初中物理實(shí)驗(yàn)探究能力評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建與實(shí)踐路徑

實(shí)驗(yàn)探究能力是學(xué)生科學(xué)思維與實(shí)踐能力的綜合體現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生會(huì)經(jīng)歷“猜想一驗(yàn)證—修正\"的科學(xué)探究過程。評(píng)價(jià)體系的建立旨在系統(tǒng)診斷學(xué)生在探究過程中控制變量、數(shù)據(jù)建模等核心能力的發(fā)展水平，避免傳統(tǒng)“重結(jié)論輕過程\"評(píng)價(jià)的弊端。通過構(gòu)建合理的評(píng)價(jià)體系，教師可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“探究實(shí)驗(yàn)行為\"背后的思維邏輯，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)評(píng)”一體化。其間，教師可以根據(jù)SOLO分類理論，為班中不同認(rèn)知水平的學(xué)生提供差異化的發(fā)展建議。教師需要明確初中物理實(shí)驗(yàn)探究能力評(píng)價(jià)體系的本質(zhì)是建立結(jié)構(gòu)化觀測框架，將原本隱性的科學(xué)思維顯性化，以判斷學(xué)生的發(fā)展水平，實(shí)現(xiàn)“反哺\"教學(xué)，促進(jìn)“以評(píng)促學(xué)、以評(píng)促教\"的邏輯，打破“機(jī)械刷題”的慣性思維，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。鑒于此，本文以滬科版“探究：浮力大小與哪些因素有關(guān)”為例，開展“初中物理實(shí)驗(yàn)探究能力評(píng)價(jià)體系\"構(gòu)建研究，分析評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建要點(diǎn)與構(gòu)建方式，總結(jié)具體實(shí)施路徑。

一、初中物理實(shí)驗(yàn)探究能力評(píng)價(jià)體系構(gòu)建過程

為什么要構(gòu)建初中物理實(shí)驗(yàn)探究能力評(píng)價(jià)體系呢？在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱\"新課標(biāo)”）中提出“科學(xué)思維、科學(xué)探究與實(shí)踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”三大核心素養(yǎng)目標(biāo)，傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)局限于對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)的講授以及實(shí)驗(yàn)過程的模仿，忽視了對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。此外，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)呈現(xiàn)兩類特點(diǎn)：第一類評(píng)價(jià)維度單一，過度強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，忽視了學(xué)生在探究中思維發(fā)展的情況。第二類教師只是借助模糊的評(píng)價(jià)指標(biāo)“優(yōu)秀、良、合格”對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)生只看到了最后的評(píng)價(jià)結(jié)果，未能明確自己需要改進(jìn)的具體路徑。

（一）目標(biāo)導(dǎo)向，分解核心素養(yǎng)

要想突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的困境，實(shí)現(xiàn)從“知識(shí)本位”向“素養(yǎng)導(dǎo)向”的轉(zhuǎn)變，教師需要系統(tǒng)研讀新課標(biāo)，明確物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需培養(yǎng)的學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)，解構(gòu)新課標(biāo)中“科學(xué)探究能力\"要求，將評(píng)價(jià)體系要素劃分為三個(gè)維度，即能力指標(biāo)、觀測要素以及層次標(biāo)準(zhǔn)，形成以目標(biāo)為導(dǎo)向的分層評(píng)價(jià)框架結(jié)構(gòu)。在滬科版“探究：浮力大小與哪些因素有關(guān)\"教學(xué)中，教師可以按照剛才的分析過程，根據(jù)新課標(biāo)要求，形成知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)（見表1）。

（二）過程觀測要素確定，探究行為過程

一般來說，實(shí)驗(yàn)探究流程包括猜想 $$ 設(shè)計(jì) $$ 操作 $$ 分析 $$ 反思五個(gè)環(huán)節(jié)。基于這五個(gè)環(huán)節(jié)以及“探究：浮力大小與哪些因素有關(guān)\"實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，教師構(gòu)建不同環(huán)節(jié)的過程評(píng)價(jià)觀測要素和分層標(biāo)準(zhǔn)，形成“能力發(fā)展階梯”與“行為診斷工具”，具體框架如下。

1.猜想與假設(shè)環(huán)節(jié)

在猜想與假設(shè)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)是關(guān)注生成的科學(xué)性與邏輯性，設(shè)置三級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。基礎(chǔ)層屬于直覺猜想，學(xué)生會(huì)認(rèn)為浮力與物體材質(zhì)有關(guān)；發(fā)展層則考查經(jīng)驗(yàn)性推理，猜測浮力會(huì)隨著物體浸入的深度而變化，深度越深，浮力越大；高階層則是基于物理原理，提出可驗(yàn)證的物理假設(shè)，如浮力大小與排開液體體積、液體密度有一定關(guān)系。

2.方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)是區(qū)分自變量、因變量和不變量，評(píng)估學(xué)生的變量控制能力。在浮力實(shí)驗(yàn)中，A層學(xué)生可以參考教材方案；B層學(xué)生則是在教材方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，提出使用“溢水杯和量筒組合”，以增強(qiáng)排開體積測量的精準(zhǔn)度;C層學(xué)生則是在A、B層學(xué)生的基礎(chǔ)上創(chuàng)新突破、大膽猜想，提出“利用浮力差測量液體密度”的拓展型實(shí)驗(yàn)。

3.實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)

教師根據(jù)指定實(shí)驗(yàn)方案，使用嵌人式觀察工具實(shí)現(xiàn)過程性的評(píng)價(jià)，結(jié)合《操作規(guī)范核查清單》，其囊括了彈簧測力計(jì)調(diào)零、溢水杯液面控制等在內(nèi)的10項(xiàng)指標(biāo)。組內(nèi)成員分工合作，通過\"操作一記錄一監(jiān)督\"確保實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)性。

4.數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)

教師構(gòu)建數(shù)據(jù)處理一結(jié)論推導(dǎo)一誤差診斷三維度的評(píng)價(jià)模型，對(duì)基礎(chǔ)層可以將教材原始數(shù)據(jù)羅列出來；對(duì)發(fā)展層則是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的 F_F-V 排的散點(diǎn)圖，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)線性關(guān)系;對(duì)高階層則是建立 F_☉ 與 排的數(shù)學(xué)模型，解釋實(shí)驗(yàn)中數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)異常的原因。

5.反思與遷移

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師可以使用SOLO分類理論細(xì)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)新課標(biāo)對(duì)科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究與科學(xué)態(tài)度的要求，結(jié)合本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，構(gòu)建三級(jí)階梯式評(píng)價(jià)體系。本體系共有3個(gè)一級(jí)指標(biāo)、

6個(gè)二級(jí)指標(biāo)和18個(gè)可觀測點(diǎn)，每個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)層（A級(jí)） $$ 發(fā)展層（B級(jí)） ? 拓展層（C級(jí)）三個(gè)能力水平，具體框架如表2所示。

在本次評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)定中，教師主要圍繞科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)態(tài)度三個(gè)維度，關(guān)注實(shí)驗(yàn)中變量識(shí)別與邏輯推理能力。學(xué)生可以區(qū)分液體密度與物體重量對(duì)浮力的影響，排除沉沒深度與容器對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，并設(shè)計(jì)相同體積的鐵塊與鋁塊對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證\"浮力與物體密度沒有關(guān)系”。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生突破教材限制，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，通過可觀測行為指標(biāo)與分層標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)從“知識(shí)掌握”到“素養(yǎng)發(fā)展\"的進(jìn)階。

二、初中物理實(shí)驗(yàn)探究能力評(píng)價(jià)體系實(shí)施路徑

“探究：浮力大小與哪些因素有關(guān)”是滬科版物理八年級(jí)全一冊第九章第二節(jié)的內(nèi)容，圍繞教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，教師設(shè)置具有梯度的探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生的探究能力依次從低向高過渡。首先，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)合理的問題情境，提出實(shí)驗(yàn)問題、實(shí)驗(yàn)假設(shè)，讓學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、記錄與分析。其次，學(xué)生圍繞某個(gè)具體問題情境，做出假設(shè)，并自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。最后，教師圍繞實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生提出問題和假設(shè)，并自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，依據(jù)所提出的方案，完成實(shí)驗(yàn)操作，其間可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程適當(dāng)修正，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在結(jié)束實(shí)驗(yàn)后，教師提出探究能力評(píng)價(jià)體系實(shí)施路徑，如下。

（一）問題情境，激活學(xué)前概念

情境認(rèn)知理論中提到教師可以通過真實(shí)的情境激活學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)。在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師可以引入生活中的現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生提出可探究的物理學(xué)科問題，診斷學(xué)前概念。為此，在“探究：浮力大小與哪些因素有關(guān)\"教學(xué)中，教師給學(xué)生展示“鹽水浮雞蛋\"的現(xiàn)象，并提問“同學(xué)們，在剛才的實(shí)驗(yàn)中你們發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象？你們認(rèn)為這一現(xiàn)象與哪個(gè)物理量有關(guān)呢？為什么？\"學(xué)生結(jié)合上節(jié)課所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，回答：“雞蛋放在清水中會(huì)下沉，但在鹽水中會(huì)漂浮，這說明鹽水中浮力較大。”教師接著問：“浮力大小與哪些因素有關(guān)呢？\"學(xué)生可以大膽猜測，如與液體的密度有關(guān)、與雞蛋的重量有關(guān)等。通過問答活動(dòng)，教師判斷自前大多數(shù)學(xué)生可能誤認(rèn)為浮力與物體的重量有關(guān)，并組織學(xué)生填寫“假設(shè)自評(píng)表”，讓學(xué)生大膽提出自己的猜想內(nèi)容與猜想來源。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分層突破變量

分層教學(xué)法主張教師根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異設(shè)計(jì)差異化的學(xué)習(xí)任務(wù)，確保基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)，高階提升。因此，在物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，教師需按照學(xué)生的不同需求設(shè)計(jì)階梯式的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，強(qiáng)化變量的控制，創(chuàng)新學(xué)生思維。在“探究：浮力大小與哪些因素有關(guān)\"實(shí)驗(yàn)中，教師需要設(shè)計(jì)分層任務(wù)，如基礎(chǔ)層按照教材步驟，驗(yàn)證浮力與排開體積之間的關(guān)系（見圖1）。其間，學(xué)生使用彈簧測力計(jì)測量金屬物體的重量G，將金屬塊部分浸入水中，再次記錄彈簧測力計(jì)的示數(shù)（F），計(jì)算出浮力大小（ F_F=G-F₁ ），標(biāo)出水面上升的體積 ；然后將金屬物體全部沉沒到水中，記錄數(shù)值 F₂ 與 ，計(jì)算出 F_if2=G-F₂ ，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)浮力會(huì)隨著排開體積的增大而增大，完全浸沒后，浮力數(shù)值不發(fā)生變化。

對(duì)基礎(chǔ)層學(xué)生來說，教師需要關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性（在具體的操作規(guī)范性核查清單中，檢查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中彈簧測力計(jì)是否調(diào)零，水面標(biāo)記是否準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生將指針歸零，液面誤差 ≤3mm 則表示達(dá)標(biāo)，否則不達(dá)標(biāo)），能否用表格記錄對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出浮力與排開體積成正比關(guān)系。

對(duì)發(fā)展層學(xué)生來說，教師設(shè)計(jì)“鹽水與清水對(duì)比實(shí)驗(yàn)\"（見圖2）。實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)備等體積清水，將同一個(gè)金屬塊浸入兩種液體中，分別測量浮力 和 的數(shù)值，思考并討論為什么會(huì)出現(xiàn)數(shù)值差異。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生會(huì)觀察到鹽水的浮力要高于清水，并得出浮力與液體的密度有關(guān)的結(jié)論。教師需要從變量可控和數(shù)據(jù)可信度兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

學(xué)優(yōu)生則可以嚴(yán)格控制 v 排和深度，3次測量數(shù)據(jù)誤差 ?0.05N ；達(dá)標(biāo)學(xué)生則是基本可以控制變量，但仍然存在一定的偏差，3次測量數(shù)據(jù)誤差 ?0.1N 反之有待改進(jìn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中忽視了對(duì)無關(guān)變量的控制，且測量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，并未對(duì)其進(jìn)行復(fù)測。在拓展層，開展“使用浮力測量物體密度”的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需要使用彈簧測力計(jì)測量不規(guī)則物體的重力G，將其完全浸人水中，測量浮力數(shù)值 F_☉ ，計(jì)算排開水體積 ，推導(dǎo)出物塊的密度，并對(duì)比物塊實(shí)際密度與計(jì)算密度，以此驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要考查學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的掌握與遷移情況，是否可以將浮力計(jì)算公式轉(zhuǎn)化為物塊密度求解公式，實(shí)驗(yàn)中能否及時(shí)修正誤差，并嘗試?yán)眠@種方式測量其他不規(guī)則物體的密度。

在上述分層實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以從“驗(yàn)證浮力規(guī)律\"向“解決實(shí)際問題\"進(jìn)階。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的開展夯實(shí)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，拓展實(shí)驗(yàn)則激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，評(píng)價(jià)工具的使用實(shí)現(xiàn)了可視化，定位學(xué)生能力短板，且關(guān)注的內(nèi)容符合八年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，并與學(xué)科要求相契合，為浮力單元學(xué)習(xí)提供了結(jié)構(gòu)化評(píng)價(jià)工具。

（三）自主實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)能力進(jìn)階

建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)協(xié)作學(xué)習(xí)可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)化，若想要讓學(xué)生更好地理解“探究：浮力大小與哪些因素有關(guān)”實(shí)驗(yàn)中的原理和知識(shí)點(diǎn)，教師可以采用小組合作的方式，通過“問題引入、猜想驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論應(yīng)用\"的循環(huán)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

在本環(huán)節(jié)，教師回顧“鹽水浮雞蛋\"的現(xiàn)象，并結(jié)合個(gè)人生活經(jīng)驗(yàn)，思考“死海漂浮”的原因，進(jìn)一步探究\"浮力與液體密度之間的關(guān)系”。學(xué)生四人一組，分組實(shí)驗(yàn)，并按照操作員、記錄員、監(jiān)督員和匯報(bào)員角色分工，明確本實(shí)驗(yàn)的目的是“驗(yàn)證浮力與液體密度間的關(guān)系”。

教師統(tǒng)一發(fā)放器材（彈簧測力計(jì)、金屬塊、相同的兩個(gè)燒杯、清水、密度 的濃鹽水、刻度尺等），小組討論，展示自己的測量方案。組1共分為四個(gè)步驟：步驟1，測量金屬物塊的重力G；步驟2，測量浸沒在水中時(shí)的拉力 F₁ ，計(jì)算浮力 ；步驟3，浸沒到鹽水中測量拉力 F₂ ，計(jì)算出 步驟4，對(duì)比 F_☉1 與 數(shù)值差異，思考其原因。小組內(nèi)的操作員負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的實(shí)施，記錄員負(fù)責(zé)填寫對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，監(jiān)督員負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)驗(yàn)中設(shè)備的檢查，減小誤差，如檢查測力計(jì)垂直懸掛的傾斜角是否 ?5^° 兩次測量液面高度是否一致（均位于杯口2cm位置）。匯報(bào)員將此次數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總后在全班展示，如表3所示。

在小組匯報(bào)展示后，教師從學(xué)習(xí)理解能力、應(yīng)用實(shí)踐能力和遷移創(chuàng)新能力三個(gè)維度進(jìn)行分層評(píng)價(jià)。小組1計(jì)算出清水浮力與鹽水浮力之間相差0.2N時(shí)，教師提出：“為什么會(huì)有浮力差的產(chǎn)生呢？你們知道如何在實(shí)驗(yàn)中排除干擾，得出我們想要的結(jié)論嗎？”學(xué)生通過回顧實(shí)驗(yàn)，回答：“鹽水密度要大于水的密度，在實(shí)驗(yàn)中通過完全浸沒金屬塊，確保排開水的體積是相等的，避免 v 排不等干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。\"學(xué)生根據(jù)結(jié)論，解釋“死海漂浮”的原因，即液體密度要大于人體密度 （P_MP_M） ，人受到的浮力要大于人本身的重力。隨后，教師創(chuàng)設(shè)問題情境：“農(nóng)民想要篩選出飽滿的種子在來年播種，要如何利用鹽水提升選種的效率和質(zhì)量呢？\"學(xué)生嘗試提出自己的看法：“可以先配制合適濃度的鹽水，飽滿的種子密度較大，在鹽水中會(huì)下沉;若是干癟的種子則會(huì)上浮。”

教師根據(jù)表2評(píng)價(jià)體系中的細(xì)化內(nèi)容，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，形成完整的評(píng)價(jià)表，如表4所示。

教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋進(jìn)行打分，可以準(zhǔn)確把握學(xué)情，給出不同的學(xué)習(xí)方法。例如，學(xué)習(xí)較薄弱的學(xué)生，可以進(jìn)一步觀看“浮力公式推導(dǎo)\"的微課，理解實(shí)驗(yàn)原理，并完成相關(guān)的練習(xí)題，明確在探究浮力與密度關(guān)系時(shí)需要控制變量；其余學(xué)生則可以嘗試結(jié)合實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，撰寫“浮力法測蠟塊密度”的實(shí)驗(yàn)方案。教師可以采用學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐和遷移創(chuàng)新的三維評(píng)價(jià)方式，診斷學(xué)生知識(shí)點(diǎn)內(nèi)化情況與核心素養(yǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，夯實(shí)基礎(chǔ)、提升實(shí)踐操作能力，驅(qū)動(dòng)高階思維發(fā)展。

（作者單位：福建省閩清縣城關(guān)中學(xué)）

編輯：趙文靜