科學探究中“分析與論證能力”評價要素的探討

高岱亮

(濟南高新區第一中學 山東 濟南 250104

科學探究中“分析與論證能力”評價要素的探討

高岱亮

(濟南高新區第一中學 山東 濟南 250104

以“分析與論證”在科學探究中占有的地位為基礎，探討了“分析與論證能力”的評價要素以及表現品質，最后梳理了不同評價要素之間的關系，為一線教師及教育研究者的深入研究提供了理論基礎.

分析與論證能力 科學探究 評價要素 表現品質

1 “分析與論證”在科學探究中的地位

“分析與論證”是指科學探究過程中，在獲得實驗證據的基礎上將探究結果與自己原有的知識聯系起來，運用分析、綜合、歸納、演繹的科學研究方法，找到事件的因果解釋，形成超越學生原有知識和當前觀察結果的新的理解.

《普通高中物理課程標準(實驗)》提出了科學探究7個要素：提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作[1].“分析與論證”在科學探究中占有舉足輕重的地位.對實驗收集的證據進行處理分析,得出結論，能夠有效地解答“提出的問題”并驗證“猜想與假設”的質量，同時為“評估”實驗的整體效果，進行小組交流合作奠定基礎.因此，“分析與論證”與科學探究中的其他要素有著密不可分的關系，如表1所示.

表1 “分析與論證”與科學探究中其他要素的關系

續表

2 “分析與論證能力”評價要素的分析

《普通高中物理課程標準》對科學探究中“分析與論證”的要求是：(1)對實驗數據進行分析處理.(2)嘗試根據實驗現象和數據得出結論.(3)對實驗結果進行解釋和描述.(4)認識在實驗中進行分析與論證是很重要的.學生在進行實驗并收集完證據后，首先需要對實驗數據進行處理，然后對處理后的數據進行分析并得出結論.因此，本文將“分析與論證能力”的評價要素確定為處理數據的能力、分析數據的能力和得出結論的能力.

2.1 處理數據的能力

學生在進行實驗并收集完證據后，會發現收集的數據比較“零散”，不利于統計分析.因此，在分析與論證實驗數據時，首先要對實驗數據進行“合理化”處理.這里的“合理化”是指能夠運用合理的方法手段處理實驗數據且過程準確無誤.例如：高中《物理·必修1》教材中有很多實驗需要運用打點計時器測物體運動的加速度，由于打出紙帶上兩點的時間間隔為0.02 s，不利于后續數據的分析，因此需要對紙帶進行簡單地處理，取5段時間間隔為1個計數點，這樣在計算加速度時計數點間的時間間隔由0.02 s放大到0.1 s，便于后續數據分析的需要.高中物理教材的很多實驗都需要對數據進行初步處理，然后才能深入分析得出結論.通過對一線教師的了解發現，部分學生在處理數據的過程中，容易在規范上犯一些小錯誤，甚至有的學生不能夠根據實驗目的合理地處理數據.因此，“處理數據的能力”的品質與表現水平如表2所示.

表2 “處理數據的能力”的品質與表現水平

2.2 分析數據的能力

“分析數據的能力”決定著得出結論的方向.它包含著以下3個方面的評價內容.

(1)分析數據的靈活性，即“能夠采用不同的方法對處理后的數據進行比較分析”.部分實驗的數據能夠通過多種不同的分析方法得出實驗結論，但是運用不同分析方法得出結論的精確程度會有一定的差別.這就需要學生在分析數據的過程中，會運用多種不同的分析方法對處理后的數據進行比較，以找出精確程度高、直觀簡潔的分析方法來對結論進行描述.例如，在高中《物理·選修3-1》“測電源的電動勢和內阻”實驗中，實驗原理為E=U+Ir,電路圖如圖1所示.

圖1 “測電源的電動勢和內阻”原理圖

學生在進行探究實驗時，通過對滑動變阻器上滑片的滑動記錄電流表和電壓表的一系列讀數.對這些數據的處理有多種方法：一是平均法，即根據U和I的值列方程，求得電動勢和內阻的平均值；另一個是圖像法，即將多組U和I的值在一坐標系中描點作圖，找圖像中的橫截距與縱截距，間接計算出電動勢和內阻的數值.教材的處理是運用圖像法得出結論.但是在進行該實驗時，學生可以運用“平均法”和“圖像法”得出電動勢和內阻的數值，然后通過比較分析來判斷哪種方法得出的結論更加直觀、合理，進而得出較為準確的實驗結論.

(2)分析數據的深刻性，即 “對實驗數據產生的原因提出簡單的解釋”.“原因和結果”在物理實驗中通常表現為“實驗條件”和“實驗現象”.在實驗過程中，實驗條件發生了變化會引起實驗現象的改變，繼而導致實驗結果的改變.因此，教師在引導學生對實驗數據產生的原因提出解釋時，讓學生能從“實驗條件”出發，分析數據產生或改變的原因，這樣能讓學生對實驗結論的本質有一個深層次的理解.例如，“測電源的電動勢和內阻”實驗，學生在連接好電路后閉合開關，在調節滑動變阻器時發現電壓表和電流表示數變化非常微小，這時學生需要從“實驗條件”入手，自主分析電表示數的變化原因，從而提出合理的解釋：電流表和電壓表量程選取不當.

(3)分析數據的批判性，即“能夠積極地尋找異常數據產生的原因，進行簡單的分析”.學生在進行實驗與收集證據的過程中，有時會遇到不符合規律的異常數據.這時，如果學生能夠對異常數據進行原因分析，那么學生就會從“實驗原理”和“實驗過程”出發，重新審視整個實驗，對學生批判性思維的形成具有重要的意義.例如，在“測電源的電動勢和內阻”實驗中，如果實驗過程中出現“電壓表有示數，而電流表沒有示數”的異常數據，那么學生就需要從電路的連接出發，一點點地分析故障產生的原因，最終找出“滑動變阻器接觸不良”等原因.

綜上所述，“分析數據的能力”的品質與表現水平如表3所示.

表3 “分析數據的能力”的品質與表現水平

續表

2.3 得出結論的能力

“得出結論的能力”是“分析與論證能力”的重要評價要素之一.學生在對數據進行處理與分析后，能否根據數據合理地描述出正確的結論是評價學生“得出結論能力”的重要依據.學生在處理、分析數據后，需要對數據所描述的規律進行進一步的總結與深化，用嚴謹的語言表述出來.例如，在進行“探究加速度與力、質量的關系”這一探究性實驗時，學生會通過小車、傾斜軌道、重物、打點計時器等裝置進行探究活動，進而得出加速度與力和質量的“a-m”、“a-F”圖線.在畫出圖線后，如果學生根據上述圖線得出“物體運動的加速度a與質量m成反比，與合外力F成正比”這一結論，那么就說明該學生在得出結論時沒有考慮到該實驗中需要控制變量，即當判斷加速度a與質量m的關系時，沒有強調出“合外力F不變”；判斷加速度a與合外力F的關系時，沒有強調出“質量m不變”.因此，該學生在得出結論時不夠嚴謹合理，得出結論能力的水平較弱.

綜上，“得出結論的能力”的品質為結論的“合理性”，其具體的表現水平如表4所示.

表4 “得出結論的能力”的品質與表現水平

3 評價要素與品質的比重

為了定量地說明構成“分析與論證能力”的各要素及表現品質的重要程度，本文對其進行了權重的確定.在權重的設置上，筆者通過對中學一線教師的調查以及結合課程與教學論研究方向的專家意見進行了確定.通過調查以及專家的意見可知，“分析數據的能力”能最準確、直白地反映出學生分析與論證能力的高低，決定著形成結論的質量，因此，筆者將“分析數據的能力”給予了0.5的權重.“處理數據的能力”是對收集的實驗數據進行進一步整合，為分析數據提供了基礎，該評價要素起基礎性作用，但不決定學生“分析與論證能力”的關鍵，因此，筆者將“處理數據的能力”給予了0.3的權重.“得出結論的能力”是對數據處理分析后形成實驗結論水平，是學生“分析與論證能力”表現的結果，和前2個評價要素相比，該要素對學生的要求較低，因此，筆者將“得出結論的能力”給予0.2的權重[2].在此基礎上，每個要素對應表現品質的權重也給予了相應的確定，具體權重分布如表5所示.

表5 “分析與論證能力”評價要素與表現品質的權重

4 結束語

以上是對分析與論證能力的3個評價要素以及表現品質進行了簡單的分析.“處理數據的能力”是基礎，沒有對數據的處理過程，就無法分析與得出結論；“分析數據的能力”是關鍵，只有對處理好的數據進行分析，才能夠得出正確而且嚴謹的結論；“得出結論的能力”是核心，這是處理數據、分析數據的最終目的，只有得出了結論，才能夠對之前提出的問題進行合理化解答.“處理數據”、“分析數據”是“得出結論”的基礎，因此3個評價要素在科學探究的過程中是層層遞進的關系.上述評價要素與表現品質及水平的確定對一線教師與教育研究者對科學探究中“分析與論證能力”的深入研究具有重要的指導性意義.

1 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗).北京:人民教育出版社,2003.10～11

2 宋麗霞,馬昌法.PTA量表在中學物理探究活動中的應用.物理教師,2009,30(5):6～8

3 葉兵.提出問題能力評價策略初探.物理教學,2010,32(9):38～40

4 江愛國.例談新課標下如何建構物理表現性評價.物理教學探討,2009,27(1):19～20

高岱亮(1991- )，男，碩士，中教二級，主要從事中學物理教學及研究.

2016-09-07)