高中物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)量表的創(chuàng)新與實(shí)踐分析

呂宏申 朱美霞

(煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)高級(jí)中學(xué),山東 煙臺(tái) 264006)

1 高中物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)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(xué)的基本目標(biāo)．物理核心素養(yǎng)主要包括:物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[1]．物理核心素養(yǎng)的四個(gè)方面是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的． 注重實(shí)驗(yàn)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(biāo)[2]．為了貫徹國(guó)家關(guān)于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有關(guān)精神,近年來基礎(chǔ)教育界積極開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究與實(shí)踐[3]．然而,我們通過文獻(xiàn)綜述和相關(guān)實(shí)地考察,結(jié)合我校創(chuàng)新教育實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行高中物理創(chuàng)新教育研究與實(shí)踐對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)的研究少之又少,切實(shí)可行的學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)量表幾乎沒有．為此,筆者試圖提出能定量地研究學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的評(píng)價(jià)量表,以便更好地評(píng)定各種實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新培養(yǎng)模式的實(shí)驗(yàn)效果．

2 高中物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)量表的內(nèi)容

學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)基于高中課程標(biāo)準(zhǔn)[4]對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分標(biāo)準(zhǔn)分為創(chuàng)新意識(shí)評(píng)價(jià)、內(nèi)容評(píng)價(jià)、結(jié)果評(píng)價(jià)3個(gè)部分．創(chuàng)新意識(shí)最高分1.8分,內(nèi)容評(píng)價(jià)滿分5分,結(jié)果評(píng)價(jià)滿分1分,3個(gè)因素的乘積為評(píng)價(jià)結(jié)果,滿分9分．內(nèi)容評(píng)價(jià)又包括實(shí)驗(yàn)范圍、問題情境、儀器選擇、實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)處理五個(gè)平行因素,每項(xiàng)各占1分,五個(gè)因素之和為內(nèi)容評(píng)價(jià)結(jié)果．對(duì)于超高精度創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),因?yàn)檫h(yuǎn)超高中課程標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果評(píng)價(jià)可以給1.1分,滿分為10分．由此可以得出學(xué)生創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)公式

E=A×(C+S+I+P+D)×R.

其中,E為創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)結(jié)果,A為創(chuàng)新意識(shí)得分,C為實(shí)驗(yàn)范圍得分,S為問題情境得分,I為儀器選擇得分,P為實(shí)驗(yàn)原理得分,D為數(shù)據(jù)處理得分,R為結(jié)果評(píng)價(jià)得分．

表1 高中物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)量表

3 高中物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)量表的內(nèi)容解析

創(chuàng)新意識(shí)(awareness)是學(xué)生在學(xué)習(xí)完成后對(duì)知識(shí)創(chuàng)新的意識(shí),影響學(xué)生在知識(shí)創(chuàng)新中能發(fā)揮的主觀能動(dòng)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(dǎo)創(chuàng)新、激勵(lì)創(chuàng)新和自主創(chuàng)新,影響因子分別設(shè)定為1,1.5,1.8．

實(shí)驗(yàn)范圍(content)是學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新的出發(fā)點(diǎn),包括基本實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、自主實(shí)驗(yàn)．基本實(shí)驗(yàn)指的是課程標(biāo)準(zhǔn)要求的必修課程12個(gè)實(shí)驗(yàn)和選擇性必修課程9個(gè)實(shí)驗(yàn),基本實(shí)驗(yàn)是學(xué)生接觸最多的,根據(jù)實(shí)驗(yàn)的難易程度、可行性分析確定0-0.60分,間隔0.10分．演示實(shí)驗(yàn)指教材上要求的演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,教師為了講明白知識(shí)而采用的,學(xué)生都能接觸到實(shí)驗(yàn)的原理和做法,但是具體的操作并不是很熟悉,為鼓勵(lì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和知識(shí)的全面掌握,分值為0.65-0.80分,間隔0.05分．自主實(shí)驗(yàn)是學(xué)生為學(xué)習(xí)某一部分知識(shí),而自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),對(duì)這一部分內(nèi)容完全是學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),所以分值為0.85-1.00分,間隔0.05分．

問題情境(scene)是學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(xué)生構(gòu)建模型一般會(huì)選擇課本上涉及的物理情境,分值設(shè)定為0.20分;有些學(xué)生會(huì)選擇在教參或者習(xí)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(shè)定在0.30-0.60分之間,間隔0.10分．比較善于創(chuàng)新的學(xué)生,除了以上的情境,還會(huì)更加認(rèn)真的留心生活情境,分值設(shè)定在0.70-1.00分,間隔0.10分．

儀器選擇(instrument)是學(xué)生創(chuàng)新能力的主要體現(xiàn),包括傳統(tǒng)儀器、先進(jìn)儀器、自制儀器．一般學(xué)生在課堂上接觸到的儀器為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器,創(chuàng)新首先表現(xiàn)在傳統(tǒng)儀器的改進(jìn)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(shí),我們一般選擇比較先進(jìn)的儀器來完成實(shí)驗(yàn),如傳感器、模擬環(huán)境、信息處理系統(tǒng)等,這對(duì)于學(xué)生涉獵課外知識(shí)的要求較高,這部分的分值為0.50-0.70分,間隔0.1分．當(dāng)學(xué)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(shè)計(jì)或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器,能夠更好地完成實(shí)驗(yàn),這部分的分值為0.80-1.00分,間隔0.10分．

實(shí)驗(yàn)原理(principles)是對(duì)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)原理的考察,包括基本原理、事實(shí)結(jié)論、另辟蹊徑．創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)原理首先明確基本實(shí)驗(yàn)原理,對(duì)實(shí)驗(yàn)原理中存在不合理的地方進(jìn)行改進(jìn),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(shí)或者結(jié)論出發(fā),改變實(shí)驗(yàn)原理,對(duì)學(xué)生熟練使用知識(shí)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,說明學(xué)生知識(shí)的遷移能力特別強(qiáng),分值設(shè)定為0.7-1.0分,間隔0.10分．

數(shù)據(jù)處理(data)是獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提．通常采用計(jì)算法、逐差法、圖像法等方法進(jìn)行,選擇非常規(guī)但貼合實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)的方法進(jìn)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(xué)工具、程序語言等方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),充分體現(xiàn)了學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平和學(xué)科間的交融,分值為0.60-1.00分,間隔0.10分．

實(shí)驗(yàn)效果(results)是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成功與否的主要評(píng)價(jià)依據(jù),創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的目的是獲得更好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果．如果能獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論,但是誤差較大,相對(duì)誤差大約5%,實(shí)驗(yàn)效果為0.6．如果能夠在高中實(shí)驗(yàn)要求的精度內(nèi)完成實(shí)驗(yàn),相對(duì)誤差2%-5%,實(shí)驗(yàn)效果為0.8．如果能實(shí)現(xiàn)較高精度完成,相對(duì)誤差為0.5%-2%,實(shí)驗(yàn)效果為1.0．如果能超高精度完成實(shí)驗(yàn),相對(duì)誤差小于0.5%,可以認(rèn)為是創(chuàng)新, 實(shí)驗(yàn)非常完善,實(shí)驗(yàn)效果為1.1．由于對(duì)不同的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)誤差要求不一致,相對(duì)誤差的范圍可以根據(jù)情況稍作變動(dòng)．

4 高中物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)量表的實(shí)踐

表2 煙臺(tái)開發(fā)區(qū)高級(jí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方案評(píng)價(jià)表

圖1 高中物理學(xué)生創(chuàng)新能力評(píng)定結(jié)果

為了驗(yàn)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(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)評(píng)價(jià)量表(表1)進(jìn)行評(píng)分,問卷顯示(如圖1)絕大部分高中學(xué)生創(chuàng)新能力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分?jǐn)?shù)低于2分,對(duì)物理實(shí)驗(yàn)缺乏創(chuàng)新意識(shí),僅限于對(duì)高中物理基本實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn),創(chuàng)新素養(yǎng)匱乏,5分與6分之間的學(xué)生已經(jīng)鳳毛麟角,與預(yù)估結(jié)果基本一致．

表3 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)結(jié)果

圖2

圖3

圖4

圖5

以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律為例,有效問卷135份．問卷顯示,學(xué)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(yùn)動(dòng)的方案1,如圖2所示,有效問卷69份;其次是教參或者習(xí)題中經(jīng)常見到方案2,如圖3,利用單擺、平拋運(yùn)動(dòng)、或單擺與平拋運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)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(jìn)行評(píng)分(表3),結(jié)果與學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)綜合評(píng)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(shí)驗(yàn)屬于高中物理必做實(shí)驗(yàn),教材、教參強(qiáng)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(shí)現(xiàn)物理課程價(jià)值的必由之路,物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要改革教學(xué)的方法和過程,關(guān)注學(xué)生個(gè)體知識(shí)的建構(gòu)和應(yīng)用,以學(xué)生核心素養(yǎng)提升為目標(biāo)[5],該量表對(duì)評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素養(yǎng)的可行性具體如何,筆者將在后續(xù)的教學(xué)研究中進(jìn)一步驗(yàn)證,繼續(xù)修正．