科學探究中“分析與論證能力”評價要素的探討

高岱亮

(濟南高新區(qū)第一中學 山東 濟南 250104

科學探究中“分析與論證能力”評價要素的探討

高岱亮

(濟南高新區(qū)第一中學 山東 濟南 250104

以“分析與論證”在科學探究中占有的地位為基礎，探討了“分析與論證能力”的評價要素以及表現(xiàn)品質(zhì)，最后梳理了不同評價要素之間的關系，為一線教師及教育研究者的深入研究提供了理論基礎.

分析與論證能力 科學探究 評價要素 表現(xiàn)品質(zhì)

1 “分析與論證”在科學探究中的地位

“分析與論證”是指科學探究過程中，在獲得實驗證據(jù)的基礎上將探究結果與自己原有的知識聯(lián)系起來，運用分析、綜合、歸納、演繹的科學研究方法，找到事件的因果解釋，形成超越學生原有知識和當前觀察結果的新的理解.

《普通高中物理課程標準(實驗)》提出了科學探究7個要素：提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作[1].“分析與論證”在科學探究中占有舉足輕重的地位.對實驗收集的證據(jù)進行處理分析,得出結論，能夠有效地解答“提出的問題”并驗證“猜想與假設”的質(zhì)量，同時為“評估”實驗的整體效果，進行小組交流合作奠定基礎.因此，“分析與論證”與科學探究中的其他要素有著密不可分的關系，如表1所示.

表1 “分析與論證”與科學探究中其他要素的關系

續(xù)表

2 “分析與論證能力”評價要素的分析

《普通高中物理課程標準》對科學探究中“分析與論證”的要求是：(1)對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理.(2)嘗試根據(jù)實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得出結論.(3)對實驗結果進行解釋和描述.(4)認識在實驗中進行分析與論證是很重要的.學生在進行實驗并收集完證據(jù)后，首先需要對實驗數(shù)據(jù)進行處理，然后對處理后的數(shù)據(jù)進行分析并得出結論.因此，本文將“分析與論證能力”的評價要素確定為處理數(shù)據(jù)的能力、分析數(shù)據(jù)的能力和得出結論的能力.

2.1 處理數(shù)據(jù)的能力

學生在進行實驗并收集完證據(jù)后，會發(fā)現(xiàn)收集的數(shù)據(jù)比較“零散”，不利于統(tǒng)計分析.因此，在分析與論證實驗數(shù)據(jù)時，首先要對實驗數(shù)據(jù)進行“合理化”處理.這里的“合理化”是指能夠運用合理的方法手段處理實驗數(shù)據(jù)且過程準確無誤.例如：高中《物理·必修1》教材中有很多實驗需要運用打點計時器測物體運動的加速度，由于打出紙帶上兩點的時間間隔為0.02 s，不利于后續(xù)數(shù)據(jù)的分析，因此需要對紙帶進行簡單地處理，取5段時間間隔為1個計數(shù)點，這樣在計算加速度時計數(shù)點間的時間間隔由0.02 s放大到0.1 s，便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析的需要.高中物理教材的很多實驗都需要對數(shù)據(jù)進行初步處理，然后才能深入分析得出結論.通過對一線教師的了解發(fā)現(xiàn)，部分學生在處理數(shù)據(jù)的過程中，容易在規(guī)范上犯一些小錯誤，甚至有的學生不能夠根據(jù)實驗目的合理地處理數(shù)據(jù).因此，“處理數(shù)據(jù)的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平如表2所示.

表2 “處理數(shù)據(jù)的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平

2.2 分析數(shù)據(jù)的能力

“分析數(shù)據(jù)的能力”決定著得出結論的方向.它包含著以下3個方面的評價內(nèi)容.

(1)分析數(shù)據(jù)的靈活性，即“能夠采用不同的方法對處理后的數(shù)據(jù)進行比較分析”.部分實驗的數(shù)據(jù)能夠通過多種不同的分析方法得出實驗結論，但是運用不同分析方法得出結論的精確程度會有一定的差別.這就需要學生在分析數(shù)據(jù)的過程中，會運用多種不同的分析方法對處理后的數(shù)據(jù)進行比較，以找出精確程度高、直觀簡潔的分析方法來對結論進行描述.例如，在高中《物理·選修3-1》“測電源的電動勢和內(nèi)阻”實驗中，實驗原理為E=U+Ir,電路圖如圖1所示.

圖1 “測電源的電動勢和內(nèi)阻”原理圖

學生在進行探究實驗時，通過對滑動變阻器上滑片的滑動記錄電流表和電壓表的一系列讀數(shù).對這些數(shù)據(jù)的處理有多種方法：一是平均法，即根據(jù)U和I的值列方程，求得電動勢和內(nèi)阻的平均值；另一個是圖像法，即將多組U和I的值在一坐標系中描點作圖，找圖像中的橫截距與縱截距，間接計算出電動勢和內(nèi)阻的數(shù)值.教材的處理是運用圖像法得出結論.但是在進行該實驗時，學生可以運用“平均法”和“圖像法”得出電動勢和內(nèi)阻的數(shù)值，然后通過比較分析來判斷哪種方法得出的結論更加直觀、合理，進而得出較為準確的實驗結論.

(2)分析數(shù)據(jù)的深刻性，即 “對實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因提出簡單的解釋”.“原因和結果”在物理實驗中通常表現(xiàn)為“實驗條件”和“實驗現(xiàn)象”.在實驗過程中，實驗條件發(fā)生了變化會引起實驗現(xiàn)象的改變，繼而導致實驗結果的改變.因此，教師在引導學生對實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因提出解釋時，讓學生能從“實驗條件”出發(fā)，分析數(shù)據(jù)產(chǎn)生或改變的原因，這樣能讓學生對實驗結論的本質(zhì)有一個深層次的理解.例如，“測電源的電動勢和內(nèi)阻”實驗，學生在連接好電路后閉合開關，在調(diào)節(jié)滑動變阻器時發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表示數(shù)變化非常微小，這時學生需要從“實驗條件”入手，自主分析電表示數(shù)的變化原因，從而提出合理的解釋：電流表和電壓表量程選取不當.

(3)分析數(shù)據(jù)的批判性，即“能夠積極地尋找異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，進行簡單的分析”.學生在進行實驗與收集證據(jù)的過程中，有時會遇到不符合規(guī)律的異常數(shù)據(jù).這時，如果學生能夠對異常數(shù)據(jù)進行原因分析，那么學生就會從“實驗原理”和“實驗過程”出發(fā)，重新審視整個實驗，對學生批判性思維的形成具有重要的意義.例如，在“測電源的電動勢和內(nèi)阻”實驗中，如果實驗過程中出現(xiàn)“電壓表有示數(shù)，而電流表沒有示數(shù)”的異常數(shù)據(jù)，那么學生就需要從電路的連接出發(fā)，一點點地分析故障產(chǎn)生的原因，最終找出“滑動變阻器接觸不良”等原因.

綜上所述，“分析數(shù)據(jù)的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平如表3所示.

表3 “分析數(shù)據(jù)的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平

續(xù)表

2.3 得出結論的能力

“得出結論的能力”是“分析與論證能力”的重要評價要素之一.學生在對數(shù)據(jù)進行處理與分析后，能否根據(jù)數(shù)據(jù)合理地描述出正確的結論是評價學生“得出結論能力”的重要依據(jù).學生在處理、分析數(shù)據(jù)后，需要對數(shù)據(jù)所描述的規(guī)律進行進一步的總結與深化，用嚴謹?shù)恼Z言表述出來.例如，在進行“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”這一探究性實驗時，學生會通過小車、傾斜軌道、重物、打點計時器等裝置進行探究活動，進而得出加速度與力和質(zhì)量的“a-m”、“a-F”圖線.在畫出圖線后，如果學生根據(jù)上述圖線得出“物體運動的加速度a與質(zhì)量m成反比，與合外力F成正比”這一結論，那么就說明該學生在得出結論時沒有考慮到該實驗中需要控制變量，即當判斷加速度a與質(zhì)量m的關系時，沒有強調(diào)出“合外力F不變”；判斷加速度a與合外力F的關系時，沒有強調(diào)出“質(zhì)量m不變”.因此，該學生在得出結論時不夠嚴謹合理，得出結論能力的水平較弱.

綜上，“得出結論的能力”的品質(zhì)為結論的“合理性”，其具體的表現(xiàn)水平如表4所示.

表4 “得出結論的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平

3 評價要素與品質(zhì)的比重

為了定量地說明構成“分析與論證能力”的各要素及表現(xiàn)品質(zhì)的重要程度，本文對其進行了權重的確定.在權重的設置上，筆者通過對中學一線教師的調(diào)查以及結合課程與教學論研究方向的專家意見進行了確定.通過調(diào)查以及專家的意見可知，“分析數(shù)據(jù)的能力”能最準確、直白地反映出學生分析與論證能力的高低，決定著形成結論的質(zhì)量，因此，筆者將“分析數(shù)據(jù)的能力”給予了0.5的權重.“處理數(shù)據(jù)的能力”是對收集的實驗數(shù)據(jù)進行進一步整合，為分析數(shù)據(jù)提供了基礎，該評價要素起基礎性作用，但不決定學生“分析與論證能力”的關鍵，因此，筆者將“處理數(shù)據(jù)的能力”給予了0.3的權重.“得出結論的能力”是對數(shù)據(jù)處理分析后形成實驗結論水平，是學生“分析與論證能力”表現(xiàn)的結果，和前2個評價要素相比，該要素對學生的要求較低，因此，筆者將“得出結論的能力”給予0.2的權重[2].在此基礎上，每個要素對應表現(xiàn)品質(zhì)的權重也給予了相應的確定，具體權重分布如表5所示.

表5 “分析與論證能力”評價要素與表現(xiàn)品質(zhì)的權重

4 結束語

以上是對分析與論證能力的3個評價要素以及表現(xiàn)品質(zhì)進行了簡單的分析.“處理數(shù)據(jù)的能力”是基礎，沒有對數(shù)據(jù)的處理過程，就無法分析與得出結論；“分析數(shù)據(jù)的能力”是關鍵，只有對處理好的數(shù)據(jù)進行分析，才能夠得出正確而且嚴謹?shù)慕Y論；“得出結論的能力”是核心，這是處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的最終目的，只有得出了結論，才能夠對之前提出的問題進行合理化解答.“處理數(shù)據(jù)”、“分析數(shù)據(jù)”是“得出結論”的基礎，因此3個評價要素在科學探究的過程中是層層遞進的關系.上述評價要素與表現(xiàn)品質(zhì)及水平的確定對一線教師與教育研究者對科學探究中“分析與論證能力”的深入研究具有重要的指導性意義.

1 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗).北京:人民教育出版社,2003.10～11

2 宋麗霞,馬昌法.PTA量表在中學物理探究活動中的應用.物理教師,2009,30(5):6～8

3 葉兵.提出問題能力評價策略初探.物理教學,2010,32(9):38～40

4 江愛國.例談新課標下如何建構物理表現(xiàn)性評價.物理教學探討,2009,27(1):19～20

高岱亮(1991- )，男，碩士，中教二級，主要從事中學物理教學及研究.

2016-09-07)