10月1日至12月31日，期间有充足的时间用来练习和测试。而今年国家规定测试成绩的上报时间为9月1日至10月31日，只有短短的不到2个月的时间来做好全部的体质健康测试工作。这不仅影响了正常的教学计划，对学生来说也失去了更多的学习机会。

2.项目变多，加重工作负荷

学生体质健康的测试项目涉及到学生的身体形态、身体机能和身体素质各个方面。通过观察，不难发现今年的测试项目较以往有了很大的改变：水平一的测试项目增加了两项，水平二的测试项目增加了三项，水平三的测试项目增加了四项。

3.要求更高，增加实施难度

肺活量，视力等测试项目要求测试准确，教师必须经过培训或者学习，有一定的实践经验才能操作。测试过程要熟练操作，确保准确无误才能保证结果的准确性，体育教师在平时的课堂教学中基本也不会用到此类器材，因此也导致了测试难度的增加。

二、体质健康测试项目分析

1.测试项目反映的素质

身高、体重为身体形态素质；肺活量测量身体机能；仰卧起坐考查力量素质；坐位体前屈考查柔韧素质；50米跑考查速度、爆发力；跳绳考查协调、灵敏素质；400米或50×8往返跑考查耐力素质。

2.测试项目所需的课时

各个测试项目所需的测试时间都各不相同，如50米跑二年级用时在10秒左右，完成一组测试（包含组织、记录时间）需要2分钟时间。因此，首先要计算出测试项目单组所需用时，然后根据班级人数得出一个班进行该项测试所需的课时。

三、提高体质测试效率措施

1.事先准备，省时省力

为了提高体质健康测试的有效性和通过率，笔者通过实践研究，对部分测试器材进行了细微的改造。其中在垫子和坐位体前屈器材上标注了各年级男女的及格、良好、优秀、满分4条线，并在旁边用文字注明；肺活量测试全部采用一次性吹嘴；将肺活量指数的评分标准转换为体重的倍数贴在测试室的黑板上。如小学水平三男生肺活量及格标准时体重的45倍。

2.测教互补，形成合力

如果在教学中，我们能做到测教内容互补，不仅可以完成测试，而且又能达到锻炼学生体质的目的。例如：卫生健康知识与形体测量相结合；速度类教学内容与柔韧类教学内容向结合；耐力类教学内容与力量类教学能容想结合等等。教材内容与测试内容合理搭配，学生学到了应有的知识，而且并没有因为体质健康的测试项目而占用了体育课的时间。

3.成长记录，自我激励

在平时的体育教学中，学生往往不知道自己的成绩是处在班中哪个位置，对自己的测试成绩具有盲目性。其中很大原因是体育教师在测试完成后直接记录，而且学生很少会主动去询问成绩，在一定程度上，学生也会因此失去了学习的积极性。为了让学生能认识自己，本学期笔者安排学生每人准备一本DIY个人成长记录，并在每次测评后记录自己的表现。

4.培养兴趣，事半功倍

俗话说：兴趣是最好的老师。在平时的课堂教学的过程中，我们可以根据学生各个年龄段的特点，将教学内容与测试内容相结合，并对其进行适当的改编，以新的练习形式或方法展现给学生，以不断引出学生的有意注意，让学生已有的学习需要始终处于活动状态，从而提高学生对体育技能的学习兴趣。与此同时，还应注意要根据学生身体素质差异形成个性化练习手段。

5.分层测试，树立自信

在测试中经常会发现成绩好的学生嘲笑比自己成绩差的同学，还有不少比较内向的学生担心自己在同学面前出丑，不愿意继续测试或只是应付一下测试，没有尽自己的全力。这不仅给测试工作的顺利进行添加了难题，更影响了测试成绩的准确性。笔者在测试过程中采用分层测试的方式，通过按能力段划分小组，将影响学生测试成绩的因素降到最低。

6.利用心理，激发热情

耐力项目400米或50×8往返跑，往往是让体育教师们最头疼的项目。尽管老师反复强调体质测试的重要意义，但仍是收效甚微。学生一听到要跑400米就连连叫苦，宁愿不及格也不愿尽全力去争取自己能够及格的机会。一次偶然的机遇，让我想到能够利用学生的好胜心，来激发学生的热情。

四、体质测试所需注意方面

1.测试不占用课堂主教材内容

体质健康测试与体育课的结合是为了有效保证体育课的教学不受体质健康测试的影响。目前，体育课的教学内容是由主教材和辅教材组成，在保障主教材内容完成的情况下，才能利用辅教材的教学时间进行测试或者练习，不能整堂课测试，将体育课变成“测试课”。根据测试所需课时，在学期初合理安排教学进度，将部分课的辅教材内容调整为测试内容或练习课，实现教考分离、教测分离，在不增加总课时、不影响正常教学进度的情况下，有效完成各项测试内容，力求使体质健康测试与体育课有效结合。

2.应该避免为应付测试而测试

教师要端正自己对体质测试的态度，不能为了测试而测试。通过询问了解，体育教师针对体质测试只表现出略微正面的态度，而且对体质测试的认知和情感也不是非常的强烈。通过有效的体育课教学，学生才能得到全面发展，才能在体质健康测试中得到优异的成绩。

3.利用家长因素促进测试工作

篇5：五年级《科学》测试试卷分析

xx乡2010秋季学期五年级《科学》测试全县统一于2011年元月12日下午2:30-3:30完成，元月15日上午开始流水作业式阅卷，16日下午阅卷工作结束，各种统计数据得到显现，本次科学测试试卷共设计填空、选择、判断、填图、实验探究五种类型的题，内容涵盖了五年级上册教材中光学、力学、动物、植物等知识内容。试题力图贴近时代、贴近学生生活实际，采用文字、图形、图表等多种方式呈现，重视了基础知识，尤其突出对重点内容的考查，同时关注了科学思想方法和动手实践能力的考查。比较客观全面地检查了解了不同层面学生对已学知识的掌握情况和实验探究的能力水平。全乡平均分为77.51分，最高分班级平均分95分，最低分班级平均分57.67分，及格率为77.9%，优秀率为74。55%。从抽样的百份试卷分析来看，学生对于基础知识的掌握准确牢固，科学概念的理解比较到位，但对实验操作部分的解答问题比较多，反映出实验教学还比较薄弱，需要今后有待加强。

第一大题为填空，设计5小题，共20分，平均得分16分。考查内容为光学、力学、地球的内部构造等方面的内容，是科学教材中最直接、最需要掌握的基本概念，覆盖面较广，对学生而言，难度不大。从答题情况看，学生对知识的掌握程度比较好，仅在第4小题有关地球内部构造上20%的学生因理解有误，出现了错误。本大题填空中部分学生表达有误，如“牛顿”用字母表示成“M”，把光的传播速度表达不全，对光学概念理解不透彻，答题出现错别字。

第二大题为选择题，共10小题，每小题3分，应得分30分，抽样分21.5分。选择影子长短由（）决定正确率最高，达97%，生态瓶里的鱼越多，小鱼浮上水面的次数，土壤最小的微粒是（）等的错误率达43%，主要原因是学生新的教学内容理解不透彻。有的地方实验仪器不足造成师生的知识面达不到要求，甚至部分学生根本对科学知识不掌握，缺少科学的类比、推理思维训练，加之对生活中的科学的分析不够，学生盲目作出选择的较多。

第三大题为判断题，应得分30分，百份抽样卷平均得分28.2分，得分率较高。反映出学生对概念性题、与学生生活实际结合比较紧密的科学现象的判断正确率高。但学生对“奥运会圣火火种是用凹面镜取得的”的判断，多数学生选择了错误。分析原因，主要是学生对实际科学运用关注不够、认识不够清晰、完整所致。近一半的学生将“地球上陆地多、海洋少”判为对，是学生在对这部分内容学习的过程中受到经验的影响，平常自己看到的都是陆地多，教师没有利用地球仪认真强化改造学生的知识，学生没有形成明确的表象所造成的。

第四大题为填图题。主要考查学生对平板测力器各部分的名称的认识，所占分值10分，抽样平均得分8.5.分，学生得分较高。显示出各教师在教学过程中对这部分教学内容的高度关注，学生大部分能清楚写出测力计的各部分名称，失分的主要原因是错字或写不出要填的字，如“弹簧”很多学生写不出而空白。

第五大题实验操作探究题，主要是光沿直线传播的考察，分值为10分，抽样平均得分5.5，前半部得分情况较为理想，第一、第二问能按要求进行回答，第三问总结现像失分情况严重，说明了学生学习方法有问题。

综合分析来看，本次测试，较好地反映了我乡小学科学教学的实际，体现了任课教师专业素质的不平衡、实验条件的差异、领导的重视程度等的主客观因素对科学教学的影响。同时，更好地反映了广大科学教师克服种种困难所作出的积极努力，反映出的成绩是不断鼓舞人心和比较满意的。

篇6：2014年小学科学毕业测试说明

一、指导思想：

小学科学课程是一门以培养学生科学素质为宗旨的义务教育阶段的核心课程，在小学课程设置中与其他主要学科一样，具有十分重要的位置。进行小学科学毕业测试旨在督促学校落实国家课程计划，开齐开足课程，了解教学效果，促进学生全面发展。让学生通过小学科学课程的学习，掌握关键的基础科学知识和技能，培养科学兴趣和思维习惯，了解科学探究的基本过程和方法，并应用于力所能及的科学探究活动；使学生尽早建立正确的科学信仰、科学思想和学习科学的方法，为后续的的系统化学习打下良好的基础。

二、考查原则：

根据小学《科学》课程标准的要求，紧扣教材内容，考查学生对常见科学现象的了解，一般科学结论的理解和掌握，注重考查学生的观察能力、思维及推断能力、归纳与总结能力，培养学生的科学素养。

三、考查范围：

根据我区小学科学课程的教学现状，本次主要以考查五、六年级四册内容为主。其中：五年级主要考查：上册第二单元光：3、4、5、6小节下册第二单元热：3、4、5小节

六年级主要考查：

第一单元工具和机械：2、3、4、5、6、7小节

第二单元形状与结构：2、3、7小节

第三单元能量：1、2、3、4、6小节

第四单元生物的多样性：3、4、6、8小节

第五单元微小世界：

1、4小节

第六单元物质的变化：2、3、4、5、6、7小节

第七单元宇宙：1、2、4小节

第八单元环境与我们：4、6、8小节

四、考查形式：

《科学》与《品德与社会》合卷考试，单独命题。其中《科学》与《品德与社会》各占50分。《科学》学科考查题型为：（1）填空题：考查学生对基础知识的了解。（20分）；（2）判断题（或选择题）：考查学生对基础知识的理解。（20分）；（3）综合运用题（或简答题、探究题）：考查学生基本的实践技能和对知识运用的基本能力。（不超过2题）（10分）

篇7：六年级科学下册测试题

1、放大镜能把物体的图像（放大），显现人的肉眼看不清的（细微之处），使我们获得更多的信息。

2、昆虫在自然界中（种类繁多），分布很广，它们有着和其他动物不同（身体构造）和（本领）。

3、苍蝇落在竖直光滑的玻璃上，不但不滑落，而且还能在上面爬行，这和它（脚的构造）有关。

4、昆虫的触角就是它们的（鼻子），它能分辨各种气味。

5、各种物质的晶体具有（基本一致）的形状，所以（晶体）也是鉴别矿物的依据。

6、许多岩石是由（矿物晶体）集合而成。

7、晶体一般都是（固体）形态。

8、在显微镜下观察物体有一定的要求，物体必须制成（玻片标本）才能在显微镜下观察到它的精细结构。

9、生物细胞的形态是（多种多样）的，不同生物的细胞是（不同）的，生物不同器官的细胞也是（不同的）。

10、如果微生物运动迅速，不便于观察，我们可以先在载玻片上放少量的（脱脂棉纤维），再在上面滴一滴（池塘水），盖上（盖玻片）。也可以用（吸水纸）吸走盖玻片边缘多余的水分，控制微生物的运动。

11、在载玻片上放上（脱脂棉纤维）或用（吸水纸）吸走盖玻片边缘多余的水分都可以控制微生物运动。

12、自然界的（雨水）（河水）（井水）中都有微生物存在。

13、在水中生活着许许多多的微生物，常见的有（草覆虫）（变形虫）（喇叭虫）（眼虫）（团藻）（细菌）等，它们都是（单）细胞生物，动物的卵，比如鸡蛋也是单细胞。

14、有些微生物能为我们提供（食物）或帮助我们（生产食物）。

15、（巴斯德）是第一个把微生物和疾病联系起来的人。

16、（弗莱明）发明了青霉素，从而使千万人免受肺炎等疾病的侵染致死。

17、（袁隆平）发明了杂交水稻。

18、地球上至少存在着（250万）种生物。

19、（白细胞）能与病毒细菌作战，保护我们的健康。

20一个单独的洋葱细胞，其中的黑点是（细胞核）。

21、DNA鉴定可以用（扫描隧道显微镜）。

22、我们制作晶体的方法有（减少水分法）和（降低温度法）.

23、印刷物或电视机的图像都是由（红、蓝、绿彩色点）组成。

24、生物是由（细胞）构成的，它是生物最基本的（功能）单位，生物的（呼吸）（消化）（排泄）（生长）（发育）（繁殖）（遗传）等生命活动都是通过细胞进行的。

25、人类观察工具的发展史：（肉眼）（放大镜）（光学显微镜）（电子显微镜）

26、SARS病毒和大肠杆菌是用（电子显微镜）观察。

二、判断。

1、放大镜能把物体放大许多倍。

2、昆虫的眼睛分单眼和复眼，复眼分别长在头上方的两侧。（√）

3、每只昆虫都有一对翅膀，都能在空中飞行。（×）

4、食盐晶体放入盐水中，晶体不会发生变化。（×）

5、晶体也是鉴别矿物的依据。（√）

6、自然界中的晶体都是从溶液中诞生的。（×）

7、我们把物体放在显微镜下，就能观察到其精细结构。（×）

8、用放大镜可以直接观察到洋葱的细胞。（×）

9、植物叶子边有气孔，是起呼吸作用的。（√）

10、列文虎克第一个指出了微生物在人类日常生活中所起到的作用，指出它们和人类健康的关系。（×）

三、简答题。

1、放大镜为什么能放大物体？

答案：放大镜也叫凸透镜，它的中间厚，边缘薄，光线从空气进入凸透镜时会产生折射弯曲。而人认为物体反射的光是直线传播的。所以，感觉物体放大了。

2、怎样正确使用显微镜？

答案：概括的说：安装——对光——上片——调焦——观察。

3、怎样控制微生物运动？

篇8：科学测试方案

2013年3月,OECD发布了《PISA2015科学框架草案》(PISA 2015 Draft Science Framework,以下简称“2015测试框架”),该框架主要包括科学素养简介及其重要性、科学素养的定义及其演变、科学素养的结构、科学素养的测试四部分。[1]本文将就2015测试框架科学素养测试内容及特点进行分析研究。

一、PISA测试中科学素养的内涵及其演变

在2000年和2003年的测试框架中,PISA把“科学素养”定义为“运用科学知识、识别科学问题、基于证据得出结论”的能力,把科学素养的内涵概括为科学过程、科学概念和科学应用情景等三个方面。[2,3]其中,科学过程包含识别科学中可以研究的问题、确定科学研究中需要的证据、得出或评价结论、交流有效的结论和展现对科学概念的理解等五方面内容。科学概念涉及物质的结构和性质、大气的变化、化学变化和物理变化、能量转换等主题。科学应用情景是指科学在生活与健康、疾病与营养、水土流失与保持等方面的应用。

在2006年、2009年和2012年的测试框架中,PISA则把“科学素养”定义为“识别科学问题、科学地解释现象、使用科学证据”的能力。[4,5,6]并进一步把科学素养的内涵概括为以下四方面:

1.能够拥有一定的科学知识,并利用这些科学知识识别科学问题、获取新的科学知识、解释科学现象、基于证据得出与科学有关的问题的结论;

2.能够理解科学作为人类认识自然、探究自然的形式,具有一定的特殊性;

3.能够意识到科学和技术是如何形成经验,培养智慧,营造文化环境的;

4.作为一个有反思意识的公民,愿意用科学的思想,参与讨论与科学有关的问题。

在以上两种定义的基础上,《PISA2015科学框架草案》指出科学素养是指作为一个有反思意识的公民能够参与讨论与科学有关的问题,提出科学见解的能力,[7]并进一步解读为以下三种主要的科学能力:

1.科学地解释现象,即认识、提供和评价对一系列自然现象和技术产品的解释;

2.评价和设计科学探究,即科学地描述、评价科学研究,提供问题解决的方法;

3.科学地解释数据和证据,即分析评价数据和各种不同方式表示的参数,并能得出恰当的科学结论。

所有理解和参与有关科学技术问题讨论的能力都需要以下三种类型的知识:

1.内容性知识(content knowledge),又称科学内容知识(knowledge of the content of science),指有关自然世界的事实、观点和理论等知识。例如,植物如何利用光和二氧化碳合成复杂分子,物质的微粒性质等。

2.程序性知识(procedural knowledge),也称为证据概念(concepts of evidence),是指关于科学家用于建立科学知识的知识。这是实证研究所依据的实践和内容知识,比如,重复测量,减少误差和不确定性,控制变量,表征和交流数据的标准程序等。

3.认知性知识(epistemic knowledge)指的是理解具体结构和规定性特征在知识建构过程的必要作用。包括理解问题、观察、假设、模型和讨论在科学研究中的功能,认识不同的科学探究形式,同行评审在建立可信赖知识的过程中扮演的角色等。

通过以上分析不难发现,随着时代的发展,PISA测试对科学素养内涵的要求在继承以往认识的基础上,也在不断地深入和细化。

二、PISA2015科学素养测试内容

为了使科学素养的测试更加具有可操作性,2015测试框架在2006测试框架的基础上,将科学素养的内涵进一步解读为背景、知识、能力和态度四个相互关联的方面,并构建了能力标准和知识类型的认知需求框架。要求学生在一定的个人、地区/国家、全球等背景中,根据自己对科学的兴趣、对科学探究方法的价值的认识以及自我环境意识等,运用内容性、程序性和认知性知识,解决生活中的科学问题,从而展现科学地解释现象、评价和设计科学探究、科学地解释数据和证据等科学素养能力(具体内容如表2所示)。

(一)PISA2015测试框架对背景的描述

PISA2015测试框架中的背景是指学生在进行科学学习过程中涉及到的知识产生和应用的情景。这里的背景主要包括健康与疾病、自然资源、环境质量等方面的科学技术在自我、家庭和个人群体(即个人),社区(即地区/国家),世界各地的生活(即全球)等相关情景中的应用(具体内容如表3所示)。

(二)PISA2015测试框架对能力的要求

美国国家研究理事会(National Research Council,简称NRC)曾在2012年出版的《K-12年级科学教育框架:实践、跨学科概念与核心概念》(A Framework for K-12 Science Education:Practices,Crosscutting Concepts,and Core Ideas)中指出,科学是社会实践和认知实践的综合。具有科学素养的人不仅能够理解科学和技术的内涵和意义,更要在社会实践中应用科学技术,解决生活问题。同时,一个15岁的孩子不可能拥有与科学家们相似的经验,因此,PISA2015测试框架所涉及的科学活动不仅仅是科学家能够完成的任务,更应该是一个具有科学素养的15岁学生能够完成的实践活动。在PISA2015测试框架中,将学生科学地解释现象、评价和设计科学探究、科学地解释数据和证据等三方面作为科学素养的能力要求。

“科学地解释现象”要求学生在给定的情景中,回忆适当的学科内容知识,并利用这些知识识别或确认恰当的表述,描述或解释自己感兴趣的日常现象。如抗生素为什么不能杀死病毒,微波炉是如何工作的,为什么气体可以压缩而液体很难被压缩等。

“评价和设计科学探究”要求学生辨别可以进行研究的科学问题,识别科学研究是否是在遵循基本理论前提下进行的,是不是非此即彼的研究,掌握科学研究的关键性特征知识,用批判的视角评价科研成果报告和调查报告。

“科学地解释数据和证据”要求学生可以恰当地使用图表或者其他表征形式,用自己的语言向指定听众解释科学证据的应用,评价基于科学证据得出的结论,使用程序性或认知性知识,给出支持或反对给定结论的原因(具体的能力要求见下页表4)。

(三)PISA2015测试框架对科学知识的解读

PISA2015测试框架中对知识的解读主要是指学生要理解以科学知识为基础的主要事实、概念和解释理论。包括自然科学知识和科技产品(即内容性知识),科学观点产生的过程(即程序性知识),理解内容性知识建立过程的基本原理和使用理由(即认知性知识)。

科学内容知识系统非常庞大,在测试过程中不可能对所有的内容进行测试。因此,确定内容性知识的选择标准显得尤为重要。PISA2015科学素养测试根据内容性知识要与真实生活情境密切相关、代表一个重要的科学概念或者持久有效的主要解释理论、符合15岁学生的认知发展水平等标准,选择了涵盖物质科学、生命科学、地球与空间科学等三大学科领域的内容性知识系统(具体内容见表5)。

科学研究通过“形成尝试性假设”和“实证调查,验证假设”等基本过程,形成对自然世界的解释。实证调查研究中需要依赖特定的概念和方法,比如,独立变量,相关变量,测量类型,误差形式等概念;控制变量,减少误差,数据获取,数据表达等方法。这些特定概念和方法是科学研究必不可少的内容,它们概括了科学数据的收集、分析和解释等过程,构成了程序性知识的主体。

认知性知识是一种结构知识,可以帮助人们理解知识的建立过程,以及知识建立过程中,理论、假设和观察的作用。认知性知识提供了科学家们进行科学研究的基本原理,概括了科学研究的结构知识和特征,也是自然世界的科学主张被信任的基础。

表6列出了PISA2015科学素养测试具体包含的认知性知识和程序性知识的内容及一般特征。

(四)PISA2015测试框架对于态度的阐释

对待科学的态度在人们对科学的兴趣、关注程度等方面起着至关重要的作用,特别是在人们对于科学问题的及时反应方面,尤为重要。在PISA2015科学素养测试中使用的态度结构参考了美国匹兹堡大学克洛普弗(L E Klopfer)教授在1976年提出的科学教育情感领域结构,[8]以及其他有关的态度研究综述。这里从以下3个维度测试学生对科学的态度:对科学的兴趣、评价科学探究方法的价值和环境意识。

选择“对科学的兴趣”作为测试维度是因为它与学生的学业成绩、课程选择、职业选择和终身学习有显著关系。有大量的文献资料证明,大多数的14岁学生已经建立了对科学的兴趣。而且,对科学和技术有浓厚兴趣的学生更有可能从事与科学有关的职业。当把这样的测试结果与通过学生、教师和学校问卷得到的大量数据进行关联后,可能会很好地解释成人学习科学兴趣下降的原因。

选择“评价科学探究方法的价值”作为测试维度是因为科学探究的方法已经非常成功地被应用到新知识的产生过程中。学生在面对与科学技术有关的生活情境问题时,需要识别和评价收集证据、创造性思维、理性推理、评判性作答和交流结论等活动的科学方法,也需要理解科学探究方法是如何起作用的,这样才能从心灵深处愿意使用科学探究方法处理生活问题。

20世纪70年代以来,“环境意识”一直是人们广泛关注和研究的主题。考虑到环境问题对地球生命的持续以及人类生存的重要性,现在的年轻人需要理解生态学的基本规律,合理安排自己的生活。

下页表7列出了PISA2015科学素养测试框架对态度测试的具体内容。

(五)PISA2015科学素养测试构建了能力标准和知识类型的认知需求框架

PISA2015科学素养测试与以往测试明显不同的是其借鉴美国威斯康辛大学教育研究中心诺曼·韦伯(Norman L Webb)教授在1997年提出的知识深度[9](Depth of Knowledge,DOK),构建了科学素养能力标准和知识类型的认知需求(cognitive demand)框架(如图1所示)。

具体的认知需求层次如下:

低:实施只有一个步骤的程序,如回忆事实、术语、原理或概念,从图表中定位一个简单的信息等。

中:使用或应用概念性知识描述或解释现象,选择恰当的、包含两步或者更多步骤的程序,如组织或展示数据,解释或使用简单的数据包、图表等。

高:分析复杂信息或数据,综合处理或评价证据、证明,推理已有的各种来源,制定计划或一系列步骤解决问题。

PISA2015年科学素养测试构建的能力标准和知识类型的认知需求框架进一步明确了知识和能力之间的关系,细化了知识和能力结构,为进行科学素养的培养与评价提供了强有力的支撑。

三、PISA2015科学素养测试特点

通过以上的分析,结合PISA2006和PISA2015测试框架(见下页图2),可以发现:

(一)PISA科学素养测试框架是一脉相承的,科学素养的内涵在继承已有认识的基础上不断深化和发展

2006年和2015年的测试框架整体构成都包括“背景”、“能力”、“知识”、“态度”四部分,并且都要求在一定的背景中,展现科学素养的具体能力,而这些能力又受到知识和态度的影响。所不同的是,在2006测试框架中,知识和态度分别影响能力,而在2015测试框架中,知识和态度共同影响能力。此外,背景中的“个人情景”和“全球情景”、能力中的“科学地解释现象”、态度中的“对科学的兴趣”等构成要素是相同的,PISA2006测试框架中的“科学知识”要素和PISA2015测试框架中的“内容性知识”要素是等同的。

PISA2006测试框架对科学素养的描述,继承了PISA2000测试框架中“基于证据得出结论”和“识别科学问题”的能力;2015测试框架继承了2006测试框架中“科学地解释现象”的能力。这是由于人们的社会生活方式和观点随着科学技术的不断更新,时刻在发生变化。为了适应未来的生活,科学素养的内涵也就需要随之改变。

(二)能力标准不断提升,既要利用证据得出结论,也要学会解释有所偏差的数据和证据;既要识别可以研究的科学问题,也要能够自己设计和评价他人的科学探究活动

对于证据的使用,在2006测试框架中是“基于证据得出结论”,而在2015测试框架中则是“科学地解释数据和证据”。一个具有科学素养的公民不应该仅仅是基于证据得出结论,更应该对实验得到的数据和证据进行科学地解释,即使是那些错误或者偏差较大的实验数据和证据,也应该得到解释。基于证据得出的结论有可能是错误的,那些错误结论的得出,不应该是一个具有科学素养的人应该具有的行为。而科学地解释数据和证据,就需要正确使用科学知识(即内容性知识),以及与科学有关的知识,包括程序性知识和认知性知识。

对于科学探究的能力标准不再停留在PISA2006测试框架中简单的“识别科学问题”,在PISA2015测试框架中提升为“设计和评价科学探究”,既要设计完整的科学探究,也要对他人的科学探究设计方案进行评价。一般认为,识别科学问题仅仅是科学探究的第一步。一个具有科学素养的人不应该只是能够识别科学问题,更应该尝试着去解决这些科学问题,即使最后不能完全解决这些问题,也应该去做。解决问题的过程,即科学探究的过程,才应该是未来公民应该体验和具备的一种基本技能。只有真正理解科学探究及其过程之后,再运用科学探究的认知性知识,才有可能设计和评价科学探究活动。

(三)对知识的考查内容更重视对科学知识建立过程(即科学本质)的认识

在2006测试框架中,将知识分为“科学知识”和“有关科学的知识”,而在2015测试框架中,“有关科学的知识”具体化为“程序性知识”和“认知性知识”。要想适应未来的生活,不仅仅需要一般的科学内容知识(即内容性知识),更需要理解这些知识的建构过程(即程序性知识),以及在知识建构过程中,理论、假设和观察等科学方法是如何起作用的(即认知性知识)。这样的划分,将以前的“有关科学的知识”具象化,使得科学素养测试更加具有可操作性,便于科学教师在教学过程中进行针对性教学改进。

(四)背景层次更加清晰,细致

在2006测试框架中,测试背景由“个人、社会、全球”3个层级构成,这样的划分体现了一定的层次性,但是,“社会”涵盖的内容太广泛了。广义上的“社会”,指共同生活的人们通过各种各样社会关系联合起来的集合,即人群共存的地方。也就是说,只要与生活有关的情景都可以称之为“社会”情景。仔细推敲之后,“个人”和“全球”情景也可以涵盖在“社会”情景中,也就没有了所谓的“个人”和“全球”情景。而在PISA2015测试框架中,对于“社会”改为了“地区/国家”,就构成了“个人、地区/国家、全球”的层级结构。最外层的“全球”就相当于我们生活的地球或者协调各国关系的联合国,个人就是指单个公民,在个人和联合国之间,就是有多人组成的群体,即国家或地区。如此细化之后,不同背景之间的交叉就会更少,背景的层次性会更加清晰、连贯。

(五)对科学探究的态度,不仅仅是简单的支持程度调查,更加注重认知上的评价

在2006测试框架中对科学探究的态度考查,只是简单的支持程度,而在2015测试框架中,则变成“评价科学探究方法的价值”。这是一种更高层次的要求,是一种本质的变革。不再停滞在简单的是否支持,而是从本质上去理解科学探究过程,评价科学探究方法的价值。只有能够评价科学方法的价值之后,才能发自内心地去支持科学探究,才有可能在未来的公民生活中愿意运用科学探究去研究科学问题,参与有关科学技术问题的讨论与决策。

(六)首次提出科学素养能力标准和知识类型的认知需求框架,为进一步细化试题评分和撰写研究报告做好铺垫

认知需求框架将能力标准和知识类型分为高中低三档,可以减少测试框架应用过程中遇到的试题难度划分问题,避免重复,可以在更宽泛的学生能力范围内进行科学素养的大范围测试。此外,这种认知需求框架的使用也可以更好地对能力标准进行描述和报告。