蔡衛(wèi)東

(江蘇省前黃高級中學，江蘇 常州 213161)

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學.物理實驗是中學物理課程標準規(guī)定的重要教學內(nèi)容，是培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的重要途徑.在傳統(tǒng)的實驗教學評價中，我們主要是采用單一的紙筆測試的評價方式，著重考察學生對實驗知識和技能的掌握情況、對實驗方法和實驗過程中有關問題的理論分析，而忽視對學生動手操作能力和解決實際問題能力的考察，尤其是未能對學生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展水平進行直接的評價.因此，如何改進高中物理實驗教學評價方式，充分發(fā)揮評價的診斷和激勵功能，促進物理核心素養(yǎng)的評價在實驗教學中落地生根，應是當前中學物理實驗教學面臨的重要而又亟待解決的問題.

我校與南澳洲高考局合作開辦的SAM(“South Australia Matriculation”的簡稱)課程(即南澳洲大學預科課程)已經(jīng)十分成熟，經(jīng)過深入考察和調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)南澳洲在中學物理課程建設和教學過程中已形成了非常完善的學業(yè)評價體系.南澳洲的物理實驗教學評價已經(jīng)走在了國際的前列.不僅關注對學生歷次實驗操作的評價，更重視對學生每次實驗過程的分水平級的表現(xiàn)性評價.[1]下面以SAM課程的“衍射光柵”實驗為例，研究南澳洲中學物理實驗教學是如何通過平時學生的實驗操作評估學生實驗能力水平的，以期給我國中學物理實驗教學評價改革提供一些參考和啟示.

1 SAM課程“衍射光柵”實驗簡介

南澳洲SAM課程十分重視學生物理實驗能力的培養(yǎng)，在物理教學中每學年至少安排4次學生分組實驗，每次學生實驗操作安排2課時，撰寫實驗報告并交流匯報安排3～5課時.SAM課程的實驗考核主要分散在平時，學生每做一次分組實驗，教師就對學生進行一次考核，“衍射光柵”實驗是SAM課程實驗操作考核內(nèi)容之一.

1.1 實驗目的

用激光器及光柵來測定光柵常量，即光柵相鄰兩狹縫之間的距離，并觀測光柵衍射條紋的圖像.

1.2 實驗原理

圖1 衍射光柵原理圖

如圖1所示，平行單色光垂直入射衍射光柵AB時，從光柵狹縫發(fā)出衍射光BP，其衍射角為θ；線段AC垂直于BP，BC就是從相鄰兩狹縫A與B分別發(fā)出的衍射角為θ的衍射光的光程差，該光程差為

BC=d·sinθ.

當光程差等于波長的整數(shù)倍時，從各狹縫發(fā)出的衍射光互相加強，可得

dsinθ=mλ.

上式稱為光柵公式，式中d是光柵上兩相鄰狹縫中心間的距離，即光柵常量.θ角是m級條紋的衍射角度，λ是所用激光波長，m是亮條紋的級數(shù)，取0、1、2、3……等值.當m=0時，θ=0，對應的是最亮的中央亮條紋；m=1時，對應的是第一級亮條紋，其余依次類推.在實驗中，如果光波波長λ已知，那么只要測出θ的值，就可以根據(jù)光柵公式得出光柵常量d.

1.3 實驗儀器

氦氖激光器，衍射光柵，光柵夾架，電源，白紙，毫米刻度尺，偏光眼鏡.

1.4 實驗步驟

(1) 學生戴上偏光眼鏡，按圖2所示安裝實驗儀器.

圖2 衍射光柵實驗裝置圖

(2) 將激光器垂直于墻面放置，白紙平整的粘貼于墻面上，衍射光柵垂直放置于激光器之前，距離墻1～2 m遠.

(3) 調(diào)整儀器，直至墻面出現(xiàn)激光的衍射圖像.

(4) 確定中央亮紋，并依次標出1級、2級、3級…等亮條紋的位置.

(5) 測量光柵與墻面的距離x，以及1級、2級、3級等亮條紋對應的y值，并將數(shù)據(jù)記入表格.

(6) 查找資料，得到所用光源的波長λ.

1.5 實驗結果

按類似于表1的方式記錄實驗數(shù)據(jù).并根據(jù)公式dsinθ=mλ，計算各種光柵的光柵常量d，并取平均值.

表1 SAM課程衍射光柵實驗數(shù)據(jù)記錄表

2 SAM課程“衍射光柵”實驗的考核任務

SAM課程實驗操作考核分成兩類，一類是指定性實驗，由教師給出具體的實驗原理、器材和方案，學生只要按照操作程序完成實驗任務即可.主要考查學生實驗操作、收集記錄信息、分析處理數(shù)據(jù)、解釋實驗結果并得出結論的能力.另一類是設計性實驗，由學生以小組為單位自主選擇實驗課題、查閱資料、設計方案、開展研究、得出結論并交流對相關概念和原理的理解.這類實驗是對學生實驗探究能力的全面和深入的考查.

“衍射光柵”實驗可以安排為指定性考核實驗，也可以安排為設計性考核實驗，具體由任教教師根據(jù)課程綱要而定.一般每學年只安排一次設計性考核實驗.本文介紹的實驗屬于設計性考核實驗，其考核的具體任務如下.

2.1 實驗設計

要求學生清楚地陳述實驗目的和需要檢驗的假設；撰寫出150個字左右的實驗背景介紹，內(nèi)容包括衍射的物理原理及相關概念、必要的方程式及其中各個量的物理意義，以及衍射光柵的應用；確定實驗研究中的自變量和因變量；根據(jù)提供的材料和設備清單，選擇有關實驗器材，畫出或記錄儀器設備的安裝圖；寫出實驗器材清單、實驗方案及實驗操作程序；明確實驗風險、安全隱患和應采取的防范措施.

2.2 實驗操作

要求學生遵循安全操作規(guī)則，規(guī)范合理的使用儀器，在正式實驗操作前應預先測試實驗程序，并進行效果評估，再根據(jù)需要調(diào)整相關程序；確定最后的實驗方案和程序后，正式進行實驗操作并完成實驗探究；實驗中仔細觀察、收集相關信息和原始數(shù)據(jù)；所有結果應清晰的記錄在表格里，并寫出有關物理量的單位；同時與其他同學進行有效的合作.

2.3 評估和結論

要求學生展示出得出實驗結果的所有推理過程，包括所涉及的方程和物理量的單位等；解釋并討論結果，評估實驗的誤差來源，提出提高準確性和精確度的改進意見和建議；最后得出一個有效的實驗結論，該結論應是基于實驗探究結果并與假設有關的.

2.4 撰寫報告

要求每個學生獨立完成實驗報告，并在實驗完成后的一周時間內(nèi)遞交.實驗報告中除含背景知識、實驗目的、操作程序外，還必須包涵這些內(nèi)容： 安全考慮； 陳述自變量、因變量和可控變量； 器材清單及設備安裝圖； 清晰的數(shù)據(jù)表格； 規(guī)范的收集信息并記錄數(shù)據(jù)； 用恰當?shù)姆匠毯头椒ㄍ评韺嶒灲Y果； 實驗結果分析； 評估系統(tǒng)誤差和隨機誤差； 評估實驗程序，改進設計方案； 實驗結論.

3.2.3 穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機制 機體是如何來維持穩(wěn)態(tài)的呢？通過學生的討論，總結出： 要維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，動物體必須能及時感知內(nèi)外環(huán)境的變化，并及時作出反應加以調(diào)整，這些活動都依靠神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動來完成的。

3 SAM課程“衍射光柵”實驗的表現(xiàn)性評價

南澳洲SAM班的物理教師通過課堂觀察和記錄學生實驗操作過程、聽取學生的匯報和交流及批閱實驗報告等途徑，系統(tǒng)收集學生參與實驗探究活動的各種信息和證據(jù)，采用表現(xiàn)性評價的方式對學生的實驗能力水平進行判斷和評價.

3.1 表現(xiàn)性評價的方案

南澳洲的高中物理課程標準中明確提出了學業(yè)質量標準，描述了不同水平學習結果的具體表現(xiàn).教師嚴格依據(jù)學業(yè)質量標準，主要從探究、分析與評價、應用、知識與理解4個方面對學生的實驗能力進行評價.

(1) 探究(Investigation).具體評價要素如下：

I1 能設計物理實驗探究方案；

I2 能從不同的材料中選擇或識別物理信息；

I3 能操作實驗儀器和技術工具，實施安全的并符合倫理的調(diào)查步驟；

I4 能用適當?shù)囊?guī)范和格式獲取信息、記錄數(shù)據(jù)、展示探究結果.

(2) 分析與評價(Analysis and Evaluation).具體評價要素如下：

AE1 能分析數(shù)據(jù)與概念之間的聯(lián)系，得出結論并作出相關預測；

AE2 能對實驗操作程序進行評價，并提出改進建議.

(3) 應用(Application).具體評價要素如下：

A1 能運用物理概念及探究獲得的證據(jù)解決新的或熟悉環(huán)境中的問題；

A2 能使用適當?shù)奈锢韺W術用語、約定、公式及方程式；

A3 能展示個人及在團隊協(xié)作中的技能.

(4) 知識與理解(Knowledge and Understanding).具體評價要素如下:

KU1 能展示對物理學概念的理解；

KU2 能用物理知識理解和解釋實際問題及其應用；

KU3 能使用多種途徑來交流和理解物理知識.

SAM課程物理教師對照學業(yè)質量標準的4個方面，并根據(jù)實際考核的實驗內(nèi)容有側重點的選擇確定了具體的評價要素，最后形成了“衍射光柵”實驗的表現(xiàn)性評價方案，見表2.

表2 SAM課程“衍射光柵”實驗表現(xiàn)性評價方案

3.2 表現(xiàn)性評價的等級標準

南澳洲的學業(yè)質量標準對各評價要素設置了合理清晰的、可操作性強的評價等級標準，明確說明評價者需要考察的學生學習行為特征，并且不同水平等級的表現(xiàn)標準與測量行為目標互相對應.本實驗中每個評價要素均設置了A、B、C、D、E 5個水平等級的評價標準，如A、C、E等級的行為表現(xiàn)描述的具體界定如表3.

表3 SAM課程“衍射光柵”實驗評價等級標準量表

續(xù)表

3.3 實驗成績的評定

在學生完成實驗并遞交實驗報告后，SAM課程的物理教師根據(jù)制定的評價標準，對學生實驗水平進行綜合評價，評價內(nèi)容的每一個方面都按A、B、C、D、E 5個等級評分，其中每個等級又分成3個層次，例如C等級可以分為C+、C和C-,最后取4個方面成績的平均分作為該實驗的總成績.

為保證實驗評價的公正性，SAM課程對實驗考試采用實驗報告?zhèn)洳橹贫群蛯嶒灣煽儚驮u制度.要求學生平時實驗考核應形成一式兩份的實驗報告，一份由本人存檔備查，另一份由SAM課程中心寄送到南澳洲高考局，用于對教師日常評分的復評，學生實驗的最終成績由復評定出.一般會在規(guī)定時間里，由南澳洲高考局組織抽調(diào)專家統(tǒng)一對各地區(qū)教師的評分進行復評，復評專家按一定比例隨機抽取每位任課教師所教學生的實驗報告進行審核，若復評結果比任課教師打的成績低一等級，相應該教師所有學生的成績將降低一等級.反之，若復評結果比任課教師評的成績高一等級，相應該教師所有學生的成績將提高一等級.

4 討論與啟示

南澳洲的物理實驗考核以過程性評價為主，實驗操作的評估方式主要是采用表現(xiàn)性評價，平時學生的歷次實驗操作都納入高中的學業(yè)水平考試.相對我國以往主要只在高考中采用的紙筆測試方式評估學生的實驗能力，南澳洲對學生實驗能力的評價更全面、真實和深入，充分反映了學生的學習過程和學習結果，促進了學生更好的發(fā)展.比較中澳兩國的物理實驗教學評價，給了我們很多啟發(fā)與思考.

4.1 健全評價機制，形成素養(yǎng)為重的評價體系[2]

南澳洲SAM物理課程的學業(yè)評價體系由統(tǒng)一考試(占50%)、課程作業(yè)(占25%)、實驗操作性評估(占15%)、信息檢索和答辯(即課題研究，占10%)4個項目組成，其中統(tǒng)一考試相當于我國的高考，其余項目成績的評定主要采用過程性的表現(xiàn)性評價方式，學生升學的依據(jù)是整個高中的學業(yè)水平成績.相對于南澳洲SAM課程來說我們高中的學業(yè)評價體系并不是十分完善，尤其是對學生實驗能力的評價不夠重視.我們必須進一步健全實驗教學評價機制，認真落實《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》(教基〔2019〕16號)的精神，把學生實驗操作情況和能力表現(xiàn)納入綜合素質評價.在普通高中學業(yè)水平考試中，逐步將實驗操作納入省級統(tǒng)一考試.并且，借鑒南澳洲的實驗教學評價方式，從聚焦學科核心素養(yǎng)的評價入手，系統(tǒng)設計考察學生學習過程和學習結果的表現(xiàn)性評價任務，逐步形成一套兼顧科學、公平、全面、有效的學業(yè)評價體系，促進整個學生群體的核心素養(yǎng)的全面提升.

4.2 探索評價改革，綜合培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)

南澳洲SAM課程的物理實驗教學評價主要內(nèi)容是探究、分析與評價、應用、知識與理解4個方面，這其實與我們的物理核心素養(yǎng)4個方面是完全吻合的.我們從SAM課程衍射實驗的考核任務上可以看出，每一項任務都是圍繞對物理學科素養(yǎng)水平的評估而設計，也就是說，每一次實驗都是對學生學科素養(yǎng)水平狀況的一次全面評估.在我們物理教師的觀念里，往往認為物理實驗主要是考查學生的科學探究這一核心素養(yǎng)狀況的，而沒有在實驗中考查學生的其余核心素養(yǎng)水平的意識.這其實是忽視了物理實驗教學與評價對物理核心素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)作用.我們必須改革原來實驗教學評價對核心素養(yǎng)關注不全、不夠的評價方式.基于物理學業(yè)質量標準，對不同類型的實驗整體構建相應的表現(xiàn)性評價目標，確定每一個實驗有側重點的評價內(nèi)容，并認真研究制定科學的、可行的、細化的表現(xiàn)標準.充分利用分散在平時的每一次學生實驗，全面而又有側重地評價學生在各個學習階段的物理核心素養(yǎng)的發(fā)展水平狀況，促進課物理課程與教學目標的充分達成.

4.3 加強專業(yè)培訓,提升教師的教學評價能力

南澳洲高考局對教師的教學評價能力培養(yǎng)十分重視，每學期要求SAM課程每位教師參與線上的培訓活動.教師們學習怎么制定評價目標、設計評價任務及相應的評價量表，怎么對學生實驗報告及課題研究進行水平級的評價，怎么基于學生表現(xiàn)的學習證據(jù)不斷地調(diào)整教學和評價的內(nèi)容等.在每年的高考結束后，南澳洲高考局都要求SAM課程中心選派一些教師赴澳洲參與教育測量與教學評價的培訓，并由資深的教師帶領年輕教師一起對各地區(qū)送高考局的課程作業(yè)、實驗操作性評估、課題研究的成績進行復評，以此提升教師的教學評價能力，又確保了評價的公正性.相對于南澳洲而言，我們教師的教學評價能力培養(yǎng)一直是被忽視的，教學評價能力水平普遍偏低，教學評價意識不強，評價專業(yè)知識明顯不夠，評價技能欠缺.因此，我們的省、市、區(qū)教師發(fā)展中心應積極開展教師教學評價能力的培訓，學校也應邀請教育教學評價專家指導教師日常教學實踐中的評價工作，讓教學評價研究貫穿于整個教學過程.我們教師也應樹立終身學習的理念，不斷更新知識，完善自己的知識體系，結合教學實際設計豐富多樣的評價任務，探索實施新型的評價方式，在與同行的合作交流與自我反思中實現(xiàn)教學評價能力的逐步提升.