中學生化學實驗探究能力評價體系的建構與實施

李軍

摘要：實驗是化學學科的基本特征，科學探究是化學學習的重要內容和方法。學生化學實驗探究能力的評價是在教學中培養學生化學實驗探究能力的瓶頸。文章基于作者自身的研究實踐，對化學實驗探究能力的實質與結構進行了思考與研究，對化學實驗探究能力的評價框架、評價指標、評價方式進行了初步的實踐與探索。關鍵詞：化學實驗探究能力;評價體系;建構實施

文章編號：1008-0546（2021）09-0002-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2021.09.001

中學生化學學業質量評價改革是中學化學課程評價改革的核心組成部分，它引領著化學教學改革的方向，影響著化學教學實施的水平，決定著化學教學評價的效益。但是，中學化學新課程改革數十年以來，本應成為教學改革推進器與催化劑的學生學業質量評價改革不僅未能發揮其正能量，反而成為化學課改處于瓶頸期的主要原因之一，制約著化學學科教學方式的變革。究其原因，現有的評價內容和評價方式與評價改革的需求之間存在的嚴重脫節是其首要因素。尤其是近年來，隨著培養學生學科核心素養與學科關鍵能力成為課堂教學的核心目標，學生學科核心素養與學科關鍵能力的發展水平已成為學生學業成就評價的重要內容。但是，國內在此方面的研究還很薄弱，尚未建立起科學、系統、有效的評價體系。文章基于筆者多年來的理論探索與實踐研究，選定化學實驗探究能力作為化學學科關鍵能力，以探討其功能結構、評價框架與測試工具，從而為中學化學評價改革作出些微薄的嘗試。

一、中學生化學實驗探究能力的結構

采用驗證性因素分析法，從預設假定的化學實驗探究能力為數眾多的可觀測的變量中概括和綜合出少數幾個因子，用較少的因子變量最大程度地概括和解釋原有的觀測信息，是揭示某種能力結構模型的基本方法。以此方法，通過對化學實驗探究各個主要環節所必須的學科能力進行分析與比較，概括出了化學實驗探究能力的一般結構模型[1-2]（見表1）。

由此可見，化學思維能力是化學實驗探究能力的基本要素，其他各種能力必須以化學思維能力作為基點才能發揮其作用，才可見其效能，因此化學思維能力是化學實驗探究能力的重要核心。科學探究與問題解決的過程，是建立在現象觀察、實驗分析與邏輯推理的基礎上的，而上述這些又必須借助于專業的化學知識、實驗技能、科學方法等才能得以實施，因此，化學概念、原理、方法、技能等成為化學實驗探究的重要媒介。同時，實驗探究的過程交流與結果呈現離不開各種形式的化學用語，并通過科學、規范、多元化的表述方式得以記錄與傳播。綜上，化學實驗探究能力具有以化學思維能力為內核，以化學知識與技能、化學思想與方法、化學精神與態度為介質、以化學表述能力為外殼的結構。

二、中學生化學實驗探究能力評價體系

1.中學生化學實驗探究能力評價框架

根據中學生化學實驗探究能力在什么場域中進行評價，以何種載體進行評價，以及針對哪些要素進行評價的三個評價主體問題，將其評價框架分為三個部分：①蘊含探究主題的情境與問題;②實驗探究的主要歷程：實驗設計、實驗實施與實驗評價;③作為主要測量目標并被用以進行實驗探究的化學知識與技能、思想方法以及化學精神與態度[3];具體如圖1所示。

（1）主題情境來源于真實世界，通常可以從中提煉出一個或數個具有探究價值的化學問題，有時也隱含猜想假設的事實性依據或理論性依據[4-5]。主題情境通常包括三種類型：來自于學生生活、來自于工業生產，或來自于化學實驗等學習過程，并常以文字、圖表等形式呈現。值得注意的是，主題情境的選擇應盡量避免學生在化學課堂學習中經常遇到的常規化學問題，以避免學生依靠記憶而不是探索過程獲得認知。

（2）實驗探究歷程是學生在具體的情境中應用化學知識與技能、運用化學思想與方法以及依靠科學精神與良好態度發現問題、理解問題，并用實驗的方法研究問題，以獲得合理結論的過程。其中的知識與技能通常包括化學概念與原理、重要元素化合物知識、化學計算技能與實驗操作技能等核心領域;化學思想方法通常包括守恒思想、分類思想、定性研究與定量研究相結合的思想等化學學科思想以及變量控制等化學實驗設計思想等;情感態度主要指學生在實驗探究中體現出的實事求是、數據實證等科學精神以及遭遇困難時的態度與情緒等。情感態度雖然很難在實驗探究過程中被直接加以體現并予以測試，但無疑其對整個實驗探究過程具有重要的支撐作用。

（3）實驗探究能力主要通過開放性的實驗設計、實驗實施與實驗評價等過程進行測試。實驗設計的考查范疇主要包括探究方法的選擇與探究程序的確定，考查學生能否鑒別和控制各種變量，能否合理運用定性或定量的方法，能否制訂科學合理的實驗程序，能否對實驗結果作出適當預期。具體包括實驗原理的選擇、儀器藥品的選用、實驗裝置的設計以及實驗步驟的設計等。實驗實施考查的范疇包括實驗操作的過程與實驗結論的獲得。具體包括實驗程序的執行、實驗操作的進行、現實問題的解決、實驗數據的記錄以及實驗結論的推導等，例如實驗儀器的使用、實驗裝置的組裝、實驗操作的規范，如何減少實驗誤差、如何觀察實驗現象、如何呈示與分析實驗數據、如何建立數據與結論之間的邏輯關系、如何根據數據推導實驗結論等。實驗評價考查的范疇包括實驗原理的評價、實驗裝置的評價、實驗操作的評價、實驗結論的評價等。例如評價結論或觀點的正確性和局限性，評價探究過程的合理性與可操作性，評價探究方法的科學性與簡約性等。

2.中學生化學實驗探究能力評價的指標體系

（1）中學生化學實驗探究能力評價維度

中學生化學實驗探究能力評價模型（見圖2）包含3個維度：主要歷程、能力結構與能力水平。學生化學實驗探究能力的發展水平的測量，必須在學生進行探究實驗的過程中才能得以實現，因此，可將實驗探究歷程作為評價的第一個維度。根據《義務教育化學課程標準（2011年版）》，學生科學探究歷程可概括為8個環節：提出問題、猜想與假設、制訂計劃、進行實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流[6]。在具體實施中，基于評價目標與探究主題可選擇其中的若干環節作為主要測試環節，但應注意，由于各環節測量的能力著重點不同，對實驗探究能力水平的貢獻度也不同，應慎重選擇環節組合成實驗探究歷程。通常，一個典型的實驗探究歷程需要包括猜想與假設、設計與實施、解釋與結論、反思與評價等核心環節。評價的第二個維度是實驗探究的能力結構，即前述化學實驗探究能力的基本結構，包括化學知識的應用、科學方法的使用以及表達與交流。學生在這些能力上具有水平差異，呈現出一定的階段性與階梯型發展特點，將這些特點按水平高低進行排列與描述，就形成評價的第三個維度——實驗探究能力水平。

（2）中學生實驗探究能力水平等級的確定

為了在實際評價中，教師能夠方便準確地對學生的應答表現作出判斷，通常還需要在各個探究環節建立觀測點，以及基于觀測點的能力水平等級描述。例如，在判斷學生“猜想與假設”的能力水平等級時，可以先確定如下觀測指標：①匹配性：猜想與提出的問題具有一定的邏輯聯系;②科學性：猜想符合化學學科的基本理論與概念;③可證性：猜想具有被證明或證偽的可能性;④多樣性：猜想具有多種可能性。然后按照指標的滿足程度，將其確定為由低至高的若干個等級，并使每個等級都對應著一種可觀察、可測量的外顯性行為。例如，對學生“猜想與假設”的能力水平描述如下：水平1：未進行猜想，或猜想與問題無關，或猜想完全不合理;水平2：猜想與問題的匹配度低，或存在一定錯誤，或難以被證明;水平3：猜想表現出較高的化學知識應用水平，且能被證明;水平4：能提出多種高品質猜想。如此，每個測試任務都有一個對應的具體能力水平，若學生完成該任務，則表示學生在該環節上達到了這個特定水平的要求;反之，則不然。

三、基于主題探究的中學生化學實驗探究能力評價實例

1.測評目標

以生活中的某種“管道通”為測試背景，考查學生在實驗中最重要的“猜想與假設”“制訂方案”“進行實驗”與“觀察與解釋”四個方面的表現，并以此初步判斷學生化學實驗探究能力的發展水平[7]。

2.測試框架

“管道通”實驗探究能力測試框架（表2）

3.測評方式

主題測試，即圍繞某種“管道通”工作時產生的現象，及對現象的探索為主題，以實驗探究工作單作為測評載體，包括紙筆測試與實驗操作測試兩部分。

4.測試程序

（1）播放用某種“管道通”疏通管道的過程：呈現被堵塞、水逐漸聚集的洗臉池，將積水清干后，從管道口倒入“管道通”，加入一定量水，觀察到有氣泡生成，一段時間后，倒入的水都消失了，再次倒入水測試，管道確已被疏通。提供該種“管道通”的產品信息：氫氧化鈉、鋁粒、硝酸鈉。

（2）提供實驗探究工作單如表3。

（3）學生單人獨桌按工作單要求單獨完成探究任務，填寫工作單。

（4）教師根據學生實驗探究能力評價指南完成本次學生實驗探究的評價（表4）。

5.實施過程記錄與成果評價示例

以“管道通”成分中的硝酸鈉在反應中的可能作用是什么為例）。

（1）猜想與假設環節

①學生的答題表現，見圖3。

②根據評價指南，教師作出評價與結果，見圖4。

（2）制訂方案環節

①學生的答題表現，見圖5。

②根據評價指南，教師作出評價與結果，見圖6。

（3）進行實驗環節

學生的表現記錄以及教師作出評價與結果，見圖7。

（4）觀察與解釋環節

①學生的答題表現，見圖8。

②根據評價指南，教師作出評價與結果，見圖9。

6.測評結論

根據教師的評價結果，該學生的實驗探究過程總得分為63分，探究能力總評價等級為B等。

對于中學生化學實驗探究能力評價的探討，本文只是基于自身的實踐，建立了一個具有一定內在邏輯性的評價框架，以及具有一定操作性的評價指標，以此拋磚引玉，來推動化學教師對該問題的深入思考與廣泛探討，從而促進中學生化學核心素養的養成與學科關鍵能力的培育，為提高學生的基礎學力打下堅實的基礎。

參考文獻

[1]楊玉琴.化學學科能力及其測評研究[D].上海：華東師范大學，2012

[2]劉盼盼.初中生化學科學探究能力評價研究[D].曲阜：曲阜師范大學，2010

[3]王珺華.關于中學化學教學中學科學素養評價方案的探索[J].化學教學，2004（10）：17-19

[4] 王艷.ISA對化學學科素養的測評[J].中國考試，2014，（10）：61-64

[5]梁潤嬋.TIMSS、PISA、NAEP科學測試框架與測試題目的比較研究[D].桂林：廣西師范大學，2009

[6]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012

[7]李偉平.不同類型的工作單對初中生生物學實驗探究能力評價研究[D].南京：南京師范大學，2012