高中物理學生實驗創新素養評價量表的創新與實踐分析

呂宏申 朱美霞

(煙臺經濟技術開發區高級中學,山東 煙臺 264006)

1 高中物理學生實驗創新素養評價量表的提出

隨著教育觀念的不斷變化,培養核心素養逐漸成為高中物理教學的基本目標．物理核心素養主要包括:物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任[1]．物理核心素養的四個方面是相互聯系、共同發展的． 注重實驗探究,不僅是新課程的基本理念之一,也是新課程的重要目標[2]．為了貫徹國家關于創新人才培養的有關精神,近年來基礎教育界積極開展創新人才培養的研究與實踐[3]．然而,我們通過文獻綜述和相關實地考察,結合我校創新教育實踐,發現現行高中物理創新教育研究與實踐對學生實驗創新素養評價的研究少之又少,切實可行的學生實驗創新素養評價量表幾乎沒有．為此,筆者試圖提出能定量地研究學生創新素養的評價量表,以便更好地評定各種實驗創新培養模式的實驗效果．

2 高中物理學生實驗創新素養評價量表的內容

學生實驗創新素養評價基于高中課程標準[4]對物理學科核心素養的水平劃分標準分為創新意識評價、內容評價、結果評價3個部分．創新意識最高分1.8分,內容評價滿分5分,結果評價滿分1分,3個因素的乘積為評價結果,滿分9分．內容評價又包括實驗范圍、問題情境、儀器選擇、實驗原理、數據處理五個平行因素,每項各占1分,五個因素之和為內容評價結果．對于超高精度創新實驗,因為遠超高中課程標準,結果評價可以給1.1分,滿分為10分．由此可以得出學生創新能力評價公式

E=A×(C+S+I+P+D)×R.

其中,E為創新能力評價結果,A為創新意識得分,C為實驗范圍得分,S為問題情境得分,I為儀器選擇得分,P為實驗原理得分,D為數據處理得分,R為結果評價得分．

表1 高中物理學生實驗創新素養評價量表

3 高中物理學生實驗創新素養評價量表的內容解析

創新意識(awareness)是學生在學習完成后對知識創新的意識,影響學生在知識創新中能發揮的主觀能動性,是創新的前提條件．根據創新發生的條件分成引導創新、激勵創新和自主創新,影響因子分別設定為1,1.5,1.8．

實驗范圍(content)是學生進行創新的出發點,包括基本實驗、演示實驗、自主實驗．基本實驗指的是課程標準要求的必修課程12個實驗和選擇性必修課程9個實驗,基本實驗是學生接觸最多的,根據實驗的難易程度、可行性分析確定0-0.60分,間隔0.10分．演示實驗指教材上要求的演示實驗內容,教師為了講明白知識而采用的,學生都能接觸到實驗的原理和做法,但是具體的操作并不是很熟悉,為鼓勵學生的實驗創新和知識的全面掌握,分值為0.65-0.80分,間隔0.05分．自主實驗是學生為學習某一部分知識,而自主設計的實驗,對這一部分內容完全是學生的創新實驗,所以分值為0.85-1.00分,間隔0.05分．

問題情境(scene)是學生在設計實驗過程中物理模型的來源,包括一般情境、接觸情境、生活情境．學生構建模型一般會選擇課本上涉及的物理情境,分值設定為0.20分;有些學生會選擇在教參或者習題中見到物理情境,這些屬于接觸情境,根據情境的難易程度、可操作性程度分值設定在0.30-0.60分之間,間隔0.10分．比較善于創新的學生,除了以上的情境,還會更加認真的留心生活情境,分值設定在0.70-1.00分,間隔0.10分．

儀器選擇(instrument)是學生創新能力的主要體現,包括傳統儀器、先進儀器、自制儀器．一般學生在課堂上接觸到的儀器為傳統實驗儀器,創新首先表現在傳統儀器的改進上,根據創新程度的不同,分值為0-0.40分,間隔0.10分;傳統儀器不精確或者有系統誤差時,我們一般選擇比較先進的儀器來完成實驗,如傳感器、模擬環境、信息處理系統等,這對于學生涉獵課外知識的要求較高,這部分的分值為0.50-0.70分,間隔0.1分．當學生發現上述儀器不直觀、不形象或者存在缺陷,能夠自主設計或改進實驗儀器,能夠更好地完成實驗,這部分的分值為0.80-1.00分,間隔0.10分．

實驗原理(principles)是對學生基本實驗原理的考察,包括基本原理、事實結論、另辟蹊徑．創新實驗原理首先明確基本實驗原理,對實驗原理中存在不合理的地方進行改進,根據原理創新程度分值為0-0.40分,間隔0.10分．能從課本或者課堂中已有的事實或者結論出發,改變實驗原理,對學生熟練使用知識的能力很有幫助,分值為0.45-0.60分,間隔0.05分．如果能夠另辟蹊徑,選擇更合理的原理進行實驗驗證,說明學生知識的遷移能力特別強,分值設定為0.7-1.0分,間隔0.10分．

數據處理(data)是獲得實驗結論的前提．通常采用計算法、逐差法、圖像法等方法進行,選擇非常規但貼合實驗特點的方法進行數據處理,根據處理數據的有效程度,分值為0-0.50分,間隔0.10分．如果能夠采用matlab等數學工具、程序語言等方法處理實驗數據,充分體現了學生的計算機水平和學科間的交融,分值為0.60-1.00分,間隔0.10分．

實驗效果(results)是對學生實驗成功與否的主要評價依據,創新實驗的目的是獲得更好的實驗結果．如果能獲得實驗結論,但是誤差較大,相對誤差大約5%,實驗效果為0.6．如果能夠在高中實驗要求的精度內完成實驗,相對誤差2%-5%,實驗效果為0.8．如果能實現較高精度完成,相對誤差為0.5%-2%,實驗效果為1.0．如果能超高精度完成實驗,相對誤差小于0.5%,可以認為是創新, 實驗非常完善,實驗效果為1.1．由于對不同的實驗,實驗誤差要求不一致,相對誤差的范圍可以根據情況稍作變動．

4 高中物理學生實驗創新素養評價量表的實踐

表2 煙臺開發區高級中學實驗創新方案評價表

圖1 高中物理學生創新能力評定結果

為了驗證量表的可行性,筆者發放了715份問卷(表2)．按高中物理學生實驗創新素養評價量表(表1)進行評分,問卷顯示(如圖1)絕大部分高中學生創新能力綜合評價結果分數低于2分,對物理實驗缺乏創新意識,僅限于對高中物理基本實驗的重現,創新素養匱乏,5分與6分之間的學生已經鳳毛麟角,與預估結果基本一致．

表3 驗證動量守恒定律實驗方案評價結果

圖2

圖3

圖4

圖5

以驗證動量守恒定律為例,有效問卷135份．問卷顯示,學生主要有4種方案,其中最多的是直接來源于課本利用平拋運動的方案1,如圖2所示,有效問卷69份;其次是教參或者習題中經常見到方案2,如圖3,利用單擺、平拋運動、或單擺與平拋運動結合等,有效問卷36份;第3種方案是直接利用傳感器或傳感器與其他模型結合,如圖4有效問卷22份;第4種方案是在常規實驗基礎上的創新方案,如圖5,這類方案出現的比較少,不足10份．

4種方案按量表1進行評分(表3),結果與學生創新素養綜合評定結果基本一致,但低分人數比例有所減少,中間3-4分人數比例明顯增加,這與該實驗屬于高中物理必做實驗,教材、教參強調比較多結果也是一致的．物理核心素養培養是實現物理課程價值的必由之路,物理實驗教學中要改革教學的方法和過程,關注學生個體知識的建構和應用,以學生核心素養提升為目標[5],該量表對評價學生實驗創新素養的可行性具體如何,筆者將在后續的教學研究中進一步驗證,繼續修正．