基于核心素養(yǎng)的高中物理探究性實驗學(xué)習(xí)效果的評價設(shè)計

王遠虎

（1.阜寧縣第一高級中學(xué)，江蘇 鹽城 224400；2.阜寧縣教師發(fā)展中心，江蘇 鹽城 224400）

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中逐步形成、長期逐步積累的行動習(xí)慣和關(guān)鍵能力，倡導(dǎo)核心素養(yǎng)導(dǎo)向的實驗教學(xué)，體現(xiàn)了物理課程目標的價值追求，體現(xiàn)了物理學(xué)科的教育價值.［1］筆者從大量的高中物理實驗教學(xué)課堂調(diào)研中發(fā)現(xiàn)：實驗教學(xué)評價有的只采用紙筆方式，僅評價學(xué)生對實驗知識的掌握，使得教學(xué)實施過分聚焦于知識，無法考查實驗觀察能力、動手操作能力等；有的評價方案比較抽象，沒有具體的評價指標及工具；有的雖有評價指標和量表，但評價單一，只注重對實驗操作的評價，而忽略了對學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度的評價.為此，如何改變和創(chuàng)新評價方法，是當(dāng)前高中物理教師開展實驗教學(xué)評價面臨的重要問題.本文以人教版（2019）教材普通高中物理必修第1冊第4章第2節(jié)“實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例，嘗試對探究性實驗教學(xué)評價進行探討.

1 探究性實驗學(xué)習(xí)效果評價的設(shè)計思路

基于核心素養(yǎng)的物理探究性實驗教學(xué)評價是指在學(xué)生做探究性實驗之前、實驗過程中以及實驗之后3個時間段內(nèi)，教師（學(xué)生）依據(jù)一定的標準（工具）對學(xué)生在物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度等方面的表現(xiàn)進行定量測量和定性分析判斷的過程.評價目的在于促進學(xué)生學(xué)習(xí)和改進教師教學(xué).評價應(yīng)圍繞物理學(xué)科核心素養(yǎng)的具體要求，創(chuàng)設(shè)真實而有價值的問題情境，采用主體多元、方法多樣的評價方式，客觀全面地了解學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展?fàn)顩r，找出存在的問題，明確發(fā)展方向，及時有效地反饋評價結(jié)果，促進學(xué)生全面而有個性的發(fā)展.［2］

建構(gòu)主義理論認為評價應(yīng)該把學(xué)生作為評價主體.在評價過程中，學(xué)生不是評價的消極應(yīng)付者，而應(yīng)該是主動參與者.要讓學(xué)生學(xué)會自我評價，通過他人評價引導(dǎo)學(xué)生成為自律學(xué)習(xí)者，使其在自我評價與他人評價的共同作用下完成探究任務(wù)；多元智力理論認為評價應(yīng)該從多個維度對學(xué)生實施評價，體現(xiàn)學(xué)生的多種能力，并且應(yīng)該關(guān)注學(xué)生的成長過程，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中關(guān)注他們解決問題的能力.因此評價應(yīng)當(dāng)是多目標、多維度、重視個體差異、重視真實過程、重視反饋反思；人本主義教育論者主張自我評價、合作評價、多元評價.自我評價是對自己的發(fā)展作出相對客觀的自我估計，有助于學(xué)生積極主動地參與到學(xué)習(xí)當(dāng)中去，尤其對于物理實驗知識的學(xué)習(xí)是非常有幫助的.在物理探究實驗中采取適當(dāng)合作評價的手段，從多維度、多層次對學(xué)生進行評價有利于促進學(xué)生核心素養(yǎng)的提升.

高中物理必做實驗可分為觀測性實驗、驗證性實驗和探究性實驗.觀測性實驗主要考查的是儀器的操作、模型的建構(gòu)和物理規(guī)律的簡單運用，可評價學(xué)生的“物理觀念”和“科學(xué)思維”；“驗證性實驗”更加注重學(xué)生經(jīng)歷實驗過程，獲得對科學(xué)本質(zhì)的理解，重點評價學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度”；“探究性實驗”除了關(guān)注實驗中涉及到的物理觀念及實驗操作中科學(xué)態(tài)度外，更強調(diào)學(xué)生對實驗的“探究”，突出評價學(xué)生的“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”.［3］因而3類實驗在學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)任務(wù)方面的側(cè)重點是不同的.

用帶著規(guī)格要求的工具來評價探究性實驗教學(xué)，會使評價更方便、更聚焦、更完整.學(xué)生使用評價工具開展學(xué)習(xí)，教師使用評價工具收集學(xué)生探究過程中的各種評價信息，借助工具的評價性能，將收集來的評價信息進行處理與優(yōu)化，從而改進教與學(xué).探究性實驗教學(xué)評價工具設(shè)計流程如圖1.評價工具由探究性問題紙筆測試和評價量表兩部分組成，探究性問題紙筆測試在先，據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)通過精心設(shè)計的問題，來考查學(xué)生科學(xué)探究的能力，評價學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和對科學(xué)本質(zhì)的認識.量表評價在后，針對的是實驗操作評價，通過觀察學(xué)生的實驗操作表現(xiàn)，給予對應(yīng)的評分.量表評價的基本維度宜設(shè)計成三級，一級指標為高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括的“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個方面.二級指標為評價要點，學(xué)習(xí)任務(wù)包含在其中.三級指標為核心素養(yǎng)5級水平評價指標，重點對“科學(xué)探究”從“提出問題”“猜想與假設(shè)”“制定計劃與設(shè)計實驗”“進行實驗與收集證據(jù)”“分析、論證、評估”“交流與反思”6個環(huán)節(jié)進行細化評價.

圖1 探究性實驗教學(xué)評價工具設(shè)計流程

2 探究性實驗學(xué)習(xí)效果評價設(shè)計的案例

2.1 從高中物理課程標準到學(xué)習(xí)目標

探究性實驗教學(xué)評價工具設(shè)計必須以高中物理課程標準為依據(jù)，將課程標準的物理學(xué)科核心素養(yǎng)要求分解到某一探究性實驗學(xué)習(xí)中，制定學(xué)習(xí)目標.“實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”課程標準的要求是“通過實驗，探究物體運動的加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系.”［2］學(xué)習(xí)目標設(shè)計見表1.

表1 “實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”學(xué)習(xí)目標

續(xù)表

2.2 從學(xué)習(xí)目標到學(xué)習(xí)任務(wù)

學(xué)習(xí)目標確定后，再將目標轉(zhuǎn)換成相匹配的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生通過完成相應(yīng)的任務(wù)來達成學(xué)習(xí)目標.“實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計如下.

任務(wù)1：實驗思路.

教科書直接給出了從加速度與力的關(guān)系和加速度與質(zhì)量的關(guān)系進行探究，同時給出了實驗裝置引導(dǎo)學(xué)生進行具體的設(shè)計.教學(xué)中教師可以鼓勵學(xué)生設(shè)計更多的方案，讓學(xué)生展示、交流，有利于激發(fā)學(xué)生的主觀性和創(chuàng)造性.

任務(wù)2：物理量的測量.

本實驗中需要測量的物理量是a、F、m，質(zhì)量可以用天平測量，a與F如何測量呢？學(xué)生提出不同的實驗方案可能會引發(fā)出不同的實驗裝置.

任務(wù)3：實驗操作.

用打點計時器進行實驗是較為可行的方案.在實驗中教師讓學(xué)生相互合作、積極分享，同時指導(dǎo)：① 平衡摩擦力；② 實驗條件：只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠大于槽碼的總質(zhì)量時，槽碼的總重力才可視為小車受到的拉力；③ 改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，后釋放小車、且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車；④ 設(shè)計記錄表格，正確記錄實驗數(shù)據(jù).

任務(wù)4：實驗數(shù)據(jù)分析.

教科書詳細引導(dǎo)學(xué)生思考如何使用圖像來獲取物理量之間的關(guān)系.當(dāng)兩個物理量可能為反比例關(guān)系時，需要對一個量取倒數(shù)作為新的變量，來尋找所畫出的圖線是否是直線，從而判斷兩者是否是正比例或者一次函數(shù)的關(guān)系.對學(xué)生來說，思維上跨度較大.在數(shù)據(jù)分析中，對基礎(chǔ)較好的學(xué)生要誤差分析，一是平衡摩擦力不當(dāng)造成的誤差；二是小車的質(zhì)量要遠遠大于槽碼的總質(zhì)量.［4］

2.3 從學(xué)習(xí)任務(wù)到評價工具

學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計好后，再將學(xué)習(xí)任務(wù)變?yōu)樵u價工具.當(dāng)任務(wù)附著了評價指標時，它就可以用來檢測與收集評價信息，這時它就成了工具.“實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”評價工具設(shè)計如下.

評價工具由探究性問題紙筆測試和評價量表兩部分組成，探究性問題紙筆測試在先，量表評價在后.

2.3.1 探究性問題紙筆測試設(shè)計

紙筆測試沒有給出評價指標，由教師根據(jù)學(xué)生解答情況給予評價.紙筆測試可以讓學(xué)生獨立完成，也可以小組合作完成.

（1）探究“實驗思路”.

問題1：物體的加速度可能會受到哪些因素的影響？說出你的理由.

問題2：從實驗的角度，運用什么方法研究加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系？

問題3：你能否利用倍量關(guān)系來設(shè)計你的實驗？

（2）探究“物理量測量”.

問題1：如何測定加速度？

問題2：在物體運動中，怎樣給物體施加一個恒定的力？

問題3：因物體運動狀態(tài)在改變，槽碼的重力與槽碼對物體的拉力不等，怎么辦？

（3）探究“實驗操作”.

問題1：摩擦是不可避免的，如何抵消或減弱摩擦對物體運動改變的影響？

問題2：為提高測量的準確性，測a、F、M時要注意什么？

問題3：將測得的a、F、M的數(shù)據(jù)填入怎樣的表格中，以便進行數(shù)據(jù)驗證.

（4）探究“實驗數(shù)據(jù)分析”.

問題1：在多次實驗得到數(shù)據(jù)之后，如何更加直觀地來判斷加速度與各個變量之間的關(guān)系？

問題2：如果猜測加速度和某個物理量成反比（或平方反比），該如何處理讓結(jié)果盡可能地直觀？

問題3：你得到a-F圖像與你假設(shè)的圖像相同嗎？可能是哪些因素導(dǎo)致了這些差異？

問題4：有一位同學(xué)畫出的圖像前半段是直線，后半段是曲線，你能幫他找到問題并解決嗎？

2.3.2 探究性實驗過程表現(xiàn)性評價量表設(shè)計

評價量表設(shè)計見表2.［5］評價量表采用分項評價，目的是想讓師生更多關(guān)注每一項要素的失分情況.自評、組評、師評也按核心素養(yǎng)水平1—水平5對應(yīng)分值1—5分作評價記錄.量表最后設(shè)計學(xué)生總結(jié)、教師評語，希望學(xué)生對不足之處予以回顧總結(jié)，教師思考后續(xù)的改進措施.

表2 “實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”評價量表

續(xù)表

續(xù)表

2.3.3 評價工具的使用流程

探究性實驗教學(xué)評價工具的使用流程設(shè)計如圖2.

圖2 探究性實驗教學(xué)評價工具的使用流程

第1步：教師呈現(xiàn)評價工具，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下理解評價工具，明確要做什么、怎么做.

第2步：學(xué)生在實驗中使用評價工具開展學(xué)習(xí)，教師使用評價工具來收集學(xué)生實驗過程中的各種表現(xiàn)信息.

第3步：教師將收集的證據(jù)及時向?qū)W生反饋、交流與評價，學(xué)生根據(jù)教師的評價以及自我評價做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，調(diào)整學(xué)習(xí)策略，以期待下一次更好的理解與學(xué)習(xí).

3 探究性實驗學(xué)習(xí)效果評價的數(shù)據(jù)與分析

課題組對江蘇省阜寧縣3所四星級高中高一年級750名學(xué)生運用上述評價工具進行抽樣檢驗.

3.1 探究性問題紙筆測試結(jié)果與分析

探究性問題紙筆測試結(jié)果統(tǒng)計如表3所示.

表3 探究性問題紙筆測試結(jié)果統(tǒng)計表

（1）對物體的加速度可能會受到哪些因素影響，少數(shù)學(xué)生說明的理由表達不清晰；少數(shù)學(xué)生沒有想到運用控制變量法研究加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系；結(jié)合教材中給出的參考案例大部分學(xué)生能夠用倍量關(guān)系來說出實驗的思路.

（2）多數(shù)學(xué)生能夠說出測定加速度的方法，方法有多種；學(xué)生想出多種方法使得在物體運動中，給物體施加一個恒定的力；有不少學(xué)生不能理解因物體運動狀態(tài)在改變，槽碼的重力與槽碼對物體的拉力不相等.

（3）少數(shù)學(xué)生對如何判斷平衡摩擦力不清楚；有的學(xué)生對準確測量a、F、M時的細節(jié)說得不精準；有的學(xué)生沒有設(shè)計合理的表格記錄原始數(shù)據(jù)（如對紙帶處理時獲得的數(shù)據(jù)），記錄的次數(shù)少，沒有達到5-6次.

（4）多數(shù)學(xué)生想到用圖像的方式表達出探究結(jié)論；對一個量取倒數(shù)作為新的變量，來尋找所畫出的圖線是否是直線，從而判斷兩者是否是正比例或者一次函數(shù)的關(guān)系，這一點對不少學(xué)生來說，思維上跨度較大；很多學(xué)生對作出的a-F圖像不過原點的原因搞不清是沒有平衡摩擦力還是平衡不當(dāng)（傾角過大或過?。淼南到y(tǒng)誤差；多數(shù)學(xué)生分析不出圖像后半段是曲線的原因是不再滿足槽碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量.

3.2 探究性實驗過程表現(xiàn)性評價結(jié)果與分析

3.2.1 學(xué)生均分統(tǒng)計及分析

學(xué)生均分統(tǒng)計見表4.

表4 “實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”評價量表學(xué)生均分統(tǒng)計

此實驗評價量表突出對科學(xué)探究的各環(huán)節(jié)考查，占分較多，此項得分高的學(xué)校，學(xué)生在實驗過程中相應(yīng)的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任表現(xiàn)也高，因此不同學(xué)校容易產(chǎn)生差異.科學(xué)探究環(huán)節(jié)中在提出假設(shè)之后的實驗設(shè)計決定了探究性實驗的整體走向，實驗設(shè)計得好的學(xué)生能夠進行正常實驗并收集證據(jù)，到分析、論證、評估環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理就顯得很重要，不能正確處理實驗數(shù)據(jù)就得不到實驗結(jié)論.最后的誤差分析不同學(xué)生思維層次達不到要求，得分上差距較大.

3.2.2 評價量表的信度、效度結(jié)果與分析

評價量表的信度（克龍巴赫α系數(shù)）為0.871，說明一致性很好，測試結(jié)果可靠.

從內(nèi)容上來說，三級指標內(nèi)容的設(shè)計經(jīng)一線優(yōu)秀教師的多次討論，對其中表述不清、用詞不當(dāng)?shù)募皶r進行了修正，最終得到業(yè)內(nèi)物理專家、市縣教研人員的充分肯定；從結(jié)構(gòu)上來說，三級指標KMO值均大于0.8，因子分析結(jié)果累積解釋變異量百分比大于60%，表明指標的結(jié)構(gòu)效度良好.

4 探究性實驗學(xué)習(xí)效果評價的反思

4.1 反饋評價工具使用注意點

（1）使用評價工具時教師可以根據(jù)教學(xué)目標有所側(cè)重，不必評價每一個要素.若面面俱到，不論精力上還是時間上都將得不到保證，科學(xué)探究中的評價也將成為一種形式，一種“過場”.例如，在實驗“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”中，教師側(cè)重于對“進行實驗與數(shù)據(jù)收集”的評價；在實驗“探究小車速度與時間變化的規(guī)律”中，教師可以把評價重點集中于“設(shè)計實驗方案”和“分析論證”兩個方面.

（2）使用評價工具時對于評價水平低者，教師決不能簡單地給予批評責(zé)備，應(yīng)該盡量肯定其某些分項評價.教師的激勵會促使學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)、糾正錯誤.實驗中，教師欣賞的眼光、贊賞的話語、滿意的點頭、會意的微笑、親切的手勢，都會給學(xué)生帶來莫大的快樂、巨大的信心和更多的投入.

（3）教師在評價學(xué)生時要注意到學(xué)生本身的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)生的身心發(fā)展特點，不僅以“一把尺”（基礎(chǔ)性的人人必須達到的要求）來橫向評價學(xué)生，更要以“多把尺”（針對學(xué)生個體的發(fā)展性要求）來縱向評價學(xué)生.

4.2 反饋評價工具使用效果

（1）教師反饋評價工具能夠很好地對具體的學(xué)習(xí)任務(wù)進行評價、對學(xué)生多方面的核心素養(yǎng)水平進行評價、對課堂教學(xué)質(zhì)量進行過程和結(jié)果的綜合評價.

（2）評價工具“強制”教師將實驗時間讓給學(xué)生，學(xué)生“學(xué)”得充分了，保證了深度學(xué)習(xí).

（3）評價工具有不同的“刻度”，學(xué)生使用工具在實驗時必然會呈現(xiàn)豐富而又個性的信息，引導(dǎo)學(xué)生實驗過程中不斷調(diào)整、不斷進階.

（4）教師收集學(xué)生實驗中表現(xiàn)性評價信息，為及時調(diào)整與優(yōu)化教學(xué)提供了有力的證據(jù).

4.3 實驗教學(xué)評價實踐努力的方向

課題組在實驗教學(xué)評價實踐中需要進一步深入探討的是：能根據(jù)學(xué)生實驗的不同種類，豐富更詳細的評價要點，制定更科學(xué)的評價指標，讓評價更好地貫穿于實驗教學(xué)、更方便教師的執(zhí)行、更好地驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí).