基于認(rèn)知過程的科學(xué)思維診斷性測(cè)試結(jié)果與分析

張宇　崔琰　張躍

摘 要：本文對(duì)北京市某示范性高中三年級(jí)346名學(xué)生的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了整體性和個(gè)性化的診斷分析，結(jié)果顯示，教師對(duì)于學(xué)生科學(xué)思維水平的判斷與學(xué)生實(shí)際情況有一定的偏差;選“物化生”的學(xué)生科學(xué)思維能力水平優(yōu)于其他選科組合的學(xué)生;個(gè)性化診斷的結(jié)果可以幫助教師因材施教、開展個(gè)性化指導(dǎo).

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;診斷性測(cè)試;個(gè)性化指導(dǎo)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）05-0010-04

作者簡(jiǎn)介：張宇（1992-），女，北京人，碩士，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：物理課程與教學(xué)論;

崔琰（1982-），男，天津人，博士，中學(xué)一級(jí)教師，教研員，研究方向：物理教育;

張躍（1989-），女，北京人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：物理課程與教學(xué)論.

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，也是學(xué)生適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和終身發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力[1].

2019年，中共中央和國(guó)務(wù)院辦公廳頒發(fā)的《關(guān)于深化教育體制機(jī)制改革的意見》中明確提出“要注重培養(yǎng)支撐終身發(fā)展、適應(yīng)時(shí)代要求的關(guān)鍵能力.在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的過程中，強(qiáng)化學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)[2]”.因此，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力已經(jīng)成為當(dāng)前物理教學(xué)的重要目標(biāo)，要想有效落實(shí)這一核心素養(yǎng)的發(fā)展目標(biāo)，就要對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行精準(zhǔn)的診斷，只有在精確診斷的基礎(chǔ)上，抓住每個(gè)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，才能避免重復(fù)訓(xùn)練或超出學(xué)生能力所及范圍的訓(xùn)練，真正實(shí)現(xiàn)因材施教，提高教學(xué)效率.北京物理教育團(tuán)隊(duì)提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)診斷內(nèi)容框架[3]，該框架由五個(gè)方面的核心素養(yǎng)要素構(gòu)成：概念理解、問題解決、新知建構(gòu)、科學(xué)思維、科學(xué)探究，其中科學(xué)思維是指從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互作用關(guān)系進(jìn)行認(rèn)識(shí)的過程中所使用的認(rèn)識(shí)方式，其二級(jí)指標(biāo)包括模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新，具體表現(xiàn)見表1.本文針對(duì)測(cè)試中科學(xué)思維這一指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，以期為“教和學(xué)”提供可參考的依據(jù).

1 測(cè)試工具與樣本說明

本次診斷性測(cè)試題目圍繞高中物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容，依據(jù)核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)診斷內(nèi)容框架與具體情景進(jìn)行命制、編排，共10道大題，33道小題，每道小題突出考查學(xué)生使用某種物理學(xué)認(rèn)識(shí)方式（科學(xué)思維或科學(xué)探究）探索客觀世界的某個(gè)物理學(xué)認(rèn)識(shí)領(lǐng)域（概念理解、問題解決或新知建構(gòu)），比如通過推理論證（科學(xué)思維的二級(jí)指標(biāo)D2）完成概念的關(guān)聯(lián)整合（概念理解的二級(jí)指標(biāo)A2），33道題目中突出考查科學(xué)思維的題目共20道.為了提升測(cè)試卷的效度，課題組遴選了相關(guān)領(lǐng)域的專家，包括教育研究與評(píng)價(jià)專家、各級(jí)教研員、經(jīng)驗(yàn)豐富的一線教師等20余人背對(duì)背出題、組卷，并召開研討會(huì)對(duì)每一道試題及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審定、評(píng)估與完善.

測(cè)試樣本來源于北京市某示范性高中三年級(jí)4個(gè)層級(jí)、10個(gè)班級(jí)，共346名學(xué)生.所有被試在同一時(shí)間進(jìn)行封閉式測(cè)試，由課題組成員進(jìn)行監(jiān)考，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)答卷.

測(cè)試結(jié)果如圖1所示，學(xué)生整體信度（PERSON Reliability=0.84，>0.70）、試題整體信度（ITEM Reliability=0.99，>0.70）均較高.項(xiàng)目分離度（Tap Separation=9.08，>2）顯示試題能夠?qū)Σ煌芰λ奖辉嚰右詤^(qū)分.

2 基于測(cè)試結(jié)果的整體性分析

對(duì)不同層次群體或同一層次的不同班級(jí)群體的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行診斷分析，有利于教師從整體上把握學(xué)生的素養(yǎng)水平，有針對(duì)性地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)與學(xué)生能力相匹配的學(xué)習(xí)活動(dòng).

2.1 不同層次群體的測(cè)試結(jié)果與分析

測(cè)試結(jié)果如圖2所示，實(shí)線為各層級(jí)學(xué)生的得分率折線圖，虛線為各層級(jí)教師期待的得分率折線圖.對(duì)比四條實(shí)線，可以發(fā)現(xiàn)四個(gè)層級(jí)學(xué)生的測(cè)試結(jié)果呈現(xiàn)了較好的層級(jí)關(guān)系，符合最初分層的設(shè)定.對(duì)比虛實(shí)8條折線，整體上所有層級(jí)的教師期待都超出了學(xué)生的實(shí)際能力水平，甚至有些層級(jí)的教師期待已經(jīng)超過了上一層級(jí)的學(xué)生能力水平，比如三層教師在推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新兩個(gè)指標(biāo)上對(duì)學(xué)生的期待值均高于二層學(xué)生的能力水平，四層教師在質(zhì)疑創(chuàng)新方面的期待值已經(jīng)接近二層學(xué)生的能力水平，四個(gè)層級(jí)中似乎一層教師期待與學(xué)生實(shí)際情況整體吻合較好，如圖3所示，這說明跨層級(jí)教學(xué)的教師對(duì)于學(xué)生科學(xué)思維水平的判斷與學(xué)生實(shí)際情況偏差較大.究其原因，一層任課教師只有一位，面對(duì)的學(xué)生群體比較單一，因此對(duì)學(xué)生的能力把握相對(duì)準(zhǔn)確，而二三四層任課教師均面臨著跨層級(jí)教學(xué)的現(xiàn)狀，教授的學(xué)生多且不同層級(jí)學(xué)生能力水平迥異，如果教師長(zhǎng)期以來對(duì)不同層級(jí)學(xué)生投放的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)任務(wù)不做區(qū)分，則可能會(huì)使低層級(jí)學(xué)生的能力得不到有效發(fā)展，從而達(dá)不到教師的預(yù)期.除此之外，近幾年生源的變化也可能是教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與學(xué)生的能力水平出現(xiàn)偏差的原因.

2.2 同一層次不同班級(jí)的測(cè)試結(jié)果與分析

圖4和圖5分別為二層2班和3班學(xué)生得分率和教師期待對(duì)比圖.兩個(gè)班級(jí)處在同一層級(jí)，學(xué)生的能力水平與年級(jí)的平均值相差不多.但從測(cè)試結(jié)果來看，兩個(gè)班級(jí)的任課教師對(duì)于學(xué)生能力的把握情況卻很不同：2班教師對(duì)學(xué)生模型建構(gòu)和推理論證兩方面的能力預(yù)估比較準(zhǔn)確，但對(duì)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的預(yù)估偏高，這反映出教師在教學(xué)中對(duì)于學(xué)生模型建構(gòu)和推理論證能力的培養(yǎng)落實(shí)到位，而對(duì)于學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還有待加強(qiáng);而3班教師對(duì)于學(xué)生科學(xué)思維各項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)的預(yù)估都有偏差，在模型建構(gòu)指標(biāo)上的預(yù)期偏低，在推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新這兩項(xiàng)指標(biāo)上的預(yù)期偏高，這可能反映出教師對(duì)于學(xué)生物理模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)落實(shí)到位，而在推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新這兩項(xiàng)指標(biāo)上投放的學(xué)習(xí)任務(wù)或許與學(xué)生實(shí)際能力水平并不匹配.

2.3 選科差異學(xué)生的對(duì)比分析

為了解因選科不同而對(duì)學(xué)生物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生的影響，我們?cè)谟型麤_擊清華、北大的優(yōu)等生中選取了在高三期中考試的成績(jī)均為96分的50名同學(xué)的診斷性測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示.這些優(yōu)等生中25人至少選考1個(gè)文科，另外25人選考“物化生”.對(duì)比發(fā)現(xiàn)，選考“物化生”的學(xué)生在科學(xué)思維的各個(gè)指標(biāo)上均高于選考文科的學(xué)生，這說明“物化生”三個(gè)學(xué)科對(duì)科學(xué)思維素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)該具有一定的相似性，學(xué)生能夠在一定程度上整合內(nèi)化不同理科所蘊(yùn)含的相同思維方式和研究方法.查閱化學(xué)、生物課程標(biāo)準(zhǔn)（見表2），發(fā)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科中的科學(xué)思維強(qiáng)調(diào)證據(jù)推理與模型認(rèn)知，生物學(xué)科中科學(xué)思維強(qiáng)調(diào)運(yùn)用歸納與概括、演繹和推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等思維方法進(jìn)行推理論證，二者都與物理學(xué)科中模型建構(gòu)、推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等科學(xué)思維能力異曲同工.由此可以推斷，跨學(xué)科的共通概念很有可能會(huì)促使學(xué)生將所學(xué)的學(xué)科知識(shí)和研究方法進(jìn)行有效的遷移，這為實(shí)施跨學(xué)科概念深層理解的教學(xué)整合提供了重要依據(jù).

3 基于測(cè)試結(jié)果的個(gè)性化分析

本次測(cè)試，我們既要對(duì)不同層級(jí)群體的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行診斷分析，同時(shí)也要針對(duì)個(gè)體學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的診斷，從而提升教師對(duì)學(xué)生的個(gè)性化指導(dǎo)的精確程度.

3.1 優(yōu)等生的測(cè)試結(jié)果與分析

以北京市某中學(xué)409個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)按比例劃分能力水平等級(jí)，形成如圖7所示的能力等級(jí)堆積圖.可以發(fā)現(xiàn)，A生在模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新三個(gè)指標(biāo)的得分均處于優(yōu)秀等級(jí)，遠(yuǎn)高于年級(jí)的平均水平，這為后續(xù)科學(xué)思維及其他學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ).不過，相比質(zhì)疑創(chuàng)新，推理論證的優(yōu)勢(shì)略顯不足，原因可能在于該生在對(duì)綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理的過程中沒有反思每一步的依據(jù)是什么，推理過程的“跳步”導(dǎo)致了思維鏈條的不連貫，從而不能準(zhǔn)確地得到結(jié)論.

3.2 中等生的測(cè)試結(jié)果與分析

圖8為B生科學(xué)思維二級(jí)指標(biāo)的得分情況，可以看出，B生在模型建構(gòu)和推理論證兩個(gè)指標(biāo)的得分均處于優(yōu)秀等級(jí)，高于年級(jí)的平均水平，而質(zhì)疑創(chuàng)新能力則處于良好邊緣，低于年級(jí)平均水平，說明該生日常學(xué)習(xí)中可能很少嘗試對(duì)同一個(gè)問題從不同角度進(jìn)行思考，用不同的方法來解決，同時(shí)解決問題后，也沒有反思是如何解決的、為什么要這樣解決、是否還有其他的解決方法、這樣的方法還可以解決什么問題等，因此很難實(shí)現(xiàn)知識(shí)和方法在新情境中的遷移.

3.3 邊緣學(xué)生的測(cè)試結(jié)果與分析

圖9為C生科學(xué)思維二級(jí)指標(biāo)的得分情況，可以看出，該生在模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新三個(gè)指標(biāo)的得分均處于年級(jí)的平均水平之下，特別是模型建構(gòu)能力處于不及格水平，說明該生對(duì)于高中典型物理模型及其研究方法的認(rèn)識(shí)并不十分清晰，面對(duì)實(shí)際問題時(shí)，也不能準(zhǔn)確把握主要矛盾和次要矛盾.除此之外，每個(gè)素養(yǎng)的二級(jí)指標(biāo)能力要求是逐漸遞進(jìn)的，模型建構(gòu)能力勢(shì)必會(huì)對(duì)推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的發(fā)展帶來制約.因此，從低階能力入手提升邊緣學(xué)生科學(xué)思維水平可能會(huì)是學(xué)生最容易獲得提升的空間.

3.4 標(biāo)準(zhǔn)化考試中，成績(jī)相同的學(xué)生對(duì)比分析

圖10是同一次期中考試中成績(jī)均為96分的兩位學(xué)生的得分率柱狀圖.可以看出，D同學(xué)的科學(xué)思維各二級(jí)指標(biāo)得分均高于E同學(xué)，且二者在推理論證方面的差異最大.可見，在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化成績(jī)相同的學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)時(shí)也應(yīng)該體現(xiàn)差異性.比如D同學(xué)模型建構(gòu)和推理論證都遠(yuǎn)高于年級(jí)的平均水平，后期復(fù)習(xí)應(yīng)該更加注重創(chuàng)新能力的提升，而E同學(xué)則更應(yīng)該關(guān)注推理論證能力的發(fā)展.

4 結(jié)論與展望

對(duì)北京市某示范性高中三年級(jí)346名學(xué)生的測(cè)試數(shù)據(jù)，由整體到個(gè)體逐步展開診斷分析，得到如下結(jié)論：教師對(duì)于學(xué)生科學(xué)思維水平的判斷與學(xué)生實(shí)際情況有一定的偏差;選考“物化生”的學(xué)生科學(xué)思維能力水平優(yōu)于其他選科組合的學(xué)生;不同學(xué)生的診斷結(jié)果有所差異，因此個(gè)性化診斷的結(jié)果可以幫助教師因材施教、開展個(gè)性化指導(dǎo).基于本文的診斷結(jié)果，結(jié)合以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及學(xué)生的個(gè)體特點(diǎn)，教師后續(xù)可以設(shè)計(jì)更加具有針對(duì)性的教學(xué)內(nèi)容以及個(gè)性化指導(dǎo)的方案.只有在精確診斷的基礎(chǔ)上，抓住素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，才能有效落實(shí)核心素養(yǎng)的發(fā)展目標(biāo)[6].

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[6]張玉峰.基于課前學(xué)習(xí)診斷的教學(xué)整合研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2018.

（收稿日期：2020-11-11）