Założenia teoretyczne badania PISA 2025 w zakresie nauk przyrodniczych

Kulturowym osiągnięciem nauki są teorie wyjaśniające, które zmieniły nasze rozumienie świata przyrody. Umiejętność wyjaśniania zjawisk zachodzących w świecie zależy zatem od znajomości podstaw nauki.

Uczniowie rozpoznając, tworząc, stosując lub dokonując oceny wyjaśnień różnorodnych zjawisk oraz rozwiązań problemów z zakresu przyrody i techniki potrafią:

• przywołać z pamięci i zastosować odpowiednią wiedzę naukową
• wykorzystać różne sposoby prezentacji informacji oraz zamieniać je na inną formę
• formułować i uzasadniać przewidywania i rozwiązania właściwe nauce
• definiować, budować i oceniać modele
• rozpoznawać i opracowywać hipotezy wyjaśniające zjawiska w świecie przyrody
• objaśniać potencjalne implikacje wiedzy naukowej dla społeczeństwa

Przygotowanie wyjaśnień zjawisk naukowych, technologicznych i środowiskowych wymaga jednak czegoś więcej niż tylko przywołania z pamięci pojęć i faktów lub też zrozumienia teorii, które tłumaczą i tworzą podstawę wiedzy (wiedza o treściach nauki). Przedstawienie wyjaśnienia naukowego wymaga bowiem zrozumienia, w jaki sposób taką wiedzę uzyskano oraz posiadania pewnego poziomu zaufania, jaki możemy mieć w odniesieniu do wszelkich twierdzeń naukowych. Aby osiągnąć taką umiejętność, uczeń powinien znać standardowe procedury i praktyki stosowane w badaniach naukowych (wiedza o procedurach badawczych) oraz rozumieć ich rolę i funkcję w uzasadnianiu wiedzy wytworzonej przez naukę (wiedza o poznaniu naukowym).

W ostatniej dekadzie znacząco wzrosła ilość docierających do nas informacji, zwiększyły się również możliwości dostępu do nich. Niestety, oprócz przepływu ważnych i wiarygodnych danych, zwiększa się ilość błędnych informacji i dezinformacja. Każdemu obywatelowi potrzebna jest umiejętność oceny wiarygodności i wartości informacji, często towarzyszących problemom, którymi zajmuje się nauka. 

Coraz większe obawy budzi łatwość, z jaką ludzie akceptują przekonania, które są uznawane za „naukowe” mimo że są one podważane, nienaukowe i wysnuwane są przeciwko nim kontrargumenty. Osoba wykształcona powinna rozumieć znaczenie postawy krytycznej, która ma na celu stawianie pytań dotyczących ustalonego konsensusu naukowego i tego, czy dane źródło jest wsparte odpowiednią wiedzą specjalistyczną. 

U podstaw tej umiejętności leży zrozumienie, że nauka jest przedsięwzięciem społecznym i że nauka nie jest nieomylna. Chociaż poszczególni naukowcy lub zespoły mogą się mylić, konsensus wypracowany przez społeczność naukową jest bardziej wiarygodny, ponieważ jest wynikiem wzajemnej oceny i reprezentuje wiedzę, która była wielokrotnie sprawdzana.

Uczniowie badając i oceniając informacje naukowe, twierdzenia i argumenty przedstawione w różny sposób i w różnych kontekstach oraz wyciągając odpowiednie wnioski, potrafią:

• wyszukiwać, oceniać i przedstawiać charakterystyki różnych źródeł informacji (naukowych, społecznych, ekonomicznych i etycznych), które mogą mieć znaczenie przy podejmowaniu decyzji związanych z nauką i wspierają argumentację lub rozwiązanie danej kwestii
• rozpoznać te stwierdzenia, które oparte są na mocnych dowodach naukowych, odróżnić twierdzenia ekspertów od twierdzeń osób niebędących ekspertami, rozpoznać opinie, a także podać uzasadnienie takich rozstrzygnięć
• przywoływać argument na poparcie odpowiedniego wniosku naukowego opartego na uzyskanych danych
• krytykować standardowe błędy w argumentacji naukowej np. błędne założenia, mylenie zależności przyczynowo-skutkowej z korelacją, wadliwe wyjaśnienia, zbytnie uogólnienia na podstawie ograniczonych danych
• uzasadniać decyzję (podejmowaną na poziomie osobistym lub społecznym) zawierającą argumenty naukowe, która wpływa na rozwiązywanie współczesnych problemów lub na kwestie zrównoważonego rozwoju

Umiejętność ta wymaga od uczniów wykazania się zarówno wiedzą o procedurach badawczych, jak i tą związaną z poznaniem naukowym. W różnym stopniu może również odwoływać się do wiedzy dotyczącej treści z zakresu nauk przyrodniczych. 

Uczeń wykazujący się tą umiejętnością potrafi:

• wyszukiwać i oceniać dowody z różnych źródeł i systemów wiedzy
• oceniać i projektować możliwe rozwiązania problemów społecznych, środowiskowych i ekologicznych z zastosowaniem kreatywnego i systemowego myślenia, biorąc pod uwagę ich wpływ na obecne i przyszłe pokolenia
• zaangażować się indywidualnie i grupowo w procesy obywatelskie, aby podejmować świadome i wspólnie wypracowane decyzje
• wyznaczać cele, współpracować z innymi młodymi ludźmi i dorosłymi z różnych pokoleń oraz działać na rzecz odradzających się i trwałych zmian społeczno-ekologicznych w różnych wymiarach (od lokalnego do globalnego)

Elementy tej umiejętności są mierzone w ramach „Umiejętności nr 2” (Przygotowanie i ocena projektów badań naukowych oraz krytyczna interpretacja danych i dowodów naukowych) oraz „Umiejętności nr 3” (Badanie, ocenianie i wykorzystywanie informacji naukowych przy podejmowaniu decyzji i w działaniach). Ta umiejętność wymaga zarówno wiedzy o treściach nauki, jak i o procedurach badawczych i poznaniu naukowym.

Mierzone w badaniu PISA 2025 umiejętności w zakresie nauk o środowisku odnoszą się do związanych ze środowiskiem efektów nauczania przedmiotów przyrodniczych określanych jako „Działanie człowieka w antropocenie”.

Działanie człowieka w antropocenie wymaga zrozumienia, że człowiek w sposób znaczący zmienił systemy Ziemi i nadal to robi. Działanie odnosi się do sposobów bycia i aktywności w świecie, które uznaje człowieka jako część (a nie oddzielny byt) ekosystemów z jednoczesnym poszanowaniem wszystkich gatunków i świadomością współzależności różnych form życia.

Młodzi ludzie z poczuciem skuteczności działania w epoce antropocenu:

• wierzą, że ich działania zostaną docenione, zatwierdzone i będą skuteczne, gdy będą działać na rzecz łagodzenia zmian klimatu, utraty różnorodności biologicznej, niedoboru wody oraz innych złożonych problemów i kryzysów
• uznają, że wiele społeczeństw w różny sposób przyczyniło się do powstania różnego rodzaju niesprawiedliwości i zachęcają ludzi do działania na rzecz swojej społeczności i środowiska naturalnego
• wykazują nadzieję, odporność i skuteczność w obliczu kryzysów zarówno społecznych, jak i ekologicznych
• szanują i potrafią ocenić wiele różnych punktów widzenia i różnorodne systemy wiedzy
• razem z innymi młodymi ludźmi i dorosłymi z różnych pokoleń angażują się w procesy obywatelskie, które prowadzą do poprawy dobrobytu społeczności i budowania przyszłości w zgodzie ze zrównoważonym rozwojem
• pracują indywidualnie i z innymi na różnych poziomach, od lokalnego po globalny w celu zrozumienia i zmierzenia się ze złożonymi wyzwaniami, przed którymi stoją całe społeczności

Więcej na ten temat można przeczytać w dokumencie OECD tutaj.

W badaniu PISA 2025 można ocenić tylko część umiejętności uczniów w zakresie nauk przyrodniczych. Ocenie podlega wiedza wybrana z głównych dziedzin nauk przyrodniczych: fizyki, chemii, biologii, nauk o Ziemi i kosmosie, która:

• ma związek z sytuacjami z życia codziennego
• reprezentuje istotne założenia naukowe dobrze ugruntowanej i wykorzystywanej teorii
• odpowiada poziomowi rozwoju 15-latków

Założenia teoretyczne badania wykorzystują termin „systemy” zamiast „nauki” w opisach wiedzy merytorycznej, ponieważ obywatele muszą rozumieć koncepcje układów nieożywionych i ożywionych, nauk o Ziemi i kosmosie oraz znać ich zastosowanie w kontekstach, w których poszczególne elementy wiedzy są współzależne i interdyscyplinarne.

Użyj strzałek poniżej, aby przeglądać rozbudowane opisy pojęć.

O wiedzy proceduralnej można myśleć jako o znajomości podstawowych procedur i praktyk stosowanych przez naukowców w celu uzyskania rzetelnych i trafnych danych. Taka wiedza jest wymagana zarówno do przeprowadzenia badań naukowych, jak i podejmowania krytycznego oglądu wyników, które mogą być wykorzystane do poparcia twierdzeń wysuwanych na podstawie danych.

Przykłady wiedzy o procedurach badawczych, która może być sprawdzana, to:

• pojęcie zmiennych w tym zmienne zależne, niezależne i kontrolne
• pojęcia pomiaru m.in. pomiary ilościowe, obserwacje jakościowe, wykorzystanie skali, zmienne kategorialne i ciągłe
• sposoby oceny i minimalizacji niepewności, takie jak powtarzanie i uśrednianie pomiarów
• mechanizmy zapewniające rzetelność (zgodność kolejnych pomiarów tej samej wielkości) oraz ich dokładność (zgodność między zmierzoną wielkością a rzeczywistą wartością tej wielkości)
• sposoby przedstawiania danych za pomocą tabel i wykresów oraz ich właściwe wykorzystanie
• kontrola zmiennych i jej rola w projektowaniu eksperymentu lub wykorzystanie badań randomizowanych w celu uniknięcia błędnych wyników i zidentyfikowania możliwych mechanizmów przyczynowych
• wybór odpowiedniej metody dla danego pytania badawczego np. eksperymentalnej, terenowej lub poszukiwanie wzorców; rola kontroli w ustalaniu związku przyczynowego
• jakie procesy wzajemnej kontroli stosuje społeczność naukowców, aby zagwarantować wiarygodne twierdzenia dotyczące stanu wiedzy