中小學生科學實踐能力測驗試題規則探討

全國教育科學“十一五”教育部重點課題“中小學生實驗活動與實踐能力關系的研究”,必須獲取學生參與實驗活動的經歷和學生目前所具有的實踐能力這兩方面的信息和數據,進行相關性研究。如何獲取學生實踐能力的信息和數據,也就是說如何對學生實踐能力進行測驗,測驗的效度和信度如何,直接關系到課題結論的質量。

一、實踐能力測驗的定位

首先,必須明確,該課題實踐能力是指學生的科學實踐能力。科學實踐能力是一種專項的實踐能力。按照實踐能力的結構,實踐能力由一般實踐能力和專項實踐能力構成。“一般實踐能力因素具有普遍性和概括性,專項實踐能力因素則具有具體性和針對性,因此專項實踐能力因素較一般能力因素更易測量和評估。其次,一般實踐能力因素與專項實踐能力因素還存在密切的聯系。一般實踐能力因素是專項實踐能力因素的前提和基礎。一般而言,如果個體的一般實踐能力因素有缺陷或發展水平不高,那么其專項實踐能力因素發展必須受到限制或影響。” [1]由此可見,科學實踐能力強的個體能夠反映出他的一般實踐能力也是強的。

“所謂科學實踐能力是運用科學知識和技術方法解決實際問題的能力,包括科學探究能力、技術設計能力、實踐操作能力、知識應用能力、成果評價能力和合作交流能力等等。”[2]在科學技術已經成為第一生產力的今天,在科學技術的影響越來越廣泛和深入的時代,在科學技術飛速發展的當今社會,“百分之八十增長最快的職位需要數學和科學作為基礎”。[3]科學實踐能力應當成為公民的核心能力。

科學實踐能力的測驗,只能在科學實踐活動中進行。我們所進行的科學實踐能力的測驗和國際上流行的TIMSS,PISA和NAEP既有相同之處,也存在一定差別。

TIMSS是國際教育成就評估協會(International Association for the Evaluation of Educational Achievement,簡稱IEA)主持的一個對學生數學和科學成績的大型國際比較項目。第一次國際數學與科學教育成就調查于1970年舉行,第二次國際數學與科學教育成就調查(SIMSS)于1980年進行。1995年實施的TIMSS是“第三次國際數學與科學調查”(The Third International Mathematics and Science Study-Repeat, TIMSS-R)。2003年,TIMSS更名為“國際數學與科學趨勢調查”(The Trend of International Mathematics and Science Study, TIMSS)。目前,該項目每4年實施一次,由美國波士頓學院TIMSS國際研究中心設計和組織實施。[4]

“國際學生評價項目”(Programme for International Student Assessment,簡稱PISA),是由經濟合作與發展組織(Organization for Economic Cooperation and Development, OECD)委托實施的,對成員國家和部分伙伴國家(或地區)15歲學生的閱讀素養、科學素養和數學素養進行持續、定期抽樣和比較的研究,是繼TIMSS之后的又一項國際性學生學習質量比較研究項目。[5]

美國國家教育進展評估(National Assessment of Educational Progress,簡稱NAEP),又稱為國家教育報告(The Nations Report Card),是美國目前最權威的全國性學業成就評估體系。它以評價4、8、12年級學生在閱讀、數學、科學、寫作等領域的學業成就和學習能力為主,首要目標是據此向美國公眾報告美國學生的教育狀況。[6]

TIMSS、PISA、NAEP有許多共同的主題,使用的題型大致相同,都注重解難題中的思考技能。“在評優目標上,NAEP、TIMSS是要了解學生課程基礎之上掌握的科學和數學的知識和技能的情況,主要測評學生對知識、技能、觀點的掌握程度;而PISA則是要了解學生在臨近初中畢業時數學和科學方面的知識和能力,包括科學的推理和思考的能力、閱讀和解釋可能在報紙或其他傳媒中看到的文章、圖像或圖形等的能力,目標在于評估學生科學和數學的素養,測量的是教育系統的‘積累成果,即學生在數字化的文化社會中,在成人生活的情境中生存并發揮作用的能力,而不是學生對各個具體課程內容的掌握。”[7]

我們進行的科學實踐能力測驗,在內容上與TIMSS、PISA、NAEP是相通的。因為學生的科學實踐能力首先來自于對科學知識、原理的認識和理解,然后是學以致用,在應用中加深理解,直至掌握。科學實踐能力的強弱實際上是學生個人對科學知識掌握程度的一種體現。在形式上,TIMSS、PISA均用紙筆進行測驗,NAEP主要是筆試,但“NAEP為了進一步考查學生的綜合理解、科學研究技能,每生必須完成30分鐘附加的交互式計算機任務或動手操作任務”。[8]“NAEP最直接的目的是為了獲得學生的科學素養信息。”[9]NEAP2009測驗包括兩個方面:科學內容(Science Content)和科學實踐(Science Practices)。科學內容領域包括:物理科學、生命科學、地球和空間科學。科學實踐層次包括:識別科學原理、應用科學原理、實施科學探究和進行科學設計。我們的科學實踐能力的測驗與NAEP的對科學實踐的測驗具有較高的相似性。

二、科學實踐能力既覆蓋實驗操作技能,也覆蓋實驗能力

“操作一詞的含義較廣,大致有三層意義。首先,最狹義的操作概念是指實驗操作技能,如學生是否能獨立而安全的使用實驗的器具,完成實驗。其次,操作概念還指學生的表演或非書面的表達技能,如學生的體育與藝術(音樂、美術)才能,學生的演講(母語和外語)才能等。最后,最廣義的操作概念是指學生的實踐能力,如解決實際問題的能力、組織能力等。” [10]

實驗是指科學上為闡明某一現象而創造特定的條件,以便觀察它的變化和結果的過程。實驗能力由觀察能力、思維能力和操作技能組成。它是認識能力和操作技能組合的整體。例如:“物理實驗能力應涉及物理觀察能力、物理實驗思維能力、物理實驗操作能力,是三種能力的綜合。而實驗操作能力則是物理實驗能力的核心部分。” [11]

科學實踐能力是指利用所學的科學技術知識,包括技能、方法,解決實際問題的能力。結合實際是實踐的特色。實際問題往往表現出復雜性、綜合性和探索性。它一般不是簡單的,單學科的和學生已經熟悉或曾經解決過的問題。實踐能力具有實踐性、情境性、綜合性和外顯性的特征。科學實踐能力是由科學探究能力、技術設計能力、知識應用能力、實驗能力和實驗操作能力等諸種能力的綜合。

實驗操作能力、實驗能力和科學實踐能力具有如下關系(如圖1)。

解決實際問題(包括進行技術設計)一般應包括下列過程。

a.對問題認識和把握:明確解決問題的目標,問題產生的原因和環境,解決問題的意義和作用;

b.如何來解決這個問題:

解決這種問題有哪幾種途徑和方法,現有的方法中,哪一種是最佳的方法?

c.現場提供了哪些條件?這些條件是否滿足利用某種解決問題的方法?

d.確定方案,選擇器具;

e.進行操作,獲取信息;

f.分析數據,取得證據;

g.綜合判斷,得出結論;

h.反思檢驗,評價結論;

i.表達結果(交流)。

當然,對于不同的問題,解決的過程有簡有繁,要具體情況具體分析。不同的人,對同一問題的解決會采取不同的方法。

三、科學實踐能力測驗試題出題思考

1.關于測驗試題考核的維度。

全面地測驗學生的科學實踐能力,必須從三個維度來進行考查:操作技能、認知程度和綜合評價。三者都應該占有適當的權重。

得分的高低可以從綜合評價問題解決程度、知識點認知程度和操作技能掌握程度來判斷(如圖2)。

由此來制定科學實踐能力測驗的試題雙向細目表。

每個評分點可以分為“基本要求、稍高要求和較高要求”三個等級得分。

2.測驗內容的選取。

從解決實際問題入手,依據現行課程標準,參考過去的教學大綱,參考“八五”教育部重點課題“學生實驗能力調查”課題的測驗試題,把最基礎的、通用的基礎知識、基本方法和基本技能作為測驗內容,同時要注意把由于城鄉差別、地區差別的影響降到最低,也要注意現有學校實驗室的配備條件。

初始出題時其數量可以適當擴大。理、化、生學科,初高中各出5套題,每套題由3個試題組成。高中技術和小學科學分別提交5套題,每套題由3個試題組成。每套題中的3個試題,可以形成分別側重考核操作技能、實驗能力和科學實踐能力的結構性測驗試題。

初定測試時間,小學生60分鐘,初、高中生90分鐘。

3.關于測驗試題的效度、信度和平均難度。

效度是判斷測驗試題質量的最重要的技術指標。它是指測驗結果的有效性。換句話說,它反映測驗是否測量我們想要測量的東西。

信度也是判斷測驗試題質量的最重要的技術指標。它是指測驗試題指標(或工具、結果)的可靠性、一致性和穩定性程度。

效度與信度可以類比誤差理論中的準確度和精密度。如圖3。

其中,圖3 (a) 效度、信度均低;(b) 效度低,信度高;(c) 效度高,信度低;(d) 效度、信度均高。

科學實踐能力的測驗試題,應當保證其具有較高的效度和信度,尤其是各套試題之間的可靠性和一致性。

試題的平均難度與測量的目的有關。“我國高考難度一般定在0.5～0.6之間,以提高高考的選拔性;而高中畢業會考的試題平均難度一般在0.7～0.8之間,以保證會考的合格率。”[12]科學實踐能力的測驗試題平均難度為0.6～0.7較為合適。

科學實踐能力測量是一種標準參考測試,既要有區分度,也要有同課程標準對照的預期合格率。

四、關于學生實驗活動經歷調查表

學生實驗活動經歷調查表的編制應當堅持簡便、可靠、高效的原則。其基本內容由學生的基本信息、曾參與實驗活動的信息和驗證性信息組成。凡課程標準和教學大綱的“交集”中項目均可摘取。

參考文獻

[1]劉磊,付維利.實踐能力:含義、結構及培養對策[J].教育科學,2005(2)

[2][4][5][6][7][8][9]吳俊明,等.科學教育基礎[M].第1版.北京:科學出版社,2008

[3]王曉衛.美國總統候選人奧巴馬闡述教育理念[A].2008

[10][12]袁振國,金娣,王剛.教育評價與測量[J].北京:教育科學出版社,2007

[11]李春密.物理實驗操作能力的結構模型初探[J].學科教育,2002(6)