通過細致測評促進物理深度學習
——以“覆杯實驗”為例*

馮士季，朱立婭

(1.廣西師范大學教育學部，廣西 桂林 541004；2.佛山市順德區京師勵耘實驗學校，廣東 佛山 528329)

0 引言

促進學生的深度學習，是我國當前基礎教育課程教學改革的重要目標。所謂深度學習，是指在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實并將它們融入原有的認知結構，進而能夠將已有的知識遷移到新的情境中，用來作出決策和解決問題。想要促進學生深度學習的發生，教師需要對學生學習的過程和結果具有深入細致的了解。有效的學業測評手段，可以幫助教師達成這一目的。本文以“覆杯實驗”教學內容為案例，提出可以采用一種細致劃分學生解決物理問題思維類型的方法，對學生原認知結構中的不足進行有效檢測，進而開展教學反思，采取教學補救措施。

1 “覆杯實驗”在日常教學中的應用

在初中物理大氣壓強的教學中，大多教師常常采用“覆杯實驗”進行課堂導入，證明大氣壓強的存在。常見的“覆杯實驗”過程是：將杯子正立，裝滿水或裝半杯水，然后把紙片蓋在杯口，再用手按住后倒過來，輕輕松開手，發現紙片不掉落。此實驗現象可以證明大氣壓強的存在，實現現象明顯且出乎學生的意料，可以激發他們的好奇心和學習興趣。

“覆杯實驗”之所以能夠成功，即杯口的紙片之所以不會掉落，不是因為“水粘住蓋片”“水內有微小氣泡”等[2]，而是由于杯子內外存在氣壓差，導致杯子倒轉后，紙片下方的氣壓大于上方的氣壓。很多教師也會通過一系列的實驗和生活中的例子幫助學生理解這一原理。但學生是否真正理解了呢？。

2 “覆杯實驗”題目的命制

為了解學生是否已經真正知道了大氣壓強的存在以及“紙片不掉落”是因為壓強差的存在，我們編制了一道題目，并通過測試來了解學生面對以上問題時的思維過程。題目如下：

拿一個透明的塑料杯，裝入半杯水，然后用一塊平整的薄塑料板蓋住杯口，再按住塑料板把杯子倒過來，并在如圖所示位置插上三根針（分別編號①②③），此時塑料板不會掉落（如圖1所示）。

圖1 覆杯實驗

然后，通過實驗可以發現如下現象：如果拔掉②③號針，塑料板不會掉落；但是如果拔掉①號針，塑料板就會掉落。請分析出現此實驗現象的原因。

與常見的半杯水“覆杯實驗”不同的是，我們分別在如圖所示的①、②、③位置上插上大頭針。我們做此設計，一方面是與常見的“覆杯實驗”在科學原理上保持一致，當學生在分析塑料板是否掉落時，需要從杯內外的氣壓差方面進行分析。另一方面，學生還需要考慮到是否有空氣進入杯中。拔掉、位置大頭針后，塑料板不掉落，是因為②、③位置處有水，空氣不易進入，此時杯外氣壓仍大于杯內氣壓，塑料板不易掉落。拔掉①位置的大頭針時，塑料板掉落，是因為這時有空氣進入杯中，杯內外大氣壓相等，不再存在氣壓差，導致塑料板掉落。對學生來說，在分析難度上有所增加。

3 學生作答結果的精細分析

我們把該題目編入一份測量學生科學素養的試卷中，測試了324名八年級學生。根據學生的作答情況，我們使用“雙位編碼”（double-digit coding）的評分技術，將學生答案分成了中上水平、中等水平、中下水平回答和錯誤回答四類，并分別賦分為6分、4分、2分和0分。測試數據分析結果顯示，所有學生的平均得分率為0.41，該題目的區分度（單題與總分的相關系數）達到了0.59。這說明，該題目有一定的難度，而且對學生能力水平有很好的鑒別作用。

不同層次和類型的學生答案及其所占比例如表1、表2、表3和表4所示。

表1 中上水平的回答（編碼3）

表2 中等水平的回答（編碼2）

表3 中下水平的回答（編碼1）

表4 錯誤的回答（或未作答）（編碼7或9）

通過表1中對學生中上水平的答案進行統計發現，僅有10.5%的學生能夠準確地分析出兩種情況下杯內外的氣壓情況，能夠理解拔掉②③位置大頭針后塑料板不掉落，是因為瓶內外存在氣壓差，瓶外氣壓大于瓶內氣壓。拔掉①位置大頭針空氣進入杯中，內外氣壓相等，塑料板才掉落。

通過分析中等水平的學生答案我們發現，有18.5%的學生僅能對拔掉①位置大頭針和拔掉②③位置大頭針，兩種情況的其中一種做出完全正確的分析，說明知識掌握并不牢固。一些學生僅知道拔掉①處的大頭針瓶內氣壓增大，但不能分析出此時內外氣壓相等。一些同學在分析拔掉②或③位置的大頭針時，僅知道此時杯內氣壓與杯外氣壓不相等，但不知道杯內氣壓是小與杯外氣壓的。

通過對表3中中下水平的學生答案進行歸類分析發現，54.7%的學生雖然會考慮到，拔掉各位置大頭針會影響杯內的空氣或改變大氣壓強，但不能做出細致正確的分析。甚至有19.3%的學生僅能夠知道是大氣壓強影響了實驗結果。

通過表4我們可以看出，有8.4%的學生會認為，拔掉大頭針，氣體會從杯子內逸出，完全相反的理解了大氣壓強的作用。還有些學生認為杯內上方是真空的，說明學生還沒有正確的理解真空的概念；還有8%的學生，沒有作答該題目，對大氣壓強的相關知識完全不知。

通過細致的評價過程我們發現，大多學生都能從大氣壓強角度對此題進行分析，說明學生基本已經知道了大氣壓強的存在。但學生對大氣壓強的作用、覆杯實驗的原理還是一知半解。學生對知識的模糊理解，督促我們對日常教學進行反思，實施補救教學。

4 導向深度學習的教學改進

細致的測評過程幫助我們診斷出學生在大氣壓強學習中存在的問題與不足，同時反映了我們教學中可能存在的問題。這些問題啟示我們可從以下幾方面改進教學：

4.1 加強物理概念和物理原理的深度理解

我們發現學生在分析上述“覆杯實驗”題目時，錯誤地認為杯內處于真空狀態，說明學生對于“真空”概念還不是很理解。還有些學生對大氣壓強大小的認識還很模糊，不能夠正確地理解在同一海拔高度上，同一環境中大氣壓強相等，導致學生認為拔掉①位置大頭針，杯內大氣壓會增大到大于杯外大氣壓。物理概念是物理知識的重要組成部分，是構建物理規律、建立公式和完善理論的前提和基礎，對概念的正確理解是學好物理的前提條件[3]。所以在教學過程中，教師應該注重物理概念的講解，引導學生對物理概念的提出和物理原理的發現過程形成深度理解。

4.2 注重物理實驗的深度體驗

在分析學生答案時我們不難發現，有些學生認為拔掉②③位置大頭針時，水會溢出或有水會流進去，說明學生還沒有真正理解到此時瓶外氣壓處處大于瓶內氣壓，從而對實驗現象進行了錯誤的猜測。所以在日常的教學活動中，教師要更加注重物理實驗教學，讓學生通過親自觀察實驗現象或深度體驗實驗過程來學習科學知識，使知識的記憶和理解更加深刻。

4.3 關注已有知識的靈活應用

本次設計的“覆杯實驗”題目僅是常見“覆杯實驗”的一個變式，我們就發現了學生在概念理解和科學知識原理理解等方面的問題。所以我們在以后的教學當中，應當更加注重物理學習的遷移與應用，不僅僅要學會用科學知識分析各種實驗現象，更應該將知識的學習遷移到生活情境中去分析和解決實際問題。例如，在學習大氣壓強相關知識時，可以讓學生分析吸盤掛鉤是怎樣吸在墻上的、用吸管是怎樣將水吸上來的等等這些實際問題，讓學生真正地做到知識的靈活運用。

注重概念教學，把握科學本質，讓學生在做中學，在情境中學，才能讓他們真正進入深度學習的狀態。