基于科學(xué)探究評價(jià)框架的高中物理實(shí)驗(yàn)操作試題開發(fā)探討

胡振歡 許桂清

（1.中山市桂山中學(xué)，廣東中山 528463；2.華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣東廣州 510631）

2017年教育部發(fā)布了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》），在課程目標(biāo)的闡述中指出，高中物理課程應(yīng)在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展.2020年教育部發(fā)布了《中國高考評價(jià)體系》，提出要立足全面發(fā)展育人目標(biāo)，構(gòu)建包括“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識”在內(nèi)的考查體系，扭轉(zhuǎn)不符合時(shí)代要求的教育評價(jià)導(dǎo)向，最終完成立德樹人的根本目標(biāo).因應(yīng)教育評價(jià)發(fā)展的需求，我們有必要對如何評價(jià)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)水平進(jìn)行進(jìn)一步的研究，目前基于紙筆測試的核心素養(yǎng)評價(jià)成為考試主流，對實(shí)驗(yàn)操作的考查也只停留在紙筆測試層面，可以說試題里面的物理實(shí)驗(yàn)沒有“物”，也是當(dāng)今高中物理考試中的一大遺憾，以評價(jià)促進(jìn)育人的功能有所缺失.

在2022年3月廣東某地級市高考備考研討會中的摸底調(diào)查顯示，由于目前高考中實(shí)驗(yàn)測試不考查實(shí)驗(yàn)操作，各普通高中開設(shè)實(shí)驗(yàn)熱情不足，即使學(xué)生到達(dá)實(shí)驗(yàn)室開展活動，但進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)缺乏有效的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生只是進(jìn)行簡單的操作體驗(yàn)，不利于判斷和提升學(xué)生核心素養(yǎng)水平，許多物理教師更是表示找不到合適的實(shí)驗(yàn)操作試題素材對學(xué)生進(jìn)行考核，因此筆者探索建立科學(xué)探究評價(jià)框架，探討開發(fā)實(shí)驗(yàn)操作試題的模式并進(jìn)行了實(shí)踐研究.

1 科學(xué)探究評價(jià)框架建立依據(jù)

1.1 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的科學(xué)探究素養(yǎng)

《課程標(biāo)準(zhǔn)》相比于舊版課程標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要變化是凝聚了物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，并制定了從水平1到水平5 的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平標(biāo)準(zhǔn).學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2是高中畢業(yè)生應(yīng)達(dá)到的合格要求，是學(xué)業(yè)水平合格性考試的命題依據(jù)，學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4 是用于高等院校招生錄取的學(xué)業(yè)水平等級性考試的命題依據(jù).［1］容易發(fā)現(xiàn)，水平1到水平5是層層遞進(jìn)的關(guān)系，對學(xué)生的要求指向明確.但是課程標(biāo)準(zhǔn)中的素養(yǎng)層級只是以學(xué)生表現(xiàn)為主的描述，從試題命制和試題分析的角度看來，這樣的描述顯得抽象和籠統(tǒng)，難以按照素養(yǎng)水平命制試題，也難以直觀判斷一道試題對應(yīng)具體考查的素養(yǎng)水平.因此操作試題中涉及的科學(xué)探究評價(jià)應(yīng)進(jìn)一步具體細(xì)化，使得命題時(shí)有據(jù)可依.

1.2 SOLO 理論

SOLO 分類理論是由澳大利亞著名教育心理學(xué)教授比格斯在1982年首先提出的.其對于教育領(lǐng)域產(chǎn)生深刻影響的是對每種發(fā)展階段下不同的層級水平進(jìn)行劃分，這些層級水平主要包括：前結(jié)構(gòu)層次，單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次，多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次，關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次和抽象拓展層次.對于每一層級，比格斯又主要是通過能力、思維、一致性與收斂性，以及回答結(jié)構(gòu)4個(gè)維度來進(jìn)行描述和界定的，［2］結(jié)合思維導(dǎo)圖可以直觀理解，如圖1所示.

圖1 SOLO 分類理論思維導(dǎo)圖

筆者借鑒SOLO 理論，在試題命制的角度對科學(xué)探究素養(yǎng)水平進(jìn)一步細(xì)化、具體化，形成評價(jià)框架，力求在實(shí)驗(yàn)操作試題命題和試題分析中更加具有操作性.

2 構(gòu)建科學(xué)探究評價(jià)框架和操作試題開發(fā)流程

2.1 構(gòu)建科學(xué)探究評價(jià)框架

SOLO分類理論與學(xué)業(yè)質(zhì)量的分層評價(jià)具有內(nèi)涵一致性，用該理論指導(dǎo)學(xué)業(yè)質(zhì)量的分層評價(jià)具有積極的實(shí)踐意義.［3］但SOLO 理論提到的5個(gè)等級水平和科學(xué)探究的5個(gè)水平并不是很嚴(yán)格的一一對應(yīng)關(guān)系，如前結(jié)構(gòu)水平認(rèn)為“學(xué)生基本上無法理解問題和解決問題，只提供了一些邏輯混亂、沒有論據(jù)支撐的答案”，這和科學(xué)探究的水平1要求是不一致的，科學(xué)探究水平1是要求學(xué)生已經(jīng)達(dá)到簡單認(rèn)知而非邏輯混亂的水平，由于科學(xué)探究水平1和水平2的具體描述都偏向單一認(rèn)知描述，因此在框架建立時(shí)可把水平1和水平2都看作有水平差異的單點(diǎn)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行細(xì)化劃分，如看作較低難度的單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平和較高難度的單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平，以此類推.雖然兩者并沒有嚴(yán)格一一對應(yīng)，但是可以形成以學(xué)業(yè)質(zhì)量水平為主，SOLO理論為輔的科學(xué)探究評價(jià)框架.

參考SOLO 理論中對于不同思維水平具體明確的操作性鑒定，結(jié)合《課程標(biāo)準(zhǔn)》中對于科學(xué)探究不同水平的經(jīng)驗(yàn)型抽象描述，對實(shí)驗(yàn)操作試題中所包含的核心素養(yǎng)科學(xué)探究不同水平進(jìn)行判別和斷定，并按照高中物理實(shí)驗(yàn)的四個(gè)基本要素：方案與原理、器材與操作、現(xiàn)象與操作和結(jié)論與分析進(jìn)行細(xì)分.以原理與方案這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作要素為例，水平2 的題目應(yīng)當(dāng)對應(yīng)單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平，結(jié)合探究要素里面的描述“根據(jù)已有探究方案”，因此題目對學(xué)生的要求較低，不單只是教材常規(guī)實(shí)驗(yàn)，更是學(xué)生能稍微一回想就能做出來的簡單實(shí)驗(yàn).而水平4 的題目應(yīng)該具有關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平，也就是達(dá)到這個(gè)水平的學(xué)生應(yīng)當(dāng)可以對幾個(gè)常規(guī)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行遷移整合，以此類推，逐一按照實(shí)驗(yàn)操作要素對科學(xué)探究水平進(jìn)行重新解構(gòu)，可以得出更具有操作性的科學(xué)探究評價(jià)框架，如表1所示.

表1 科學(xué)探究評價(jià)框架

續(xù)表

在評價(jià)框架實(shí)際應(yīng)用中對具體考查水平應(yīng)科學(xué)判定，如結(jié)論與分析的水平4 在評價(jià)框架描述分為3點(diǎn)，用分號隔開：“題目需要仔細(xì)觀察擬合數(shù)據(jù)并做遷移對比才能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；題目要求分析造成實(shí)驗(yàn)誤差的具體原因或者簡要提出改進(jìn)建議；要求能撰寫較為完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告.”實(shí)驗(yàn)操作題目只要符合以上描述中的任意一點(diǎn)，就可認(rèn)為是考查該要素水平5的題目.

2.2 實(shí)驗(yàn)操作試題的開發(fā)流程

結(jié)合評價(jià)框架和高中物理實(shí)驗(yàn)要求，可進(jìn)一步細(xì)化考試目標(biāo)和考試內(nèi)容，制定完善評分細(xì)則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作試題的命制.具體開發(fā)流程主要包括框架的構(gòu)建、試題的命制和試題的實(shí)施反饋，在反饋中促進(jìn)框架的完善，如圖2所示.

圖2 實(shí)驗(yàn)操作試題開發(fā)流程圖

在開發(fā)實(shí)驗(yàn)操作試題時(shí)，應(yīng)以評價(jià)框架作為中心，既可以用來細(xì)化考試內(nèi)容，也可以用來評價(jià)試題和擬定得分點(diǎn)，在考試實(shí)施后還可以及時(shí)反饋修正評價(jià)框架.

3 試題開發(fā)案例

按照開發(fā)流程，利用實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有器材，筆者設(shè)計(jì)了“測量未知電阻阻值”的實(shí)驗(yàn)操作試題，試題采用實(shí)物操作與紙筆測試結(jié)合的形式進(jìn)行，限制時(shí)間25min內(nèi)完成，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的器材，在高二物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)完畢后進(jìn)行操作考試，開發(fā)試題案例如下.

案例.利用所給器材盡量精確測量某未知電阻阻值，實(shí)驗(yàn)所給儀器如下：

A.待測電阻Rx；

B.多用電表；

C.電阻箱（0～9999Ω）；

D.電流表A（量程0.6A 和3A，內(nèi)阻約為10Ω和2Ω）；

E.電壓表V（量程3V 和15V，內(nèi)阻為3kΩ和15kΩ）；

F.滑動變阻器R1：0～10 Ω，額定電流為1A；

G.滑動變阻器R2：0～500 Ω，額定電流為0.3A；

H.學(xué)生電源固定為6V，內(nèi)阻約為1Ω；

I.開關(guān)S及導(dǎo)線若干.

儀器的參數(shù)都會具體給出，待測電阻實(shí)際阻值為10Ω，但是沒有在試卷上提示阻值范圍，因此在試卷作答區(qū)域，主要有4塊內(nèi)容：一是要求粗測未知電阻阻值；二是要求設(shè)計(jì)畫出測量阻值電路圖（標(biāo)出電表采用量程）；三是要求記錄數(shù)據(jù)（不給表格之類的引導(dǎo)內(nèi)容），并且得出阻值大小；四是要求分析實(shí)驗(yàn)誤差并提出初步改進(jìn)建議.其余均是老師直接具體的實(shí)驗(yàn)操作或者回看錄像給出評分.

評分可以按評價(jià)框架從實(shí)驗(yàn)4個(gè)要素進(jìn)行擬定，以下舉部分評分要點(diǎn)進(jìn)行分析.

（1）方案與原理（賦分10分）：本題考查學(xué)生在粗測出電阻阻值后，為選擇電表測量量程以及選擇內(nèi)接法或外接法提供數(shù)據(jù)依據(jù).對于盡量精確測量電阻的要求和后續(xù)處理數(shù)據(jù)的要求，考慮分壓接法，選用合適的滑動變阻器，均是常規(guī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對應(yīng)框架中水平3.另外在量程搭配不合適的時(shí)候，能遷移電表改裝的內(nèi)容，對電壓表進(jìn)行改裝，對應(yīng)框架中水平4.

（2）器材與操作（賦分20分）：本題的未知電阻準(zhǔn)確值為10Ω，但是一開始并沒有給出阻值范圍，因此應(yīng)該從多用電表大倍率擋位開始測量，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)過大而選擇更小的倍率進(jìn)行測量，對應(yīng)框架中水平3，在設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)后，要對眾多器材進(jìn)行準(zhǔn)確組裝，對應(yīng)框架中水平4.

（3）現(xiàn)象與數(shù)據(jù)（賦分10分）：本題的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象反應(yīng)在兩個(gè)電表的數(shù)據(jù)上，要求讀數(shù)時(shí)示數(shù)應(yīng)該超過量程的，對應(yīng)框架中的水平1，并合理選擇6 組以上數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，對應(yīng)框架中水平4.

（4）結(jié)論與分析（賦分10分）：在數(shù)據(jù)處理中已經(jīng)得出了電阻阻值，因此本塊內(nèi)容主要考查誤差分析，對應(yīng)框架中水平3，能否提出合理建議改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，對應(yīng)框架中水平5.

最終本實(shí)驗(yàn)操作考試的試題考查內(nèi)容和評分細(xì)則可以用表2呈現(xiàn).

表2 測量未知電阻實(shí)驗(yàn)評分細(xì)則

續(xù)表

考試實(shí)施中評分注意事項(xiàng)將進(jìn)一步細(xì)化，如關(guān)于多用電表使用的評分，能否一開始觀察指針位置是否在0刻度處（2分）；歐姆擋調(diào)零步驟和操作是否準(zhǔn)確（2分）；調(diào)整倍率后是否有重新調(diào)零（1分）；用完是否能把擋位調(diào)至OFF處（1分）.由于篇幅關(guān)系，不一一展示.通過學(xué)生做題情況和每個(gè)環(huán)節(jié)得分情況，可以具體判斷出學(xué)生在該塊內(nèi)容的素養(yǎng)達(dá)成情況.

4 開發(fā)實(shí)驗(yàn)操作試題和實(shí)施考試的注意事項(xiàng)

4.1 試題素材應(yīng)斟酌選擇

目前多地的中考進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作考試，實(shí)驗(yàn)考查常規(guī)實(shí)驗(yàn)，操作已經(jīng)固定化，考試往往只是簡單地重復(fù)再現(xiàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在應(yīng)考前已經(jīng)訓(xùn)練機(jī)械化，難以考查出學(xué)生應(yīng)有的科學(xué)探究水平，大多只能對應(yīng)本文建構(gòu)的評價(jià)框架水平3 以下，所以高中階段的實(shí)驗(yàn)考查建議進(jìn)行變式考查，可以在經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中選擇素材進(jìn)行整合創(chuàng)新命制，達(dá)到考查評價(jià)框架水平4 以上.如本文中的測量未知電阻實(shí)驗(yàn)，實(shí)質(zhì)上也是幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的綜合：多用電表的使用、電表的改裝和伏安法測電阻.這樣可以考查到學(xué)生是否具備較高的素養(yǎng)水平.另外考試需要用到的實(shí)物如電表的取材不能想當(dāng)然提供，要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室已有儀器命制操作試題.

4.2 試題命制應(yīng)有側(cè)重點(diǎn)

命題的重要依據(jù)是《課程標(biāo)準(zhǔn)》，和純書面測試一樣，命制一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作題目時(shí)，不可能全方面考查，因此制定考核目標(biāo)和考查內(nèi)容時(shí)便要有所取舍和側(cè)重，本文中的例題重點(diǎn)考查的是方案設(shè)計(jì)和儀器操作.如果本實(shí)驗(yàn)要重點(diǎn)考查儀器的選擇，則可以多準(zhǔn)備幾個(gè)不同量程的電表，增加迷惑性；如果要降低本試題中要求實(shí)驗(yàn)分析的水平5的要求，則可在最后一部分多提供一到兩個(gè)儀器，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，使解題方向不至于過于發(fā)散.

4.3 試題實(shí)施和流程設(shè)置應(yīng)符合操作實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

在器材準(zhǔn)備上操作考試會比純粹的書面考試要求更高，操作考試涉及更多實(shí)物，因此考試前要多次檢查相關(guān)器材確保給學(xué)生公平的實(shí)驗(yàn)條件.在實(shí)施實(shí)驗(yàn)操作考試時(shí)，應(yīng)讓學(xué)生在有錄像的情況下相互“隔離”進(jìn)行實(shí)驗(yàn).由于操作考試的評分更具有主觀性，觀看錄像時(shí)可進(jìn)行“二改”，兩位老師各自觀看錄像評分，由于組織此類考試比書面測試需要更多的人力物力，所以要注意考試流程安排的合理性，如筆者在設(shè)置考場和實(shí)施考試時(shí)候，把實(shí)物操作、記錄數(shù)據(jù)的地點(diǎn)和完善實(shí)驗(yàn)報(bào)告、處理數(shù)據(jù)的地點(diǎn)隔離開，不需要實(shí)物操作的地方采用一人監(jiān)考多人的方式，采用操作與數(shù)據(jù)處理時(shí)間連貫但地點(diǎn)不同的考查模式，提高考核效率.