基于實驗操作的物理核心素養評價設計

譚國武

（廣東省中山市實驗中學，廣東 中山 528404）

普通高中物理課程標準指出，物理學習評價應圍繞物理學科核心素養的具體要求，創設真實而有價值的問題情境，采用主體多元、方法多樣的評價方式，客觀全面地了解學生物理學科核心素養發展狀況.［1］物理核心素養的評價研究，目前主要集中在紙筆測試方面.紙筆測試能較好地實現對物理觀念和科學思維的評價，在科學探究方面的評價也可以做到比較客觀但卻不夠全面，在科學態度與責任方面的評價功能則極其有限.與紙筆測試相對的評價方式比較典型的是實驗操作.實驗操作能提供真實的問題情境，使學生脫離紙上談兵式的探究與應用，更加客觀真實地了解學生物理學科核心素養的發展水平，是紙筆測試的必要補充.中國高考評價體系指出，素質教育培養出的合格人才應該能夠學以致用，而實驗操作是學以致用的典型場景，與高考對學生應用性考查要求引導教學的功能相吻合.［2］因此，基于實驗操作的物理核心素養評價設計是非常有價值的探索.

1 評價要素分析

高中物理課程標準（2017年版）對物理核心素養有清晰的闡述，并做了5個層次的水平劃分.［1］以此為基礎，分析4個方面核心素養的評價要素，如表1所示.

表1 物理核心素養水平（水平4）描述與評價要素

在物理核心素養的評價要素中，除了根據課程標準提煉出的14個要素外，還有一個實際操作能力，也是科學探究素養的重要內涵.實際操作能力是相對于動腦思考記憶來講的，即使學生對科學探究的全流程在理論上都能理解，但將探究方案通過動手操作實際呈現出來，仍然是一種重要而不同的學科核心素養.

這些評價要素中，有些通過紙筆測試比較有優勢，有些通過實驗操作測試比較有優勢，有一些在兩種方式中都可以有所體現，具體分析如表2所示.

表2 各評價要素適配的評價方式

2 基于實驗操作的評價要素水平劃分

基于實驗操作的評價要素，在考生水平表現方面并不能像紙筆測試一樣有標準答案可供打分評價.對實驗操作中體現的素養水平劃分，可以根據實現目標的程度分為不合格、接近合格，合格，優秀4個等級.適合實驗操作的評價要素有12個，其中推理論證體現在探究方案設計或者形成結論的活動中，質疑能力和科學態度、動手操作主要體現在獲取、分析數據并形成結論的活動中，因此合并計分，評價要素也從14個合并為9個.其具體水平表現如表3所示.

表3 評價要素及其水平層次

3 評價方式設計與樣例

用于核心素養評價的實驗操作，可以細分為直接觀察、直接測量、實驗探究、問題解決4類.在進行實驗操作考查時，教師首先向考生說明考試規則，要求考生按照指令要求進行操作.

3.1 直接觀察類評價測試設計與樣例

直接觀察類評價測試是指由教師操作演示，學生進行觀察并提出問題，并對觀察結果進行原因猜想或解釋的一種測試方式.直接觀察類實驗可以考查學生的問題界定水平，包括“分析相關事實，提出并準確表述可探究的物理問題，作出有依據的假設”等方面.下面以觀察光電效應實驗為例進行說明.

試題：請認真觀察實驗現象.（1）描述觀察到的現象并作出解釋；（2）請根據所觀察到的現象，提出至少1個可探究的問題，并提出探究方法.請在答題紙上作答.

教師的行為包括以下幾個方面.

（1）介紹實驗器材：毛皮，橡膠棒，驗電器（介紹驗電器指針與連桿材質為鋁），白光燈，紫外燈.

（2）提醒學生注意觀察，然后進行如下操作：用毛皮摩擦幾次橡膠棒，然后用橡膠棒接觸驗電器金屬球.用白光照射驗電器內部指針與連桿部分約30 s，然后用紫外燈照射驗電器內部指針與連桿部分約30 s.

③臨床惡化 慢加急性（亞急性）、慢性肝衰竭臨床惡化標準：（a）乏力、納差、腹脹、出血等臨床癥狀及體征加重；（b）肝功能指標加重；（c）新發并發癥和/或肝外臟器功能衰竭，或原有并發癥加重。

教師評價方法：觀察學生行為，評閱答題紙上學生的答題內容.

具體評價設計說明如表4所示.

表4 “觀察光電效應現象”實驗考查學生物理核心素養水平評價設計

3.2 直接測量類評價測試設計與樣例

直接測量類評價測試是指由教師提出測量任務并提供實驗器材，學生進行實際操作，并記錄數據處理測量結果的一種測試方式.直接測量類實驗可以考查學生的獲取數據、社會責任等方面的素養水平.以“用螺旋測微器測量金屬絲的直徑”為例，教師提供的器材：螺旋測微器，1 m長的金屬絲，空白紙，學生自帶筆.

試題：請利用已有器材測量金屬絲的直徑，并將數據與測量結果寫在答題紙上.

教師評價方法：觀察學生行為，評閱答題紙上學生的答題內容.

具體評價設計說明如表5所示.

表5 “用螺旋測微器測量金屬絲的直徑”考查學生物理核心素養水平評價設計

3.3 實驗探究類評價測試設計與樣例

實驗探究類評價測試是指由教師提出探究任務并提供實驗器材，學生進行實際操作完成任務的一種測試方式.實驗探究類評價測試范疇較廣，主要包含以下兩種細分形式.

形式1：間接測量.間接測量類評價測試是指不能直接用測量工具測量出需要的物理量，而是需要學生設計實驗方案，獲取數據，分析數據進行間接測量的一種測試方式.

形式2：問題探究.問題探究類評價測試是指為了探究某個問題，學生設計探究方案，獲取數據，分析數據形成結論的一種測試方式.問題探究類實驗根據所給條件多少的不同，又可以分為完全探究和不完全探究兩種.完全探究是一種自由度最大的問題探究，例如“探究毛細現象顯著程度與哪些因素有關”.不完全探究是指已經給出部分探究基礎，只需要學生在此基礎上繼續進行實驗探究就可以完成任務，是一種自由度稍小的問題探究.例如“探究毛細現象顯著程度與細管粗細的關系”.

間接測量類實驗和問題探究類實驗均考查了學生實驗方案設計，獲取數據，分析數據形成結論，誤差分析，交流反思等方面的素養水平，也可以體現創新能力和社會責任等方面的素養水平.下面以“探究毛細現象顯著程度與哪些因素有關”為例進行評價測試設計，具體評價設計說明如表6所示.

表6 “探究毛細現象顯著程度與哪些因素有關”考查學生物理核心素養水平評價設計

續表

試題：請在實驗臺上已有器材中選用合適的器材，設計實驗方案并進行實際操作，探究毛細現象顯著程度與哪些因素有關，并填寫實驗報告表格中各項目內容.毛細現象顯著程度可以用細管內外液面高度差來表示.請至少進行兩個因素的探究.（說明：如果不能自主設計實驗方案，需要教師指定實驗器材或給定一部分實驗方案，請舉手示意）

教師評價方法：觀察學生行為，評閱實驗報告.［實驗報告包括實驗目的（已給出）、猜想、選用器材、實驗方法、步驟、數據記錄、結論等幾個項目.］

3.4 問題解決類評價測試設計與樣例

問題解決類評價測試是指由教師提出問題并提供學生實驗室常見器材與工具，學生對問題進行分析并實際操作解決問題的一種測試方式.問題解決類評價測試中的問題，主要包括生活與學習中與物理知識有關的常見問題，例如小制作、演示、電路故障排除等.問題解決類評價測試主要評價學生問題解決、創新能力、科學態度等方面的素養水平.下面以“排除電路故障”為例進行說明.

試題：實驗臺上的電路在開關閉合后燈泡不亮，請利用實驗臺上已有器材和工具（如果沒有可以向教師提出借實驗室其他器材或工具），檢測電路故障，在不改變原有電路結構的基礎上盡可能低成本地排除故障修復電路.并將檢查出的故障原因寫在答題紙上.

教師提供的器材有：2節干電池供電的串聯電路，高中物理實驗室電路相關常見器材與工具，答題紙，學生自帶筆.

教師評價方法：觀察學生行為，評閱答題紙上學生的答題內容.

具體評價設計說明如表7所示.

表7 “電路故障檢查與排除”問題解決考查學生物理核心素養水平評價設計

續表

4 探索展望

由表1和表2可知，基于實驗操作的物理核心素養評價要素，與物理核心素養中的科學探究方面吻合度最高.目前對科學探究素養評價的研究也有了一定的發展，例如張國平老師對科學探究各要素的水平要求進行細化，按照問題要素、證據要素、解釋要素和交流要素4個方面制訂評價細則.［3］目前對科學探究素養的評價研究大多集中在紙筆測試的實驗題設計上，部分涉及到實驗操作但缺乏具體的可操作的評價實施方法.基于實驗操作的核心素養評價探索不局限于科學探究素養的評價和實驗題的紙筆測試，在實驗操作的試題命制、考試組織、考試評分、考場設置與后勤保障等方面還需要進行深入具體的探索與實踐.