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Naturwissenschaftliche Grundbildung („scientific literacy“) wird definiert als „die Fähigkeit, naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden, naturwissenschaftliche Fragen zu erkennen und aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen, um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, welche die natürliche Welt und die durch menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Veränderungen betreffen“. (2) Betont wird folglich der die Naturwissenschaften kennzeichnende, logisch-rationale Umgang mit naturwissenschaftlichen Problemen, die im beruflichen oder privaten Alltag auftreten.

Naturwissenschaftlich relevante Probleme beziehen sich im beruflichen Umfeld beispielsweise auf den angemessenen Umgang mit technischen Geräten oder die systematische Auswertung von Daten und Fakten. Sie betreffen persönliche Entscheidungen des Gesundheits- oder Umweltverhaltens oder schlagen sich in der kritischen Bewertung einer neuen naturwissenschaftlich- technologischen Errungenschaft nieder.

In PISA lassen sich drei Aspekte naturwissenschaftlicher Grundbildung unterscheiden: Ein grundlegendes Verständnis zentraler naturwissenschaftlicher Konzepte (z.B. Evolution, Bewegung), die Beherrschung typisch naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen (z.B. logisches Schlussfolgern, Argumentieren), sowie die Fähigkeit, dieses Verständnis und diese Fertigkeiten in alltagsnahen Situationen sinnvoll anwenden zu können.