高中物理学生实验创新素养评价量表的创新与实践分析

吕宏申 朱美霞

(烟台经济技术开发区高级中学,山东 烟台 264006)

1 高中物理学生实验创新素养评价量表的提出

随着教育观念的不断变化,培养核心素养逐渐成为高中物理教学的基本目标．物理核心素养主要包括:物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任[1]．物理核心素养的四个方面是相互联系、共同发展的． 注重实验探究,不仅是新课程的基本理念之一,也是新课程的重要目标[2]．为了贯彻国家关于创新人才培养的有关精神,近年来基础教育界积极开展创新人才培养的研究与实践[3]．然而,我们通过文献综述和相关实地考察,结合我校创新教育实践,发现现行高中物理创新教育研究与实践对学生实验创新素养评价的研究少之又少,切实可行的学生实验创新素养评价量表几乎没有．为此,笔者试图提出能定量地研究学生创新素养的评价量表,以便更好地评定各种实验创新培养模式的实验效果．

2 高中物理学生实验创新素养评价量表的内容

学生实验创新素养评价基于高中课程标准[4]对物理学科核心素养的水平划分标准分为创新意识评价、内容评价、结果评价3个部分．创新意识最高分1.8分,内容评价满分5分,结果评价满分1分,3个因素的乘积为评价结果,满分9分．内容评价又包括实验范围、问题情境、仪器选择、实验原理、数据处理五个平行因素,每项各占1分,五个因素之和为内容评价结果．对于超高精度创新实验,因为远超高中课程标准,结果评价可以给1.1分,满分为10分．由此可以得出学生创新能力评价公式

E=A×(C+S+I+P+D)×R.

其中,E为创新能力评价结果,A为创新意识得分,C为实验范围得分,S为问题情境得分,I为仪器选择得分,P为实验原理得分,D为数据处理得分,R为结果评价得分．

表1 高中物理学生实验创新素养评价量表

3 高中物理学生实验创新素养评价量表的内容解析

创新意识(awareness)是学生在学习完成后对知识创新的意识,影响学生在知识创新中能发挥的主观能动性,是创新的前提条件．根据创新发生的条件分成引导创新、激励创新和自主创新,影响因子分别设定为1,1.5,1.8．

实验范围(content)是学生进行创新的出发点,包括基本实验、演示实验、自主实验．基本实验指的是课程标准要求的必修课程12个实验和选择性必修课程9个实验,基本实验是学生接触最多的,根据实验的难易程度、可行性分析确定0-0.60分,间隔0.10分．演示实验指教材上要求的演示实验内容,教师为了讲明白知识而采用的,学生都能接触到实验的原理和做法,但是具体的操作并不是很熟悉,为鼓励学生的实验创新和知识的全面掌握,分值为0.65-0.80分,间隔0.05分．自主实验是学生为学习某一部分知识,而自主设计的实验,对这一部分内容完全是学生的创新实验,所以分值为0.85-1.00分,间隔0.05分．

问题情境(scene)是学生在设计实验过程中物理模型的来源,包括一般情境、接触情境、生活情境．学生构建模型一般会选择课本上涉及的物理情境,分值设定为0.20分;有些学生会选择在教参或者习题中见到物理情境,这些属于接触情境,根据情境的难易程度、可操作性程度分值设定在0.30-0.60分之间,间隔0.10分．比较善于创新的学生,除了以上的情境,还会更加认真的留心生活情境,分值设定在0.70-1.00分,间隔0.10分．

仪器选择(instrument)是学生创新能力的主要体现,包括传统仪器、先进仪器、自制仪器．一般学生在课堂上接触到的仪器为传统实验仪器,创新首先表现在传统仪器的改进上,根据创新程度的不同,分值为0-0.40分,间隔0.10分;传统仪器不精确或者有系统误差时,我们一般选择比较先进的仪器来完成实验,如传感器、模拟环境、信息处理系统等,这对于学生涉猎课外知识的要求较高,这部分的分值为0.50-0.70分,间隔0.1分．当学生发现上述仪器不直观、不形象或者存在缺陷,能够自主设计或改进实验仪器,能够更好地完成实验,这部分的分值为0.80-1.00分,间隔0.10分．

实验原理(principles)是对学生基本实验原理的考察,包括基本原理、事实结论、另辟蹊径．创新实验原理首先明确基本实验原理,对实验原理中存在不合理的地方进行改进,根据原理创新程度分值为0-0.40分,间隔0.10分．能从课本或者课堂中已有的事实或者结论出发,改变实验原理,对学生熟练使用知识的能力很有帮助,分值为0.45-0.60分,间隔0.05分．如果能够另辟蹊径,选择更合理的原理进行实验验证,说明学生知识的迁移能力特别强,分值设定为0.7-1.0分,间隔0.10分．

数据处理(data)是获得实验结论的前提．通常采用计算法、逐差法、图像法等方法进行,选择非常规但贴合实验特点的方法进行数据处理,根据处理数据的有效程度,分值为0-0.50分,间隔0.10分．如果能够采用matlab等数学工具、程序语言等方法处理实验数据,充分体现了学生的计算机水平和学科间的交融,分值为0.60-1.00分,间隔0.10分．

实验效果(results)是对学生实验成功与否的主要评价依据,创新实验的目的是获得更好的实验结果．如果能获得实验结论,但是误差较大,相对误差大约5%,实验效果为0.6．如果能够在高中实验要求的精度内完成实验,相对误差2%-5%,实验效果为0.8．如果能实现较高精度完成,相对误差为0.5%-2%,实验效果为1.0．如果能超高精度完成实验,相对误差小于0.5%,可以认为是创新, 实验非常完善,实验效果为1.1．由于对不同的实验,实验误差要求不一致,相对误差的范围可以根据情况稍作变动．

4 高中物理学生实验创新素养评价量表的实践

表2 烟台开发区高级中学实验创新方案评价表

图1 高中物理学生创新能力评定结果

为了验证量表的可行性,笔者发放了715份问卷(表2)．按高中物理学生实验创新素养评价量表(表1)进行评分,问卷显示(如图1)绝大部分高中学生创新能力综合评价结果分数低于2分,对物理实验缺乏创新意识,仅限于对高中物理基本实验的重现,创新素养匮乏,5分与6分之间的学生已经凤毛麟角,与预估结果基本一致．

表3 验证动量守恒定律实验方案评价结果

图2

图3

图4

图5

以验证动量守恒定律为例,有效问卷135份．问卷显示,学生主要有4种方案,其中最多的是直接来源于课本利用平抛运动的方案1,如图2所示,有效问卷69份;其次是教参或者习题中经常见到方案2,如图3,利用单摆、平抛运动、或单摆与平抛运动结合等,有效问卷36份;第3种方案是直接利用传感器或传感器与其他模型结合,如图4有效问卷22份;第4种方案是在常规实验基础上的创新方案,如图5,这类方案出现的比较少,不足10份．

4种方案按量表1进行评分(表3),结果与学生创新素养综合评定结果基本一致,但低分人数比例有所减少,中间3-4分人数比例明显增加,这与该实验属于高中物理必做实验,教材、教参强调比较多结果也是一致的．物理核心素养培养是实现物理课程价值的必由之路,物理实验教学中要改革教学的方法和过程,关注学生个体知识的建构和应用,以学生核心素养提升为目标[5],该量表对评价学生实验创新素养的可行性具体如何,笔者将在后续的教学研究中进一步验证,继续修正．