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Hasta el ciclo 2012 consistió en una medición basada en instrumentos de lápiz y papel, y a partir de 2015 es por computadora, pues la forma tradicional de lápiz y papel se ha visto rebasada al no permitir la medición de tareas auténticas ni la ampliación a otros dominios. Además, las computadoras y la informática forman parte de nuestra vida cotidiana, lo que hace inevitable que PISA haya progresado a esta forma de aplicación. La nueva manera es la electrónica, interactiva y dinámica, más acorde con el perfil de la nueva generación de estudiantes que se evalúan. La evaluación por computadora tendrá el potencial de adaptarse de manera interactiva a los niveles diferenciales de desempeño de los jóvenes, permitiendo que la experiencia sea atractiva para los estudiantes de alto y bajo desempeños.

Se aplican dos tipos de instrumentos: uno, al que de manera habitual se le conoce como prueba que, de hecho, consiste en diferentes versiones de pruebas; el otro se refiere a los cuestionarios de contexto dirigidos al estudiante y al director del centro escolar. La duración total para responder la prueba y el cuestionario del estudiante es de dos horas y media (dos horas para la prueba y de veinte a treinta minutos para contestar el cuestionario), incluyendo descansos. Los directores escolares contestan en aproximadamente veinte minutos el cuestionario diseñado para ellos.