基于PTA量表融合测评实验技能和科学探究能力的体系构建

摘 要：

构建“任务-形式-评价”融合的测评体系，创设真实情境下的表现性任务。学生基于背景资料和限定实验器材与试剂，经历“像科学家一样”的科学探究和实践过程。教师对照PTA量表对学生的表现包括实验技能和科学探究能力等进行量化打分，客观、全面地评价学生的实验技能和科学探究能力。

关键词： PTA量表； 实验技能； 科学探究能力； 融合测评

文章编号： 1005-6629（2024）11-0085-07

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 研究背景

2023年6月印发的《教育部等十八部门关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》，系统部署在教育“双减”中做好科学教育加法，要求“推进探究实践的科学教育，注重将知识与实践相结合，强化做中学、用中学、创中学，提升学生解决问题的能力”，要求“深化学校教学改革，实施启发式、探究式教学，培养学生深度思维”，要求“加强实验考查，提升学生动手操作和实验能力”。为强化对学生实验操作能力的培养，当下浙江省已有部分地区、市将实验基本操作纳入中考进行考察，经过多年实践之后也发现了新的弊端：实验操作虽然可以通过反复机械训练进行提升，但对于提升学生后期的科学素养并不明显。

《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）

强调要培养学生的科学探究与实践能力，但当下学生探究能力的评价还是沿袭传统的纸笔测试模型，它只能考察其中某一个或几个探究要素所表现出来的能力，割裂了科学探究的完整性，忽视了各环节之间的联系，因此纸笔测试对于学生探究能力的考察是片面的［1］。也有人将探究能力的测评简单理解成“实验操作技能”测评，事实证明操作技能强的学生其科学探究能力并不一定强，两者之间不存在

必然的联系。实验操作技能仅是科学探究能力的一部分，且实验操作能力可以通过反复机械训练提升，但科学探究能力并不能

因此而有所增长。因此，将实验技能和科学探究能力的测评进行有机融合，才能更全面、客观地评价学生的科学探究能力。

2 融合评测的难点

2.1 如何创设融合测评的任务

实验技能评测往往基于所给器材，学生按照实验目的完成实验操作、获取数据、得出结论，因此测评的任务往往是一份实验任务单。而科学探究能力是指像科学家那样积极、灵活地运用科学思维，经历认识和探索自然界的活动过程，需要学生在真实情境中发现和提出有探究价值的问题，并从问题和假设出发，依据探究目的设计探究方案，通过实验获取事实与证据、分析与论证，得出结论并作评估，然后进行表达与交流。因此，创设融合实验技能和科学探究能力的表现性评价任务是进行融合评测的载体。

2.2 如何统一融合测评的形式

实验技能操作的检测主要包括以下几种方式：纸笔测试、实验报告、现场观察。纸笔测试和实验报告都是根据学生试卷上的答题情况进行评价，虽然这种方式容易实现标准化且易组织，但是卷面测试评价只是实验技能的间接评价，不能真实全面地反映学生的实验技能。现场观察评价是纸笔测试的补充，主要考察学生的动手操作能力，但是这种测评方式也只注重操作技能，对于问题的探究、实验思维品质无法进行检测［2］。而科学探究能力的测评方式主要有：观察、工作单、计算机模拟、纸笔测试等。纸笔测试虽然能较客观地对学生的“科学观念”“科学思维”进行评价，但是对于“探究实践”“态度责任”等却较难进行测评，因此，国内外专家将表现性评价嵌入科学探究活动中，力求更加全面、客观地评测科学探究能力［3］。因此，统一实验技能和科学探究能力的测评形式是进行融合测评的主要手段。

2.3 如何构建融合测评的标准

由于缺乏实验操作和科学探究能力的评价标准，教师对于学生的实验技能和科学探究能力评价停留在主观的判断上，这会导致学生对科学探究的步骤、原理等认识肤浅，实验操作的规范性不强。因此，构建可检测、易操作、细致全面、与评价任务相匹配的评价标准是实现实验技能和科学探究能力测评的重要前提。

3 构建实验技能和科学探究能力融合测评体系

为解决“融合任务难、形式难和评价难”的问题，构建了“任务融合-形式融合-评价融合”的实验技能和科学探究能力融合测评体系（如图1所示）。通过聚焦真实情境下的表现性评价任务来实现驱动性任务的融合，让学生经历“像科学家一样”的探究过程：基于观察和实验提出科学问题，形成猜想与假设，设计实验方案，获取事实与证据，基于证据得出结论，以及评价反思交流，并在“获取事实与证据”环节测评学生的实验技能，从而实现形式上的融合。PTA（Primary Trait Agreement）

又称“基本要素特征分析法”，旨在将需要评价的行为表现细化为多种可测试的基本要素，逐一评价后整合起来便可得到被评价者表现出的整体水平，从而实现学生能力的可视化。本文通过开发PTA检核量表来解决评价难的问题，客观量化学生的表现性行为，真实准确地测评学生的实验技能和科学探究能力［4］。“科学身份认同”是PISA2025科学框架新增的评价维度，主要关注学生在科学领域的身份认同素养，这与“新课标”中的“科学态度与责任”相吻合。在现场测评后，通过访谈和问卷调查的形式对学生的自我认知、科学态度与责任进行更加全方位的考查。整个测评过程中，学生从PTA量表中能清晰知道科学探究实践的评价标准，并依据标准反思自身实验探究的不足之处，从而达到自主提升探究能力的目的，教师根据学生测评结果可反思教学，实现以评促改、以评促教。

3.1 任务融合：聚焦真实情境，探究驱动实践

表现性评价任务包括背景资料的提供、实验材料与用具的准备、探究问题的设定、猜想或假设的建立、探究方案的设计、事实与证据的获取、结论的得出、思考与分析、拓展与应用。猜想或假设需要提供依据；设计的实验需要画出装置，写出主要的操作步骤，设计实验记录表；事实与证据需要通过实验操作获取；思考与分析主要涉及意外现象、原理分析、其他方案等。表现性任务的设定要基于课程标准和教材，并凸显一定的实验技能、探究能力或工程实践能力。例如，在学习了“二氧化锰催化过氧化氢分解”这一教材实验后，可以创设生活中用双氧水消毒的真实情境，并补充“蔬菜中有过氧化氢酶”等背景资料，进而将“过氧化氢酶催化过氧化氢分解”和“探究不同蔬菜催化效率”进行整合，创设“探究不同蔬菜对过氧化氢分解速率的影响”这一表现性任务（如图2所示）。

3.2 形式融合：实验嵌入探究，纸笔融合操作

完整的科学探究能力考查应该包括：基于观察和实验提出科学问题、形成猜想与假设、设计实验与制订方案、获取与处理信息、基于证据得出结论、交流评估反思”六个基本环节，将实验技能考察融入“获取与处理信息”这一环节，能有效实现内容形式上的融合。操作形式采用纸笔测试和实验操作相融合的方式，从而更加客观真实、全面地测评学生的实验技能和科学探究能力。

3.3 评价融合：循证检验优化，开发PTA量表

结合表现性评价目标和表现性评价任务，设计匹配的评价标准，确定评价要素，研制PTA量表，将科学探究能力和实验技能进行量化检核评价。在设计量表时，借鉴循证检验的核心思想，按照“以当前最好的证据为基础”的原则（如图3所示，原则是“达标进入下一环节、不达标回头优化”）等，对PTA量表研制路径进行

全程质量控制和评价，并基于获取的证据在原有量表的基础进行优化与完善。

4 实验技能和科学探究能力融合测评实践

自2016年起，积极推进实验技能和科学探究能力融合测评，评估方式已经过四次优化升级。1.0版本以学生测评作为考察形式，教师现场测评为评价模式，此模式具有可操作性强、可模仿度高，易于在区域进行推广的优点，但是存在评价主观性强、所需人工多、学生对于操作扣分不认同的弊端。2019年，我们完成了从1.0版“现场观察式科学探究能力与实验技能综合评估”到2.0版“记录仪式科学探究能力与实验技能综合评估”的跨越，其最大的特点就是可以通过记录仪对学生的操作行为进行全程的录像，既能解决争议扣分问题，也能有效突破时空限制。2022年，评估方式再度更新为3.0版“摄像仪式科学探究能力与实验技能综合评估”，我们利用摄像仪进行录制并上传到后台，从而实现交互评价，显著增强了数据整合管理与自动化统计效能，评价的公平性也大大提升。当前正积极探索4.0版“AI技术驱动下的科学探究能力与实验技能综合评估”，旨在利用人工智能大幅提升表现性评价的效率。当下人工智能能对客观的实验操作进行准确的评价，准确率达到95%以上，但是对于方案的评价和个性化操作评价还是存在困难。四种评估方式因地制宜、灵活运用，显著拓展了评价的适用场景，并极大提升了评价的科学性、可重复性和便捷性（如图4所示）。

虽然随着科技的进步，评测的形式已呈现多样化，满足了不同的场景，但是受限于实验室的设备与后台资源开发，现场测评仍是推广性最强、操作最简便的测评模式。现场融合测评以学生纸笔测试和实验操作作为考查形式，学生基于表现性任务独立完成科学探究活动，时常为1小时，教师则在现场对照PTA量表对学生进行量化评价，整个测评过程包括五个主要环节（如图5所示）。

4.1 测评准备——解读PTA量表

考虑到探究任务的复杂性和评价过程的科学性，在评价前需要对监考人员进行流程的培训和PTA量表（见表1）的解读。尤其是对“实验设计思路”“实验步骤”“表格设计”“实验操作”“数据记录”的要素评价，需要逐条讲解评价的具体指标。比如“记录的实验数据真实、规范”这一指标，监考教师需要在学生读数的时候进行核对，记录与实验结果是否一致。“正确使用量筒量取体积”需要通过是否有蹲下来读数的动作来判定是否进行了平视的操作。

4获取的事实证据与分析

实验操作步骤（1） 检查器材，清点药品□□

（2） 能对试管进行编号、对烧杯进行标注□□

（3） 能正确进行装置气密性检查□□

（4） 能正确使用量筒和滴管量取所需体积的溶液□□

（5） 能正确组装实验器材□□

（6） 利用恒温水浴槽控制温度相同且在37℃□□

（7） 能用电子天平正确称量等质量的蔬菜和用量筒量取相同体积的水□□

（8） 利用小刀进行切块，利用研钵进行研磨，过滤得到质量分数相同的蔬菜研磨液□□

（9） 能正确称量等质量的研磨液和等体积的过氧化氢溶液，并进行混合□□

（10） 能正确利用排水法进行氧气的收集□□

（11） 能正确利用秒表记录收集氧气的时间□□

数据记录

（12） 能重复实验来确保实验的准确性□□

（13） 能整理器材，在实验过程中保持实验操作台面的整洁□□

记录的实验数据真实、规范□□

5得出结论

（1） 能够用自己的语言正确描述过氧化氢的分解速率□□

（2） 能够用自己的语言正确描述不同蔬菜对过氧化氢分解速率（或催化效率）的影响□□

（3） 正确阐述所得结论的证据□□

总分

4.2 现场测评——真实测评探究

创设表现性评价任务，学生根据背景资料、限定的实验器材和试剂进行探究实践（具体测评任务如图2所示），学生在规定时间内现场完成任务单上的科学探究活动，现场测评包括了任务单上的书面测评和获取事实与证据过程中的实验操作评价。

4.3 即时评价——依据PTA量表

教师根据PTA量表逐条进行评价（如图6所示），学生在操作过程中没有对试管进行标号、没有进行气密性检查，就在评分为0对应的栏目框内打√，并在后面标注理由。如果学生的方案和操作正确，就在评分为1对应的栏目框内打√，最后将各个环节的分数进行汇总。

4.4 交流反馈——师生达成共识

学生测评结束后，教师与学生进行交流，指出扣分处，并说明扣分依据。学生可以提出质疑、教师依据录像进行再沟通，达成共识后监考教师和学生签名，表示对评价结果无异议。然后，借助调查问卷的形式了解学生在真实探究实践下对于实验技能、科学探究能力、科学态度和社会责任的自我认知和理解，进而更加全面地了解学生的科学态度与社会责任感（如图7所示）。

4.5 汇总分析——优化PTA量表

汇总学生的任务单和PTA量表，结合监考教师的评卷建议，优化和完善任务单和PTA量表，为下次的评测做好铺垫。另外，分析全体学生各环节分数等级，有利于寻找出学生在科学探究能力和实验技能上普遍存在的问题。

5 反思与成效

5.1 实验融入探究，解决纸笔测试弊端

以实验技能和科学探究为立足点设置表现性评价任务，将纸笔测试与过程评价进行有机融合，通过观察学生在完成探究活动过程中的行为表现和获得的实验探究成果，来评价学生的实验设计、实验操作、收集证据、

解释现象、实验创新、问题解决、批判质疑等能力，实现了学生实验技能和科学探究能力客观真实的评价，优化了科学学科的评价体系，推动了测评方式的变革。

5.2 基于PTA量表，评价有据可依

融合科学探究能力和实验技能的PTA量表实现了评价的精准化和规范化，将学生的行为与PTA量表中的评价要素相对应，分类分项进行评价，既可以实现对学生科学探究能力和实验技能的综合评价，也能根据评价数据反思教学中存在的问题，进而实现以评促教、以评促改。

5.3 立足操作和证据，渗透实证思想和探究精神

学生经历了完整的科学探究过程，在获取事实与证据的环节上通过实验操作取得实验数据，既强化了学生的实验操作技能，也培养了学生的科学探究精神和实证意识。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部制定. 义务教育科学课程标准（2022年版）［S］. 北京： 北京师范大学出版社， 2022.

［2］金京生， 张策. 基于PTA量表的科学探究能力评价——以“铁粉、氧化铜混合物与足量稀硫酸反应的先后顺序”的实验探究为例［J］. 化学教与学， 2022， 9（5）： 8～13.

［3］郑莹. 关于初中物理实验测评误区的思考［J］. 物理教学， 2016， 38（11）： 43～48.

［4］蒋永贵， 金京生. 以评促探： 基于标准的科学探究评价工具设计与应用［M］. 杭州： 浙江大学出版社， 2021.