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跨学科素养测评的国际经验:PISA命题与启示

2018年初教育部颁布了《普通高中课程方案(2017年版)》[1],提出了核心素养和学科核心素养,指明了基础教育课程改革的方向是发展学生核心素养、落实立德树人的根本任务。发展学生的核心素养旨在培养“全面发展的人”,意在提升学生解决真实情境中问题的能力。真实情境中的问题往往涉及多门学科的知识和能力,要使发展学生核心素养真正落地,必然要培养学生的跨学科素养。目前对跨学科素养培养的研究较多,而对跨学科素养测评的研究极少,随着我国基础教育改革的推进,跨学科素养测评研究显得尤为重要。笔者分析了PISA测评科学素养的经验,为我国跨学科素养的测评提供参考。

一、跨学科素养的内涵界定

“跨学科”(Interdiscipline)一词最早出现于20世纪20年代的美国。近年来,不同学者对跨学科内涵有着不同的定义 [2-4],但相同之处都是整合多门学科知识、技能、思维和观念等解决由单一学科无法解决的实际问题所具备的素养。跨学科素养是指那些超越学科的、具有通用性质的素养,具体包括跨学科知识、跨学科能力和跨学科态度。与传统学科素养相比,跨学科素养强调跨学科知识的整合与迁移,强调多种学科能力的融合和贯通,是情感、态度、价值观等综合素养的具体体现,比如责任担当、科学精神、实践创新等素养。跨学科素养认为各个学科的知识和技能只是发展学生核心素养的一个素材,只有培养学生综合运用跨学科的知识、能力和价值观念及创造性解决现实问题的能力[5],才可能切实发展学生的核心素养,落实立德树人的根本任务。

二、跨学科素养的测评框架

PISA2015是利用真实情境,从科学知识、科学能力和科学态度三个维度建构科学素养的评估框架。其中,科学知识包括内容性知识(“物质系统”、“生命系统”和“地球和宇宙系统”等)、程序性知识(科学研究的方法的知识,如变量性概念、测量概念、图表呈现数据的常见方法等)和认识性知识(包括科学的结构和特征;科学结构和特征在科学知识建立过程中的作用)。科学能力包括提出问题、设计研究方案、实施研究过程以及分析数据和证据得出结论等方面[6]。科学态度影响学生参与科学问题的程度及处理科学问题的方式,包括科学精神、社会职责和环境保护等。

PISA2015的评估框架、测评内容和测评方式对我国跨学科素养的测评有重要的启示作用。跨学科素养无法直接观察,学生所具备的跨学科素养及其水平只能借助于他们在解决或应对各种复杂现实任务或情境时的外显行为表现进行推测。测评框架将跨学科素养转化为“可观察的外显表现”,也即“具体化的学习结果”[7](具体如图1所示)。跨学科素养的测评框架是主要测评学生在面对复杂的、不确定的真实情境时,综合运用跨学科知识、跨学科能力、跨学科态度,分析情境、提出问题、解决问题、交流结果过程中可观察的外显表现[8]。跨学科素养测评框架包括多个学科之间知识技能的融合、跨学科的能力和跨学科态度等,在测评中,要深刻认识复杂真实的情境和具体的任务在测评跨学科能力的重要价值,强调“可观察的外显表现”必须包括支持跨学科知识和技能发展与应用的态度方面的结果。

在关系到个体生存的“终极问题”面前,“功利主义” “拜金主义”盛行。 大学生群体不可避免的为日常琐事所纠缠而无暇顾其他。 集体和集体主义原则只有在能够助益自身利益的实现时才有可能被想起。 其他情况下,集体和集体主义原则之于他们而言,都是存在着的无。

图1 跨学科素养的测评框架

三、跨学科测评情境任务的创设

PISA评估架构以评估单元来组织,每个单元都前置一个情境,若干问题置于情境材料之后。PISA试题中没有无情境的问题,也没有无问题的情境,各种试题情境和问题广泛分布于整套测试卷中。PISA试题情境设计注重真实性、现实性,注重学生的经历和体验,与学生丰富的日常生活紧密联系。PISA试题中的情境包括健康与疾病、自然资源、环境质量、危害、科学和技术前沿等5个维度。例如“蛀牙”“衣服”“玉米”“公车”“温室效应”“酸雨”等情境,这些情境均是学生熟悉的情境,而且和学生生活息息相关。这些情境的设计有利于学生提取相关信息,将情境任务与跨学科知识、能力建立关联,最终促进问题的解决。

在跨学科素养测评中更要注重真实情境任务的创设,情境任务要遵循“内在逻辑性”。这种逻辑性表现为情境材料与日常生活、情境问题、多学科知识、跨学科能力态度、测试目标等具有逻辑联系,要重视情境素材来源、情境呈现方式、情境问题设置等方面的适切度。情境的设计要考虑学生对情境的熟识度,教学过程中已经出现过的情境,很难测评知识记忆以外的如理解应用、创新迁移等跨学科素养。情境的设计要遵循新颖性、真实性和广泛性原则。跨学科情境可以以中心主题方式创设,即通过生活现象、历史事件、现实挑战或前沿研究进行情境创设,包括媒体、档案、科研数据等多种文本的方式,呈现在学生面前的是引发学生兴趣的内容,由此形成贯通于测评过程的情境。跨学科情境创设仍然要有中心主题任务,该主题任务可以通过共同的学习过程(即各学科的学习所共有的过程)完成[9]。比如 PISA2006试题中的“蛀牙”内容,该情境是绝大多数学生真实体验过的,在这样的情境下创设问题会使学生感到题目中的情境就在自己身边,对试题产生一种亲切感,且龋齿与健康生活紧密相关。同时,试题情境中有细菌、糖、酸等信息,并配以相应的图片。问题设问细菌导致龋齿的原因、分析糖的消耗量与龋齿数量的曲线图、解决龋齿问题的科学实验、龋齿的研究兴趣等,从而进行学生的跨学科知识、能力和态度的测评。

四、基于“现象解释”的跨学科知识“静态”测评

PISA2015试题涉及的知识包括内容性知识、程序性知识和认知性知识。内容性知识是生物、物理、化学、地理等学科的主要概念和原理。比如物质结构、物质性质、运动和力、能量及其转变等,内容性知识主要是一些重要概念,而不是具体的、细枝末节的知识点。程序性知识和认知性知识涉及变量概念、提出数据、控制变量、科学观察、模型构建等,这些内容是科学探究所必备的,因此,本文将程序性知识和认知性知识归为跨学科能力范畴。

跨学科知识的测评不能局限于学科内部的知识,而是要围绕着情境和任务将不同学科间的知识关联起来,关注不同学科知识的网络建构。为了体现跨学科知识的本质,试题的研制必须关注知识网络的广度、深度、关联强度、知识链接关系和链接方向等各类指标。因此跨学科知识可以通过“现象解释”进行“静态”测评。通过“现象解释”建构不同学科的知识网络,测评的过程就成为学生围绕“现象”识别不同学科知识流向、建立多种学科知识流程、最终解决问题的过程[10]。除了注重建构知识网络外,基于“现象解释”的跨学科知识测评还要关注多学科知识的理解和应用,通过增加试题与情境的嵌入度,将知识镶嵌在各种真实情境中,融入动态的任务中,使知识“活化”为与情境伴随的知识。在这一过程中,测评学生对多学科知识的比较、分类、建模、整合、预测、推论和评价的能力,注重对学生多学科知识的理解和应用梯度测评。比如PISA2006试题中“饮用适合的水”,试题情境展示了水库或湖泊中的水经过格栅、沉淀池、过滤、加入氯气、水质检验等过程才成为水管中的自来水。在试题设问中,要求学生解释地下水比湖水有更少的细菌和颗粒污染的原因、第4步加入氯气的原因等。“静态”测评学生物理、生物、化学等跨学科知识的记忆、理解和应用。此题以“水的处理”建立的知识网络,不仅考查对化学中氯气功能、生物学科微生物的特征、免疫等知识的理解和记忆,而且考查了这些知识在饮用水处理中的应用。在此题中,弱化了学生对知识的机械记忆的测评,强化了灵活运用跨学科知识解决实际问题的测评。

五、基于“任务解决”的跨学科能力“动态”测评

PISA2015试题的命制多以科学能力测评为导向,在真实情景中直接考查学生 “科学地解释现象、设计和评价科学探究和科学地解释数据和证据”的能力水平,立意明确,针对性强。跨学科能力测评要考查学生综合运用跨学科的知识、技能、思维方式、方法和价值观念、解决真实问题的能力。跨学科能力普遍存在于各个学科,不同学科的表现差异因学科性情境和知识载体而不同,但是能力是相同的,也是通用的。跨学科能力的测评流程为:真实情境材料→提出任务→设计方案→实施方案→对数据进行分析、解释及评估。跨学科能力(科学领域)包括阅读能力、综合理解应用适当学科知识、提出科学问题、做出相应假设、设计或评价探究方法(方案)、实践方法(方案)、收集分析数据、表达结论及解释。基于“任务解决”的跨学科能力“动态”测评试题命制首先要明确跨学科能力的内涵,选择合适的情境材料,任务的设计要有主线、要有递进性,通过任务的完成反映出学生跨学科能力梯度。同时也要考虑学生能力的个体差异性,在试题的编制上应关注能力的区分度。基于“任务解决”的跨学科能力测评往往会导致答案的开放性更强[11]。跨学科能力是贯穿于各个学科核心素养目标体系之中,因此,跨学科能力的测评不可能脱离学科而单独存在。跨学科能力试题命制时要充分思考跨学科能力测评中知识、情境和任务的呈现方式和建构特点,通过转变测评的重心,最大限度实现对跨学科能力的测评。比如PISA2015试题中 “温室效应”内容,试题呈现了1860~2000年,大气层平均温度和二氧化碳排放量变化的曲线图(图2)。试题设问要求学生比较2个曲线图的差异,是否可以说明气温的升高与二氧化碳排放之间的关系。“温室效应”在生物、化学和地理学科均有所涉及,是测评学生跨学科能力很好的素材。主要考查学生收集分析数据、表达结论及解释能力,运用综合思维全面系统认识事物和现象,分析要素的相似性和差异性,体现了跨学科能力的综合思维方法,也测评学生设计或评价探究方案的能力和各个学科通用的能力[11]

图2 1860~2000年大气温度、二氧化碳浓度变化

六、基于“问卷调查”的跨学科态度“多元”测评

跨学科态度影响学生参与相关问题的兴趣以及学生对具体问题解决的能力。跨学科态度属于精神范畴,主观性强,量化测评难度较大。PISA 2015试题以学生问卷的形式,从“对科学的兴趣、注重科学方法对于探究的作用、环保意识”三方面对学生态度进行评价。例如“酸雨”内容(PISA2006试题改编)进行了学生态度的调查(详见表1)。

学生的评价是对带教老师教学工作直接和客观的评价,是衡量教学质量的指标之一[5]。PDCA 循环带教过程中,学生自主学习,发现问题后和带教老师,直接交流,对问题的共同探讨,缩短了师生之间的距离,增加了学生和老师之间的沟通和交流。同时增加了学生对老师的满意度。年度考核学生对老师的满意度达到89%,较前一年同期满意度提高15%。

表1 关于“酸雨”问题学生的学习态度调查

项目高度兴趣中等兴趣少量兴趣没有兴趣知道哪些人类活动造成的酸雨最多 □1□2□3□4得知减少导致酸雨的气体排放的科技□1□2□3□4了解修复遭酸雨破坏的建筑物的方法□1□2□3□4

跨学科态度包括科学精神、学会学习、健康生活、责任担当等无法通过标准化测试进行充分评价的指标,这就需要探索标准化测试之外的评价方法。跨学科态度的测评在目前教育测量体系下的研究很少,因为其存在很大的主观性,学生选择的态度也许并不是自己真实的态度表现。因此,要进行跨学科态度的测量,首先,在跨学科态度测评时可以像PISA试题那样通过问卷调查形式开展,但是问卷题目的设计要非常谨慎,减少学生选择与事实不符现象的发生。其次,跨学科态度的测评更好的方法是通过开放题目的形式进行测评。比如让学生写出“造成酸雨最多的人类活动”“有哪些科技可以减少酸雨气体排放” “酸雨破坏建筑物如何修复” 等。相对于简单的选择题,开放性题目测评学生的跨学科态度相对更加客观。其次,采用自我报告量表的形式。根据对中学生社会和情感素养评价的研究综述,国外较为科学的评价工具基本上都采用量表形式的问卷,包括自我报告量表、教师量表、家长/监护人量表和混合上述三种形式的混合量表等,其中自我报告量表使用最为普遍。例如,PISA 项目就采用自我报告问卷调查学生的学习动机、作为学习者的信念、自我调控学习策略的使用[12]等。最后,开发指向心理构念的自我报告量表。国外出现了一些新的自我报告评价工具,用以评价人们新近关注的心理构念。例如,卡罗尔·德威克(Carol Dweck)开发的成长性思维(growth mindset)评价工具,安吉拉·达克沃斯(Angela Duckworth)等开发的毅力量表(a grit scale)等[13]

七、基于“答案编码”的跨学科素养精确判定

为了降低教师阅卷过程中评分的主观性,准确判定学生的能力水平,PISA试题根据学生的不同表现对答案进行编码。答案的编码不仅可以判定学生的素养水平,而且能够更清晰地判定学生素养的优势和缺失。在跨学科素养测评中,不同表现水平答案编码是值得借鉴的。比如在“温室效应”的问题中,某同学提出气温升高不是由二氧化碳排放量增加所导致的,根据图4分析该同学判断的理由。答案编码设计如表2。

表2 试题答案的编码

分值编码说明满分20能够判断图4的两个曲线图中,哪一部分的曲线不是同时上升或下降的。比如约1980~1983年这段时间,CO2浓度下降,而温度上升。1950~1960年这段时间,CO2浓度上升,而温度不变部分分数11指出了正确的时期,但没有解释原因。比如1930~1933年、1910年之前12指出一个年份(而不是一个时期),并提出合理解释。比如在1980年,排放量下降,温度仍然上升13举出证据,原因写对了,但是写错了时期。比如1950~1960年时期,温度下降,CO2排放量上升14指出2条曲线的不同之处,但没有提及任何特定的时期。比如在某些地方可以见到CO2排放量下降、温度上升15指出其中一幅图的趋势转变,比如大约在1910年,可以见到温度下降,然后开始上升,并维持一段时间16指出了2幅图的差别,但是没有解释。比如1940~1950年期间,温度很高,但是CO2却很低零分01仅仅就一条曲线的改变趋势做出描述,没有把2个图变化连在一起。比如这条曲线首先上升,然后下降02指出了一段时间或指出了一个年份,但没有提出任何解释,比如1910年99没有作答

在跨学科素养测评中,可以通过对学生可能出现的答案进行详细描述,并标注相应代码,可以对学生跨学科素养进行更精确的定位。比如,同样是部分分数,不同学生的得分有着很大的差异,通过对答案的编码,可以准确定位学生的素养水平及所存在问题。要达到精确编码,要对学生的答案进行大量的分析归类,形成跨学科素养水平的编码。

八、基于“计算机交互系统”测评试题的呈现方式

PISA试题测试中利用计算机交互系统为学生提供具体、形象的测试情境,并且增加了情境与学生之间的互动性。在PISA测评过程中,计算机交互系统可模拟出真实的日常生活情境,让学生真实经历和体验情境及任务,便于学生在宽松的环境中解决复杂的、情境化的问题,依据解决过程中的行为表现判定其科学素养水平。

围绕统计软件SPSS课程的培养目标,结合多年的教学实践,笔者认为以下几个方面是值得广大同行努力进行实践的地方,具体内容如下:

比如“炎热夏天跑步”(PISA2015试题改编)中,计算机交互系统提供了“温度调节”、“是否喝水”和“跑步”的按钮,学生通过调节,可以显示出出汗量、失水量和体温等指标变化。并提出问题:根据空气湿度为20%、40%或 60%的结果,判断图例湿度50%、温度40℃时,喝水跑步是否安全?

该试题充分利用了计算机交互系统呈现的天气炎热或潮湿时长距离跑步者体温调节的变化情况,计算机互动系统展示试题情境和问题,使学生融入情境中,在情境中完成试题的解答,这也是跨学科素养测评所需要的试题呈现方式。跨学科素养测评的试题命制要基于一个真实的情境,情境的呈现方式至关重要,如果能够利用计算机互动系统呈现,会使跨学科素养测评结果更加可信。而且计算机交互系统具有的自动反馈、拟真环境、虚拟世界等功能更客观、精准地对学生的跨学科素养进行测评,同时还可以使测评与学习合二为一。目前国际上教育测评在探索计算机自适应测试,基于数据挖掘技术,计算机瞬间诊断出不同学生的素养水平、给予即时反馈并提供个性化的学习方案,精准地促进学生的学习[7]

跨学科素养的测评目前在国内研究很少,要进行跨学科素养测评首先要明确跨学科素养的内涵,借鉴国际素养测评的经验,在实践中去探索和完善。在跨学科素养命题时要注意情境的真实性,跨学科素养测评的情境设计要简单明了,贴近学生的日常生活,让学生融入情境中,通过学生完成任务的行为表现判定学生的素养水平。为了增加情境的融合性和互动性,可以利用计算机交互系统呈现试题的情境。

宝宝生病作为家庭生活中的一件大事,父母的情绪、态度和行为使宝宝强烈地感受到自己的存在意义,并因此建构一个印象特别深刻的“镜像自我”,即宝宝把父母当成自己的镜子,从他们的反应和言行中形成对自己的评价和认识。

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[参 考 文 献]

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中课程方案(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018.

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[4] KLEIN J T,NEWELL W H.Advancing interdisciplinary Studies[C].GAFF J G,RATCLIFF J L.Handbook of the undergraduate curriculum:A comprehensive guide to purposes,structures,practices,and change[A].San Francisco,CA:Jossey-Bass,1997:393-415.

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[10] 文庭孝,汪全莉,王丙炎,等.知识网络及其测度研究[J].图书馆,2009(1):1-6.

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