孫妍 王后雄

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);證據(jù)推理;素養(yǎng)水平;Rasch模型;素養(yǎng)測評(píng)

1研究背景

“證據(jù)推理”素養(yǎng)作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分之一，是化學(xué)學(xué)科思維方式的外在體現(xiàn)，是化學(xué)科高考評(píng)價(jià)體系中的重要考察內(nèi)容。

隨著“證據(jù)推理”在科學(xué)教育中地位的提高，其質(zhì)量評(píng)價(jià)也得到眾多研究者的青睞?，F(xiàn)有的評(píng)價(jià)工具中最典型的便是基于圖爾敏（Toulmin）論證模式所構(gòu)建的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通常從單角度或多個(gè)角度對(duì)“證據(jù)推理”進(jìn)行水平劃分，反映出圖爾敏論證模式六要素（資料、主張、根據(jù)、限定、支持、反駁）之間的關(guān)系。如Erduran認(rèn)為，不同論證能力水平的差異性主要依據(jù)要素的組成方式，并建構(gòu)包含五個(gè)水平的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);Sandoval在建構(gòu)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)將維度增加為四個(gè)（因果結(jié)構(gòu)、因果一致性、引用證據(jù)、明確辯護(hù)），并設(shè)計(jì)四個(gè)水平的評(píng)價(jià)量表進(jìn)行測評(píng)。多維度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)雖較為全面，使得原先標(biāo)準(zhǔn)中一些含糊的、有歧義的概念得到解釋，但大大增加了研究者評(píng)價(jià)的難度，致使評(píng)價(jià)量表的效度下降。

國內(nèi)有關(guān)“證據(jù)推理”的研究通常是結(jié)合我國教育背景和課程發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)現(xiàn)有框架經(jīng)過本土化改造后探查學(xué)生能力發(fā)展的現(xiàn)狀、影響因素等。本研究以2017年版課標(biāo)為依托，試圖通過測評(píng)研究揭示當(dāng)前高中生“證據(jù)推理”素養(yǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，為化學(xué)教育研究者和一線教師提供數(shù)據(jù)支撐。

2研究基礎(chǔ)

2.1“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平構(gòu)建

2017年版課標(biāo)中指出“證據(jù)推理”素養(yǎng)有4級(jí)水平，如表1所示。

從4個(gè)素養(yǎng)水平的內(nèi)涵界定可以發(fā)現(xiàn)：水平1突出對(duì)學(xué)生宏觀證據(jù)提取與推理能力的要求;水平2不僅重視微觀證據(jù)，還重視推理視角的多樣化;水平3則進(jìn)一步要求發(fā)展學(xué)生的定性分析與定量計(jì)算能力;水平4不僅關(guān)注證據(jù)的充分性，更重視學(xué)生對(duì)證據(jù)與結(jié)論之間關(guān)系的解釋。四個(gè)素養(yǎng)水平層層遞進(jìn)，均是在前一個(gè)水平基礎(chǔ)上發(fā)展而來。

2.2“證據(jù)推理”素養(yǎng)測評(píng)的原理

“證據(jù)推理”素養(yǎng)作為一種個(gè)性心理特征無法直接考察，需要通過學(xué)生一定的外顯行為表現(xiàn)進(jìn)行間接測量。項(xiàng)目反應(yīng)理論通過數(shù)學(xué)建模解釋被試（對(duì)象）對(duì)項(xiàng)目的反應(yīng)和其潛在特質(zhì)之間的關(guān)系，其中最常用的函數(shù)形式是累計(jì)正態(tài)分布函數(shù)和累計(jì)邏輯斯蒂（Logistic）分布函數(shù)。Rasch模型是僅有一個(gè)參數(shù)的邏輯斯蒂（Logistic）分布函數(shù)，其將原始分采用自然對(duì)數(shù)的方式轉(zhuǎn)化成logit分，具有客觀等距的特性。以Rasch模型為基礎(chǔ)衍生出眾多測量模型，Wilson的“四基石”模型（見圖1）便是其中一種，主要包括結(jié)構(gòu)圖、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、結(jié)果空間、測量模型四個(gè)維度，四者共同作用揭示個(gè)

3研究方法

研究選定“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”為主題，依據(jù)“證據(jù)推理”素養(yǎng)4個(gè)水平劃分開發(fā)測評(píng)工具，基于Winsteps3. 73.3軟件對(duì)工具的信度、效度的分析對(duì)測評(píng)工具進(jìn)行修改和優(yōu)化，直至工具符合Rasch模型要求，再進(jìn)行大樣本測試。其具體流程如圖2所示。

3.1命題框架的制定

研究選擇主題“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”為測評(píng)工具的主要內(nèi)容，各項(xiàng)目包括該主題下“元素與物質(zhì)”、“氧化還原反應(yīng)”等五個(gè)核心概念。將“證據(jù)推理”素養(yǎng)四個(gè)水平與五個(gè)核心概念相結(jié)合，建構(gòu)出素養(yǎng)測評(píng)的二維命題框架（如表2所示）。對(duì)近5年高考化學(xué)真題進(jìn)行篩選及整理，一方面保證考點(diǎn)的全面性，更重要的是保證試題能夠均勻分散在各個(gè)水平上。

該題考查“水平2”，學(xué)生需要在宏觀與微觀結(jié)合的基礎(chǔ)上多角度分析問題。A、B、D的選項(xiàng)中，除所給條件外，仍有其他情況符合描述，如“COi同樣與Ba2+生成白色沉淀”“FeCI，和Fe的混合物滴加KSCN溶液不出現(xiàn)血紅色”“固體中有AlO：滴加鹽酸生成白色沉淀，再加NaOH溶液沉淀溶解”。C選項(xiàng)的證據(jù)為NH4的檢驗(yàn)方式“滴加NaOH溶液，加熱，判斷是否有使?jié)駶櫦t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體”生成進(jìn)行推理，由于選項(xiàng)中沒有“加熱”一詞，故C正確。

oio將晶體X加熱分解，可得六種產(chǎn)物，由各分解產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比推測X的組成類似于明礬，若向一定量的X的濃溶液中逐滴加入濃NaOH溶液至過量，則產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量隨加入NaOH溶液體積的變化的正確圖像是（填字母）。

該題考查“水平3”，學(xué)生需要定性分析題干中所給信息（即X的組成），推理出何種成分（ Al、NH4）與NaOH溶液反應(yīng)，再進(jìn)一步從三者反應(yīng)的定量關(guān)系[ NaOH先與Al3+反應(yīng)后與NH4反應(yīng)，最后與生成的Al（ OH），作用生成A102]推出結(jié)論。

Q19化學(xué)小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后得到沉淀，對(duì)物質(zhì)性質(zhì)分析得出：沉淀B可能為Ag2SO，.Ag2S04或二者混合物。（資料：Ag2S04微溶于水;Ag2S03難溶于水）

實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證B的成分

取上層清液繼續(xù)滴加BaCl，溶液，未出現(xiàn)白色沉淀，根據(jù)此現(xiàn)象判斷B不合哪種物質(zhì)，并說出理由

該題考察“水平2”和“水平4”，要求學(xué)生從微觀角度根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)（Ba2+遇S04生成白色沉淀）提取證據(jù)，以此推理出B中不含Ag2S04，并要說明該結(jié)論與證據(jù)之間的關(guān)系。

3.3研究樣本

本研究共進(jìn)行了三輪測試（被試組成如表3所示），前兩輪測試的樣本來源于武漢市某重點(diǎn)高中高二某班，目的在于檢驗(yàn)測評(píng)工具的質(zhì)量。大樣本測試采取分層抽樣的形式，在同一所高中的高二、高三年級(jí)隨機(jī)抽取被試。

3.4數(shù)據(jù)分析

將所有被試數(shù)據(jù)錄入Excel 2019，進(jìn)一步將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Winsteps3. 72.3進(jìn)行工具質(zhì)量檢驗(yàn)，隨后從Winsteps3. 72.3導(dǎo)出數(shù)據(jù)，此時(shí)項(xiàng)目難度與被試能力水平已被轉(zhuǎn)化成具有等距意義的logits值，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)導(dǎo)人SPSS 25.0作進(jìn)一步分析。

4結(jié)果分析

4.1測評(píng)工具的質(zhì)量檢驗(yàn)

將整理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)人Winsteps3. 72.3進(jìn)行總體質(zhì)量分析，結(jié)果如表4所示。

數(shù)據(jù)顯示，被試的平均能力水平（0.05）略高于項(xiàng)目平均難度值（0.00）;測評(píng)工具的誤差為0. 07，說明本次測試的精確度較高;項(xiàng)目與被試的區(qū)分度與信度均高出要求值（一般要求區(qū)分度≥2，信度≥0.8）;項(xiàng)目擬合指數(shù)（ MNSQ、ZSTD）均在理想值左右（MNSQ理想值為1，ZSTD理想值為0）。

繪制標(biāo)準(zhǔn)殘差對(duì)比圖（略），大部分的項(xiàng)目處于[-0.4，0.4]的區(qū)間范圍之內(nèi)，基本滿足單維性檢驗(yàn)要求。繪制懷特圖（略）將被試的能力水平與項(xiàng)目難度放置于同一量尺中進(jìn)行比較，各個(gè)項(xiàng)目難度水平基本與預(yù)設(shè)水平一致，符合Rasch模型的基本要求。

綜上可知，測評(píng)工具的總體質(zhì)量良好，具有良好的信度和效度。

4.2學(xué)生的高中化學(xué)“證據(jù)推理”素養(yǎng)分析

4.2.1“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平劃分

將試卷中各個(gè)項(xiàng)目的難度估計(jì)進(jìn)行平均可得到每個(gè)水平的難度平均值。當(dāng)學(xué)生能力水平低于-1. 24時(shí)，則認(rèn)為學(xué)生尚未達(dá)到水平1;當(dāng)學(xué)生的能力水平處于-1. 24- -0. 24時(shí)，則認(rèn)為處于水平1;當(dāng)學(xué)生的能力水平處于-0. 24 -0. 24時(shí)，則認(rèn)為其處于水平2;當(dāng)學(xué)生的能力水平處于0. 24 -0.90時(shí)，則認(rèn)為其處于水平3;當(dāng)學(xué)生的能力水平高于0. 90時(shí)，則可視為已達(dá)到水平4的基本要求。

4.2.2“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平整體發(fā)展情況

為探知被試在各個(gè)素養(yǎng)水平上的分布情況，繪制被試“證據(jù)推理”素養(yǎng)各水平人數(shù)百分比分布表。由表5可知，處于水平2的學(xué)生人數(shù)最多;僅有5%的學(xué)生達(dá)到水平4。

4.2.3“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平的年級(jí)差異性分析

表6顯示了兩個(gè)年級(jí)高中化學(xué)“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由表可知，極大值出現(xiàn)在高三年級(jí)，為2. 07;極小值為高二年級(jí)某被試，為-1. 99。高二、高三年級(jí)被試的均分分別為-0. 2058、0.0768，高三年級(jí)的均分顯著高于高二年級(jí)。

對(duì)兩個(gè)年級(jí)“證據(jù)推理”素養(yǎng)均分進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)（見表7）。數(shù)據(jù)顯示萊文統(tǒng)計(jì)中顯著性值為0. 085>0.05，因此認(rèn)為方差具有齊性，T檢驗(yàn)的結(jié)果具有參考價(jià)值。在獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)中，顯著性為0. 000，說明高二、高三年級(jí)在“證據(jù)推理”素養(yǎng)得分上存在顯著的差異。

繪制不同年級(jí)被試“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平百分比分布表（如表8所示），高三年級(jí)與高二年級(jí)相比，處于水平1的被試占比明顯減少，處于水平3及水平4的被試人數(shù)占比略有上升，高三年級(jí)的“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平高于高二年級(jí)。

從具體核心概念分析（如圖3所示），兩個(gè)年級(jí)的素養(yǎng)水平表現(xiàn)差距主要來源于“氧化還原反應(yīng)…‘電離與離子反應(yīng)”這兩大核心概念，相較于其他核心概念，這兩類知識(shí)抽象性、邏輯性更強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的抽象思維能力要求更高，差距可能源自高三年級(jí)總體平均抽象思維能力高于高二年級(jí)。除此之外，選修課程的學(xué)習(xí)和已經(jīng)開始的一輪復(fù)習(xí)發(fā)展了高三年級(jí)學(xué)生的思維方式，加深了其對(duì)相關(guān)知識(shí)的記憶，這也是使得高三年級(jí)各主題“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平均高于高二年級(jí)的原因。

4.2.4“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平的學(xué)業(yè)表現(xiàn)差異性分析

以該區(qū)11月的期中統(tǒng)考的學(xué)科總成績?yōu)橐罁?jù)，按照總成績得分排名將被試進(jìn)行學(xué)業(yè)表現(xiàn)分類，將年級(jí)總分排名前27%的被試劃為學(xué)優(yōu)生;總分排名后27%的被試劃分為學(xué)困生;剩余的中間排名的被試則為學(xué)中生（如表9所示）。

對(duì)三類被試的結(jié)果進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)，如表10所示，極大值出現(xiàn)在學(xué)優(yōu)生被試當(dāng)中，為2. 07;極小值出現(xiàn)在學(xué)困生當(dāng)中，為-1. 99，從Rasch得分均值來看，被試均值得分：學(xué)優(yōu)生>學(xué)中生>學(xué)困生。

通過方差分析（如表11所示）對(duì)比三組平均數(shù)差異的顯著性，顯著性為0. 000，說明學(xué)優(yōu)生、學(xué)中生、學(xué)困生三個(gè)類別之間存在顯著性差異。

采用LSD法對(duì)樣本進(jìn)行事后多重比較。由表12可知，學(xué)優(yōu)生、學(xué)中生與學(xué)困生三組兩兩之間均存在著顯著差異。

由表13可知，學(xué)優(yōu)生中處于高水平（水平3、水平4）的被試占比為三類被試中最多;學(xué)中生中水平1、2、3人數(shù)分布平均;學(xué)困生中90%的被試處于低水平?？傮w上說，學(xué)業(yè)表現(xiàn)水平與“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平基本呈正相關(guān)關(guān)系。

從具體核心概念分析，三類被試的水平差異再次反映出抽象思維方式對(duì)學(xué)生“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平的影響。值得一提的是，學(xué)優(yōu)生與學(xué)中生之間的差距顯著大于學(xué)中生與學(xué)困生之間的差距，這一現(xiàn)象在“氧化還原反應(yīng)”與“電離與離子反應(yīng)”核心概念上尤為明顯，表明“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平的發(fā)展在學(xué)中生到學(xué)優(yōu)生有一個(gè)跨越，說明“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平與學(xué)業(yè)表現(xiàn)并不是簡單呈正比例相關(guān)，而是隨著成績上升其上升幅度越大（見圖4）。

5研究結(jié)論與啟示

5.1研究結(jié)論

（1）從整體上看，在“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”模塊，學(xué)生“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平主要處于水平2。其中，學(xué)生在“元素與物質(zhì)”“金屬及其化合物”“非金屬及其化合物”等核心概念的素養(yǎng)水平較高，在“氧化還原反應(yīng)”“電離與離子反應(yīng)”等核心概念的表現(xiàn)不佳。

（2）從年級(jí)差異上看，學(xué)生化學(xué)“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平隨年級(jí)升高而呈上升趨勢(shì)。高三年級(jí)在“氧化還原反應(yīng)”“非金屬及其化合物”等核心概念的素養(yǎng)水平顯著高于高二年級(jí)。

（3）從學(xué)業(yè)表現(xiàn)上看，學(xué)生化學(xué)“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平隨學(xué)業(yè)成績而呈上升趨勢(shì)，其中學(xué)優(yōu)生與學(xué)中生之間差距大于學(xué)中生與學(xué)困生之間的差距。

5.2研究啟示

5.2.1關(guān)注知識(shí)內(nèi)容與素養(yǎng)水平之間的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在不同核心概念下所表現(xiàn)出的“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平不同，因此在日常教學(xué)中，教師應(yīng)依據(jù)模塊特征，以學(xué)生素養(yǎng)水平發(fā)展要求為依據(jù)，制定具體的教學(xué)目標(biāo)實(shí)施教學(xué)。如對(duì)于“元素化合物及性質(zhì)”，學(xué)生已經(jīng)能從宏微結(jié)合的角度提取證據(jù)，進(jìn)行推理，教師在教學(xué)時(shí)可加大證據(jù)的復(fù)雜程度，要求學(xué)生從多個(gè)現(xiàn)象中推理出多個(gè)結(jié)論。而對(duì)于“氧化還原反應(yīng)”，學(xué)生素養(yǎng)水平較低，教師不宜設(shè)置過于復(fù)雜的推此知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)深入探究如何適度處理是非常重要的。