基于核心素养的高中物理探究性实验学习效果的评价设计

2022-07-11王远虎

物理教师 2022年6期

王远虎

（1.阜宁县第一高级中学，江苏盐城 224400；2.阜宁县教师发展中心，江苏盐城 224400）

物理学科核心素养是学生在物理学习过程中逐步形成、长期逐步积累的行动习惯和关键能力，倡导核心素养导向的实验教学，体现了物理课程目标的价值追求，体现了物理学科的教育价值.［1］笔者从大量的高中物理实验教学课堂调研中发现：实验教学评价有的只采用纸笔方式，仅评价学生对实验知识的掌握，使得教学实施过分聚焦于知识，无法考查实验观察能力、动手操作能力等；有的评价方案比较抽象，没有具体的评价指标及工具；有的虽有评价指标和量表，但评价单一，只注重对实验操作的评价，而忽略了对学生物理观念、科学思维、科学态度的评价.为此，如何改变和创新评价方法，是当前高中物理教师开展实验教学评价面临的重要问题.本文以人教版（2019）教材普通高中物理必修第1册第4章第2节“实验：探究加速度与力、质量的关系”为例，尝试对探究性实验教学评价进行探讨.

1 探究性实验学习效果评价的设计思路

基于核心素养的物理探究性实验教学评价是指在学生做探究性实验之前、实验过程中以及实验之后3个时间段内，教师（学生）依据一定的标准（工具）对学生在物理观念、科学思维、科学探究、科学态度等方面的表现进行定量测量和定性分析判断的过程.评价目的在于促进学生学习和改进教师教学.评价应围绕物理学科核心素养的具体要求，创设真实而有价值的问题情境，采用主体多元、方法多样的评价方式，客观全面地了解学生物理学科核心素养发展状况，找出存在的问题，明确发展方向，及时有效地反馈评价结果，促进学生全面而有个性的发展.［2］

建构主义理论认为评价应该把学生作为评价主体.在评价过程中，学生不是评价的消极应付者，而应该是主动参与者.要让学生学会自我评价，通过他人评价引导学生成为自律学习者，使其在自我评价与他人评价的共同作用下完成探究任务；多元智力理论认为评价应该从多个维度对学生实施评价，体现学生的多种能力，并且应该关注学生的成长过程，在学生的学习过程中关注他们解决问题的能力.因此评价应当是多目标、多维度、重视个体差异、重视真实过程、重视反馈反思；人本主义教育论者主张自我评价、合作评价、多元评价.自我评价是对自己的发展作出相对客观的自我估计，有助于学生积极主动地参与到学习当中去，尤其对于物理实验知识的学习是非常有帮助的.在物理探究实验中采取适当合作评价的手段，从多维度、多层次对学生进行评价有利于促进学生核心素养的提升.

高中物理必做实验可分为观测性实验、验证性实验和探究性实验.观测性实验主要考查的是仪器的操作、模型的建构和物理规律的简单运用，可评价学生的“物理观念”和“科学思维”；“验证性实验”更加注重学生经历实验过程，获得对科学本质的理解，重点评价学生的“科学态度”；“探究性实验”除了关注实验中涉及到的物理观念及实验操作中科学态度外，更强调学生对实验的“探究”，突出评价学生的“科学思维”和“科学探究”.［3］因而3类实验在学习目标、学习过程与学习任务方面的侧重点是不同的.

用带着规格要求的工具来评价探究性实验教学，会使评价更方便、更聚焦、更完整.学生使用评价工具开展学习，教师使用评价工具收集学生探究过程中的各种评价信息，借助工具的评价性能，将收集来的评价信息进行处理与优化，从而改进教与学.探究性实验教学评价工具设计流程如图1.评价工具由探究性问题纸笔测试和评价量表两部分组成，探究性问题纸笔测试在先，据学习任务通过精心设计的问题，来考查学生科学探究的能力，评价学生的科学态度和对科学本质的认识.量表评价在后，针对的是实验操作评价，通过观察学生的实验操作表现，给予对应的评分.量表评价的基本维度宜设计成三级，一级指标为高中物理学科核心素养包括的“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”4个方面.二级指标为评价要点，学习任务包含在其中.三级指标为核心素养5级水平评价指标，重点对“科学探究”从“提出问题”“猜想与假设”“制定计划与设计实验”“进行实验与收集证据”“分析、论证、评估”“交流与反思”6个环节进行细化评价.

图1 探究性实验教学评价工具设计流程

2 探究性实验学习效果评价设计的案例

2.1 从高中物理课程标准到学习目标

探究性实验教学评价工具设计必须以高中物理课程标准为依据，将课程标准的物理学科核心素养要求分解到某一探究性实验学习中，制定学习目标.“实验：探究加速度与力、质量的关系”课程标准的要求是“通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系.”［2］学习目标设计见表1.

表1 “实验：探究加速度与力、质量的关系”学习目标

续表

2.2 从学习目标到学习任务

学习目标确定后，再将目标转换成相匹配的学习任务，让学生通过完成相应的任务来达成学习目标.“实验：探究加速度与力、质量的关系”学习任务设计如下.

任务1：实验思路.

教科书直接给出了从加速度与力的关系和加速度与质量的关系进行探究，同时给出了实验装置引导学生进行具体的设计.教学中教师可以鼓励学生设计更多的方案，让学生展示、交流，有利于激发学生的主观性和创造性.

任务2：物理量的测量.

本实验中需要测量的物理量是a、F、m，质量可以用天平测量，a与F如何测量呢？学生提出不同的实验方案可能会引发出不同的实验装置.

任务3：实验操作.

用打点计时器进行实验是较为可行的方案.在实验中教师让学生相互合作、积极分享，同时指导：① 平衡摩擦力；② 实验条件：只有当小车的质量远大于槽码的总质量时，槽码的总重力才可视为小车受到的拉力；③ 改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车、且应在小车到达滑轮前按住小车；④ 设计记录表格，正确记录实验数据.

任务4：实验数据分析.

教科书详细引导学生思考如何使用图像来获取物理量之间的关系.当两个物理量可能为反比例关系时，需要对一个量取倒数作为新的变量，来寻找所画出的图线是否是直线，从而判断两者是否是正比例或者一次函数的关系.对学生来说，思维上跨度较大.在数据分析中，对基础较好的学生要误差分析，一是平衡摩擦力不当造成的误差；二是小车的质量要远远大于槽码的总质量.［4］

2.3 从学习任务到评价工具

学习任务设计好后，再将学习任务变为评价工具.当任务附着了评价指标时，它就可以用来检测与收集评价信息，这时它就成了工具.“实验：探究加速度与力、质量的关系”评价工具设计如下.

评价工具由探究性问题纸笔测试和评价量表两部分组成，探究性问题纸笔测试在先，量表评价在后.

2.3.1 探究性问题纸笔测试设计

纸笔测试没有给出评价指标，由教师根据学生解答情况给予评价.纸笔测试可以让学生独立完成，也可以小组合作完成.

（1）探究“实验思路”.

问题1：物体的加速度可能会受到哪些因素的影响？说出你的理由.

问题2：从实验的角度，运用什么方法研究加速度与力、质量之间的定量关系？

问题3：你能否利用倍量关系来设计你的实验？

（2）探究“物理量测量”.

问题1：如何测定加速度？

问题2：在物体运动中，怎样给物体施加一个恒定的力？

问题3：因物体运动状态在改变，槽码的重力与槽码对物体的拉力不等，怎么办？

（3）探究“实验操作”.

问题1：摩擦是不可避免的，如何抵消或减弱摩擦对物体运动改变的影响？

问题2：为提高测量的准确性，测a、F、M时要注意什么？

问题3：将测得的a、F、M的数据填入怎样的表格中，以便进行数据验证.

（4）探究“实验数据分析”.

问题1：在多次实验得到数据之后，如何更加直观地来判断加速度与各个变量之间的关系？

问题2：如果猜测加速度和某个物理量成反比（或平方反比），该如何处理让结果尽可能地直观？

问题3：你得到a-F图像与你假设的图像相同吗？可能是哪些因素导致了这些差异？

问题4：有一位同学画出的图像前半段是直线，后半段是曲线，你能帮他找到问题并解决吗？

2.3.2 探究性实验过程表现性评价量表设计

评价量表设计见表2.［5］评价量表采用分项评价，目的是想让师生更多关注每一项要素的失分情况.自评、组评、师评也按核心素养水平1—水平5对应分值1—5分作评价记录.量表最后设计学生总结、教师评语，希望学生对不足之处予以回顾总结，教师思考后续的改进措施.

表2 “实验：探究加速度与力、质量的关系”评价量表

续表

2.3.3 评价工具的使用流程

探究性实验教学评价工具的使用流程设计如图2.

图2 探究性实验教学评价工具的使用流程

第1步：教师呈现评价工具，学生在教师的引导下理解评价工具，明确要做什么、怎么做.

第2步：学生在实验中使用评价工具开展学习，教师使用评价工具来收集学生实验过程中的各种表现信息.

第3步：教师将收集的证据及时向学生反馈、交流与评价，学生根据教师的评价以及自我评价做出适当的调整，调整学习策略，以期待下一次更好的理解与学习.

3 探究性实验学习效果评价的数据与分析

课题组对江苏省阜宁县3所四星级高中高一年级750名学生运用上述评价工具进行抽样检验.

3.1 探究性问题纸笔测试结果与分析

探究性问题纸笔测试结果统计如表3所示.

表3 探究性问题纸笔测试结果统计表

（1）对物体的加速度可能会受到哪些因素影响，少数学生说明的理由表达不清晰；少数学生没有想到运用控制变量法研究加速度与力、质量之间的定量关系；结合教材中给出的参考案例大部分学生能够用倍量关系来说出实验的思路.

（2）多数学生能够说出测定加速度的方法，方法有多种；学生想出多种方法使得在物体运动中，给物体施加一个恒定的力；有不少学生不能理解因物体运动状态在改变，槽码的重力与槽码对物体的拉力不相等.

（3）少数学生对如何判断平衡摩擦力不清楚；有的学生对准确测量a、F、M时的细节说得不精准；有的学生没有设计合理的表格记录原始数据（如对纸带处理时获得的数据），记录的次数少，没有达到5-6次.

（4）多数学生想到用图像的方式表达出探究结论；对一个量取倒数作为新的变量，来寻找所画出的图线是否是直线，从而判断两者是否是正比例或者一次函数的关系，这一点对不少学生来说，思维上跨度较大；很多学生对作出的a-F图像不过原点的原因搞不清是没有平衡摩擦力还是平衡不当（倾角过大或过小）带来的系统误差；多数学生分析不出图像后半段是曲线的原因是不再满足槽码的质量远小于小车的质量.

3.2 探究性实验过程表现性评价结果与分析

3.2.1 学生均分统计及分析

学生均分统计见表4.

表4 “实验：探究加速度与力、质量的关系”评价量表学生均分统计

此实验评价量表突出对科学探究的各环节考查，占分较多，此项得分高的学校，学生在实验过程中相应的物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任表现也高，因此不同学校容易产生差异.科学探究环节中在提出假设之后的实验设计决定了探究性实验的整体走向，实验设计得好的学生能够进行正常实验并收集证据，到分析、论证、评估环节数据处理就显得很重要，不能正确处理实验数据就得不到实验结论.最后的误差分析不同学生思维层次达不到要求，得分上差距较大.

3.2.2 评价量表的信度、效度结果与分析

评价量表的信度（克龙巴赫α系数）为0.871，说明一致性很好，测试结果可靠.

从内容上来说，三级指标内容的设计经一线优秀教师的多次讨论，对其中表述不清、用词不当的及时进行了修正，最终得到业内物理专家、市县教研人员的充分肯定；从结构上来说，三级指标KMO值均大于0.8，因子分析结果累积解释变异量百分比大于60%，表明指标的结构效度良好.

4 探究性实验学习效果评价的反思

4.1 反馈评价工具使用注意点

（1）使用评价工具时教师可以根据教学目标有所侧重，不必评价每一个要素.若面面俱到，不论精力上还是时间上都将得不到保证，科学探究中的评价也将成为一种形式，一种“过场”.例如，在实验“探究弹簧弹力与形变量的关系”中，教师侧重于对“进行实验与数据收集”的评价；在实验“探究小车速度与时间变化的规律”中，教师可以把评价重点集中于“设计实验方案”和“分析论证”两个方面.

（2）使用评价工具时对于评价水平低者，教师决不能简单地给予批评责备，应该尽量肯定其某些分项评价.教师的激励会促使学生自己发现、纠正错误.实验中，教师欣赏的眼光、赞赏的话语、满意的点头、会意的微笑、亲切的手势，都会给学生带来莫大的快乐、巨大的信心和更多的投入.

（3）教师在评价学生时要注意到学生本身的学习基础、学生的身心发展特点，不仅以“一把尺”（基础性的人人必须达到的要求）来横向评价学生，更要以“多把尺”（针对学生个体的发展性要求）来纵向评价学生.