基于SPA理論的高中物理學科核心素養評價研究*

陳青雨 桑蘇玲 石星星

(寧夏師范學院物理與電子信息工程學院 寧夏 固原 756000)

2018年1月，教育部頒布了《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱新課標)，2020年對其進行了修訂.新課標中指出學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力；新課標將原先物理學科中的三維目標轉變為物理學科核心素養“物理觀念”“科學思維”“科學探究”及“科學態度與責任”四維目標[1].在此背景下，基于新課標的學科核心素養評價就成為現階段的研究熱點.文獻[2]提出應從多角度、多方面、多階段、結合多種形式來對學生探究、創新和實踐進行評價.文獻[3]基于文獻研究法和內容分析法構建了物理學科能力評價指標體系.文獻[4]基于布魯姆教育目標分類學構建了高中物理核心素養評價體系.文獻[5～7]提出應從研制試題入手對學生物理學科核心素養進行評價.文獻[8]借助SOLO理論和試題特點對學生的學業質量展開合理評價.

本文在以上研究的基礎上，基于新課標對學生物理學科核心素養的要求，以SPA理論為指導，構建了科學、定量的綜合評價方法，并用案例對此評價方法的有效性做了說明.

1 集對分析理論

集對分析理論(SPA理論)是我國學者趙克勤提出的一種全新的系統分析方法，其核心思想是從同、異、反3個方面來研究集對的不確定性[9].所謂集對，就是把兩個有聯系的集合看成一個整體，集對分析也就是分析這兩個集合的聯系度[10～12].集對分析的基本思路是在一定的問題背景下對所論兩個集合所具有的特性作同、異、反分析并加以度量刻畫[13].

集對的聯系度表達式為

式中N為集對所具有的特性總數；S，F和P分別為集對中兩個集合相同、相異和對立的特性數.i，j和k分別表示同一度系數、差異度系數和對立度系數.文獻[9]規定，S+F+P=N，i=1，k=-1，且有j∈(-1,1).

2 基于物理學科核心素養的集對分析理論

2.1 分維度評價方法

從集對分析法提出的核心思想來看，對于學生的物理學科核心素養評價，應遵循同、異、反的原則.當學生完全或基本掌握物理學科核心素養的某個維度時，那么學生在這個維度就達到了“同”的要求；反之，當學生對物理學科核心素養的某個維度完全沒有或幾乎沒有掌握，那么在這個維度上就達到了“反”的要求；如果結果在上述兩者之間，則說明達到了“異”的要求.我們規定學生物理學科核心素養的某一維度得分占此維度卷面總分80%及以上時，為“完全或基本掌握”；將占比40%及以下視為“完全沒有或幾乎沒有掌握”；占比在40%～80%之間則為“部分掌握”.

2.2 綜合評價理論

利用上面的方法可以簡單的對學生物理學科核心素養的各個維度進行評價，但是如果想對學生物理學科核心素養整體有一個綜合性的統計就需要更加科學、系統的方案了.文獻[14]利用集對分析理論中同、異、反思想提出了一種基于SPA算法的物理實驗成績評價方法.對于普通測驗成績評價時，可以不考慮差異度、對立度，而只應對集對分析同一度概念來評價，對學生的成績可根據集對分析的同、異、反理論來評定，最后對學生進行綜合評價.

(1)

這里bmn≤1.計算物理學科核心素養的綜合成績可用平均原則確定各項指標權重W=[W1,…,Wm]，由此得到聯系矩陣R=W×B，R中的元素就是i個待評R*的同一度.

得出綜合成績之后，同樣將學生在物理學科核心素養得分總值占理想總值比的80%以及以上視為“完全或基本掌握”；將得分占比40%以及以下視為“完全沒有或幾乎沒有掌握”；占比40%～80%之間視為“部分掌握”.

3 案例分析

本文選擇2020年某市某中學高一年級第三次月考物理試卷作為研究案例.

3.1 物理學科核心素養情況分析

首先對試卷中的物理學科核心素養進行分析，統計物理學科核心素養各個維度及其下各個要素所涉及的題號和分值情況，為后面計算學生的物理學科核心素養得分提供依據.分析結果如表1所示.

表1 試卷中物理學科核心素養各個維度細則表

我們僅舉物理學科核心素養的物理觀念維度做一說明.

題目1：有關牛頓第一定律說法正確的是？

該題目要求學生了解牛頓第一定律的由來，即伽利略是如何用理想實驗來證明物體所受的合外力和物體運動狀態之間的關系的；還要求學生對牛頓第一定律的實質及慣性有較深層次的理解.通過分析可以看出，該題考查的是物理學科核心素養物理觀念維度中的運動觀念.所以，該題應歸為物理觀念維度.

由于本次研究對象為月考試卷，所以在試卷中根據教學內容要求，重點考查了物理觀念、科學思維和科學探究3個維度的情況.

3.2 全體學生各維度得分情況

下面，統計全體學生試卷中物理學科核心素養各維度總得分與試卷中物理學科核心素養該維度總分的比值.將比值滿足對應條件的學生個數填入表2中對應的位置.

表2 試卷中學生物理學科核心素養的各個維度得分占比表

3.3 全體學生綜合得分情況

統計全體學生在試卷中物理學科核心素養的綜合得分情況，分析在該試卷中反映出來的學生的綜合能力.

利用表1對物理學科核心素養各個維度的劃分，可得出全體高一學生物理學科核心素養各個維度的得分、總得分及百分比.利用理想方案將比值滿足對應占比關系的學生個數填入表3中對應位置.

表3 理想方案下全體學生試卷物理學科核心素養的得分占比表

4 分析討論

4.1 全體學生各維度分析

物理觀念

(2)

科學思維

(3)

科學探究

(4)

將式(2)～(4)中的特性數S1-P3的值分別與特性總數N進行比較，以物理觀念維度為例，由于S1+F1?P1，說明該校學生在物理學科核心素養中的物理觀念維度掌握的普遍較好，中高等要求的學生(即S1+F1)數量較多；同理，對于科學思維維度和科學探究維度，處于中等要求的學生(即F2和F3)數量比較多.因此，我們可以得出結論，該校整個高一年級學生的物理學科核心素養各個維度掌握的程度都比較好.

4.2 全體學生綜合分析

被測1 307名學生的各項成績構成的矩陣為A3,1 307,記為

(5)

(6)

即1 307位學生的成績與理想方案的比值組成的矩陣.設各指標權重為

由此等式中的S4，F4，P4可知，總體上該校學生物理學科核心素養達到高等要求的學生比較少，大約占到了15.30%，中等要求的學生大約占81.48%，而低等要求的學生不到4%.

以上是學生單次月考物理學科核心素養的評價結果.如果要考查一學期甚至一學年的達成情況，可以根據學校每年月考的次數和每月對應的權重算出學生本年度月考物理學科核心素養總成績.再者，如果將學生高一到高三每年的月考成績都做上述的分析，再加上每年的權重，那么就可以計算出學生在高中三年的總成績.這樣不僅可以明顯地看出學生在高中三年內物理學科核心素養的提高情況，也能清楚直觀地看出該市該中學高中學生物理學科核心素養的達成情況.

5 結論

本文基于新課標要求，以某次月考試卷為例，對學生的物理學科核心素養達成情況進行了分析；基于SPA理論同、異、反的核心思想，評價了學生物理學科核心素養各維度和綜合達成情況.通過研究發現，基于SPA理論的定量評價，不僅能夠評價一名學生在物理學科核心素養某個維度的達成情況，也能從多個維度甚至是整體上評價多名學生的物理學科核心素養；再者，SPA理論在評價被測對象之后，還能對下次評測情況進行有效的預測.SPA理論下的定量評價，由于其具有的全面性、針對性和預測性等優點，有望在中學物理教學中得到廣泛推廣.