Subskalen der Naturwissenschaften

Bei PISA 2015 wird der Schwerpunktbereich Naturwissenschaften neben der Gesamtskala anhand von 8 Subskalen beschrieben, wobei man drei Bereiche unterscheidet.

Bereich 1 : Kompetenzen

  • Phänomene naturwissenschaftlich erklären“ wird auch als die Fähigkeit definiert, Erklärungen für eine Reihe natürlicher und technologischer Phänomene zu erkennen, zu liefern und zu bewerten. Schülerinnen und Schüler sollen u.a. in der Lage sein, angemessenes naturwissenschaftliches Wissen abzurufen und anzuwenden, erklärende Modelle und Darstellungen zu identifizieren, zu benutzen und zu generieren sowie erklärende Hypothesen zu liefern.
  • Naturwissenschaftliche Untersuchungen planen und bewerten“ wird definiert als die Fähigkeit, naturwissenschaftliche Untersuchungen zu beschreiben und zu bewerten und zu erklären, wie Fragestellungen naturwissenschaftlich behandelt werden können. Schülerinnen und Schüler sollen u.a. in der Lage sein, die Fragestellung einer naturwissenschaftlichen Studie zu identifizieren, Fragestellungen, die naturwissenschaftlich untersucht werden können, von solchen zu unterscheiden, bei denen dies nicht der Fall ist, die Art und Weise bewerten, mit der Fragestellungen naturwissenschaftlich erforscht werden, und zu beschreiben und zu bewerten, wie Forscher die Zuverlässigkeit von Daten sowie die Objektivität und Verallgemeinerbarkeit von Erklärungen sicherstellen.
  • Daten und Belege naturwissenschaftlich interpretieren“ wird definiert als die Fähigkeit, naturwissenschaftliche Daten, Behauptungen und Argumente in einer Vielzahl von Darstellungen zu analysieren und zu bewerten und angemessene Schlüsse daraus zu ziehen. Schülerinnen und Schüler sollen in der Lage sein, Daten von einer Darstellung in eine andere zu übertragen, Daten zu analysieren und zu bewerten und angemessene Schlüsse zu ziehen, zwischen Argumenten, die auf naturwissenschaftlichen Beweisen und Theorien basieren und solchen Argumenten, die auf anderen Überlegungen basieren, zu unterscheiden, und naturwissenschaftliche Argumente und Beweise aus unterschiedlichen Quellen zu vergleichen und zu bewerten.

Aufgabenbeispiele für Bereich 1: Kompetenzen

Bereich 2: Wissen

Die naturwissenschaftlichen Kompetenzen erfordern ein gewisses Wissen über Inhalte, aber auch ein Verständnis dafür, wie dieses Wissen gewonnen wurde (Prozedurales Wissen) sowie ein Verständnis für die Natur dieses Wissens (Epistemisches Wissen).

  • Wissen über Inhalteumfasst das Wissen über Theorien, erklärende Konzepte, Informationen und Fakten. 15-jährige Schülerinnen und Schüler sollten wesentliche Erklärungen und Theorien in den Bereichen Physik, Chemie, Biologie sowie Erde und Weltraum verstehen und wissen, wie diese auf diverse Kontexte angewendet werden können.
  • Prozedurales Wissenbezieht sich auf das Wissen über grundlegende Konzepte und Verfahren der naturwissenschaftlichen Forschung, die bei der Erhebung, Analyse und Interpretation von naturwissenschaftlichen Daten wesentlich sind. Von Schülerinnen und Schülern wird erwartet, dass sie diverse Verfahren und verwandte Konzepte kennen. Dazu gehören u.a. abhängige und unabhängige Variablen, Verfahren, um Unsicherheiten festzustellen und zu minimieren (z.B. wiederholte Messungen), die Strategie, Variablen zu kontrollieren und ihre Rolle im experimentellen Design sowie übliche Darstellungsarten von Daten.
  • Epistemisches Wissen“ bezieht sich auf ein Verständnis über die Art und den Ursprung von naturwissenschaftlichem Wissen und spiegelt die Fähigkeit wider, zu argumentieren und zu diskutieren. Epistemisches Wissen ist notwendig, um zwischen Beobachtungen, Fakten, Hypothesen, Modellen und Theorien unterscheiden zu können. Darüber hinaus hilft es zu verstehen, warum bestimmte Verfahren (z.B. Experimente) eine zentrale Rolle bei der naturwissenschaftlichen Wissensgewinnung spielen.

Die Wissenskategorien „Prozedurales Wissen“ und „Epistemisches Wissen“ wurden für die Auswertung zu einer Subskala zusammengefasst.

Aufgabenbeispiele für Bereich 2: Wissen

Bereich 3: Systeme

Der Inhalt des PISA 2015 Naturwissenschaftstests stammte aus Themenbereichen der Hauptschwerpunkte Physik, Chemie, Biologie sowie Erde und Weltraum. Die Testaufgaben, die das Inhaltswissen der Schülerinnen und Schüler erhoben, wurden in drei Kategorien von „Systemen“ untergliedert.

  • Physikalische Systeme“ beziehen sich u.a. auf Wissen über die Struktur und Eigenschaften von Materie (einschließlich ihrer chemischen Eigenschaften), chemische Reaktionen, Bewegungen und Kräfte, magnetische Felder, Energie und ihre Umwandlung sowie Wechselwirkungen von Energie und Materie.
  • Lebende Systeme“ beziehen sich u.a. auf Wissen über Zellen und deren Strukturen (z.B. DNA), den Begriff des Organismus, menschliche Biologie, Populationen (z.B. Spezies und ihre evolutionäre Dynamik) sowie Ökosysteme und die Biosphäre.
  • Erde und Weltraum“ bezieht sich u.a. auf Wissen über die Strukturen von Erdsystemen (z.B. der Atmosphäre), Veränderungen in Erdsystemen (z.B. Plattentektonik), die Erdgeschichte,  das Sonnensystem sowie die Geschichte und das Ausmaß des Universums.

Aufgabenbeispiele für Bereich 3: Systeme