齊國元

(杭州第四中學(xué) 浙江 杭州 310018)

“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式；是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格.如果說物理觀念是從認(rèn)識結(jié)果角度對物理核心素養(yǎng)的描述，科學(xué)思維則是從認(rèn)識方式和過程對學(xué)生關(guān)鍵能力和必備品格作出說明.“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，它是學(xué)生物理核心素養(yǎng)習(xí)得的基礎(chǔ)，學(xué)生只有立足科學(xué)思維，經(jīng)歷科學(xué)探究，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，才能較好地形成物理觀念.因此，對科學(xué)思維素養(yǎng)進(jìn)行科學(xué)的、可信的、精準(zhǔn)的評價有助于指導(dǎo)物理教學(xué)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成[1,2].

1 研讀課程標(biāo)準(zhǔn) 精準(zhǔn)評價指向

課程標(biāo)準(zhǔn)附錄1中有物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分依據(jù)，明確了各個素養(yǎng)不同的水平等級應(yīng)該達(dá)到的要求，這給我們的評價提供了清晰的依據(jù)，有助于我們明確評價指向、精準(zhǔn)評價尺度進(jìn)而提高評價的科學(xué)性和有效性.

表1 物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分(科學(xué)思維)

在實(shí)施指向科學(xué)思維水平評價的研究時，首先應(yīng)仔細(xì)研讀課程標(biāo)準(zhǔn)附錄1中有關(guān)科學(xué)思維水平劃分表(表1)，體會水平劃分表中評價指向；明確不同水平要求之間的區(qū)別和聯(lián)系；理解不同素養(yǎng)水平等級之間的核心要義.我們發(fā)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)附錄1中有關(guān)科學(xué)思維水平劃分表中的要求描述是把科學(xué)思維中四大要素“模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”合在一起，不利于我們對素養(yǎng)要求進(jìn)行精準(zhǔn)的解讀[3].因此，我們需要對課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)科學(xué)思維水平劃分進(jìn)行再分類以實(shí)現(xiàn)明確評價指向，對水平劃分進(jìn)行再加工以實(shí)現(xiàn)提升評價信度,具體內(nèi)容如表2所示.

表2 物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分再加工(科學(xué)思維)

通過對課程標(biāo)準(zhǔn)中的素養(yǎng)水平劃分的再加工和解讀，形成表2的科學(xué)思維的素養(yǎng)水平劃分表.仔細(xì)研讀素養(yǎng)水平劃分表，體會不同等級之間的核心差別(表2中加著重號的關(guān)鍵詞)，結(jié)合學(xué)生在問題解決時的操作流程和步驟，有助于我們精準(zhǔn)評價的指向以及評價的水平等級.以2019年高考理綜全國卷Ⅲ第21題為例.

【例1】如圖1所示,電荷量分別為q和-q(q>0)的點(diǎn)電荷固定在正方體的兩個頂點(diǎn)上,a和b是正方體的另外兩個頂點(diǎn).則( )

A.a點(diǎn)和b點(diǎn)的電勢相等

B.a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等

C.a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向相同

D.將負(fù)電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn),電勢能增加

圖1 例1題圖

為了提高評價的精準(zhǔn)度，用于素養(yǎng)水平評價的試題盡可能指向單一維度.但是，在實(shí)際操作中一道測試題的求解往往與多個素養(yǎng)要素相對應(yīng)，即便是同一素養(yǎng)要素所對應(yīng)的素養(yǎng)水平等級也不相同，在這種情況下，應(yīng)該以更高的素養(yǎng)水平作為該評價試題的評價指向[4].

表3為例1的解題過程及其對應(yīng)的核心素養(yǎng)水平等級.

表3 例1的解題過程及其對應(yīng)的核心素養(yǎng)水平等級

2 設(shè)計評價路徑 統(tǒng)一命題范式

為了讓指向科學(xué)思維素養(yǎng)的評價更加具有可操作性和廣泛的普適性，我們在實(shí)踐過程中設(shè)計了評價的路徑以便統(tǒng)一命題范式，以提升素養(yǎng)水平評價的準(zhǔn)度、信度和效度.基于科學(xué)思維包含模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新4個方面，為了評價盡可能全面地覆蓋上述4個方面，并結(jié)合學(xué)生在問題解決時的4個要素的流程順序，設(shè)計了如圖2所示的評價流程圖.

圖2 指向科學(xué)思維水平評價的操作流程

該圖包含了模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新4個要素，并且還包含了教師命制評價試題的順序和教師分析評價試題的分析順序.我們的評價試題命制完全按照這一路徑實(shí)施，命題教師對試題評價的解讀也是遵循這一研究路徑.在此基礎(chǔ)上又細(xì)化為評價試題的命制流程圖(圖3)和評價試題的分析流程表(表4)，具體操作如例2所示.

圖3 評價試題命制的流程

表4 評價試題的分析流程表

【例2】評價試題的命制案例.

步驟一：填寫評價試題水平指向表(圖4).

步驟二：羅列考查知識載體.

(1)考查學(xué)生無阻力“穩(wěn)定轉(zhuǎn)動”情景中建構(gòu)受力模型分析(理想模型分析).

(2)考查學(xué)生有阻力“穩(wěn)定轉(zhuǎn)動”情景中建構(gòu)能量模型分析(實(shí)際模型分析).

(3)考查學(xué)生對“電磁驅(qū)動”和“電磁阻尼”模型的本質(zhì)理解.

圖4 評價試題水平指向表

步驟三：試題編寫與修改

【試題】有電阻的導(dǎo)電圓盤半徑為r，其邊緣用電阻不計的導(dǎo)電材料包裹，可繞固定點(diǎn)O在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，不計軸心O和邊緣處電刷A在轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的阻力.用導(dǎo)線將電動勢為E的電源、導(dǎo)電圓盤、電阻和開關(guān)連接成閉合回路.如圖5所示在圓盤所在區(qū)域內(nèi)充滿豎直向下的勻強(qiáng)磁場，如圖6所示只在A和O之間的一塊圓形區(qū)域內(nèi)存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場，兩圖中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，且磁場區(qū)域固定.如果將開關(guān)S閉合，圓盤將會轉(zhuǎn)動起來.(空氣阻力忽略不計)

圖5 圓盤所在區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場

圖6 圓盤只有圓形區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場

(1)在圖5中，將開關(guān)S閉合足夠長時間后，圓盤轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定，求穩(wěn)定時圓盤轉(zhuǎn)動的角速度ω1的大小.

(2)若邊緣處電刷A與邊緣的摩擦力為f，其余條件不變，在圖5中，將開關(guān)S閉合足夠長時間后，圓盤轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定，求流經(jīng)電阻的電流.

(3)由于圖5中的磁場范圍比圖6中的大，所以剛閉合開關(guān)瞬時，圖5中圓盤比圖6中圓盤加速得快.有人認(rèn)為：斷開開關(guān)后，圖5中圓盤也將比圖6中圓盤減速得快.請分析說明這樣的想法是否正確.

3 關(guān)注評價過程 提升評價信度

3.1 注重問題解決過程 避免“因錯得對”

學(xué)業(yè)水平評價的對象是學(xué)生，在設(shè)計指向科學(xué)思維評價的試題時，必須要結(jié)合學(xué)生的心理，以提升試題評價的信度.不同的學(xué)生由于其生活經(jīng)歷、知識儲備、學(xué)習(xí)方式各不相同，因此，學(xué)生在問題解決時采取的方式也各不相同.在試題命制的過程中，應(yīng)當(dāng)針對學(xué)生可能出現(xiàn)的“因錯得對”的地方做好相應(yīng)的防備和回避.如例3.

【例3】在“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，有兩節(jié)新的干電池、開關(guān)、若干導(dǎo)線和待測金屬管(其阻值約為5 Ω)及下列器材：

A.電壓表0～3 V，內(nèi)阻約10 kΩ

B.電壓表0～15 V，內(nèi)阻約50 kΩ

C.電流表0～0.6 A，內(nèi)阻約0.05 Ω

D.電流表0～3 A，內(nèi)阻約0.01 Ω

E.滑動變阻器，0～10 Ω

F.滑動變阻器，0～100 Ω

(1)要求較準(zhǔn)確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選______，電流表應(yīng)選______，滑動變阻器應(yīng)選______.(填序號)

(2)實(shí)驗(yàn)中某學(xué)生的實(shí)物接線如圖7所示，請指出接線中的兩處明顯錯誤.

圖7 學(xué)生的實(shí)物接線圖

錯誤1：____________________.

錯誤2：____________________.

學(xué)生解題心理：通過與學(xué)生對話發(fā)現(xiàn)，有關(guān)滑動變阻器的選擇，盡管大家都選擇“E.滑動變阻器，0～10 Ω ”，但卻有著不同的解題心理.學(xué)生甲：好像每次選擇滑動變阻器都是選小量程的，所以選E；學(xué)生乙:由于第二題中(電路實(shí)物圖)是限流接法，待測電阻約為5 Ω，一般情況下限流接法滑動變阻器應(yīng)為待測電阻兩倍左右，故選E.

命題指向分析：本題命題者的意圖指向是指向科學(xué)論證水平4“能恰當(dāng)使用證據(jù)證明物理結(jié)論”，問題解決的思考路徑應(yīng)為,“由于待測電阻阻值約為5 Ω，因此無論選擇分壓接法還是限流接法，都不應(yīng)該選擇F(滑動變阻器，0～100 Ω)，只能選擇E(滑動變阻器，0～10 Ω) ，因?yàn)榛瑒幼冏杵鳎?～10 Ω約為待測電阻的2倍，故選擇限流接法較好”，甲乙兩位學(xué)生沒有經(jīng)歷上述思考路徑，但均得到了正確答案，降低了評價的信度.

修改評價試題：針對上述問題，筆者對試題進(jìn)行了修改，建議修改為,在“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，有兩節(jié)新的干電池、開關(guān)、若干導(dǎo)線和待測金屬管(其阻值約為5 Ω)及下列器材：

A.電壓表0～3 V，內(nèi)阻約10 kΩ

B.電壓表0～15 V，內(nèi)阻約50 kΩ

C.電流表0～0.6 A，內(nèi)阻約0.05 Ω

D.電流表0～3 A，內(nèi)阻約0.01 Ω

E.滑動變阻器，0～10 Ω

F.滑動變阻器，0～100 Ω

(1)結(jié)合給你的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計測量電路圖(要求較準(zhǔn)確地測出其阻值).

(2)第一小問中電壓表應(yīng)選______，電流表應(yīng)選______，滑動變阻器應(yīng)選______.(填序號)

3.2 細(xì)化賦分(評分)標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行多級賦分

為了提高評價的信度，評分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該依據(jù)水平等級來制定，并進(jìn)行多級賦分，而不是根據(jù)學(xué)生作答的正確與否.如例4.

【例4】帶電體表面突出的地方電荷容易密集，雷雨天當(dāng)帶電云層靠近高大建筑物時，由于靜電感應(yīng)，建筑物頂端會聚集大量的電荷，避雷針將電荷通過一根豎直導(dǎo)線導(dǎo)入大地而避免雷擊.你若想知道豎直導(dǎo)線中電流的方向，進(jìn)而判斷云層所帶電荷的電性，請設(shè)計安全可行的方法.

評價意圖分析：該評價試題是評價學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新素養(yǎng)，評價水平達(dá)到水平4“能對已有結(jié)論提出有依據(jù)的質(zhì)疑，采用不同方式分析解決物理問題”.

評分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計：

第一類,不會運(yùn)用已知知識作答.

第二類,原理可行，但方法不可行(如接電流表).

第三類,正確作答，原理以及方法均可行，如在導(dǎo)線周圍水平放置小磁針，觀察小磁針轉(zhuǎn)向；又如，與導(dǎo)線平行放置通電直導(dǎo)體棒(已知電流方向)，觀察導(dǎo)體棒的運(yùn)動(吸引還是排斥).

對評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級分檔，不僅能減小閱卷教師判卷失誤的主觀性和偶然性，還能更好地分析學(xué)生的作答情況，進(jìn)而研究學(xué)生素養(yǎng)水平情況，以便教師基于學(xué)生學(xué)情進(jìn)行有針對性的課堂教學(xué)，從而提升課堂教學(xué)的效度，有效促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培育.

對物理核心素養(yǎng)水平的評價是為了對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的習(xí)得情況進(jìn)行反饋，進(jìn)而針對反饋情況采取適應(yīng)的教學(xué)措施，以提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)水平.試題的效度、準(zhǔn)度和信度直接影響反饋的科學(xué)性，進(jìn)而影響教學(xué)的有效性.指向物理核心素養(yǎng)水平評價的試題命制過程中要以物理學(xué)科核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，提升評價的效度；要明晰核心素養(yǎng)的水平劃分，提升評價的準(zhǔn)度；要了解學(xué)生的解題心理，提升評價的信度.