中學物理單元教學中形成性評價的設計
——以“機械振動”為例

楊鵬飛 李 蘭

(1.貴陽市觀山湖區普瑞學校,貴州貴陽 550081;2.貴陽市第一中學,貴州貴陽 550081)

《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》提出了物理學科核心素養,單元教學是幫助學科核心素養落地的關鍵路徑.[1]在單元教學中,教師需要持續了解學生所處的學習狀態,為調整后續教學提供依據.學生自己也需要經常明晰自己所處的學習狀態,有意識地對學習過程進行調控.形成性評價能引出學生當前所處學習狀態的信息,以此為依據幫助教師改進教學和學生調控學習,縮小學生當前學習狀態與目標學習狀態之間的差距,對開展單元教學具有重要意義.

1 形成性評價的設計原則

形成性評價的核心特征在于引出有關學習狀態的證據幫助教師改進教學,幫助學生調控學習,為達成該特征,在設計形成性評價時需要遵循以下原則.

(1)目標引領:形成性評價的目的是探查學生的學科核心素養發展情況,在設計形成性評價時,要依據物理學科核心素養評價水平和學業質量要求制訂評價目標.評價目標應當全面深入,以評價目標引領形成性評價任務的設計.在實施形成性評價時,評價目標應當公開給學生,幫助學生對照評價目標反思自己的學習情況,調控學習過程.

(2)證據支撐:評價是基于證據的推理和判斷.[2]無論什么類型的教育評價,本質上關注的是對學生的知識、技能和成就做出一定的推理,而這種推理需要關于學生能力的證據作為支持.[3]在設計形成性評價時,要重視通過適當的手段客觀全面地收集反映學生學習狀態的證據,并考慮如何在證據支撐下開展后續教學.

(3)任務驅動:物理學科核心素養需要在真實的物理學習任務情境中綜合考查.形成性評價將挑戰性任務分解為更具體的評價任務,評價的實施伴隨著挑戰性任務的完成.要基于真實物理情境,設計符合學生認知特點的評價任務,根據任務的完成情況制訂評價標準,以任務驅動評價活動的開展.

(4)學生參與:形成性評價的實施主體不能局限于教師,必須將學生也納入到教學活動中.[4]通過發揮評價的激勵性功能以及給學生創造參與評價活動的機會,增加學生對評價活動的參與度.要通過互評的形式使得學生成為彼此的教學資源,共同發展,通過自評的形式給學生提供反思監控自己學習過程的機會,從而優化自己的學習過程.

(5)過程持續:學生的認知發展是偶然和個性化的,因而需要持續性地開展評價以獲得學生認知發展的證據,不斷更新教學路線圖.形成性評價應貫穿課前、課中以及課后.在課前使用前測了解學生的已有知識能力,在課中使用課堂問答或者隨堂練習的方式監控學生學習過程,在課后通過作業或測驗診斷學生的學習是否達到預期目標.

2 中學物理單元教學中的形成性評價設計模型

中學物理單元教學中的形成性評價主要分為4個部分:評價目標設計、評價任務設計、評價標準設計以及評價反饋設計,4部分內容之間的關系如圖1所示.

圖1 單元形成性評價設計模型

3 評價目標設計

評價目標是教師通過開展形成性評價意圖達成的目的.對教師而言,評價目標可以幫助其選擇適當的評價任務;對學生而言,評價目標幫助其明確最終應該達成的學習狀態.評價專家斯蒂金斯將評價目標劃分為知識性目標、推理性目標、技能性目標以及成果性目標.[5]斯蒂金斯認為,評價方式和評價目標越匹配,就越有可能收集到準確的信息.為了能選擇合適的評價方式,在設計評價目標時要明確其所屬的目標類別.評價目標和評價方式之間的匹配關系如表1所示.表中星星數目越多代表評價目標和評價方式匹配程度越高,無星星代表不匹配.[5]

表1 評價目標和評價方式之間的匹配關系

關于機械振動這一單元的內容,課標中的內容要求為以下3點.

(1)通過實驗,認識簡諧運動的特征.能用公式和圖像描述簡諧運動.

(2)通過實驗,探究單擺的周期與擺長的定量關系.知道單擺周期與擺長、重力加速度的關系.會用單擺測量重力加速度的大小.

(3)通過實驗,認識受迫振動的特點.了解產生共振的條件及其應用.[6]

析解課程標準時,一是要明確達成內容要求的前置知識,二是要明確要求的具體內涵.從這兩方面出發對課程標準進行析解,在析解的同時對目標進行分類,以指導后續評價任務的選擇.

以目標(1)為例,其前置知識是知道簡諧運動的典型代表——彈簧振子(知識性目標),采取恰當的手段記錄彈簧振子的位移-時間圖像從而獲得簡諧運動的特征(技能性目標).具體而言,簡諧運動的特征包括運動學特征、受力特征和能量特征.從運動學角度認識簡諧運動的特征需要知道描述簡諧運動有哪些物理量和這些物理量的含義(知識性目標);從受力角度和能量角度認識簡諧運動的特征則要求學生推理分析簡諧運動中物體受力變化和能量轉化(推理性目標).能用公式和圖像描述簡諧運動則要求學生能夠通過簡諧運動的位移-時間圖像、運動學公式得到相關物理量的具體數值(推理性目標).

采用同樣的分析手段,對目標(2)(3)分別進行分析.結合教材,按照知識發展邏輯和學生認知邏輯重新組織評價目標,將評價目標按課時進行分類,得到“機械振動”單元評價目標如表2所示.

表2 “機械振動”單元評價目標

4 評價任務設計

評價任務是引出學習證據,實現評價目標的載體.評價任務設計是形成性評價設計的主干.評價任務可分為單元評價任務、課時評價任務和課堂評價任務3個層次.

4.1 單元評價任務設計

單元評價任務貫穿整個單元學習過程,將整個單元的評價活動有機地聯系在一起,全方位多角度地評價學生物理學科核心素養的發展情況.單元評價任務的設計要滿足評價情境真實,評價內容全面這兩個要求,而表現性任務貼合實際情境,需要學生綜合運用所學知識,因此是單元評價任務的最佳選擇.機械振動在實際生活中的應用之一是計時,學生對各類鐘表很熟悉,但是并不知道鐘表工作的原理.在諸多鐘表中,擺鐘的機械結構是最明顯的,擺鐘的發明和應用與人類對簡諧運動的研究密不可分,因而可以將單元評價任務確定為基于單擺的周期性特點設計一個擺鐘.

單元評價任務的具體描述如下:擺鐘是進入工業社會的重要標志之一.擺鐘的發明和應用與科學家們對簡諧運動的研究密不可分.本單元的任務是在了解擺鐘工作原理的基礎上設計一個能持續運行一段時間的擺鐘.

4.2 課時評價任務設計

課時評價任務是單元評價任務的子環節,持續整個課時,指向更為具體的評價目標,評價學生在本課時的學習結束后的目標達成度,是否具備了學習下一課時的知識和能力.參照表2的評價目標,可將單元評價任務拆分成課時評價任務,如圖2所示.

圖2 “機械振動”單元評價任務和課時評價任務

4.3 課堂評價任務設計

課堂評價任務是嵌入到具體教學中,是課堂教學的一部分,針對具體概念或者技能進行評價,幫助教師了解哪些東西學生已知,哪些東西學生仍需學習,為教師給出及時反饋提供依據.[7]課堂評價任務設計需要滿足以下6點要求:(1)給學生提供開放的回答機會;(2)營造由學生主導的課堂氛圍;(3)引出學生的高階思維;(4)引出學生日常觀點和迷思概念;(5)使學生的科學理解可視化;(6)使學生的科學理解容易解釋.[8]

課堂評價任務設計主要關注兩點,一是在課堂中嵌入評價任務的節點,當需要了解學生的理解情況、判斷評價目標是否達成、需要分析給學生提供何種反饋時,即是需要開展形成性評價的關鍵節點.[9]二是選擇合適具體評價任務,常見的具體評價任務有選擇題、論述題、表現性任務、預測—觀察—解釋活動(Predict-Oberserve-Explain activity,簡稱POE活動).除POE活動外,其他評價方式已經常被用于教學中,因而此處重點介紹POE活動.在POE活動中,學生首先預測物理事件的結果,然后教師呈現物理事件,學生觀察記錄下物理現象,最后解釋預測和觀察之間為什么會出現沖突.[10]通過POE活動,教師可以探查學生是否仍然存在迷思概念,為學生提供反饋以深化學生對概念和規律的理解.

下面以“共振”這一節為例分析如何在課堂教學中嵌入形成性評價,圖3為“共振”這一課時的評價時間線和具體評價任務.

圖3 “共振”課時的評價時間線和具體評價任務

“共振”這一節的基本教學邏輯為固有頻率→阻尼振動→受迫振動→共振現象.在開展固有頻率的教學之前,以選擇題形式開展評價,目的是快速了解全體學生對振動頻率的理解情況,在此基礎上開展后續教學.在完成受迫振動教學之后,需要判斷學生是否達成了評價目標,即能否區分單擺的固有頻率和其做受迫振動的實際頻率,以及是否了解實際頻率和驅動力頻率之間的關系,此處以論述題形式開展評價,目的是深入了解學生的想法.在完成了共振現象的教學之后,為了深化驅動力頻率對受迫振動振幅影響的學習,需要進一步提供反饋,以POE活動開展評價.

5 評價標準設計

開展形成性評價的目的在于確定學生所處的學習狀態,設計評價標準即是預先規劃學生在學習過程中會經歷哪些學習狀態,以及在相應學習狀態會有哪些具體的行為表現.對教師而言,明晰的評價標準可以幫助其根據學生的回答和表現快速推斷出學生所處的學習狀態,采取適當的反饋策略.對學生而言,評價標準可以幫助其基于自身的表現確定自己的位置,自主調控學習過程.

學習進階刻畫了學生學習某一特定主題時的認知發展過程,基于學習進階的理念分析學生在概念理解和能力發展過程中可能存在的學習狀態,以此為基礎設計評價標準,可以使得評價標準的設計更為科學.學習進階的相關研究表明,學生概念理解的過程是從具象化,單一特征逐漸發展到抽象化多特征關聯最后到多概念整合的過程,學生能力發展的過程是從單一要素無關聯發展到多要素組織化的狀態.基于學習進階的理念設計評價標準時,要關注具體經驗和抽象概念之間的關聯程度,從定性了解到定量計算;關注能力構成要素的完整度和復雜度,從概念理解與能力發展兩個層面規劃學生的學習狀態.

從學習進階的視角出發,設計“機械振動”單元的評價標準如表3所示.

表3 “機械振動”單元的評價標準

6 評價反饋設計

形成性評價中的反饋是提供給學生的旨在改善其思維或行為以提高學習效果的信息,是形成性評價實現學習促進作用的重要一環.[11]形成性評價中的反饋并不關注引發情緒反應,即表揚和批評,也不提倡反饋包含全部改進信息,而是注重通過創造值得擁有的困難來引發思考,重視學生對反饋的關注.[12]反饋可以分為支架式反饋、認知沖突式反饋和討論式反饋.

支架式反饋主要幫助學生解決思維進階上的難點.支架的含義是當學生遇到問題時只給予最低限度的支持,將學生的思維引至適當的路徑上即可,通過提供漸進式的反饋引導學生突破思維難點.例如學生在描述簡諧運動的運動特征時,常常無法有效建立位移和加速度之間的關系.此時教師可以給學生一個新任務——分析水平彈簧振子模型中振子的受力和位移之間的關系,幫助學生建立初步分析思路,擺脫無思路困境,在后續的分析中引導學生關注彈力大小、方向和位移大小方向之間的關系,再通過牛頓第二定律將加速度和位移聯系在一起,主要的分析活動由學生進行,教師只是在學生解決問題遇到困難時提供基本的分析思路和分析重點.

認知沖突式反饋主要幫助學生解決概念理解上的誤區.通過營造已有認知和客觀現實之間的沖突,引發學生思考.在應用認知沖突策略時,教師應先引導學生完整地描述自己的觀點與解釋,充分暴露學生的迷思概念,然后展示與已有認知不符的現象事實,要求學生詳細地描述已有認知和客觀現實之間的差別,幫助學生確認已有認知中的錯誤點,生成更完善的解釋.前文中提到的POE活動即是認知沖突策略的一種具體體現.

討論式反饋主要幫助學生改進行為或完善作品.學生之間以討論的形式相互提供反饋,學生既接收外界的反饋也向外界提供反饋,通過同伴互動提高學生對反饋的關注度.在實施討論式反饋時,要明確反饋最終要達成的學習目標,鼓勵學生思辨性地接受其他學生提供的反饋,在向其他學生提供反饋時要思考反饋的依據和可操作性.例如在評價學生設計的擺鐘時,首先將學生分成若干小組,通過組間討論明確一個優質的擺鐘應當符合哪些標準,緊接著組內討論各組員設計出擺鐘哪些地方達到了標準,哪些地方尚有進一步改進的空間,最后組內成員相互交流,討論出精細化的改進指南,同時給出采取相應操作的解釋.

7 總結

形成性評價中形成性的含義主要強調其功能——改進教師和學生的教學決策,單元學習由于其跨越時間長,覆蓋內容廣,需要教師和學生更加仔細地考慮自己的決策,因而更需要形成性評價的支持.在設計形成性評價時,除了要將其看成一種了解學生學習狀態的評價手段,更要將其看成一種促進學生達成目標的學習方式,[13]如此一來,才能實現以評促教、以評促學的“教—學—評”一體化理念.