PISA科学素养测试等级划分对我国高考选考科目等级设定的启示

PISA科学素养测试等级

1.1　形式：科学精熟度

学生的PISA科学素养测试等级报告用科学精熟度来划分。精熟度表示学生对知识和能力的精通和熟练程度，直接反映学生能成功解决的试题种类 [9] ，不同的精熟度水平代表学生具有的不同能力层级。学生的科学精熟度水平和试题难度可以在一个量尺上表征，精熟度水平越高，预期学生能成功解决的试题难度越大，如图1 [10]285 所示。

1.2　组成：等级描述和分数下限

PISA设置科学素养测试等级的目的是为了表征科学能力的不同层级 [11]276 ，以便具体而确切地知道学生能做什么。PISA科学素养测试等级包含等级描述和分数下限2部分：等级描述表示处于某水平的学生被期望完成的试题或者任务的具体特征，是该水平学生应具有能力的详细描述；分数下限通过等级划分确定，是将学生置于不同水平的依据。借助等级描述和分数下限，每个学生的分数都可以对应在“能力量尺”的某个区间中，从而实现对学生能力水平的测量。

在PISA2006科学素养测试中，科学精熟度量尺包括6个水平，从低到高依次为水平1到水平6，其中水平2是所有学生在完成义务教育后被期望具有的水平。在PISA2015科学素养测试中，为更加细致地描述处于低水平学生的科学素养能力，专家组将原来的水平1分为水平1a和水平1b，形成包含7个水平的测评等级。PISA科学素养测试等级对每个水平都作出具体描述，本文仅以水平5和水平6为例，见表1 [12]60 。

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PISA科学素养测试等级制定

PISA科学素养测试等级制定主要包括等级描述内容和等级划分2部分。

2.1　等级描述内容制定

科学素养和认知要求是PISA科学素养测试的基础，也是等级描述内容的制定依据。PISA测评中的科学素养由能力、情境、知识、态度4方面构成，他们之间的关系是：科学能力是核心，具体包括科学地解释现象、科学地阐释数据和证据、评价和设计科学探究3方面能力；学生的科学能力表现在具体情境中；学生的科学知识和科学态度影响科学能力的形成和表现。其中，科学态度自2015年起在调查问卷中测查，试题中不再包含与其相关的内容 [12]50-52 。

认知要求与科学素养相互独立，反映科学能力、科学知识在认知水平上的发展，PISA将其划分为低、中、高3个水平 [9]42 。认知要求与试题难度密切相关 [13-14] ，从认知要求视角出发，可以确定影响试题难度的4个具体因素为：a）试题所需知识要素的数量和复杂程度；b）学生可能拥有的对内容、过程和认知性知识的熟悉程度，以及关于它们的先验知识；c）试题所需的认知操作，如回忆、分析、评价等；d）形成回答对模型或者抽象科学观念的依赖程度 [12]55 。

作为等级描述内容的制定依据，科学素养和认知要求理应包含在等级内容的具体描述中。以科学精熟度水平6为例，对等级描述内容进行文本分析。以科学地解释现象、评价和设计科学探究、科学地阐释数据和证据3个能力为横轴，以情境、知识、能力的具体表现为纵轴，可以将水平6分解为如表2所内容。以“科学地解释现象”能力为例，具体情境为“新奇的科学现象、事件和过程”，其中“新奇”是认知要求影响试题难度的因素b）“关于它们的先验知识”的体现；具体知识内容“一系列相互联系的物质、生命、地球和空间科学中的科学观点和概念，应用内容性、过程性、认知性知识”，包含了试题难度影响因素 a）和b）；具体的能力表现为“提供解释性假设或者作出预测”，其中“提供”“作出预测”都是对试题难度影响因素c）中认知操作的反映。在水平6“科学地解释现象”能力的描述中未包含试题难度影响因素d），但在另外2个能力描述中包含，此处不再详述。可见，等级描述内容直接体现科学素养，通过试题难度影响因素间接体现认知要求。

PISA科学测试等级描述内容的制定总体上由专家组初步制定和根据测试结果修改完善2个阶段组成 [11]277-279 ，并与试题的设计与复查融合在一起。 第1阶段，专家组起草并初步制定各个水平的等级描述内容，试题开发者参考初步制定的等级描述内容和认知要求设计试题。本阶段，对等级描述内容的参考使得试题能反映此水平上的知识和能力，以认知要求为基础而确定的4个因素对试题难度有直接影响。第2阶段，专家组根据试题的测试结果对等级描述内容进行修改。通过应用项目反应理论，PISA测试可以同时预测学生的能力值和试题的难度值，并将二者置于同一量尺上描述科学测试等级与试题难度之间的对应关系，且后者对前者具有参考意义。专家组还通过回顾检查整个科学量表中有不同表现的各个试题及其对应的等级描述内容，通过对试题与等级描述内容之间的关系进行大量实质性分析，产生等级内容的最终描述。本阶段，认知要求主要通过试题表现因素影响等级内容的修改。

2.2　等级划分

PISA科学素养测试等级划分方法以项目反应理论为基础，借助预期成功率、水平宽度、反应概率、最低水平下限等关键变量实现，为标准参照评价 [11]279-284 。以关键变量作为切入点，可以理解为PISA等级划分方法的本质。

预期成功率指在均衡分布于同一水平的试题组成的测试中，处于该水平的学生回答试题时被期望的正确率。PISA认为预期成功率至少要达到50% [15]197 ，这意味着在该水平底部的学生至少可以正确完成50%的试题，在中间及偏上水平的学生可以达到更高的正确率。

反应概率指当某试题的难度值与学生的能力值匹配时，学生正确回答该试题的概率，可以等价理解为处于某水平中间位置的学生能正确回答此水平平均难度试题的概率。以预期成功率50%的要求为基础，PISA将反应概率设置为0.62，经过计算可以确定，处于水平底部的学生完成该水平平均难度试题的概率是52%，处于水平顶部的学生完成的概率是70%。

水平宽度指各个水平上下界限之间的距离，不同的水平应该有基本相等的宽度，但在不同的测试领域中是可以变化的。在PISA科学素养测试中，水平宽度很大程度上由该水平试题的认知要求和学生在试题上的表现数据来决定。PISA将科学素养测试中的水平宽度设置为0.8logits（logit为科学精熟度量尺上的单位，是项目反应理论中的一个标尺）。

用图2 [11]281 形象地表示水平宽度和反应概率之 间的关系。图2中，如某测试的水平宽度为0.8logits，则处于该水平底部的学生完成水平底部试题的概率为62%，完成水平顶部试题的概率为42%，完成平均难度试题的概率为52%；处于该水平顶部的学生完成水平顶部试题的概率为62%，完成水平底部试题的概率为78%，完成平均难度试题的概率为70%。由此可知，当学生的分数确定之后，学生对应的能力虽然无法完全确定，但可以借助反应概率对其进行定量描述。

对于初次测试某科目的年份，PISA需要确定该学科的最低水平下限。最低水平下限的确定服从“最低水平的宽度与其他水平的宽度基本相同”的假定 [15]198-199 。当学生分数低于最低水平下限时，PISA不能为其提供可信的测量水平，也不能对其能力进行有意义的描述。

在上述4个关键变量中，预期成功率是反应概率的基础，反应概率、水平宽度和最低水平下限直接影响等级划分，见图3。

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对我国高考选考科目等级设定的启示

3.1　以学科核心素养及其发展水平为依据明确等级意义

PISA科学素养测试以科学素养和认知要求为基础，对各个等级进行由低到高的详细描述，而我国高考选考科目却缺乏相应内容；因此，我国高考选考科目应基于学科核心素养及其发展水平对等级进行层次清晰的内容描述，以明确各个等级代表的能力。首先，学科核心素养与PISA科学素养地位等价、构成类似，涵盖了本学科最为核心的必备知识和关键能力，因此基于核心素养构建各个等级的内涵，既符合课程标准的基本要求，也有益于明晰各个等级的意义；其次，课程标准对核心素养的不同水平进行划分，构成学科核心素养的不同发展水平，这与PISA认知要求地位相同。以学科核心素养发展水平为依据，不仅可以为选考科目等级意义的确定提供理论支撑，也能促使高考等级与学科核心素养水平之间实现对接。我国现阶段主要集中于在试题中聚焦学科核心素养 [16-17] ，如何基于核心素养及其发展水平对选考科目各个等级的意义进行合理而清晰的描述，值得进一步深入研究。

3.2　优化等级划分方法，改选考科目为标准参照评价

我国现行高考选考科目的等级划分，是在对学生进行排序的基础上按照百分比将每个学生放置于不同的等级中，这是典型的常模参照评价，会引发2个问题：1）处于不同百分比的学生在能力上不一定有本质差别；2）赋分存在不公平 [18] ，选考难度较大科目（如物理）的学生与选考其他科目的学生相比，可能会产生赋分偏低现象。PISA科学素养测试中各个等级指代学生的特定科学能力，所以用反应概率来确定学生处于某个水平的方法是标准参照评价，当各个关键变量确定之后，结合测试结果就可以确定测试中各个等级的分界线。因此，通过借鉴PISA科学素养测试等级划分方法，利用项目反应 理论、借助反应概率和等级宽度等关键变量，可以将高考选考科目等级划分方法进一步科学化，并尝试用标准参照评价，即学生达到相应的标准就可以获得相应的等级与分数，从而避免能力较高学生在赋分上的相对竞争 [1] ，也有希望解决难度较大学科选考人数偏低现象。

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