美國(guó)NAEP科學(xué)探究紙筆測(cè)驗(yàn)試題的特點(diǎn)

張雅琪 張軍朋

（華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

如何評(píng)價(jià)學(xué)生的科學(xué)探究能力始終是科學(xué)教育者和科學(xué)教育機(jī)構(gòu)關(guān)注的問題.支持復(fù)雜的科學(xué)探究的學(xué)習(xí)，其主要障礙是缺乏高質(zhì)量的、有深度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法.一方面，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法有的并不能反映科學(xué)探究方面的內(nèi)容，有的則缺乏實(shí)踐性或過于復(fù)雜而難以操作.另一方面，以技術(shù)為基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法缺乏指導(dǎo)性的理論框架，難以為科學(xué)探究評(píng)價(jià)提供有效的操作和實(shí)踐.因此，研究和開發(fā)具有實(shí)踐導(dǎo)向性的科學(xué)探究的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法就成為各國(guó)在實(shí)施科學(xué)探究教學(xué)中的關(guān)鍵問題，這個(gè)問題在我國(guó)變得更為突出.［1］

美國(guó)國(guó)家教育進(jìn)展評(píng)價(jià)（NAEP）是美國(guó)目前唯一的也是最權(quán)威的全國(guó)學(xué)生學(xué)業(yè)成就評(píng)價(jià)體系，其2009年的科學(xué)評(píng)價(jià)框架中提出，科學(xué)探究是在識(shí)別科學(xué)原理與應(yīng)用科學(xué)原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，評(píng)價(jià)目的在于讓學(xué)生知道如何應(yīng)用科學(xué)知識(shí)和科學(xué)思維去提高對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)，考察學(xué)生對(duì)于科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，即“做科學(xué)”的能力.

NAEP科學(xué)探究評(píng)價(jià)的形式包括紙筆測(cè)驗(yàn)、操作表現(xiàn)性任務(wù)和計(jì)算機(jī)交互任務(wù).操作表現(xiàn)性任務(wù)和計(jì)算機(jī)交互任務(wù)并不是評(píng)價(jià)科學(xué)探究能力的最好以及唯一的方法，為了全面考核設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)科學(xué)探究的能力，紙筆測(cè)驗(yàn)也是必要的.

1 科學(xué)探究紙筆測(cè)驗(yàn)試題的特點(diǎn)

NAEP科學(xué)試題的首要原則就是面向全體學(xué)生，使不同背景的學(xué)生都能夠展示他們的科學(xué)探究能力.因此，NAEP科學(xué)探究試題的編寫盡可能的考察所有學(xué)生的科學(xué)探究能力，而不是特定地域特定群體.

1.1 從設(shè)計(jì)科學(xué)探究與評(píng)價(jià)科學(xué)探究?jī)煞矫孢M(jìn)行

科學(xué)探究比簡(jiǎn)單的觀察事物、總結(jié)規(guī)律及解釋現(xiàn)象要復(fù)雜得多，也比通常認(rèn)為的按照固定的邏輯順序開展科學(xué)研究要靈活的多.科學(xué)探究遠(yuǎn)不止“程序化的科學(xué)”那么簡(jiǎn)單，而是包括了對(duì)于自然界的理解和其他科學(xué)家所做出的科學(xué)探究、理論模型和解釋說明進(jìn)行的評(píng)價(jià)，并嘗試對(duì)同一觀察結(jié)果提出不止一個(gè)解釋.因此，NAEP科學(xué)探究評(píng)價(jià)主要從設(shè)計(jì)科學(xué)探究與評(píng)價(jià)科學(xué)探究?jī)煞矫孢M(jìn)行.

設(shè)計(jì)科學(xué)探究方面的試題，可以向?qū)W生呈現(xiàn)一些有關(guān)數(shù)據(jù)的表格，讓其由表格中數(shù)據(jù)總結(jié)結(jié)論.如下面這道12年級(jí)的試題：

朱莉有4個(gè)瓶子，她想知道哪個(gè)瓶子可以裝最多的水.朱莉測(cè)量了每個(gè)空瓶子的質(zhì)量，然后測(cè)量了每個(gè)瓶子裝滿水后的質(zhì)量.她制作了如表1所示.

表1

問：哪個(gè)瓶子可以裝最多的水？

在評(píng)價(jià)科學(xué)探究方面，可以讓學(xué)生指出一個(gè)不完善的探究過程中的漏洞，或改進(jìn)這個(gè)探究過程以得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù).如下面這道8年級(jí)試題：

梅格設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來比較3種運(yùn)動(dòng)鞋底的摩擦力大小，以下是她使用的儀器：

（1）運(yùn)動(dòng)鞋1. （2）運(yùn)動(dòng)鞋2.

（3）運(yùn)動(dòng)鞋3. （4）彈簧測(cè)力計(jì).

她采取如圖1所示的步驟，并將彈簧測(cè)力計(jì)放在運(yùn)動(dòng)鞋的左側(cè).

圖1

梅格在體育館的地面上測(cè)量了一只運(yùn)動(dòng)鞋底部的摩擦力，在草地上測(cè)量了第二只，在水泥人行道上測(cè)量了第三只.教師對(duì)梅格設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)不是很滿意.請(qǐng)指出梅格實(shí)驗(yàn)的不足之處.

說明梅格應(yīng)當(dāng)如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)來比較三種運(yùn)動(dòng)鞋底的摩擦力大小.

1.2 采用組合題的形式

NAEP試題多采用組合題的形式，包括試題串、預(yù)測(cè)——觀察——解釋（POE）任務(wù)、操作表現(xiàn)性任務(wù)和計(jì)算機(jī)交互任務(wù).組合試題可能全部是選擇題，也可能全部是建構(gòu)反應(yīng)題，或二者兼有.如下面列出的12年級(jí)的試題：

密度可以用來識(shí)別金屬的特性之一.如果確定了一種金屬的密度，就可以確定是哪種金屬，如表2所示.

表2

問題1.假設(shè)給你一只戒指，希望你能夠確定它是否由純金制成.設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)量這只戒指的密度.說明你的測(cè)量步驟，包括需要使用的儀器，以及你準(zhǔn)備如何使用這些儀器測(cè)量戒指的密度.

問題2.假設(shè)你測(cè)得這只戒指的密度為15.3g／cm3，如果戒指是由表2中所列出的幾種金屬混合而成的，你如何由計(jì)算密度確定戒指由哪些金屬組成？解釋你的答案.

1.3 評(píng)價(jià)目標(biāo)明確

好題目的關(guān)鍵就是要明確測(cè)量的目標(biāo).通過題目，學(xué)生知道被問的是什么，以及怎樣的回答是正確的.

NAEP試題的編寫者明確地說明了每道題的出題目的，如上面所舉的問題1的目的為“測(cè)量戒指的密度”，問題2為“確定戒指的成分”.這不僅有助于根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將題目分類（屬于內(nèi)容領(lǐng)域還是實(shí)踐和認(rèn)知要求），并有助于開發(fā)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與工具，減少評(píng)價(jià)中的分歧，為評(píng)價(jià)框架與說明提供依據(jù).

NAEP科學(xué)試題編寫者還認(rèn)為，一道題目的答案不應(yīng)當(dāng)作為另一題解答的依據(jù).如上面所舉的問題2中明確給出了戒指的密度值，而沒有要求學(xué)生先在問題1中計(jì)算密度，再由計(jì)算的結(jié)果確定戒指的成分.兩道題目之間是相互關(guān)聯(lián)的，但答案之間是相互獨(dú)立的，因?yàn)镹AEP評(píng)價(jià)的是學(xué)生“做科學(xué)”的能力，而非化簡(jiǎn)公式、計(jì)算數(shù)值等數(shù)學(xué)水平.

明確評(píng)價(jià)目標(biāo)不是將題目引向另一個(gè)極端—將題目模式化.太多的條條框框可能會(huì)變成讓學(xué)生按照既定的步驟進(jìn)行回答，而非考察學(xué)生的科學(xué)能力.在NAEP科學(xué)評(píng)價(jià)中，學(xué)生應(yīng)用科學(xué)探究的過程其實(shí)就是他們描繪自己對(duì)自然世界的理解過程，在描繪的過程中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備科學(xué)的認(rèn)知和態(tài)度，如變量控制、大樣本的選擇、以及承認(rèn)結(jié)論的不完善性等.

1.4 語言簡(jiǎn)單明了

題目的語言應(yīng)當(dāng)在不改變其測(cè)量功能的前提下盡量的清晰簡(jiǎn)明，以幫助學(xué)生理解，減少學(xué)生的困惑.NAEP科學(xué)探究試題的首要原則是測(cè)量學(xué)生應(yīng)用科學(xué)知識(shí)和科學(xué)思維認(rèn)知對(duì)自然界的能力，而非閱讀、數(shù)學(xué)或其他能力，因此對(duì)題目閱讀水平和數(shù)學(xué)水平都稍低于學(xué)生的科學(xué)水平.NAEP試題的題目極少使用大段的描述，并通過使用相似的語言結(jié)構(gòu)，減少解釋說明，避免雙重否定和多義詞語等方式使語言盡量的簡(jiǎn)單明了.同時(shí)，NAEP科學(xué)試題大量使用現(xiàn)代生動(dòng)的語句，并避免口語化和方言.必要時(shí)，也使用著重號(hào)、邊框或下劃線等版式使題目更加清晰明確.

1.5 圖表中包含重要信息

插圖、曲線圖和表格等圖表能夠形象的反應(yīng)題目的信息，有效提高題目的考察效率.但是如果圖表使用不當(dāng)，也會(huì)增加題目的迷惑性，使學(xué)生弄不清題目究竟要考察什么.NAEP科學(xué)探究試題使用圖表的首要原則是與題目?jī)?nèi)容一致或相似，盡量避免在圖表中出現(xiàn)與題目無關(guān)的信息.所使用的圖表應(yīng)當(dāng)包含題目中所有重要的信息.從上面問題1的表格（表2）中，即可讀出“不同金屬具有不同密度值”、“金的密度是19.3g／cm3”、“各金屬具體密度值”等重要信息，而避免出現(xiàn)與考察內(nèi)容無關(guān)的信息.

1.6 使用真實(shí)新穎的情境信息

情境信息包括問題情境、解釋說明、細(xì)節(jié)描述及背景知識(shí)等.適當(dāng)?shù)氖褂们榫承畔⒖梢詫⒖茖W(xué)概念置于全面的真實(shí)的環(huán)境中.科學(xué)探究能力的考查，需要在學(xué)生沒有遇到的新的物理問題情境下進(jìn)行.這就要求科學(xué)探究試題需要與學(xué)生的日常生活聯(lián)系緊密，如戒指是學(xué)生生活中常見的物體，而測(cè)量其密度以確定其成分則具備了一定的新穎性.

情境信息的語言應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單清晰、生動(dòng)形象.設(shè)置的情境應(yīng)當(dāng)適合被測(cè)年級(jí)的科學(xué)水平，必要時(shí)可以向?qū)W生提供他們所不具備的背景知識(shí)，如各種金屬的密度值等.

1.7 分等級(jí)描述學(xué)生的科學(xué)探究能力

NAEP科學(xué)探究試題的評(píng)分原則采用SOLO分類法，將學(xué)生的答案由高到低分為3個(gè)層次，分別給予滿分、部分分和零分.這3個(gè)層次的基本評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：

滿分：回答問題時(shí)能夠聯(lián)系多個(gè)事件，并進(jìn)行抽象概括.

部分分：回答問題時(shí)，只能從單一事件出發(fā)得出結(jié)論或聯(lián)系多個(gè)孤立事件，但未形成相關(guān)知識(shí)網(wǎng)絡(luò).

零分：沒有形成對(duì)問題的理解.

如上面問題1的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是這樣設(shè)置的.

滿分：學(xué)生通過設(shè)計(jì)一個(gè)與下面過程類似的實(shí)驗(yàn)展示了其測(cè)量金屬的密度來確定金屬成分的能力.

第1步，用天平稱量戒指，記錄其質(zhì)量m或“測(cè)量戒指的質(zhì)量”

第2步，將戒指放入盛有水的量杯中，并記錄放入戒指前后水的體積V.放入戒指后水的體積減去放入戒指前水的體積即為戒指的體積.

必要內(nèi)容：學(xué)生回答了上面步驟中的兩個(gè)或兩個(gè)以上.

部分分：學(xué)生回答了上面步驟中的一個(gè).

零分：學(xué)生沒有提到上面步驟中的任何一個(gè)或?qū)W生混淆了質(zhì)量或體積與密度的關(guān)系.

1.8 評(píng)分原則靈活，不拘泥于某一固定標(biāo)準(zhǔn)答案

在NAEP科學(xué)探究試題中，有些題目可能不止一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案，只要學(xué)生的回答符合科學(xué)原理，能夠解釋提出的問題，就應(yīng)當(dāng)給予正確.評(píng)分原則的制定也充分考慮了多種答案的可能性.如有這樣一道12年級(jí)的題目，要求學(xué)生只使用水和量筒或量杯測(cè)量固體的體積.評(píng)分原則給出了兩種可能的方法.

方法1：在量筒中倒入一些水，記錄水的體積.然后將固體放入量筒中，再次記錄水的體積.兩次記錄的水的體積差就是固體的體積.

方法2：用溢液法.在杯中加滿水，放入固體，用量杯接住溢出的水，測(cè)量溢出水的體積等于該固體的體積.

2 結(jié)論與啟示

在我國(guó)的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，近年來科學(xué)探究逐漸占有越來越重要的地位，科學(xué)探究已成為中小學(xué)科學(xué)課堂中的重要內(nèi)容.隨著科學(xué)探究在我國(guó)日益得到重視，科學(xué)探究評(píng)價(jià)所存在的問題也日益突出.如紙筆測(cè)驗(yàn)是否能夠準(zhǔn)確的反映學(xué)生真實(shí)的科學(xué)探究能力，操作考核往往過于復(fù)雜且難以操作等等.

我國(guó)科學(xué)探究評(píng)價(jià)的目標(biāo)與實(shí)施的可操作性之間仍存在一定的距離.目前我國(guó)科學(xué)探究評(píng)價(jià)存在以下問題.

（1）答案相關(guān)與題目模式化.

探究試題中常設(shè)置多個(gè)問題，問題之間有著緊密的聯(lián)系——第一題的答案往往成為第二題的條件.如果學(xué)生因?yàn)橛?jì)算或其他失誤而答錯(cuò)了某題，可能會(huì)將后面的作答引入歧途，數(shù)學(xué)水平成為了影響學(xué)生科學(xué)能力評(píng)價(jià)的因素之一.

如這樣一道全國(guó)物理高考題，要求探究物體在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力與斜面傾角的關(guān)系.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)通過用光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊通過光電門時(shí)擋光的時(shí)間來進(jìn)行探究.題目首先列舉了實(shí)驗(yàn)的具體步驟，然后要求學(xué)生用測(cè)量的物理量來完成下列各式：

① 斜面傾角的余弦cosα；

② 滑塊通過光電門時(shí)的速度v；

③ 滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度a；

④ 滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的摩擦阻力f.

計(jì)算斜面傾角和摩擦阻力并探究二者之間關(guān)系是本題的評(píng)價(jià)目的，然而摩擦阻力的求解需要借助第②、③問的結(jié)果，這不僅為學(xué)生求解本題提供了固定的方式，而且容易造成學(xué)生“一錯(cuò)而再錯(cuò)”.

該試題的另一個(gè)特點(diǎn)是給定了固定的器材和實(shí)驗(yàn)步驟.除此之外，很多探究題也要求學(xué)生敘述經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的方法和步驟，失去了探究實(shí)驗(yàn)應(yīng)具有的發(fā)散思維的精髓.這類探究題考察的仍然是學(xué)生對(duì)前人經(jīng)驗(yàn)的積累程度，而非對(duì)于科學(xué)研究方法的體驗(yàn)水平.科學(xué)探究應(yīng)重點(diǎn)考察學(xué)生理解自然界的方法與過程，而非讓學(xué)生按照固定步驟的“科學(xué)方法”重復(fù)前人的科學(xué)研究.

（2）題目描述過多.

探究試題應(yīng)當(dāng)設(shè)置真實(shí)的情境中，這往往造成了題目中大段的描述與解釋.學(xué)生在接觸題目時(shí)易產(chǎn)生抵觸與浮躁情緒，過多的文字也容易造成學(xué)生漏掉重要的信息，從而對(duì)題目產(chǎn)生迷惑.科學(xué)探究題目的考察目的應(yīng)為了解學(xué)生科學(xué)探究的能力，而不應(yīng)成為考察學(xué)生的閱讀水平或做文字游戲.

（3）圖表中過多無關(guān)信息.

在題目中插入圖表以使題目更加生活化逐漸成為一種趨勢(shì)，但應(yīng)注意避免無關(guān)信息給學(xué)生帶來解題的障礙.

如有一道中考題中給出了一張如圖2所示的出租車車票，要求學(xué)生計(jì)算出租車行駛的時(shí)間和平均速度.所示車票中的車號(hào)、單價(jià)、等候時(shí)間、金額等信息就容易引起學(xué)生的困惑或者忽略主要信息.

（4）情境設(shè)置不夠新穎與生活化.

為了使題目的設(shè)置貼近學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活，近年來的探究試題越來越多的加入了人們生活情境的元素.但是有些生活情境的設(shè)置過于陳舊，大多數(shù)素材來源于教材或教學(xué)內(nèi)容，如課本上已經(jīng)詳細(xì)說明的儀器或?qū)嶒?yàn)，缺乏介紹科技前沿的情境.而一些技術(shù)生產(chǎn)類的情境又與學(xué)生的生活相距過于遙遠(yuǎn)，學(xué)生難以直觀地想象其具體的場(chǎng)景.另外，多數(shù)探究題目的情境設(shè)置在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，給定了標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)器材，缺乏學(xué)生生活中常見的現(xiàn)象或物體，不利于培養(yǎng)學(xué)生從身邊事物發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題的能力.

（5）應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生多方式回答問題.

學(xué)生對(duì)于所呈現(xiàn)的情境材料有著不同的理解，解答問題的思路與方法也應(yīng)不盡相同.探究試題應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生通過不同的途徑處理與回答問題.如學(xué)生可以通過圖示、表格或方程式等方式來解答問題.探究試題應(yīng)當(dāng)能夠評(píng)價(jià)學(xué)生科學(xué)知識(shí)與能力方面的水平與學(xué)業(yè)成就.

美國(guó)NAEP在評(píng)價(jià)學(xué)生科學(xué)探究能力方面所做的工作，對(duì)我國(guó)科學(xué)探究評(píng)價(jià)無疑具有一定的借鑒與參考價(jià)值.我們應(yīng)當(dāng)在充分研究的基礎(chǔ)上，將NAEP科學(xué)探究評(píng)價(jià)中的精華部分與我國(guó)的國(guó)情相結(jié)合，以促進(jìn)我國(guó)中小學(xué)教學(xué)中科學(xué)探究評(píng)價(jià)的進(jìn)一步發(fā)展.

1 張軍朋，許桂清.中學(xué)物理科學(xué)探究學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與案例.北京：北京大學(xué)出版社，2010.

2 U.S.Department of Education，NCES.NAEP Sample Questions［DB／OL］.http：／／nces.ed.gov／nationsreportcard／itmrls

3 NAGB＆U.S.Department of Education.Science Framework for the 2011National Assessment of Educational Progress［DB／OL］.http：／／www.nagb.org