基于PISA 2025科学素养测评框架分析高考生物学实验探究类试题

 

叶振宇　孙星雨　王占军

摘要：本文基于PISA 2025科学素养测评框架，比较分析了2024年高考生物学安徽卷与新课标卷，发现二者一脉相承。新高考背景下的实验探究类试题更加紧扣新课程、新教材、新高考要求，关注学生差异，注意引导学生在决策中构建身份认同，发展核心素养；同时从多角度考查了学生的跨学科情境综合能力和科学知识应用能力。

2014年，《国务院关于深化考试招生制度改革的实施意见》强调学科课程应注重培养学生的创新精神与综合素质。《普通高中生物学课程标准日常修订版(2017年版2025年修订)》(以下简称《课程标准》)指出，高中生物学教学应帮助学生运用实践探究等方法培养核心素养。高考命题更加关注科学教育，注重考查学生的关键能力。实验探究类试题是评价学生科学思维与科学探究能力的重要载体。PISA 2025科学素养测评框架能够在特定背景下直接反映试题对于科学知识与能力考查的要求与特点。因此，本文以PISA 2025科学素养测评框架为依据，从“三新”(新课程、新教材、新高考)角度聚焦2024年高考生物学安徽卷与新课标卷中的实验探究类试题，揭示新高考对学生素养与能力的考查要求，为后续命题与教学提供参考。

1　PISA2025科学素养测评框架

国际学生评估项目(Programme for International Student Assessment, PISA)2025科学素养测评框架在一定的测试背景下对测评维度进行了优化调整。科学情境内隐于测评维度；增设“科学身份”维度，强化环境与可持续发展教育；将“评估和设计科学探究”“科学地解释数据与证据”合并为“构建与评估科学探究设计，批判性地解释科学数据证据”,并增设“研究、评估与使用科学信息并做出决策、开展行动”能力维度。^[3]更新后的科学素养测评框架在一定的测试背景下以相互联系的科学能力、科学知识与科学身份三个维度为基础，对学生进行测评，注重考查学生在面对新问题时进行实验性调查、设计与决策的能力，关注科学教育的跨学科特点。PISA 2025科学素养测评框架构成维度与具体描述如表1所示。

表1 　PISA 2025科学素养测评框架的构成维度与具体描述

测试背景	一级 维度	二级维度	具体描述
围绕个人、地区/国家、全球等角度设定具体情境，包括：健康与疾病、自然资源、环境质量、灾害、科学技术前沿等	科学 能力	科学地解释现象	在给定情境下回忆已学知识，采用对比、归纳、综合、分析等科学思维方法对科学现象进行解释
		构建与评估科学探究设计，批判性地解释科学数据与证据	在给定情境下提出问题，构建并评价实验设计方案，解释并评价不同的实验数据呈现方式及结论
		研究、评估与使用科学信息并做出决策、开展行动	在给定情境中运用科学知识获取信息，评估信息的可信度及潜在缺陷并做出决策，如构建支撑科学结论的论据
	科学 知识	学科内容知识	掌握自然界中的事实、概念、理论等相关学科知识
		程序知识	获取可靠和有效数据所使用的方法和程序知识
		认知知识	在知识构建过程中形成的对概念、作用等知识的认知
	科学 身份	科学资本和认知信念	能够认识科学的本质、理解科学对生活的影响
		态度和倾向性	对科学有一定的认同与兴趣
		环境意识、关注与能动性	能够认识到现存的环境问题并提出批判性见解，对有助于可持续发展的举措有一定的倾向，能践行力所能及的环保行为

2　基于PISA2025科学素养测评框架比较分析实验探究类试题

依据PISA 2025科学素养测评框架特点，本文以2024年高考生物学安徽卷(以下简称“安徽卷”)与2024年高考生物学新课标卷(以下简称“新课标卷”)中的实验探究类试题为例，以PISA 2025科学素养测评框架所规定的测试背景为统计标准进行统计分析(见表2)。

表2　基于PISA 2025科学素养测评框架的安徽卷与 新课标卷的实验探究类试题统计

一级维度	二级维度	安徽卷题 量占比/%	新课标卷 题量占比/%
科学能力	科学地解释现象	100.00	100.00
	构建与评估科学探究设 计，批判性地解释科学 数据与证据	60.00	57.14
	研究、评估与使用科学信 息并做出决策、开展行动	13.33	14.29
科学知识	学科内容知识	100.00	100.00
	程序知识	66.67	57.14
	认知知识	60.00	71.43
科学身份	科学资本和认知信念	60.00	85.71
	环境意识、关注与能动性	40.00	14.29
测试背景	环境质量	40.00	0.00
	自然资源	0.00	14.29
	科学技术前沿	60.00	85.71

经统计，符合分析标准的试题分别占安徽卷和新课标卷实验探究类试题的68.18%和41.18%。在科学能力维度，两套试卷均高度强调“科学地解释现象”,而对“研究、评估与使用科学信息并做出决策、开展行动”能力的考查均相对薄弱。在科学知识维度，两套试卷均以学科内容知识为考查主体，但安徽卷更侧重程序知识，新课标卷更侧重认知知识。在科学身份维度，安徽卷强调“环境意识、关注与能动性”,而新课标卷则更关注“科学资本和认知信念”。在测试背景维度，两套试卷均以“科学技术前沿”为主，但安徽卷也关注“环境质量”测试背景，新课标卷则关注“自然资源”测试背景。

综上，安徽卷与新课标卷一脉相承，其实验探究类试题均依据《课程标准》要求在相应情境中考查学生的科学能力与科学知识，培养学生的科学思维与科学探究能力。值得注意的是，高考试卷中的实验探究类试题更加契合PISA 2025科学素养测评框架，关注学生的身份认同与社会责任、突出环境教育。为深入探寻新高考特征，本文以安徽卷第17题为例，在“三新”背景下进行PISA 2025科学素养测评框架各维度分析。

3　实验探究类试题的例题分析

3.1 原题呈现

(安徽卷第17题)大气中二氧化碳浓度升高会导致全球气候变化。研究人员探究了390 μL·L^-1(ρ₁,当前空气中的浓度)和1 000 μL·L^-1(ρ₂)两个二氧化碳浓度下，盐生杜氏藻(甲)和米氏凯伦藻(乙)在单独培养及混合培养下的细胞密度变化情况，实验中确保养分充足，结果如图1所示。请据图回答下列问题。

图1

(1)实验中发现，培养液的pH会随着藻细胞密度的增加而升高，原因可能是______。(答出1点即可)

(2)与单独培养相比，两种藻类混合培养的结果说明______。推行绿色低碳生活更有利于减缓______(填“甲”或“乙”)的种群增长。

(3)为进一步探究混合培养下两种藻类生长出现差异的原因，研究人员利用培养过一种藻类的过滤液去培养另一种藻类，其他培养条件相同且适宜，结果如图2所示。综合两个实验结果分析混合培养引起甲、乙种群数量变化的原因分别是①______;②______。

图2

(4)一定条件下，藻类等多种微型生物容易在近海水域短期内急剧增殖，引发赤潮，主要原因是______。

3.2 试题特征分析

该试题以二氧化碳影响气候与环境质量的全球性气候问题为情境，在相关实验探究情境中考查学生对光合作用、影响种群数量变化的因素等知识的掌握情况，在图文结合的设问中以认知知识与程序知识来考查学生的科学能力。从“三新”视角展开分析可以得出如下特征。

3.2.1 展示跨学科情境，关联科学能力与科学知识

该试题跨学科特点突出且从个人、地区、全球三个角度设置材料情境，以此关联并考查学生的科学能力与科学知识。具体表现为试题以大气中二氧化碳浓度升高这一全球性气候问题为背景，引出探究性实验情境。第(2)问以推行绿色低碳生活的个人行为和生活方式为情境，引导学生以程序知识获取图中不同细胞密度变化的信息，用认知知识构建并得出两种藻类之间存在种间竞争的结论，从而考查学生解释科学数据的能力。第(4)问则以近海水域微生物急增引发赤潮为情境，采用开放性试题考查赤潮发生的原因。这些多角度的情境设置，充分体现出新高考背景下实验探究类试题对学生创造性思维的培养，契合促进学生个人发展、对接社会需求、立足未来全面发展的目标。

3.2.2 关注构建科学身份，促进发展决策能力

该试题依据《课程标准》中的社会责任素养培养要求，引导学生在社会议题决策中展现出其应有的科学态度，这与PISA 2025科学素养测评框架增设“科学身份”维度、关注学生对于自我与科学的认知的设计思路异曲同工，主要体现在第(2)问第二空要求学生从实验数据中得到“在低浓度二氧化碳中乙的细胞密度变化更大”的结论，从而支撑其所选择的答案。此外，在具有开放性特征的第(4)问中，对于有环境保护意识的学生而言，其回答可能会将人类活动与氮、磷等矿质元素的增多联系起来，这也是新高考通过增加学生选择权促进科学选才的重要展示。由此可见，实验探究类试题也关注学生的身份认同特征。这在人教版普通高中教科书《生物学·选择性必修2·生物与环境》中也有所体现，如第1章第1节中调查种群密度的探究活动中，特别指出要注意在调查过程中不破坏植物、不伤害野生动物。

3.2.3 综合考查科学知识，全面提高科学能力

高考试题不是单一考查学生的科学知识，而是在综合测试中全面提升学生的科学能力。例如，第(1)问要求学生运用程序知识获取信息“pH”和“藻细胞”,运用知识科学解释现象并作答。而第(3)问要求学生运用科学解释能力回忆种群密度相关知识，获取图中信息“过滤液”后，总结出两种藻类生长出现差异的原因与代谢物质有关，并结合第(2)问应用认知知识进一步分析题干与图示，综合运用对科学数据的解释能力作答。由此可见，实验探究类试题所考查的科学能力不是单一存在的，而是情境、知识与能力相互作用的结果，体现了新高考关注学生全面发展、培养学生综合素质的规划特征。

4　建议与展望

4.1 以不同情境为载体，培养科学能力与科学知识

PISA 2025科学素养测评框架与《课程标准》均强调在情境中引导学生发展科学能力与科学知识，通过对高考试题的分析可知，多角度的情境有助于发展学生的科学能力、激发其创造性，使教学更能适应新高考的要求。教学实践中，教师应选取多元视角、不同来源的情境素材，在培育学生生物学学科核心素养的同时，发展其科学思维与科学探究能力。

4.2 以社会议题为抓手，育人与决策能力并行

实验探究类试题着重培养学生的决策能力，而社会性议题既能帮助学生发展该能力，又能使学生思考议题背后的道德伦理问题。^[6]因此，教师可利用此类议题培养学生的社会责任意识与决策能力。例如，在“关注生殖性克隆人”一课教学中，教师可提前公布议题：“是否应该禁止生殖性克隆人实验?”引导学生查阅资料并发表观点；课堂上，教师补充联合国及我国政府相关文件等权威资料，助力学生剖析生殖性克隆人实验面临的伦理困境，明晰我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何形式的生殖性克隆人实验的立场与依据，最终形成“应禁止生殖性克隆人实验”的理性判断。

4.3 以核心素养为依托，稳步推进学生发展

PISA 2025科学素养测评框架中所要求的科学能力与科学知识是由浅入深的，体现了学生学习过程的层次性。因此，教师应以核心素养为依托，循序渐进地促进学生全面发展。教学过程应以情境、知识、能力的有机联动，全面发展学生的科学思维与科学探究能力，契合新高考遵循教育规律、促进学生全面发展的基本要求。

来源：叶振宇,孙星雨,王占军.基于PISA 2025科学素养测评框架分析高考生物学实验探究类试题[J].中学生物学,2026,42(8):74-76+80.