Les niveaux de compétence définissent les connaissances et les facultés dont les élèves disposent à un niveau donné. Ils ont été conçus en subdivisant l’échelle PISA en plusieurs points précis. Pour chaque niveau de compétence un descriptif qualitatif reprenant les facultés spécifiques des élèves a été élaboré. Il existe 6 niveaux de compétence, le niveau 1 constituant le niveau le plus bas et le niveau 6 le niveau le plus élevé. Ces échelles sont ouvertes aussi bien vers le haut que vers le bas. Le niveau 2 de compétence est considéré comme le niveau de base que tous les élèves devraient avoir atteint à la fin de la scolarité obligatoire.

La perception de ses propres capacités analyse à quel point un élève pense être capable de résoudre de manière autonome un exercice. Exemple d’item : « Expliquer pourquoi les tremblements de terre sont plus fréquents dans certaines régions que dans d’autres. » Pour l’analyse des résultats, les réponses « j’y arriverais facilement » et « j’y arriverais avec un peu d’effort » ont été regroupées.

La perception de soi en sciences est la perception qu’un élève se fait de ses aptitudes dans les branches scientifiques. Exemple d’item : « J’apprends vite les notions de sciences enseignées à l’école » Pour l’analyse des résultats, les réponses « d’accord » et « tout à fait d’accord » ont été regroupées.

Les élèves peu performants se situent aux niveaux de compétence inférieurs, c.-à-d. que leurs performances correspondent au niveau de compétence 1 ou en-dessous. Ils font preuve de compétences très limitées et sont tout au plus capables de résoudre les exercices les plus faciles de PISA, exercices qui mesurent les connaissances élémentaires. Lorsqu’ils seront adultes, ils n’auront donc probablement pas les bases nécessaires pour participer avec succès à la vie professionnelle et sociale.

La variable « plaisir et intérêt pour les sciences » analyse dans quelle mesure les élèves de 15 ans sont motivés à s’intéresser de leur propre initiative aux sciences. Exemple d’item : « Je trouve généralement agréable d’apprendre des notions de sciences. » Pour l’analyse des résultats, les réponses « d’accord » et « tout à fait d’accord » ont été regroupées.

Les professions scientifiques regroupent les professions du domaine des sciences, de la technologie, de l’informatique et de l’ingénierie. Ce groupe de professions se divise en 4 sousgroupes : scientifiques et ingénieurs, spécialistes de la santé, informaticiens, techniciens et professions apparentées. Les souhaits professionnels des élèves ont été codés selon la classification internationale des types de professions CITP-08 (Classification internationale type de professions).

On entend par qualité de l’enseignement les caractéristiques fondamentales de l’enseignement, communes à toutes les matières, qui influencent l’apprentissage des élèves ainsi que le développement de leurs compétences et de leur motivation.

Les élèves ont indiqué combien de fois et à quel(s) moment(s) ils ont redoublé une classe au cours de leur parcours scolaire (école fondamentale et secondaire). Les réponses suivantes leur étaient proposées : « non, jamais », «oui, une fois » ou « oui, deux fois ou plus ».

Le retour fourni par l’enseignant analyse dans quelle mesure l’enseignant donne un retour à l’élève à propos de son niveau d’avancement personnel et de ses points forts, et lui indique les domaines qui pourraient encore être améliorés. Exemple d’item : « Le professeur me dit dans quels domaines je peux encore m’améliorer. » Pour l’analyse des résultats, les réponses « à tous les cours ou presque » et « à la plupart des cours » ont été regroupées.

PISA entend par compétence en sciences la capacité de s’engager dans des questions et des idées en rapport avec les sciences et de les examiner de manière approfondie et sensée. Les trois compétences principales sont la faculté d’expliquer des phénomènes de manière scientifique, celle de concevoir et d’évaluer des recherches scientifiques et celle d’interpréter des données et des faits de manière scientifique.