基于PTA量表的科學探究能力評價

金京生 張策

摘要：在真實實驗探究情境中設計評價目標，學生動手實驗完成表現性評價任務，教師應用表現性評價標準（PTA量表）測評學生在實驗過程中所表現出來的真實科學探究能力，以此評估九年級學生初中科學探究能力水平。通過本次研 究，學生從PTA量表中能清晰知道科學探究實驗的評價標準，并依據標準反思自身實驗探究的不足之處，從而達到自主 提升探究能力的目的。教師也體會到在日常實驗探究教學中應充分滲透邏輯實證思想，樹立利用實驗現象或數據等證 據驗證實驗假設、得出實驗結論的意識。從而最終實現以評促探、以評促研的目的，具有一定的可推廣性與可復制性。

關鍵詞：PTA量表;科學探究能力評價;表現性評價任務

文章編號：1008-0546（2022）05-0008-06中圖分類號：G632.41文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.002

一、研究背景

《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》中提出以“體現科學探究的精神”為基本理念，科學探究是課程目標、也是課程內容的重要組成部分[1]。科學探究既是獲得科學知識的方式，也是培養學生高階思維和創新意識的重要途徑。科學教學中，積極開展科學探究活動，有助于發展科學探究能力，培養科學探究精神，發展學生的科學核心素養[2]。筆者調查發現，較多一線教師雖然重視培養學生科學探究能力的實踐和研究，但不重視學生科學探究能力的測評研究[3]。學生對科學探究活動也只停留在模糊的籠統印象，對科學探究活動的步驟、科學探究能力的評價標準等沒有具體認識。因此，如何科學地編制和實施科學探究能力評價標準是當前需要迫切解決的問題。

國內外研究者普遍認為科學探究能力評價方式? 有觀察、工作單、計算機模擬、紙筆測試等[4]。傳統紙? 筆評價能夠較好測試學生的“科學觀念”和“科學思? 維”，較難對“科學實踐”進行評價，更難對“態度責任”方面的教學目標進行測評。為了克服紙筆測試作為? 評價科學探究能力的唯一方式的弊端，國內外教育者? 將表現性評價嵌入科學探究活動中，以求比較全面? 地、客觀地測評學生真實的科學探究能力。

二、表現性評價

表現性評價是基于真實的實驗探究活動，通過觀察學生在完成實驗探究活動任務過程中的行為表現和獲得的實驗探究成果，來評價學生的實驗設計、實驗觀察、實驗操作、收集證據、解釋現象、實驗創新、問題解決、批判質疑等能力的一種評價方式，它注重評價學習的過程，也關注學習的結果[5]。因此，表現性評價在初中學業評價活動中有廣泛的應用。

本案例是利用如圖1所示的構成要素設計表現性評價目標，并根據完成真實的實驗探究任務過程中所需要的關鍵實驗操作要求、可能獲得的探究成果等，來確定學生的關鍵表現特征，以此編制表現性評價量表。教師應用表現性評價標準（PTA量表）測評學生在實驗過程中所表現出來的真實的實驗探究能力，以此評估初中學生科學探究能力水平。教師根據測評結果反思課堂探究教學，變革實驗探究教學方式，構建“教—學—評”一致性課堂，提升探究教學實效性，以達到“以評促探”“以評促研”的目的。

1.表現性評價目標的確立

表現性評價目標基于課程標準，明確學生實驗探究活動的目的，為表現性評價任務及評價標準的編制提供依據，因而是實施表現性評價的前提和方向。

表現性評價目標應指向學生的“科學觀念”“科學思維”“探究實踐”“態度責任”等核心素養，以及培育學生“實驗設計與實施”“實驗結果記錄”“分析與論證數據”等關鍵能力。現以“鐵粉、氧化銅混合物與足量稀硫酸反應的先后順序”的實驗探究為例，將具體的評價目標匯總如表1所示。

2.表現性評價任務的設計

表現性評價任務是開展表現性評價的媒介和載體，是對學生表現實施評價的可操作平臺。表現性評價任務要基于真實情境且與評價目標相匹配，為評價學生是否達成評價目標而設計。

（1）表現性評價任務設計原則

①對應性——與評價的目標相匹配

表現性評價任務為評價學生某一教育（教學）目 標達成情況而設計，因此表現性評價任務要與表現性評價目標相匹配。通過評價學生任務達成情況，判斷學生是否達到目標，進而評價學生的實驗探究能力，評估學生科學核心素養，達到將抽象評價量化的目的。

②可測性——評價標準可測評任務

表現性評價任務是對學生實驗探究過程中的表現實施評價的載體，依據評價標準測評學生任務達成情況。因此，表現性評價任務要具有可測性，教師依據設計的評價標準逐項打分，準確測評學生任務的達成程度。

③可操作性——任務可以操作實施

表現性評價任務基于真實情境，學生利用提供的實驗器材完成表現性評價任務。因此，評價任務要具有可操作性，設計的真實情境要具有明確的指向性，提供的實驗器材需齊全有效，實驗原理需合理全面，以確保實驗探究活動有序完成。

（2）表現性評價任務設計案例

①創設真實科學探究情境

某同學在一份資料中查到“將鐵粉、氧化銅粉的混合物投入足量稀硫酸溶液中，是鐵粉先跟稀硫酸反應，至鐵粉完全反應后氧化銅再和稀硫酸反應”;在另一份資料中查到“將鐵粉、氧化銅粉的混合物投入足量稀硫酸溶液中，鐵粉、氧化銅粉同時跟稀硫酸反應，沒有先后順序”這使該同學產生疑問，請根據該同學的疑問、利用下列實驗器材進行相關的探究。

②實驗目的、實驗原理和器材

【實驗目的】實驗時室內溫度條件下，探究鐵粉、氧化銅粉混合物與足量稀硫酸反應時有無先后順序？若有，可能有哪些影響因素？

【實驗原理】

Fe+H2SO4（稀）=FeSO4+H2↑

CuO+H2SO4（稀）=CuSO4+H2O

CuSO4+Fe=FeSO4+Cu

【實驗器材】

4.9%（約0.5摩/升）的稀硫酸（約500毫升），9.8%（約1.2摩/升）的稀硫酸（約300毫升），19.8%（2.6摩/升）的稀硫酸（約50毫升），還原鐵粉（分析純）100克，氧化銅粉100克，天平（電子天平、托盤天平各1架），量筒（100毫升、10毫升各2 個），燒杯（50毫升6 個、250毫升3個、500毫升1個），膠頭滴管2支，標簽紙，方形小紙片若干。

③設計表現性的評價任務

【任務一】實驗設計并寫出主要操作步驟

【任務二】記錄現象或數據

【任務三】實驗結論

3.表現性評價工具的選擇與編制

如圖2所示，表現性評價工具有檢核表、等級量表和工作單等。檢查表是用“是”或者“否”來評判記錄學生表現行為或結果的一種簡單評價工具。因而不能對學生表現程度進行深度評價，一般作為粗略評價工具。等級量表較檢核表更精細，能夠評價學生表現程度，針對學生不同表現提供不同水平的評價等級。工作單是評價者根據一定的評價標準對學生記錄的工作單進行評價的工具，但因學生思維發展水平不同，需要設計不同程度的工作單，會對評價工作帶來一定的困難[6]。

本案例中通過“設計實驗方案、實驗操作、實驗結果記錄、分析與論證數據、得出實驗結論、誤差分析”6個要素來評價學生的科學探究能力等。為了能夠根據學生在不同評價要素的表現情況，盡可能地對學生的科學探究能力作出比較精準的評價，本案例選擇 PTA等級量表作為評價工具。

三、PTA等級量表

編制PTA等級量表之前，往往需要先確定實驗探究水平的評價指標。

1.評價指標的確定

實驗方案設計的評價：（1）試劑選用不合適/試劑選用合適;（2）步驟不科學/步驟科學;（3）能考慮1個因素/能考慮到2個因素/能考慮到更多個因素;（4）單角度/多角度;提示角度/自覺角度;（5）沒有預測無方向/作出了一部分預測后再設計/作出了比較全面預測后再設計等。

得出結論的能力水平：（1）缺少證據的推理/局部的證據推理/目的、證據、結果形成系統的推理鏈;（2）只考慮定性證據下得出結論/能將定性證據和定量證據結合起來得出結論;（3）得不出結論/得出結論不完整/得出比較完整的結論等。

設計實驗記錄表并記錄實驗現象與數據：（1）零散的觀察（沒有形成觀察視角）/能夠從多個角度觀察（有多個觀察視角）/系統地觀察;（2）記錄有條理/記錄沒有條理/能夠作完整記錄等。

2.編制的PTA量表

根據實驗的評價要素以及教師對學生表現的預判，編制與表現性評價任務相匹配的評價標準。本案例的PTA評價量表如表2所示。

四、依表評價

本案例表現性評價考查形式為現場動手操作，獨立完成。考查時長為一小時，具體實施過程如圖3所示。

1.心中有數——解讀PTA量表

首先教師應對PTA量表進行統一的解讀，確保評價的科學性與公平性。本案例PTA量表具體解讀內容為：①設計實驗方案時將硫酸濃度或者鐵粉和氧化銅相對比例作為實驗自變量，權重依次是×4、×2。將不同濃度硫酸的總體積因素作為無關變量并進行控制，權重是×2。②因本案例存在兩種實驗方案，學生可以依據不同方案進行實驗操作及設計表格、記錄數據。因此，對學生實驗現象及實驗結論兩項表現性任務也有兩種不同的評價標準，即分別對應的是表中 S8、S10以及 S9、S11的內容。③分析與論證數據部分，因學生回答各異，教師應嚴格依據評分標準逐點扣分。

2.眼中有物——依據量表評價

如圖4所示，將某考生完成的表現性任務與教師評分情況進行對比呈現。該考生的扣分內容及扣分依據為：①S3（3）內容扣3分，扣分依據是考生未明確無關變量的內容，沒有控制不同濃度硫酸的總體積相等。②S9（2）內容扣2分，扣分依據是學生設計的表格不夠準確，未從無關變量、自變量、因變量的記錄角度設計表格，即表格未記錄鐵粉、氧化銅的質量、稀硫酸的濃度及體積等內容，只記錄實驗的現象。③S12內 容扣3分，扣分依據是學生雖然能夠正確分析與論證實驗數據，但沒有寫出具體的實驗結論。

3.交流反饋——師生達成共識

考生實驗及教師評分結束后，師生間需要進行交流，教師指出學生的扣分處，并說明扣分依據。學生可以提出質疑，教師依據實驗錄像或者照片再與學生進行溝通，最終師生達成共識，學生如對評價結果無異議就簽字后離開考場。

為了驗證PTA量表評價的效度以及更好地開發、實施PTA量表，教師對學生可進行訪談，并記錄與分析訪談的內容，為今后進一步改進 PTA量表提供依據。筆者設計的訪談內容及學生訪談記錄如圖5所示。

教師通過訪談，清楚學生容易在實驗中遇到的困難。學生通過訪談，清楚實驗應注重實驗儀器的選擇（選燒杯還是試管）、需要正確控制無關變量、從無關變量、自變量、因變量角度設計實驗表格、得出的結論需依據提出的問題、設計實驗需細致且具有可操作性等。同時學生提出教師可以在日常課堂探究教學中，引導學生多關注實驗細節問題等建議。學生也表示通過本次表現性評價，他學會更好地進行實驗探究的方法，并表示對中考做題目也有一定的幫助。

五、反思與總結

1.真實探究，解決學生紙筆測試評價弊端

參與本案例研究的是某區九年級部分優秀學生，他們代表紙筆測試能力最強的一批學生。如圖6所示，實驗中發現部分學生出現稱取、傾倒、托盤天平使用錯誤等現象。說明學生的紙筆測試成績不等于實驗探究能力，學生需要在真實的情境中進行實驗探究與操作，才能有效提升實驗探究能力。

2.基于量表，培養學生科學實驗設計能力

如圖7所示，由部分學生設計的實驗方案內容可知，學生設計實驗時存在不能準確控制濃度、質量、體積等無關變量，不能正確改變自變量，沒有觀察和記錄因變量等問題。因此，教師應將表現性評價嵌入日常科學探究課堂教學中，運用PTA量表評價學生設計的實驗方案，提高學生設計實驗方案等能力。

3.立足證據，充分滲透科學邏輯實證思想

通過對學生訪談可知，學生希望教師能引導自身關注實驗現象和數據等證據以及實驗操作的細節。因此，通過本案例研究，教師在日常實驗探究教學中應充分滲透邏輯實證思想，引導學生通過對實驗現象和數據的分析，樹立利用實驗證據驗證實驗假設、得出實驗結論的意識。同時也可滲透探究實驗可能失敗，需從失敗的實驗現象等證據中總結經驗的科學思想。

參考文獻

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

[2] 王云生. 對科學探究活動的再認識[J]. 化學教育，2019（11）：8-12.

[3] 董秀紅. 中學生科學探究能力評價的現狀與分析[J]. 懷化學院學報，2010（11）：126-128.

[4] 羅國忠. 國外科學探究能力評價研究綜述[J]. 考試與評價，2006（11）：19-21.

[5] 莫璇. 指向深度學習的化學表現性評價的設計與實施[J]. 現代中小學教育，2020（01）：44-49.

[6] 林清. 表現性評價在中學化學探究性實驗教學中的應用研究[D]. 桂林：廣西師范大學，2020：29-30.