中学生化学实验探究能力评价体系的建构与实施

2021-11-24李军

化学教与学 2021年9期

李军

摘要：实验是化学学科的基本特征，科学探究是化学学习的重要内容和方法。学生化学实验探究能力的评价是在教学中培养学生化学实验探究能力的瓶颈。文章基于作者自身的研究实践，对化学实验探究能力的实质与结构进行了思考与研究，对化学实验探究能力的评价框架、评价指标、评价方式进行了初步的实践与探索。关键词：化学实验探究能力;评价体系;建构实施

文章编号：1008-0546（2021）09-0002-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2021.09.001

中学生化学学业质量评价改革是中学化学课程评价改革的核心组成部分，它引领着化学教学改革的方向，影响着化学教学实施的水平，决定着化学教学评价的效益。但是，中学化学新课程改革数十年以来，本应成为教学改革推进器与催化剂的学生学业质量评价改革不仅未能发挥其正能量，反而成为化学课改处于瓶颈期的主要原因之一，制约着化学学科教学方式的变革。究其原因，现有的评价内容和评价方式与评价改革的需求之间存在的严重脱节是其首要因素。尤其是近年来，随着培养学生学科核心素养与学科关键能力成为课堂教学的核心目标，学生学科核心素养与学科关键能力的发展水平已成为学生学业成就评价的重要内容。但是，国内在此方面的研究还很薄弱，尚未建立起科学、系统、有效的评价体系。文章基于笔者多年来的理论探索与实践研究，选定化学实验探究能力作为化学学科关键能力，以探讨其功能结构、评价框架与测试工具，从而为中学化学评价改革作出些微薄的尝试。

一、中学生化学实验探究能力的结构

采用验证性因素分析法，从预设假定的化学实验探究能力为数众多的可观测的变量中概括和综合出少数几个因子，用较少的因子变量最大程度地概括和解释原有的观测信息，是揭示某种能力结构模型的基本方法。以此方法，通过对化学实验探究各个主要环节所必须的学科能力进行分析与比较，概括出了化学实验探究能力的一般结构模型[1-2]（见表1）。

由此可见，化学思维能力是化学实验探究能力的基本要素，其他各种能力必须以化学思维能力作为基点才能发挥其作用，才可见其效能，因此化学思维能力是化学实验探究能力的重要核心。科学探究与问题解决的过程，是建立在现象观察、实验分析与逻辑推理的基础上的，而上述这些又必须借助于专业的化学知识、实验技能、科学方法等才能得以实施，因此，化学概念、原理、方法、技能等成为化学实验探究的重要媒介。同时，实验探究的过程交流与结果呈现离不开各种形式的化学用语，并通过科学、规范、多元化的表述方式得以记录与传播。综上，化学实验探究能力具有以化学思维能力为内核，以化学知识与技能、化学思想与方法、化学精神与态度为介质、以化学表述能力为外壳的结构。

二、中學生化学实验探究能力评价体系

1.中学生化学实验探究能力评价框架

根据中学生化学实验探究能力在什么场域中进行评价，以何种载体进行评价，以及针对哪些要素进行评价的三个评价主体问题，将其评价框架分为三个部分：①蕴含探究主题的情境与问题;②实验探究的主要历程：实验设计、实验实施与实验评价;③作为主要测量目标并被用以进行实验探究的化学知识与技能、思想方法以及化学精神与态度[3];具体如图1所示。

（1）主题情境来源于真实世界，通常可以从中提炼出一个或数个具有探究价值的化学问题，有时也隐含猜想假设的事实性依据或理论性依据[4-5]。主题情境通常包括三种类型：来自于学生生活、来自于工业生产，或来自于化学实验等学习过程，并常以文字、图表等形式呈现。值得注意的是，主题情境的选择应尽量避免学生在化学课堂学习中经常遇到的常规化学问题，以避免学生依靠记忆而不是探索过程获得认知。

（2）实验探究历程是学生在具体的情境中应用化学知识与技能、运用化学思想与方法以及依靠科学精神与良好态度发现问题、理解问题，并用实验的方法研究问题，以获得合理结论的过程。其中的知识与技能通常包括化学概念与原理、重要元素化合物知识、化学计算技能与实验操作技能等核心领域;化学思想方法通常包括守恒思想、分类思想、定性研究与定量研究相结合的思想等化学学科思想以及变量控制等化学实验设计思想等;情感态度主要指学生在实验探究中体现出的实事求是、数据实证等科学精神以及遭遇困难时的态度与情绪等。情感态度虽然很难在实验探究过程中被直接加以体现并予以测试，但无疑其对整个实验探究过程具有重要的支撑作用。

（3）实验探究能力主要通过开放性的实验设计、实验实施与实验评价等过程进行测试。实验设计的考查范畴主要包括探究方法的选择与探究程序的确定，考查学生能否鉴别和控制各种变量，能否合理运用定性或定量的方法，能否制订科学合理的实验程序，能否对实验结果作出适当预期。具体包括实验原理的选择、仪器药品的选用、实验装置的设计以及实验步骤的设计等。实验实施考查的范畴包括实验操作的过程与实验结论的获得。具体包括实验程序的执行、实验操作的进行、现实问题的解决、实验数据的记录以及实验结论的推导等，例如实验仪器的使用、实验装置的组装、实验操作的规范，如何减少实验误差、如何观察实验现象、如何呈示与分析实验数据、如何建立数据与结论之间的逻辑关系、如何根据数据推导实验结论等。实验评价考查的范畴包括实验原理的评价、实验装置的评价、实验操作的评价、实验结论的评价等。例如评价结论或观点的正确性和局限性，评价探究过程的合理性与可操作性，评价探究方法的科学性与简约性等。

2.中学生化学实验探究能力评价的指标体系

（1）中学生化学实验探究能力评价维度

中学生化学实验探究能力评价模型（见图2）包含3个维度：主要历程、能力结构与能力水平。学生化学实验探究能力的发展水平的测量，必须在学生进行探究实验的过程中才能得以实现，因此，可将实验探究历程作为评价的第一个维度。根据《义务教育化学课程标准（2011年版）》，学生科学探究历程可概括为8个环节：提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流[6]。在具体实施中，基于评价目标与探究主题可选择其中的若干环节作为主要测试环节，但应注意，由于各环节测量的能力着重点不同，对实验探究能力水平的贡献度也不同，应慎重选择环节组合成实验探究历程。通常，一个典型的实验探究历程需要包括猜想与假设、设计与实施、解释与结论、反思与评价等核心环节。评价的第二个维度是实验探究的能力结构，即前述化学实验探究能力的基本结构，包括化学知识的应用、科学方法的使用以及表达与交流。学生在这些能力上具有水平差异，呈现出一定的阶段性与阶梯型发展特点，将这些特点按水平高低进行排列与描述，就形成评价的第三个维度——实验探究能力水平。

（2）中学生实验探究能力水平等级的确定

为了在实际评价中，教师能够方便准确地对学生的应答表现作出判断，通常还需要在各个探究环节建立观测点，以及基于观测点的能力水平等级描述。例如，在判断学生“猜想与假设”的能力水平等级时，可以先确定如下观测指标：①匹配性：猜想与提出的问题具有一定的逻辑联系;②科学性：猜想符合化学学科的基本理论与概念;③可证性：猜想具有被证明或证伪的可能性;④多样性：猜想具有多种可能性。然后按照指标的满足程度，将其确定为由低至高的若干个等级，并使每个等级都对应着一种可观察、可测量的外显性行为。例如，对学生“猜想与假设”的能力水平描述如下：水平1：未进行猜想，或猜想与问题无关，或猜想完全不合理;水平2：猜想与问题的匹配度低，或存在一定错误，或难以被证明;水平3：猜想表现出较高的化学知识应用水平，且能被证明;水平4：能提出多种高品质猜想。如此，每个测试任务都有一个对应的具体能力水平，若学生完成该任务，则表示学生在该环节上达到了這个特定水平的要求;反之，则不然。

三、基于主题探究的中学生化学实验探究能力评价实例

1.测评目标

以生活中的某种“管道通”为测试背景，考查学生在实验中最重要的“猜想与假设”“制订方案”“进行实验”与“观察与解释”四个方面的表现，并以此初步判断学生化学实验探究能力的发展水平[7]。

2.测试框架

“管道通”实验探究能力测试框架（表2）

3.测评方式

主题测试，即围绕某种“管道通”工作时产生的现象，及对现象的探索为主题，以实验探究工作单作为测评载体，包括纸笔测试与实验操作测试两部分。

4.测试程序

（1）播放用某种“管道通”疏通管道的过程：呈现被堵塞、水逐渐聚集的洗脸池，将积水清干后，从管道口倒入“管道通”，加入一定量水，观察到有气泡生成，一段时间后，倒入的水都消失了，再次倒入水测试，管道确已被疏通。提供该种“管道通”的产品信息：氢氧化钠、铝粒、硝酸钠。

（2）提供实验探究工作单如表3。

（3）学生单人独桌按工作单要求单独完成探究任务，填写工作单。

（4）教师根据学生实验探究能力评价指南完成本次学生实验探究的评价（表4）。