評(píng)估高空墜蛋活動(dòng)

Carolyn+Higgins

當(dāng)我逐步開始使用《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）的時(shí)候，我開始仔細(xì)研究我在課堂上使用的課程和活動(dòng)，以確定我是否仍然可以使用它們。我優(yōu)先考慮的重點(diǎn)是建立與新標(biāo)準(zhǔn)一致的課程，同時(shí)保證學(xué)生有足夠的時(shí)間投入到3個(gè)維度目標(biāo)的學(xué)習(xí)中。我以前使用的許多資源并不符合NGSS，但不是所有的都需要被拋棄。相反，有些經(jīng)過深思熟慮的修改后能夠符合NGSS的要求，成為幫助學(xué)生理解特定現(xiàn)象的教學(xué)序列的一部分。

多年來，我的學(xué)生都以高空墜蛋項(xiàng)目結(jié)束力學(xué)這個(gè)單元的學(xué)習(xí)。我會(huì)給他們一份可使用材料清單，讓他們?cè)诩易鲆粋€(gè)自己的“雞蛋保護(hù)裝置”，在一定的標(biāo)準(zhǔn)和限制條件下，掉落后沒碎的雞蛋能夠獲得加分。這看起來是力學(xué)單元一個(gè)很棒的最終項(xiàng)目。然后NGSS出現(xiàn)了。為什么有人會(huì)在樓梯間扔下一個(gè)雞蛋，我需要為此找到一個(gè)理由。事實(shí)上，這個(gè)活動(dòng)和現(xiàn)實(shí)生活并沒有任何聯(lián)系。但是我們可以使之有聯(lián)系嗎？

EQUIP量規(guī)表可以幫助評(píng)估1節(jié)課或1個(gè)單元的質(zhì)量和可能的有效性。這個(gè)評(píng)價(jià)量規(guī)表包括判斷與特定NGSS維度相一致的部分，教學(xué)支持的質(zhì)量和學(xué)生進(jìn)展是否得到有效監(jiān)控。它可以確定資源中缺少的內(nèi)容。我使用這個(gè)量規(guī)表評(píng)估我在NGSS之前的墜蛋活動(dòng)以幫助判斷它是否可用，需要做哪些修改從而使它符合NGSS的要求。

規(guī)劃修訂

當(dāng)我在心中回顧與雞蛋墜落活動(dòng)相關(guān)的NGSS內(nèi)容時(shí)，我在尋找它符合的具體的預(yù)期表現(xiàn)（PE）。因?yàn)檫@些預(yù)期表現(xiàn)描述了學(xué)生在教學(xué)后應(yīng)該知道什么，一次學(xué)習(xí)體驗(yàn)對(duì)于學(xué)生達(dá)到預(yù)期表現(xiàn)顯然是不夠的。學(xué)生需要多種學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)建立他們對(duì)每個(gè)主題的理解。墜蛋活動(dòng)是建構(gòu)理解的一個(gè)學(xué)習(xí)序列的一部分。我回顧了中學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)了整合在雞蛋墜落學(xué)習(xí)經(jīng)歷中的潛在的學(xué)科核心概念（DCIs）、科學(xué)和工程實(shí)踐（SEPS），以及跨學(xué)科概念（CCs）。

在規(guī)劃活動(dòng)細(xì)節(jié)時(shí)，我重點(diǎn)讓學(xué)生在完成活動(dòng)的過程中參與到NGSS的3個(gè)維度的學(xué)習(xí)中。這個(gè)活動(dòng)涉及了幾個(gè)學(xué)科核心概念。我考慮了“各種能量形式之間的關(guān)系”這一單元中涉及的學(xué)科核心概念，并認(rèn)為這是學(xué)生對(duì)“能量守恒和能量轉(zhuǎn)換（DCI PS3.B）”的理解的一部分：“當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)改變時(shí)，不可避免地同時(shí)存在著一些能量的變化”（NGSS，2013）。與NGSS中的任何主題一樣，我規(guī)劃了一系列體驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生最終建構(gòu)這個(gè)學(xué)科核心概念。

例如，在建造雞蛋的保護(hù)裝置前，學(xué)生們要理解能量的類型，并通過下落物體砸出的沙子的量，在較小的尺度上研究能量的轉(zhuǎn)換。他們研究了當(dāng)鋼球從各種高度落入裝滿沙子的容器中時(shí)，能量是如何變化的。當(dāng)從較高的距離落下時(shí)，球在沙中產(chǎn)生更大、更深的凹陷。然后，他們研究了各種質(zhì)量的球從同一高度落下時(shí)，沙子所發(fā)生的變化。墜蛋活動(dòng)是這一系列中的最后一個(gè)活動(dòng)。除了提供了一個(gè)機(jī)會(huì)評(píng)估學(xué)生對(duì)能量隨運(yùn)動(dòng)改變而變化的理解，墜蛋活動(dòng)也有助達(dá)到DCI ETS1.C的要求：優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。具體地說，它涉及到這個(gè)觀點(diǎn)“測(cè)試最有可能的解決方案，并在測(cè)試結(jié)果的基礎(chǔ)上提出建議，進(jìn)行修改，這樣的迭代過程會(huì)導(dǎo)致更大的改進(jìn)，最終達(dá)到最佳解決方案”（NGSS，2013）。為了達(dá)到這個(gè)學(xué)科核心概念，我安排了足夠的課時(shí)測(cè)試和修改作品。

談到科學(xué)和工程實(shí)踐，構(gòu)建解釋和設(shè)計(jì)解決方案似乎最適合這個(gè)活動(dòng)。學(xué)生參與多種實(shí)踐，但活動(dòng)和對(duì)他們理解的評(píng)價(jià)集中在科學(xué)和工程實(shí)踐，特別是這樣的部分：“運(yùn)用科學(xué)的概念或原理進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)建和測(cè)試一個(gè)對(duì)象、工具、流程或系統(tǒng)”

（NGSS，2013）。最后，我確定了最佳的跨學(xué)科概念。這個(gè)活動(dòng)是關(guān)于能量轉(zhuǎn)換的，但我希望的跨學(xué)科概念要有一個(gè)更寬廣的視野，而不僅限于能量。由于學(xué)生構(gòu)建并測(cè)試的是一個(gè)有形的產(chǎn)品，我選擇的跨學(xué)科概念是結(jié)構(gòu)和功能。分析的重點(diǎn)將吸引學(xué)生確定所選材料的結(jié)構(gòu)如何有助于他們所創(chuàng)造的產(chǎn)品的功能。

當(dāng)學(xué)生參與到設(shè)計(jì)解決方案，并發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)如何影響功能的概念理解時(shí)，這個(gè)活動(dòng)支持他們學(xué)習(xí)能量轉(zhuǎn)換和工程優(yōu)化。在規(guī)劃活動(dòng)細(xì)節(jié)時(shí)，我隨時(shí)參閱EQuIP量規(guī)表，在過程中幾次停下來審查已完成的部分，以保證我的重點(diǎn)。

我的學(xué)生們很好地參與進(jìn)了與現(xiàn)實(shí)世界的問題相聯(lián)系的課堂學(xué)習(xí)體驗(yàn)中，所以我想到了讓學(xué)生們開發(fā)一個(gè)工程解決方案的需求。世界各地的偏遠(yuǎn)地區(qū)，經(jīng)常出于人道主義的努力，需要投遞藥物和疫苗。無人機(jī)也在用于新聞報(bào)道，并且似乎吸引了我的學(xué)生。我決定讓學(xué)生們參與建造世界衛(wèi)生組織的運(yùn)輸容器。這些容器可以保護(hù)由無人機(jī)運(yùn)送到偏遠(yuǎn)地區(qū)并從9米高的空中投放的藥品玻璃瓶，這恰好和我們學(xué)校的開放式3層樓梯問的高度相同。

在工程研制過程中，雞蛋將作為玻璃藥瓶的替代品。如果在測(cè)試所制作的包裝中雞蛋能保持完整，那么玻璃瓶也很可能在投放的過程中保持完好。我找了一些在線的無人機(jī)運(yùn)送的視頻，吸引他們進(jìn)入這個(gè)思路，并讓他們了解無人機(jī)的能力。

付諸行動(dòng)

學(xué)生們之前就參與過反復(fù)的工程設(shè)計(jì)過程，所以他們能夠理解設(shè)計(jì)和測(cè)試不是一個(gè)“一步到位”類型的活動(dòng)。他們知道評(píng)估并修改設(shè)計(jì)以開發(fā)最佳產(chǎn)品的重要性。

第1天吸引學(xué)生參與這項(xiàng)活動(dòng)是成功的。學(xué)生們對(duì)無人機(jī)的使用很感興趣，并急于開始設(shè)計(jì)。設(shè)置使容器可生物降解這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，使得設(shè)計(jì)比前幾年讓學(xué)生使用氣泡膜和包裝填充物更有創(chuàng)意。這一次，容器的結(jié)構(gòu)將與材料一樣重要。全班集思廣益，頭腦風(fēng)暴列出了可能的生物降解材料。他們列出一份可能的材料清單，我同意提供其中的大部分，其他材料可以從家里帶來。學(xué)生2～3人1組開始規(guī)劃模型。學(xué)生們也列出了他們需要從家中帶的材料清單。

第2～4天我給了3天的課堂時(shí)間設(shè)計(jì)和構(gòu)建模型。學(xué)生可以進(jìn)入樓梯間進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，但不允許放雞蛋。幾個(gè)學(xué)生帶來了雞蛋大小的石頭作為“乘客”。一些小組放學(xué)后留在學(xué)校繼續(xù)工作，試圖去達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)從而做出一個(gè)成功的產(chǎn)品。即使是對(duì)學(xué)業(yè)最為抗拒的學(xué)生也參與了進(jìn)來，所有人都喜歡該項(xiàng)目解決問題的特性和他們完全主導(dǎo)的自主性。當(dāng)模型搭建完成后，小組需要繪制一張帶有標(biāo)記的模型圖，并列出最終作品所用的材料。每個(gè)學(xué)生還必須寫一個(gè)對(duì)于當(dāng)容器接觸到地面時(shí)所具有的動(dòng)能是如何轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰慷挥绊懙皻さ某醪浇忉尅?/p>

第5天在測(cè)試容器下落的前一天，學(xué)生們進(jìn)行了作品展示，每組2～3分鐘向全班展示他們的模型和模型圖，并給出他們對(duì)于預(yù)計(jì)的能量轉(zhuǎn)換的解釋。

第6天在測(cè)試容器下落的這天，一個(gè)巨大的“×”貼在樓梯間底部的地板上，整個(gè)區(qū)域覆蓋著一層透明的塑料保護(hù)層。學(xué)生們站在扶手旁，安全地觀察著每一個(gè)容器從樓梯間落下。絕大多數(shù)雞蛋都在從9米高空中落下后保持完好。那些雞蛋碎裂的學(xué)生接受了這個(gè)事實(shí)，并開始思考改進(jìn)他們?cè)O(shè)計(jì)的方法以獲得成功。

第7天學(xué)生開始寫對(duì)于能量轉(zhuǎn)換的解釋和關(guān)于容器結(jié)構(gòu)中的每種材料是如何保護(hù)內(nèi)容物以實(shí)現(xiàn)容器功能的分析。學(xué)生們重新查看了依然在教室各處展示的模型圖和最初的解釋。這樣的反思能讓他們修改最初的想法并進(jìn)一步完善。雞蛋掉落后的狀態(tài)只決定他們分?jǐn)?shù)中的一部分，他們有機(jī)會(huì)通過描述為何會(huì)失敗，以及如何改進(jìn)設(shè)計(jì)而彌補(bǔ)扣分。

評(píng)測(cè)結(jié)果

NGSS已經(jīng)改變我評(píng)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)的方式。我現(xiàn)在把評(píng)測(cè)納入到學(xué)習(xí)的過程中，而不是直接用事實(shí)或概念的細(xì)節(jié)測(cè)試學(xué)生。我一直用形成性評(píng)測(cè)，但還沒有達(dá)到NGSS所要求的程度。我給每個(gè)學(xué)生每周的參與成績(jī)，在整個(gè)過程中，以小組形式檢查學(xué)生們的工作和他們參與全班討論的程度，評(píng)測(cè)他們的反應(yīng)。我也單獨(dú)評(píng)估每個(gè)學(xué)生對(duì)其所在小組的參與。雖然每個(gè)學(xué)生可能不會(huì)投入于相同類型的工作，但我期待看到每個(gè)學(xué)生都要求自己學(xué)習(xí)并與他人合作。

學(xué)生們?cè)谶@個(gè)活動(dòng)中的總結(jié)性成績(jī)是建立在容器是否達(dá)到所有標(biāo)準(zhǔn)和限制條件、雞蛋下落后的狀態(tài)，以及所寫的分析報(bào)告這幾者的總和之上的。分析報(bào)告要求學(xué)生回應(yīng)關(guān)于能量轉(zhuǎn)換，以及他們?nèi)萜髟O(shè)計(jì)中部件的結(jié)構(gòu)和功能等提示性問題。我鼓勵(lì)學(xué)生編輯完善作品以展現(xiàn)出更好的理解，并重新提交以提高他們的成績(jī)。

使用NGSS，學(xué)生有多樣的機(jī)會(huì)去熟練地達(dá)到每個(gè)預(yù)期表現(xiàn)的要求。自從在課堂上實(shí)施NGSS以來，我看到了所有學(xué)習(xí)者都在參與性上有所提高。從成績(jī)最好的到仍然需要幫助的學(xué)生，NGSS似乎對(duì)他們，對(duì)自然和設(shè)計(jì)的世界的理解都有著積極的影響。endprint