高岱亮

(濟(jì)南高新區(qū)第一中學(xué) 山東 濟(jì)南 250104

科學(xué)探究中“分析與論證能力”評價(jià)要素的探討

高岱亮

(濟(jì)南高新區(qū)第一中學(xué) 山東 濟(jì)南 250104

以“分析與論證”在科學(xué)探究中占有的地位為基礎(chǔ)，探討了“分析與論證能力”的評價(jià)要素以及表現(xiàn)品質(zhì)，最后梳理了不同評價(jià)要素之間的關(guān)系，為一線教師及教育研究者的深入研究提供了理論基礎(chǔ).

分析與論證能力 科學(xué)探究 評價(jià)要素 表現(xiàn)品質(zhì)

1 “分析與論證”在科學(xué)探究中的地位

“分析與論證”是指科學(xué)探究過程中，在獲得實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上將探究結(jié)果與自己原有的知識聯(lián)系起來，運(yùn)用分析、綜合、歸納、演繹的科學(xué)研究方法，找到事件的因果解釋，形成超越學(xué)生原有知識和當(dāng)前觀察結(jié)果的新的理解.

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》提出了科學(xué)探究7個(gè)要素：提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作[1].“分析與論證”在科學(xué)探究中占有舉足輕重的地位.對實(shí)驗(yàn)收集的證據(jù)進(jìn)行處理分析,得出結(jié)論，能夠有效地解答“提出的問題”并驗(yàn)證“猜想與假設(shè)”的質(zhì)量，同時(shí)為“評估”實(shí)驗(yàn)的整體效果，進(jìn)行小組交流合作奠定基礎(chǔ).因此，“分析與論證”與科學(xué)探究中的其他要素有著密不可分的關(guān)系，如表1所示.

表1 “分析與論證”與科學(xué)探究中其他要素的關(guān)系

續(xù)表

2 “分析與論證能力”評價(jià)要素的分析

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》對科學(xué)探究中“分析與論證”的要求是：(1)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理.(2)嘗試根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得出結(jié)論.(3)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋和描述.(4)認(rèn)識在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行分析與論證是很重要的.學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集完證據(jù)后，首先需要對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并得出結(jié)論.因此，本文將“分析與論證能力”的評價(jià)要素確定為處理數(shù)據(jù)的能力、分析數(shù)據(jù)的能力和得出結(jié)論的能力.

2.1 處理數(shù)據(jù)的能力

學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集完證據(jù)后，會發(fā)現(xiàn)收集的數(shù)據(jù)比較“零散”，不利于統(tǒng)計(jì)分析.因此，在分析與論證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先要對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行“合理化”處理.這里的“合理化”是指能夠運(yùn)用合理的方法手段處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)且過程準(zhǔn)確無誤.例如：高中《物理·必修1》教材中有很多實(shí)驗(yàn)需要運(yùn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測物體運(yùn)動(dòng)的加速度，由于打出紙帶上兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s，不利于后續(xù)數(shù)據(jù)的分析，因此需要對紙帶進(jìn)行簡單地處理，取5段時(shí)間間隔為1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，這樣在計(jì)算加速度時(shí)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔由0.02 s放大到0.1 s，便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析的需要.高中物理教材的很多實(shí)驗(yàn)都需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，然后才能深入分析得出結(jié)論.通過對一線教師的了解發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生在處理數(shù)據(jù)的過程中，容易在規(guī)范上犯一些小錯(cuò)誤，甚至有的學(xué)生不能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮侠淼靥幚頂?shù)據(jù).因此，“處理數(shù)據(jù)的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平如表2所示.

表2 “處理數(shù)據(jù)的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平

2.2 分析數(shù)據(jù)的能力

“分析數(shù)據(jù)的能力”決定著得出結(jié)論的方向.它包含著以下3個(gè)方面的評價(jià)內(nèi)容.

(1)分析數(shù)據(jù)的靈活性，即“能夠采用不同的方法對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析”.部分實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)能夠通過多種不同的分析方法得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，但是運(yùn)用不同分析方法得出結(jié)論的精確程度會有一定的差別.這就需要學(xué)生在分析數(shù)據(jù)的過程中，會運(yùn)用多種不同的分析方法對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以找出精確程度高、直觀簡潔的分析方法來對結(jié)論進(jìn)行描述.例如，在高中《物理·選修3-1》“測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)原理為E=U+Ir,電路圖如圖1所示.

圖1 “測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”原理圖

學(xué)生在進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過對滑動(dòng)變阻器上滑片的滑動(dòng)記錄電流表和電壓表的一系列讀數(shù).對這些數(shù)據(jù)的處理有多種方法：一是平均法，即根據(jù)U和I的值列方程，求得電動(dòng)勢和內(nèi)阻的平均值；另一個(gè)是圖像法，即將多組U和I的值在一坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖，找圖像中的橫截距與縱截距，間接計(jì)算出電動(dòng)勢和內(nèi)阻的數(shù)值.教材的處理是運(yùn)用圖像法得出結(jié)論.但是在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以運(yùn)用“平均法”和“圖像法”得出電動(dòng)勢和內(nèi)阻的數(shù)值，然后通過比較分析來判斷哪種方法得出的結(jié)論更加直觀、合理，進(jìn)而得出較為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

(2)分析數(shù)據(jù)的深刻性，即 “對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因提出簡單的解釋”.“原因和結(jié)果”在物理實(shí)驗(yàn)中通常表現(xiàn)為“實(shí)驗(yàn)條件”和“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”.在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)條件發(fā)生了變化會引起實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的改變，繼而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的改變.因此，教師在引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因提出解釋時(shí)，讓學(xué)生能從“實(shí)驗(yàn)條件”出發(fā)，分析數(shù)據(jù)產(chǎn)生或改變的原因，這樣能讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)論的本質(zhì)有一個(gè)深層次的理解.例如，“測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在連接好電路后閉合開關(guān)，在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表示數(shù)變化非常微小，這時(shí)學(xué)生需要從“實(shí)驗(yàn)條件”入手，自主分析電表示數(shù)的變化原因，從而提出合理的解釋：電流表和電壓表量程選取不當(dāng).

(3)分析數(shù)據(jù)的批判性，即“能夠積極地尋找異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，進(jìn)行簡單的分析”.學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)的過程中，有時(shí)會遇到不符合規(guī)律的異常數(shù)據(jù).這時(shí)，如果學(xué)生能夠?qū)Ξ惓?shù)據(jù)進(jìn)行原因分析，那么學(xué)生就會從“實(shí)驗(yàn)原理”和“實(shí)驗(yàn)過程”出發(fā)，重新審視整個(gè)實(shí)驗(yàn)，對學(xué)生批判性思維的形成具有重要的意義.例如，在“測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)中，如果實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)“電壓表有示數(shù)，而電流表沒有示數(shù)”的異常數(shù)據(jù)，那么學(xué)生就需要從電路的連接出發(fā)，一點(diǎn)點(diǎn)地分析故障產(chǎn)生的原因，最終找出“滑動(dòng)變阻器接觸不良”等原因.

綜上所述，“分析數(shù)據(jù)的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平如表3所示.

表3 “分析數(shù)據(jù)的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平

續(xù)表

2.3 得出結(jié)論的能力

“得出結(jié)論的能力”是“分析與論證能力”的重要評價(jià)要素之一.學(xué)生在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析后，能否根據(jù)數(shù)據(jù)合理地描述出正確的結(jié)論是評價(jià)學(xué)生“得出結(jié)論能力”的重要依據(jù).學(xué)生在處理、分析數(shù)據(jù)后，需要對數(shù)據(jù)所描述的規(guī)律進(jìn)行進(jìn)一步的總結(jié)與深化，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言表述出來.例如，在進(jìn)行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”這一探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生會通過小車、傾斜軌道、重物、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等裝置進(jìn)行探究活動(dòng)，進(jìn)而得出加速度與力和質(zhì)量的“a-m”、“a-F”圖線.在畫出圖線后，如果學(xué)生根據(jù)上述圖線得出“物體運(yùn)動(dòng)的加速度a與質(zhì)量m成反比，與合外力F成正比”這一結(jié)論，那么就說明該學(xué)生在得出結(jié)論時(shí)沒有考慮到該實(shí)驗(yàn)中需要控制變量，即當(dāng)判斷加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時(shí)，沒有強(qiáng)調(diào)出“合外力F不變”；判斷加速度a與合外力F的關(guān)系時(shí)，沒有強(qiáng)調(diào)出“質(zhì)量m不變”.因此，該學(xué)生在得出結(jié)論時(shí)不夠嚴(yán)謹(jǐn)合理，得出結(jié)論能力的水平較弱.

綜上，“得出結(jié)論的能力”的品質(zhì)為結(jié)論的“合理性”，其具體的表現(xiàn)水平如表4所示.

表4 “得出結(jié)論的能力”的品質(zhì)與表現(xiàn)水平

3 評價(jià)要素與品質(zhì)的比重

為了定量地說明構(gòu)成“分析與論證能力”的各要素及表現(xiàn)品質(zhì)的重要程度，本文對其進(jìn)行了權(quán)重的確定.在權(quán)重的設(shè)置上，筆者通過對中學(xué)一線教師的調(diào)查以及結(jié)合課程與教學(xué)論研究方向的專家意見進(jìn)行了確定.通過調(diào)查以及專家的意見可知，“分析數(shù)據(jù)的能力”能最準(zhǔn)確、直白地反映出學(xué)生分析與論證能力的高低，決定著形成結(jié)論的質(zhì)量，因此，筆者將“分析數(shù)據(jù)的能力”給予了0.5的權(quán)重.“處理數(shù)據(jù)的能力”是對收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步整合，為分析數(shù)據(jù)提供了基礎(chǔ)，該評價(jià)要素起基礎(chǔ)性作用，但不決定學(xué)生“分析與論證能力”的關(guān)鍵，因此，筆者將“處理數(shù)據(jù)的能力”給予了0.3的權(quán)重.“得出結(jié)論的能力”是對數(shù)據(jù)處理分析后形成實(shí)驗(yàn)結(jié)論水平，是學(xué)生“分析與論證能力”表現(xiàn)的結(jié)果，和前2個(gè)評價(jià)要素相比，該要素對學(xué)生的要求較低，因此，筆者將“得出結(jié)論的能力”給予0.2的權(quán)重[2].在此基礎(chǔ)上，每個(gè)要素對應(yīng)表現(xiàn)品質(zhì)的權(quán)重也給予了相應(yīng)的確定，具體權(quán)重分布如表5所示.

表5 “分析與論證能力”評價(jià)要素與表現(xiàn)品質(zhì)的權(quán)重

4 結(jié)束語

以上是對分析與論證能力的3個(gè)評價(jià)要素以及表現(xiàn)品質(zhì)進(jìn)行了簡單的分析.“處理數(shù)據(jù)的能力”是基礎(chǔ)，沒有對數(shù)據(jù)的處理過程，就無法分析與得出結(jié)論；“分析數(shù)據(jù)的能力”是關(guān)鍵，只有對處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能夠得出正確而且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)論；“得出結(jié)論的能力”是核心，這是處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的最終目的，只有得出了結(jié)論，才能夠?qū)χ疤岢龅膯栴}進(jìn)行合理化解答.“處理數(shù)據(jù)”、“分析數(shù)據(jù)”是“得出結(jié)論”的基礎(chǔ)，因此3個(gè)評價(jià)要素在科學(xué)探究的過程中是層層遞進(jìn)的關(guān)系.上述評價(jià)要素與表現(xiàn)品質(zhì)及水平的確定對一線教師與教育研究者對科學(xué)探究中“分析與論證能力”的深入研究具有重要的指導(dǎo)性意義.

1 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)).北京:人民教育出版社,2003.10～11

2 宋麗霞,馬昌法.PTA量表在中學(xué)物理探究活動(dòng)中的應(yīng)用.物理教師,2009,30(5):6～8

3 葉兵.提出問題能力評價(jià)策略初探.物理教學(xué),2010,32(9):38～40

4 江愛國.例談新課標(biāo)下如何建構(gòu)物理表現(xiàn)性評價(jià).物理教學(xué)探討,2009,27(1):19～20

高岱亮(1991- )，男，碩士，中教二級，主要從事中學(xué)物理教學(xué)及研究.

2016-09-07)