高中物理學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)評價量表的創(chuàng)新與實踐分析

呂宏申 朱美霞

(煙臺經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)高級中學,山東 煙臺 264006)

1 高中物理學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)評價量表的提出

隨著教育觀念的不斷變化,培養(yǎng)核心素養(yǎng)逐漸成為高中物理教學的基本目標．物理核心素養(yǎng)主要包括:物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態(tài)度與責任[1]．物理核心素養(yǎng)的四個方面是相互聯(lián)系、共同發(fā)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(chuàng)新人才培養(yǎng)的有關精神,近年來基礎教育界積極開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)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(jié)合我校創(chuàng)新教育實踐,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行高中物理創(chuàng)新教育研究與實踐對學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)評價的研究少之又少,切實可行的學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)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(chuàng)新素養(yǎng)的評價量表,以便更好地評定各種實驗創(chuàng)新培養(yǎng)模式的實驗效果．

2 高中物理學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)評價量表的內(nèi)容

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

E=A×(C+S+I+P+D)×R.

其中,E為創(chuàng)新能力評價結(jié)果,A為創(chuàng)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(shù)據(jù)處理得分,R為結(jié)果評價得分．

表1 高中物理學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)評價量表

3 高中物理學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)評價量表的內(nèi)容解析

創(chuàng)新意識(awareness)是學生在學習完成后對知識創(chuàng)新的意識,影響學生在知識創(chuàng)新中能發(fā)揮的主觀能動性,是創(chuàng)新的前提條件．根據(jù)創(chuàng)新發(fā)生的條件分成引導創(chuàng)新、激勵創(chuàng)新和自主創(chuàng)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(chuàng)新的出發(fā)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(jù)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(nèi)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(chuàng)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(nèi)容完全是學生的創(chuàng)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(gòu)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(jù)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(chuàng)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(chuàng)新能力的主要體現(xiàn),包括傳統(tǒng)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(tǒng)實驗儀器,創(chuàng)新首先表現(xiàn)在傳統(tǒng)儀器的改進上,根據(jù)創(chuàng)新程度的不同,分值為0-0.40分,間隔0.10分;傳統(tǒng)儀器不精確或者有系統(tǒng)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(huán)境、信息處理系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(jié)論、另辟蹊徑．創(chuàng)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(jù)原理創(chuàng)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(jié)論出發(fā),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(shù)據(jù)處理(data)是獲得實驗結(jié)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(guī)但貼合實驗特點的方法進行數(shù)據(jù)處理,根據(jù)處理數(shù)據(jù)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(shù)學工具、程序語言等方法處理實驗數(shù)據(jù),充分體現(xiàn)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(jù),創(chuàng)新實驗的目的是獲得更好的實驗結(jié)果．如果能獲得實驗結(jié)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(nèi)完成實驗,相對誤差2%-5%,實驗效果為0.8．如果能實現(xiàn)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(chuàng)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(jù)情況稍作變動．

4 高中物理學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)評價量表的實踐

表2 煙臺開發(fā)區(qū)高級中學實驗創(chuàng)新方案評價表

圖1 高中物理學生創(chuàng)新能力評定結(jié)果

為了驗證量表的可行性,筆者發(fā)放了715份問卷(表2)．按高中物理學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)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(chuàng)新能力綜合評價結(jié)果分數(shù)低于2分,對物理實驗缺乏創(chuàng)新意識,僅限于對高中物理基本實驗的重現(xiàn),創(chuàng)新素養(yǎng)匱乏,5分與6分之間的學生已經(jīng)鳳毛麟角,與預估結(jié)果基本一致．

表3 驗證動量守恒定律實驗方案評價結(jié)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(jīng)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(jié)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(jié)合,如圖4有效問卷22份;第4種方案是在常規(guī)實驗基礎上的創(chuàng)新方案,如圖5,這類方案出現(xiàn)的比較少,不足10份．

4種方案按量表1進行評分(表3),結(jié)果與學生創(chuàng)新素養(yǎng)綜合評定結(jié)果基本一致,但低分人數(shù)比例有所減少,中間3-4分人數(shù)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(diào)比較多結(jié)果也是一致的．物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)是實現(xiàn)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(gòu)和應用,以學生核心素養(yǎng)提升為目標[5],該量表對評價學生實驗創(chuàng)新素養(yǎng)的可行性具體如何,筆者將在后續(xù)的教學研究中進一步驗證,繼續(xù)修正．