基于PTA量表融合測評實驗技能和科學探究能力的體系構建

摘 要：

構建“任務-形式-評價”融合的測評體系，創設真實情境下的表現性任務。學生基于背景資料和限定實驗器材與試劑，經歷“像科學家一樣”的科學探究和實踐過程。教師對照PTA量表對學生的表現包括實驗技能和科學探究能力等進行量化打分，客觀、全面地評價學生的實驗技能和科學探究能力。

關鍵詞： PTA量表； 實驗技能； 科學探究能力； 融合測評

文章編號： 1005-6629（2024）11-0085-07

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 研究背景

2023年6月印發的《教育部等十八部門關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，系統部署在教育“雙減”中做好科學教育加法，要求“推進探究實踐的科學教育，注重將知識與實踐相結合，強化做中學、用中學、創中學，提升學生解決問題的能力”，要求“深化學校教學改革，實施啟發式、探究式教學，培養學生深度思維”，要求“加強實驗考查，提升學生動手操作和實驗能力”。為強化對學生實驗操作能力的培養，當下浙江省已有部分地區、市將實驗基本操作納入中考進行考察，經過多年實踐之后也發現了新的弊端：實驗操作雖然可以通過反復機械訓練進行提升，但對于提升學生后期的科學素養并不明顯。

《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）

強調要培養學生的科學探究與實踐能力，但當下學生探究能力的評價還是沿襲傳統的紙筆測試模型，它只能考察其中某一個或幾個探究要素所表現出來的能力，割裂了科學探究的完整性，忽視了各環節之間的聯系，因此紙筆測試對于學生探究能力的考察是片面的［1］。也有人將探究能力的測評簡單理解成“實驗操作技能”測評，事實證明操作技能強的學生其科學探究能力并不一定強，兩者之間不存在

必然的聯系。實驗操作技能僅是科學探究能力的一部分，且實驗操作能力可以通過反復機械訓練提升，但科學探究能力并不能

因此而有所增長。因此，將實驗技能和科學探究能力的測評進行有機融合，才能更全面、客觀地評價學生的科學探究能力。

2 融合評測的難點

2.1 如何創設融合測評的任務

實驗技能評測往往基于所給器材，學生按照實驗目的完成實驗操作、獲取數據、得出結論，因此測評的任務往往是一份實驗任務單。而科學探究能力是指像科學家那樣積極、靈活地運用科學思維，經歷認識和探索自然界的活動過程，需要學生在真實情境中發現和提出有探究價值的問題，并從問題和假設出發，依據探究目的設計探究方案，通過實驗獲取事實與證據、分析與論證，得出結論并作評估，然后進行表達與交流。因此，創設融合實驗技能和科學探究能力的表現性評價任務是進行融合評測的載體。

2.2 如何統一融合測評的形式

實驗技能操作的檢測主要包括以下幾種方式：紙筆測試、實驗報告、現場觀察。紙筆測試和實驗報告都是根據學生試卷上的答題情況進行評價，雖然這種方式容易實現標準化且易組織，但是卷面測試評價只是實驗技能的間接評價，不能真實全面地反映學生的實驗技能?，F場觀察評價是紙筆測試的補充，主要考察學生的動手操作能力，但是這種測評方式也只注重操作技能，對于問題的探究、實驗思維品質無法進行檢測［2］。而科學探究能力的測評方式主要有：觀察、工作單、計算機模擬、紙筆測試等。紙筆測試雖然能較客觀地對學生的“科學觀念”“科學思維”進行評價，但是對于“探究實踐”“態度責任”等卻較難進行測評，因此，國內外專家將表現性評價嵌入科學探究活動中，力求更加全面、客觀地評測科學探究能力［3］。因此，統一實驗技能和科學探究能力的測評形式是進行融合測評的主要手段。

2.3 如何構建融合測評的標準

由于缺乏實驗操作和科學探究能力的評價標準，教師對于學生的實驗技能和科學探究能力評價停留在主觀的判斷上，這會導致學生對科學探究的步驟、原理等認識膚淺，實驗操作的規范性不強。因此，構建可檢測、易操作、細致全面、與評價任務相匹配的評價標準是實現實驗技能和科學探究能力測評的重要前提。

3 構建實驗技能和科學探究能力融合測評體系

為解決“融合任務難、形式難和評價難”的問題，構建了“任務融合-形式融合-評價融合”的實驗技能和科學探究能力融合測評體系（如圖1所示）。通過聚焦真實情境下的表現性評價任務來實現驅動性任務的融合，讓學生經歷“像科學家一樣”的探究過程：基于觀察和實驗提出科學問題，形成猜想與假設，設計實驗方案，獲取事實與證據，基于證據得出結論，以及評價反思交流，并在“獲取事實與證據”環節測評學生的實驗技能，從而實現形式上的融合。PTA（Primary Trait Agreement）

又稱“基本要素特征分析法”，旨在將需要評價的行為表現細化為多種可測試的基本要素，逐一評價后整合起來便可得到被評價者表現出的整體水平，從而實現學生能力的可視化。本文通過開發PTA檢核量表來解決評價難的問題，客觀量化學生的表現性行為，真實準確地測評學生的實驗技能和科學探究能力［4］?！翱茖W身份認同”是PISA2025科學框架新增的評價維度，主要關注學生在科學領域的身份認同素養，這與“新課標”中的“科學態度與責任”相吻合。在現場測評后，通過訪談和問卷調查的形式對學生的自我認知、科學態度與責任進行更加全方位的考查。整個測評過程中，學生從PTA量表中能清晰知道科學探究實踐的評價標準，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，教師根據學生測評結果可反思教學，實現以評促改、以評促教。

3.1 任務融合：聚焦真實情境，探究驅動實踐

表現性評價任務包括背景資料的提供、實驗材料與用具的準備、探究問題的設定、猜想或假設的建立、探究方案的設計、事實與證據的獲取、結論的得出、思考與分析、拓展與應用。猜想或假設需要提供依據；設計的實驗需要畫出裝置，寫出主要的操作步驟，設計實驗記錄表；事實與證據需要通過實驗操作獲?。凰伎寂c分析主要涉及意外現象、原理分析、其他方案等。表現性任務的設定要基于課程標準和教材，并凸顯一定的實驗技能、探究能力或工程實踐能力。例如，在學習了“二氧化錳催化過氧化氫分解”這一教材實驗后，可以創設生活中用雙氧水消毒的真實情境，并補充“蔬菜中有過氧化氫酶”等背景資料，進而將“過氧化氫酶催化過氧化氫分解”和“探究不同蔬菜催化效率”進行整合，創設“探究不同蔬菜對過氧化氫分解速率的影響”這一表現性任務（如圖2所示）。

3.2 形式融合：實驗嵌入探究，紙筆融合操作

完整的科學探究能力考查應該包括：基于觀察和實驗提出科學問題、形成猜想與假設、設計實驗與制訂方案、獲取與處理信息、基于證據得出結論、交流評估反思”六個基本環節，將實驗技能考察融入“獲取與處理信息”這一環節，能有效實現內容形式上的融合。操作形式采用紙筆測試和實驗操作相融合的方式，從而更加客觀真實、全面地測評學生的實驗技能和科學探究能力。

3.3 評價融合：循證檢驗優化，開發PTA量表

結合表現性評價目標和表現性評價任務，設計匹配的評價標準，確定評價要素，研制PTA量表，將科學探究能力和實驗技能進行量化檢核評價。在設計量表時，借鑒循證檢驗的核心思想，按照“以當前最好的證據為基礎”的原則（如圖3所示，原則是“達標進入下一環節、不達標回頭優化”）等，對PTA量表研制路徑進行

全程質量控制和評價，并基于獲取的證據在原有量表的基礎進行優化與完善。

4 實驗技能和科學探究能力融合測評實踐

自2016年起，積極推進實驗技能和科學探究能力融合測評，評估方式已經過四次優化升級。1.0版本以學生測評作為考察形式，教師現場測評為評價模式，此模式具有可操作性強、可模仿度高，易于在區域進行推廣的優點，但是存在評價主觀性強、所需人工多、學生對于操作扣分不認同的弊端。2019年，我們完成了從1.0版“現場觀察式科學探究能力與實驗技能綜合評估”到2.0版“記錄儀式科學探究能力與實驗技能綜合評估”的跨越，其最大的特點就是可以通過記錄儀對學生的操作行為進行全程的錄像，既能解決爭議扣分問題，也能有效突破時空限制。2022年，評估方式再度更新為3.0版“攝像儀式科學探究能力與實驗技能綜合評估”，我們利用攝像儀進行錄制并上傳到后臺，從而實現交互評價，顯著增強了數據整合管理與自動化統計效能，評價的公平性也大大提升。當前正積極探索4.0版“AI技術驅動下的科學探究能力與實驗技能綜合評估”，旨在利用人工智能大幅提升表現性評價的效率。當下人工智能能對客觀的實驗操作進行準確的評價，準確率達到95%以上，但是對于方案的評價和個性化操作評價還是存在困難。四種評估方式因地制宜、靈活運用，顯著拓展了評價的適用場景，并極大提升了評價的科學性、可重復性和便捷性（如圖4所示）。

雖然隨著科技的進步，評測的形式已呈現多樣化，滿足了不同的場景，但是受限于實驗室的設備與后臺資源開發，現場測評仍是推廣性最強、操作最簡便的測評模式?，F場融合測評以學生紙筆測試和實驗操作作為考查形式，學生基于表現性任務獨立完成科學探究活動，時常為1小時，教師則在現場對照PTA量表對學生進行量化評價，整個測評過程包括五個主要環節（如圖5所示）。

4.1 測評準備——解讀PTA量表

考慮到探究任務的復雜性和評價過程的科學性，在評價前需要對監考人員進行流程的培訓和PTA量表（見表1）的解讀。尤其是對“實驗設計思路”“實驗步驟”“表格設計”“實驗操作”“數據記錄”的要素評價，需要逐條講解評價的具體指標。比如“記錄的實驗數據真實、規范”這一指標，監考教師需要在學生讀數的時候進行核對，記錄與實驗結果是否一致?！罢_使用量筒量取體積”需要通過是否有蹲下來讀數的動作來判定是否進行了平視的操作。

4獲取的事實證據與分析

實驗操作步驟（1） 檢查器材，清點藥品□□

（2） 能對試管進行編號、對燒杯進行標注□□

（3） 能正確進行裝置氣密性檢查□□

（4） 能正確使用量筒和滴管量取所需體積的溶液□□

（5） 能正確組裝實驗器材□□

（6） 利用恒溫水浴槽控制溫度相同且在37℃□□

（7） 能用電子天平正確稱量等質量的蔬菜和用量筒量取相同體積的水□□

（8） 利用小刀進行切塊，利用研缽進行研磨，過濾得到質量分數相同的蔬菜研磨液□□

（9） 能正確稱量等質量的研磨液和等體積的過氧化氫溶液，并進行混合□□

（10） 能正確利用排水法進行氧氣的收集□□

（11） 能正確利用秒表記錄收集氧氣的時間□□

數據記錄

（12） 能重復實驗來確保實驗的準確性□□

（13） 能整理器材，在實驗過程中保持實驗操作臺面的整潔□□

記錄的實驗數據真實、規范□□

5得出結論

（1） 能夠用自己的語言正確描述過氧化氫的分解速率□□

（2） 能夠用自己的語言正確描述不同蔬菜對過氧化氫分解速率（或催化效率）的影響□□

（3） 正確闡述所得結論的證據□□

總分

4.2 現場測評——真實測評探究

創設表現性評價任務，學生根據背景資料、限定的實驗器材和試劑進行探究實踐（具體測評任務如圖2所示），學生在規定時間內現場完成任務單上的科學探究活動，現場測評包括了任務單上的書面測評和獲取事實與證據過程中的實驗操作評價。

4.3 即時評價——依據PTA量表

教師根據PTA量表逐條進行評價（如圖6所示），學生在操作過程中沒有對試管進行標號、沒有進行氣密性檢查，就在評分為0對應的欄目框內打√，并在后面標注理由。如果學生的方案和操作正確，就在評分為1對應的欄目框內打√，最后將各個環節的分數進行匯總。

4.4 交流反饋——師生達成共識

學生測評結束后，教師與學生進行交流，指出扣分處，并說明扣分依據。學生可以提出質疑、教師依據錄像進行再溝通，達成共識后監考教師和學生簽名，表示對評價結果無異議。然后，借助調查問卷的形式了解學生在真實探究實踐下對于實驗技能、科學探究能力、科學態度和社會責任的自我認知和理解，進而更加全面地了解學生的科學態度與社會責任感（如圖7所示）。

4.5 匯總分析——優化PTA量表

匯總學生的任務單和PTA量表，結合監考教師的評卷建議，優化和完善任務單和PTA量表，為下次的評測做好鋪墊。另外，分析全體學生各環節分數等級，有利于尋找出學生在科學探究能力和實驗技能上普遍存在的問題。

5 反思與成效

5.1 實驗融入探究，解決紙筆測試弊端

以實驗技能和科學探究為立足點設置表現性評價任務，將紙筆測試與過程評價進行有機融合，通過觀察學生在完成探究活動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，實現了學生實驗技能和科學探究能力客觀真實的評價，優化了科學學科的評價體系，推動了測評方式的變革。

5.2 基于PTA量表，評價有據可依

融合科學探究能力和實驗技能的PTA量表實現了評價的精準化和規范化，將學生的行為與PTA量表中的評價要素相對應，分類分項進行評價，既可以實現對學生科學探究能力和實驗技能的綜合評價，也能根據評價數據反思教學中存在的問題，進而實現以評促教、以評促改。

5.3 立足操作和證據，滲透實證思想和探究精神

學生經歷了完整的科學探究過程，在獲取事實與證據的環節上通過實驗操作取得實驗數據，既強化了學生的實驗操作技能，也培養了學生的科學探究精神和實證意識。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定. 義務教育科學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022.

［2］金京生， 張策. 基于PTA量表的科學探究能力評價——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［J］. 化學教與學， 2022， 9（5）： 8～13.

［3］鄭瑩. 關于初中物理實驗測評誤區的思考［J］. 物理教學， 2016， 38（11）： 43～48.

［4］蔣永貴， 金京生. 以評促探： 基于標準的科學探究評價工具設計與應用［M］. 杭州： 浙江大學出版社， 2021.