基于深度学习的物理表现性评价的若干设计原则

沈启正

(浙江省教育厅教研室，浙江 杭州 310012)

深度学习是指在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、获得发展的有意义的学习过程.它具有3个特征：注重批判性思维的运用；强调知识的迁移运用；面向问题解决.

物理项目式学习是师生通过实施某个真实物理情境的项目，教师通过该示范项目引导学生掌握物理基础知识，并架起学习新知识的支点，然后运用知识迁移、协作讨论等方式完成对物理知识的意义建构，从而达到培养学生解决实际问题能力的教学目标.

显然，项目式学习是学生深度学习的重要方式与途径.如何在基于真实情境的物理学习任务中嵌入表现性评价点是设计表现性任务的重要思考点，也是基于深度学习视域下的评价突破点.笔者在多年研发实践的基础上归纳若干设计原则，供同行们参考.

1 跟踪探究历程设置评价点，考察学生的多元素养

教师在设计综合性学习项目的评价时，可根据学习任务的特点与完成任务的时间来设计评价点.往往综合性的学习项目更能够考察学生的多元素养，因此设计评价点时更可嵌入不同的环节来评学生的多种能力．

图1

例1.2019年9月15日17时许，在杭州余杭东湖高架外翁线下口处，一辆白色轿车撞了指路牌的钢柱，车子竖在那里(图1).所幸3位司乘人员均系着安全带，人无大碍.事发当时司机先冲撞匝道边的防撞水马(注了水的塑料桶)，后冲上指路牌的钢柱上．匝道口的水泥护栏底部本身就有一定角度的斜坡，当汽车在一定速度和某个角度下冲上水泥护栏致车头上翘,冲力加上惯性，汽车有可能导致竖立甚至翻车.请同学们估计该车碰撞前的车速约为多大.

本题是笔者根据突发事件命制的．若为了学生解题的方便，一开始就直接忽略防撞水马的存在，也不考虑车子有动力及碰撞的能量损失问题，那么此题就几乎是机械能守恒定律应用的理想模型了，无法培养学生在复杂情境中解决问题的能力．笔者决定把通过各种渠道获取前提条件的评价点也设置进去，增加学生交流合作与了解社会的机会．为此笔者有意把问题空间设置得较大，让学生碰壁，遭受挫折，水马的质量、位置、车撞击水马时有无动力、与钢柱碰撞时的能量损失情况等等均未知，一切由学生分工合作主动发掘多种调查路径，把解决问题的模型建立过程完整地交给学生．教师还可设置提示卡如“小组内讨论还需要知道哪些数据？如何收集、获取这些数据？你假设的依据是什么？”让学生充分展开寻找解决问题的思路．实践中发现学生容易犯的错误是无依据假设，教师的很多评价工作就是帮学生质疑，让学生不停修正假设及思路，学生建立的模型可以百花齐放，各组讨论过程就是研究的一部分.这是嵌入评价点的重要原则. 当一组学生提出从后车的行车记录仪中拍摄的视频(http://baijiahao.baidu.com/s?id=1644825212395701328&wfr=spider&for=pc)中估算出前面事故车的速度时，笔者对此举大为赞赏．告诉孩子们，没有那么多失败的尝试，如何会有这另辟蹊径之举.学生身临其境体验到了美妙的创造性思维火花的四溅，但教师动态的评价点仍未结束，可继续跟踪设置评价点：如何从视频中估算行车速度？当学生从视频中计算出5 s内路灯掠过的距离(学生当时已查得灯杆间隔40 m)，得到车速约为90 km/h，从而通过目测估计事故车的速度约100 km/h.另有一组学生采用更巧妙的方法：先估计分流标志线的长度，再从视频上记录下事故车从地面分流线开始到相撞的时间，从而求出车速．这方法更简洁了，教师可再次延伸评价点：上述的估算由于拍摄角度原因误差恐怕仍不少，如何验证？当学生想到请家长帮忙开车在同一车道上多次实测5 s内路灯掠过的距离与视频比对，以及实测分流标志线的长度时，作为教师是十分欣慰的.这就是科学探究的全过程，学生真正地全面经历与体验了.

2 在教学难点处设置评价点，以提高知识留存率

教师在教学中常有这样的苦恼：学生听懂却不见得会用，或许即使听懂也忘得快.这些情况都说明学生还停留在记忆层面，没有在方法和思维层面上刻下烙印，只有主动学习才是提高学习内容平均留存率的最有效手段.因此我们需要设计一些表现性评价来加强学生学习的主动性.

浙江省2017年4月份的物理选考卷第17题第(3)小题高三考生的失分率相当高.如图2是利用稳定的细水流显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是

针对这个难点，教师应该怎么办？若只是再叙述一遍，学生还将走进“记了忘，再忘了记”的迷阵圈，教师一定要把学生推到主动学习的前沿阵地，设计动手动脑的实验让其探究，使其自己悟出，再让学生当小教师演讲给其他学生听.实践表明这样的主动学习将会使他们铭心刻骨，简直永生难忘.笔者在指导教师教学时设计了如下的学习项目.

图2

例2.分组提供学生图3与图4两种实验器材.

(1) 透明饮料瓶中盛有水如图3所示，用细针在A、B处各扎一个小孔.分别在打开和旋紧瓶塞两种情况下观察A、B两处的水流情况.

(2) 组装图4所示的悬挂着的“挂吊针”装置，观察水流流速情况，并动手操作在不变动盐水瓶位置的情况下使水从空气管中流出来.分析原理，写出发言提纲，并给其他学生们讲解恒流瓶的原理.

图3

图4

显然，(1)的探究实验让学生观察打开和旋紧瓶塞时的现象，产生强烈的认知冲突，而(2)中的评价点设置非常明确，就是通过学生自己的反向操作让他们真正明白为何平时空气管中不会有液体流出？而最后的讲解作为项目式学习的评价点，会使学生印象十分深刻，这意图明确的表现性评价充分利用了主动学习才能有效提高学习内容留存率的原理(图5).

图5

3 在学案中设置探究性评价点，提高深度学习水平

近几年笔者见到太多的课前学案都是前置的练习题，这明显违背了深度学习的基本理念.如何把先学后教，培养学生高阶思维的理念得以切实贯彻？笔者尝试在学圆周运动的动力学内容以前，采用小组合作，先学后教的深度学习模式.下面是学案中设计的问题.

图6

例3.自行车骑行转弯时，运动员身体和自行车都是向弯道内侧倾斜的(如图6).

(1) 自行车转弯时，身体为什么要向弯道内侧倾斜呢？

(2) 我们平时骑自行车转弯时，身体的倾斜没有这么明显.可为什么比赛时选手倾斜得这么明显呢？靠内道的选手转弯时比外道选手倾斜得更明显.你可以得到什么猜想？请以小组为单位设计实验方案验证之.

(3) 各小组成员相互交流，并思考让骑行的自行车转弯需要的力与人和车的总质量有关吗？如何设计简化的模型进行实验探究？上课时请带上你设计的小实验进行类比展示.

显然整个探究过程，学生都处于熟悉的真实情境中，这也是先学后教的基础.这3个评价点的问题是依次推进的，若没第(1)个问题的铺垫，不少学生可能无法进入受力分析阶段.第(2)问的前半个问题提示学生考虑速度大小的影响，为猜想和探究提供些思考的路径.第(2)问和第(3)问则以实验方案及实验制作与展示情况作为成果.

4 评价点的设计要有跨学科意识，促进学生文理融合

物理中有关家用电器及电路方面的应用性问题特别多，但其中大多数是学科内的设计性综合题．如何设计出跨学科的表现性评价的问题，使学生文理兼修，多学科知识贯通？下例是笔者把评价点迁移到法律知识运用的一个尝试．

例4.2015年9月24日，南京市溧水区柘塘镇王某好心帮邻居代交40元电费却引起对方误解，[2]原因是对方认为“无人居住哪来电费？”却不知总闸未关，电器仍会耗电.若让你当村委干部，你如何通过物理和法律知识说服邻居，化解矛盾？

笔者在设计本例时，要求学生作为村委会调解人员利用电功率等电学知识说服邻居化解矛盾，评价点设置时除了物理知识的应用以外，把问题空间有意扩大到依法办事，增加学生应用法律知识、了解真实社会、提高沟通能力的评价点.本题也可设计提示卡，例如“你还需要知道哪些信息？如何获得这些信息？”预留学生测量数据的评价点，这与现实很接近，十分真实．

5 制定评价量规时合理划分等级，以有利于甄别学生

量规的制作是表现性评价的难点，特别是学生的思维层次等级如何划分要十分谨慎，对学生的思维方式及缺陷的判断要十分精准，层级的划分宜合理．

例5.雨过天晴，有时天空会出现美丽的彩虹.图7为彩虹形成的一种示意图，根据图中信息并结合所学知识，对彩虹的形成作出解释.

图7

分析性量规如下.

答题要点： ① 雨滴中单色光的形成；② 光在雨滴内发生了反射；③ 单色光经雨滴折射后的角度差异；④ 雨滴的高度对进入人眼单色光种类的影响；⑤ 大量雨滴的综合效果.

5分答案：答出上述5点，且逻辑关系合理.

示例：太阳光经雨滴发生折射形成各种单色光，各种单色光经雨滴的反射和折射后以不同角度射出，高度不同导致经雨滴折射进入人眼的单色光不同，数量巨大的雨滴最终导致各种单色光大量进入人眼，使人观察到彩虹.

4分答案：答出4点，且逻辑关系合理.

示例：太阳光经雨滴发生折射形成各种单色光，各种单色光经雨滴的反射和折射后以不同角度射出，高度不同导致经雨滴折射进入人眼的单色光不同，使人观察到彩虹.

3分答案：答出3点，且逻辑关系合理.

示例：太阳光经雨滴发生折射形成各种单色光，各种单色光经雨滴后以不同角度射出，高度不同导致经雨滴折射进入人眼的单色光不同，使人观察到彩虹.

2分答案：答出2点，且逻辑关系合理.

示例：各种单色光经雨滴的反射和折射后进入人眼，使人观察到彩虹.

1分答案：只答出1点，没有其他科学性错误.

示例：太阳光经过雨滴时会发生折射现象，使人观察到彩虹.

上述的表现性评价标准就是分析性量规.针对本题的思维容量，本量规划分为5个层级.得分等级清楚、合理，评判者较易操作.如何划分要视内容情况，层级太多评价效率低，层级太少又不利于区分学生的表现水平.在制作量规时需要反复研讨、逐步摸索、调整和积累.

6 评价标准可使用复合量规，不必拘泥格式

由于表现性任务的种类繁多，有的侧重于对过程中表现行为的评价，有的侧重于最终作品的终结性评价，因此评定标准不必拘泥于某一格式，可采用多种形式的复合量规.

例6.浙江省综合素质评价的创新实践维度有高中物理实验能力的操作考查，下面介绍的就是笔者曾经实际使用过的物理实验操作技能评定表(表1).

从评定表中可看出，每位教师同时监考5位学生，带*号的步骤由于稍纵即逝，需要在完成前举手示意让教师动态观察后才可进行，目的是让教师在动态中准确采到点，观察操作过程是否正确；每位学生还有一份实验答卷需要上交，(5)-(8)步骤的正确性可通过终结性评价在学生实验答卷上采点打分以减轻教师动态打分的过程性评价压力；其他步骤的评定可由教师观察学生实验操作打分.可见本实验评定表兼具检核表、采点记分法、分析性量规的复合评价量表(规).

表1 探究小车速度随时间变化的规律

7 作品能客观反映学习过程时，可仅设置终结性评价点

虽然表现性评价强调对学生研究过程的评价，但在某些情况下，直接对学生的作品或成果进行终结性评价同样能够达到兼顾过程性评价的目的.

例7.2019年2月13日，由于无法跟探测器取得联系，美国国家航空航天局正式宣布结束“机遇号”火星探测器的使命.这再次唤起了人们对它在2004年1月25日成功着陆火星表面时的回眸.请观看机遇号着陆火星的演示视频(http://www.iqiyi.com/w_19rssxgccp.html)，如图8所示，这是机遇号弹跳气囊着陆过程的4个状态.显然如果这个类似正四面体结构的气囊里的火星车没有正面向上那就尴尬了吧？请同学们模拟设计一装置(形状不论)从学校某5楼窗口静止扔下，要求落地时： ① 必须在地面上会自然弹跳或翻滚； ② 静止后打开外包装时，装置中事先标注的底面朝下； ③ 内置的生鸡蛋完好无损.

图8

笔者在编制例7的表现性任务时就考虑到学生是回家制作的，教师难以考察学生在研究过程中的交流合作及解决问题的情况，但既然是根据所学物理知识研制模拟火星着陆器，首先应该达到安全着陆的要求，因此设计量规的第一个要求：会自然弹跳或翻滚.这不仅基于从5楼扔下落地时的速度已不大，防震做得好，生鸡蛋已不会破.而且学生做的着陆器有较多空中翻滚调整姿态的时间，因此这样的模拟更真实.控制速度、着地方向和防震措施这3个要求正是着陆器最关键的3个指标.本例的评价点设置成作品的终结性评价就非常合适，学生也兴趣盎然，甚至还可以作为全校性的科技节活动内容.

8 用表现性评价引导学生建模，以解决实际问题能力

在斜抛运动的教学中，学生通过学习知道大炮与水平面成45°角时发出炮弹的射程最大，此时不少学生已开始联想到掷铅球怎样才能最远.这个时候教师可以组成几个研究小组，展示运动会上拍的照片.

图9

例8.如图9所示，运动会上小明应该以怎样的角度掷出铅球，成绩才有可能更上一层楼？

(1) 若小明铅球抛出点的高度为h，他抛出时与水平面夹角多大时射程最远？

(2) 若小明身高1.75 m，铅球离手时，抛出点在界外水平距离20 cm处，如图10所示，运动会上他的成绩是8.80 m，请估算小明抛出铅球时的速度大约是多少？

图10

(3) 第(2)问中的估算主要误差来源是什么？你会如何修正？

针对学生顽固认为推铅球最大射程的前提也是抛射角为45°的前概念情况，笔者设计的第1个表现性评价点，是让学生通过数学上的探究发现推铅球最大射程的抛射角居然与抛出点高度有关，产生强烈的认知冲突，学生这才恍然大悟：原来大炮的射击与掷铅球是两个有显著差异的模型.第2个表现性评价点则让学生在有复杂干扰项的真实情境中进入深度学习状态，根据照片中的身高比例估算铅球抛出点高度以及量出角度，动手又动脑，侦探味十足.第3个评价点是误差分析，由于在真实情景中，拍照时角度略有变动，会导致从照片中量出的抛出角误差较大.因此这一问题又可以使学生进入深度探究状况.笔者命题时的本意是让学生在课余用手机在不同角度下拍摄，然后与图8照片作比对，修正所量的倾角大小.虽然这一做法失之粗糙，但从教学的视角，这一评价点的设置是让学生学会“实验检验与修正”这一科学方法却是成功的.通过近似估算，考察学生抓住问题核心、忽略次要因素的能力.这些评价点不仅渗透着科学精神与科学方法的教育，也锻炼了学生创新实践的能力，进而让学生逐渐悟出学会学习的真谛.

表现性评价是项目式学习中的一大难点，对它的设计研究是我们基于核心素养，着力提高学生深度学习水平，培养学生高品质思维的重要举措，也是我们创新教育教学方式、推进育人模式变革的重要突破点，期待这方面的研究有更多的进展.