利用ECD模型對《壓縮空氣》教學進行教育測評

〔摘" "要〕" 如何“充分發揮教育評價的指揮棒作用，引導確立科學的育人目標，確保教育正確發展方向”是每個教育工作者最為關注的問題。通過一定的科學測評手段，可以為教育的有效性提供有價值的參考和指導。本文利用基于ECD模型的小學科學教育測評，檢測三年級學生科學思維素養發展水平，可以為小學科學教育測評提供具有一定價值的經驗和參考。

〔關鍵詞〕" 小學科學；ECD模型；教育測評

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）" 05" " 028-030

中共中央、國務院印發的《深化新時代教育評價改革總體方案》明確指出：要充分發揮教育評價的指揮棒作用，引導確立科學的育人目標，確保教育正確發展方向，堅持科學有效，改進結果評價，強化過程評價，探索增值評價，健全綜合評價，充分利用信息技術，提高教育評價的科學性、專業性、客觀性。

采用較為科學和專業的評價方式，對小學科學教學進行測評是小學教師確保自身教學正確性和有效性的必要手段。根據《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《科學課程標準》），廣大教師提出了各種各樣的教學方法，努力在《科學課程標準》指導下培養學生的科學素養。那么，這些教學方法有沒有達到預定的教學目的？能否提高小學生的科學素養？怎樣評價檢測？

本文以檢測小學科學核心素養之一“科學思維”為例，利用ECD"模型檢測三年級上冊“空氣”單元中的《壓縮空氣》一課所體現的小學生的科學思維素養發展水平。

一、教育測評實踐依據和框架設計

（一）選取ECD框架的依據

目前，國際上對學生科學素養進行評估的較為流行的方式有三種，即NAEP（美國國家教育進展評估）、TIMSS（國際數學和科學成就趨勢研究）和"PISA（國際學生能力評估項目）。這三套科學素養評估體系中都應用了ECD模型。

ECD（實證中心模型，Evidence-Centered"Design）模型，是由美國的梅斯雷弗等人提出的一種系統性、綜合性的評價模型，現已成為美國教育評估領域的主要研究方向和應用模型之一。

ECD模型強調“基于證據的推理”進行評價設計，非常契合現行課程標準所提倡的評價體系，即基于探究實踐、凝練科學概念，評價學生科學思維、態度責任等科學素養發展程度，由此判斷學生科學思維素養發展水平。因此，ECD模型非常適合對小學科學素養發展進行測評。同時，該模型先運用檢測工具獲取證據，再用數理統計模型對檢測目標進行基于證據的推理，具有科學性、專業性和客觀性。因此，本次實踐選取ECD模型進行檢測。

（二）選取學生模塊的理由

筆者注意到，三大國際測評方式中TIMSS和NAEP均選擇了四年級的學生進行能力評估。結合我國小學教育現狀，小學3～4年級在整個小學階段處于中段，是學生思維能力發展，尤其是從形象思維向抽象思維過渡的一個重要階段。學生的邏輯思維開始出現：從對事物外部的直觀形象特征的認知，到進一步發現、理解事物內部的本質特征的認知，開始了對事物本質與非本質的思考。因此，在學生科學思維發展研究中，小學3～4年級是一個關鍵期，有必要在此階段對其科學思維能力發展進行一定的檢測，為小學科學素養的培養是否有效提供了一定的參考。結合我國現行的《科學課程標準》，本評測嘗試設計了適合我國小學3年級學生的科學素養評測，以探索如何應用"ECD模型進行科學素養評估設計，進而為我國小學階段學生的科學素養進行系統性評估提供借鑒。

同時，基于目前的教學現狀，本次檢測使用紙筆測驗。利用ECD模型，以及教科版科學三年級上冊“空氣”單元中的《空氣能被壓縮》一課中涉及的探究實踐活動，設計相關試題，收集由此得到的學生各項變量獲得的分數等數據作為證據，推理評價學生的科學思維素養發展水平。

（三）基于ECD模型設計檢測科學思維素養發展的試題的依據

ECD模型的概念性評價框架，一般由學生模型、證據模型、任務模型、組合模型和呈現模型５個模塊構成。其中，前三個模型是比較關鍵的基礎模塊，后兩個是以前三個模塊為基礎的組合以及呈現方式。

1.學生模型。本模塊是明確檢測目標和檢測內容。根據本學科確定概念的選擇、情境的設計、試題的編制、評價的實施等各個環節。通過確定學生模型變量即各項檢測目標，以及目標對應的不同層級的分值，能反映出學生的某一素養達到的水平。

在檢測學生科學思維素養發展水平時，學生模型變量的選擇主要根據《科學課程標準》中的學業質量要求和核心素養水平描述。科學思維素養檢測的學生模型變量主要包括“模型建構”“推理論證”“創新思維”等。

2.證據模型。證據模型是確定檢測方法，包含證據規則和檢測模型。本模塊在證據模型設計時，進一步詳細描述學生在完成某種任務或者情境中，所表現的獲得分值或者達到程度，以表征某種能力的發展水平。證據規則描述的是在共同的解釋框架下，學生在任務（試題）上的行為表現（答案）的評分標準。

根據《科學課程標準》中的學業質量要求和核心素養水平描述，科學思維發展水平證據規則分為0～4五個等級，每個等級的判定細則基本都是“不能完成”到“基本完成”，再到“較好完成”“完美完成”，最后達到“超越完成”。

3.任務模型。本模塊是明確具體用什么檢測。主要是設置具體情境、在情境中設計任務或提出問題，收集學生在完成任務或者解答問題過程中的各種表現，以此獲得證據模型所需的各種證據。

本模塊的設計緊緊圍繞著上述設計的學生模型和證據模型，將各個任務或問題嚴格細化為在小學生能理解的情境中的一系列連貫的、有關聯的具體任務，使測試者能夠篩選出具體變量對應的不同能力或層次。

二、教育測評實踐實施路徑

設計《壓縮空氣》一課中實踐活動的紙筆測試的依據如下。

1.教學目標。根據《科學課程標準》以及教科版教材、三年級學生學情，確定教學目標如下：

科學觀念：通過注射器壓縮空氣活動，知道空氣占據的空間可被壓縮或擴張，認識到壓縮的空氣是有彈性的。

科學思維：用比較的方法，區分空氣和水在相同條件下被壓縮時的不同特點。

探究實踐：通過探究壓縮空氣和水的活動，能用圖畫來記錄壓縮的現象，分析空氣容易被壓縮的原理。在教師引導下，能借助模擬實驗從空氣微粒角度解釋空氣可以被壓縮和被擴張的現象。

態度責任：感悟科技對生活的影響，壓縮的空氣可以制成玩具氣槍、空氣注射器等。

2.設計教學任務。首先設置真實情境，觀察氣球打氣筒在抽拉過程中如果被堵住一端的氣孔，再進行抽拉，封閉氣筒內的空氣會如何變化。

根據關鍵教學目標——科學思維發展，設計系列關聯問題：推活塞空氣如何變化？拉活塞空氣如何變化？密閉空氣為什么能容易壓縮？建立空氣微粒模型，并分析推理空氣為什么能容易壓縮。

3.設計任務模型。基于ECD模型任務的證據規則，根據ECD模型分析以及具體課時內容等設計任務模型，設計如下：

（1）設定課堂任務1：考查“模型建構”思維發展。建構出封閉注射器內被壓縮與拉伸的空氣微粒模型。對應五個不同等級（從0"～"4分），分別是：不能在教師指導下，初步認識簡單模型的構成要素；能在教師指導下，初步認識簡單模型的構成要素，空氣可以看成是由空氣微粒構成的；能在教師指導下，初步認識簡單模型的構成要素，了解可以使用模型表達要素間的關系，做出科學解釋，即空氣微粒、密閉空間內數量恒定；能在教師指導下，初步認識簡單模型的構成要素，了解可以使用模型表述要素間的關系，做出科學解釋，即密閉空間內數量恒定的空氣微粒能移動；能分析、解釋簡單模型涉及的各個要素及結構，通過分析、比較、綜合等方法，抓住簡單事物的本質特征，認識密閉空間內數量恒定的空氣微粒之間有不固定的距離。

（2）設定課堂任務2：考查“推理論證”思維發展。基于空氣微粒模型的空間體積變化的證據，運用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，建立證據與解釋之間的關系，并提出合理見解。對應五個不同等級（從0～4分），分別是：不能在教師指導下分清觀點與事實，不具備提供證據的意識；能在教師指導下發現空氣被壓縮或拉伸時是由于空氣微粒本身發生了變化；能在教師引導下給予一定的證據，提出發現空氣被壓縮或拉伸時是空氣微粒本身沒有發生變化；能在教師引導下建立事實與觀點之間的聯系，根據研究問題提出假設或觀點，即空氣被壓縮或拉伸時是由于空氣微粒間發生了變化；能給予充足的證據，提出自己的假設和觀點，利用分析、比較、歸納、演繹等方法建立證據、觀點之間的聯系，有邏輯清晰的推理過程，即空氣被壓縮或拉伸時是由于空氣微粒間距離發生了變化。

（3）設定課堂任務3：考查“創新思維”思維發展。能聯系實際生活，找到1～2種壓縮空氣原理在生活中的應用例子；能學以致用，利用壓縮空氣原理設計制作產品。對應不同等級（從0～4分），分別是：不具有從多角度提出觀點的意識；初步具有從多角度提出觀點的意識；能針對事物的外在特征提出多種想法，其中個別想法具有新穎性，知道利用壓縮空氣可以制作產品，如打氣筒、噴壺等；初步掌握重組思維、發散性思維、突出突破定勢等創造性思維的基本方法；能針對事物的外在特征提出新穎合理的觀點，如無針頭胰島素注射器；掌握創造性思維的基本方法，能基于所學的科學原理提出有一定新穎性、合理性的觀點，開展初步的創意設計，如壓縮空氣禮花。

三、測量實踐與反思

根據ECD模型和本實踐的實際情況，最后的呈現形式，就是紙筆計量學生得分后統計各個變量得分總和，以此為證據分析測評學生行為表現呈現出來的三種科學思維素養發展水平。

經過三年級5個班級（共200人）的樣本實驗數據表明：有11%的學生沒有達到及格分數；89%的學生達到了及格分數以上；35%達到了良好以上成績。成績結果近乎正態分布，能夠估計所有水平的學生。

由此充分證明，基于ECD模型的小學科學核心素養——科學思維素養的檢測方式是有效的，能夠比較客觀地、科學地判定出小學科學思維素養水平發展水平。當然，小學科學核心素養還包括更多方面，而且不同階段的發展也是不同的，因此，為了更加完整地了解和測評小學科學核心素養，還需要更多地探索和實踐。

參考文獻

[1]閆白洋.利用ECD模型測量學生社會責任核心素養水平[J].生物學教學2020（3）：7-9.

[2]柏毅，呂澤恩.美國教育評估系統的ECD模型[J].教育測量與評價（理論版）2016（1）：35-39.

[3]王思錦，劉佳.小學科學表現性評價實踐探索[J].中小學教材教學，2023（1）：72-77.

[4]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.