余春悅,伏振興

(寧夏師范學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院，寧夏 固原 756099)

2018年,教育部頒布《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”),“新課標(biāo)”以核心素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)提出整個(gè)課程的全部要求；以人為本,注重學(xué)生的差異性,關(guān)注學(xué)生的多元發(fā)展,體現(xiàn)物理課程的育人功能[1],旨在培養(yǎng)能應(yīng)對(duì)未來挑戰(zhàn)的新時(shí)代有志青年.

物理學(xué)作為自然學(xué)科的基礎(chǔ)之一,在學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)中具有重要地位.物理學(xué)的發(fā)展離不開物理實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生能夠清晰地了解物理學(xué)家的研究歷程,體會(huì)知識(shí)探究的艱辛和物理世界的奇妙,進(jìn)而加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握.物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生良好的動(dòng)手操作能力的同時(shí),還能夠培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式,有助于學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成.

隨著素質(zhì)教育的發(fā)展和“新課改”的不斷深入,如何合理地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)已越來越受到廣大教師的關(guān)注.但現(xiàn)階段對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)還不能很好地適應(yīng)“新課改”和素質(zhì)教育的要求,存在著以考試成績(jī)?yōu)橹鞯钠嬖u(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)掌握程度的情況,對(duì)于學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力和合作交流能力的培養(yǎng)較難做出有效的判斷[2].本文基于建構(gòu)主義和人本主義理論,結(jié)合“新課改”的要求,構(gòu)建普通高中物理探究性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)量表,在新教育教學(xué)理念下探索新的物理實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方式,以期客觀科學(xué)有效地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

1 層次分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡(jiǎn)稱AHP)作為一種決策分析方法,具體操作流程如下[3].首先分析要研究的問題,整理各要素之間的因果聯(lián)系,一般將問題分為三層,建立層次關(guān)系結(jié)構(gòu).層次關(guān)系構(gòu)建完成后,對(duì)同一層級(jí)的各個(gè)元素進(jìn)行兩兩比較,一般采用Saaty提出的標(biāo)度賦值[4],具體規(guī)定見表1.

表1 標(biāo)度賦值含義表

計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的方法有很多[5],本論文選擇容易筆算和適合階數(shù)不高的判斷矩陣的和法和根法.其中,和法的計(jì)算公式為

(1)

根法的計(jì)算公式為

(2)

上式中的wi均表示第i個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重,n表示判斷矩陣的階數(shù),aij表示判斷矩陣A中第i行第j列元素,akj同理.

在計(jì)算得出單層指標(biāo)權(quán)重后,為了確保數(shù)值可用,需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn).首先，根據(jù)下列公式(3)計(jì)算該矩陣的最大特征值λmax.

(3)

根據(jù)公式(4)計(jì)算出一致性指標(biāo)CI(consistency index),再根據(jù)下列公式(5)計(jì)算出一致性比例CR.

(4)

(5)

其中RI(random index)的取值如表2所示[6].

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

當(dāng)CR<0.1時(shí),認(rèn)為該矩陣具有一致性,若CR≥0.1,則需要對(duì)該矩陣進(jìn)行修正再重新計(jì)算.

計(jì)算完單層指標(biāo)權(quán)重后,再計(jì)算合成指標(biāo)權(quán)重,最后對(duì)整體進(jìn)行綜合一致性檢驗(yàn),仍然用公式(5)計(jì)算,其中

(6)

(7)

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)和權(quán)重的確定

以建構(gòu)主義和人本主義理論為指導(dǎo),結(jié)合高中物理新課標(biāo)的要求,采用訪談法聽取教育學(xué)專家和一線物理教師的意見,擬定普通高中物理探究性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)量表的一級(jí)指標(biāo)4個(gè)、二級(jí)指標(biāo)13個(gè)、三級(jí)指標(biāo)51個(gè).

采用層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重.訪談高中的一線物理教師和高校教育學(xué)專家,采用問卷調(diào)查的方式,綜合得到了各層級(jí)指標(biāo)兩兩對(duì)比的優(yōu)先系數(shù).為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,減小計(jì)算誤差,將采用三種不同的方法來計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重.

2.1 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重的確定

通過上述方法對(duì)一級(jí)指標(biāo)構(gòu)造出的判斷矩陣A如下.

2.1.1 和法計(jì)算一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

采用和法計(jì)算時(shí)，首先將矩陣A按列歸一化,得到矩陣A′.

將歸一化后的各行相加求平均,得到矩陣ωA

ωA對(duì)應(yīng)的就是一級(jí)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重.算出指標(biāo)權(quán)重后,再對(duì)該矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),利用公式(3)計(jì)算可得

λmax=4.0609.

2.1.2 根法計(jì)算一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

當(dāng)采用根法計(jì)算時(shí)，首先將矩陣A的元素按行相乘,得到的新矩陣為

再將新矩陣中的元素開n次方,得到

最后將其歸一化,得到

ωA對(duì)應(yīng)的就是一級(jí)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重.同樣地,對(duì)該矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),具體結(jié)果見表3.

2.1.3 MATLAB計(jì)算一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

采用MATLAB計(jì)算矩陣的最大特征為4.0606[7],對(duì)應(yīng)的特征向量為(0.3174,0.7460,0.4512,0.3730),將這個(gè)特征向量進(jìn)行歸一化處理,得

ωA對(duì)應(yīng)的就是一級(jí)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重.一致性檢驗(yàn)結(jié)果見表3.

表3 一級(jí)指標(biāo)各項(xiàng)數(shù)值統(tǒng)計(jì)

從上表可以看出,三種方法計(jì)算出的CR<0.1,說明對(duì)一級(jí)指標(biāo)的排序均有效.采用不同的方法對(duì)一級(jí)指標(biāo)的排序均為ωA2>ωA3>ωA1>ωA4,即實(shí)驗(yàn)探究>實(shí)驗(yàn)總結(jié)>實(shí)驗(yàn)態(tài)度>實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備.為減小誤差,取根法和MATLAB軟件計(jì)算的算術(shù)平均值作為最終指標(biāo)權(quán)重,即

2.2 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重的確定

同樣采用計(jì)算一級(jí)指標(biāo)權(quán)重的三種方法計(jì)算出二級(jí)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重,匯總?cè)绫?～表7所示.

表4 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的二級(jí)指各項(xiàng)標(biāo)數(shù)值統(tǒng)計(jì)

由上表可得,實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備下的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重為

表5 實(shí)驗(yàn)探究的二級(jí)指標(biāo)各項(xiàng)數(shù)值統(tǒng)計(jì)

從上表可以看出,采用和法的指標(biāo)排序?yàn)棣谺24>ωB23>ωB21=ωB22,采用根法和MATLAB軟件計(jì)算的指標(biāo)排序?yàn)棣谺23>ωB24>ωB21=ωB22,針對(duì)這個(gè)問題咨詢了多位一線物理教師的意見,一致認(rèn)為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比實(shí)施實(shí)驗(yàn)更重要,故將和法的計(jì)算結(jié)果排除.為減小誤差,取根法和MATLAB軟件計(jì)算的算數(shù)平均值作為最終指標(biāo)權(quán)重,即

表6 實(shí)驗(yàn)總結(jié)的二級(jí)指標(biāo)各項(xiàng)數(shù)值統(tǒng)計(jì)

表7 實(shí)驗(yàn)態(tài)度的二級(jí)指標(biāo)各項(xiàng)數(shù)值統(tǒng)計(jì)

從上表可以看出,對(duì)實(shí)驗(yàn)總結(jié)的二級(jí)指標(biāo)的排序均為ωB31>ωB32>ωB33>ωB34,即數(shù)據(jù)處理>誤差分析>交流討論>實(shí)驗(yàn)報(bào)告.為減小誤差,取根法和MATLAB軟件計(jì)算的算數(shù)平均值作為最終指標(biāo)權(quán)重,即

從上表可以看出,實(shí)驗(yàn)態(tài)度的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重為

單層次排序結(jié)束后,還要進(jìn)行綜合層次排序,計(jì)算出合成指標(biāo)權(quán)重,如表8所示.

表8 層次總排序

最后對(duì)整體進(jìn)行一致性檢驗(yàn),計(jì)算可得CR<0.1,層次總排序有效.

2.3 評(píng)價(jià)主體權(quán)重的確定

將評(píng)價(jià)主體分為學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)和教師評(píng)價(jià),針對(duì)評(píng)價(jià)主體的賦值也參照上述方法,最終數(shù)值統(tǒng)計(jì)如表9所示.

表9 評(píng)價(jià)主體的指標(biāo)各項(xiàng)數(shù)值統(tǒng)計(jì)

從上表可以看出,采用不同的方法對(duì)評(píng)價(jià)主體指標(biāo)的排序均為ωC3>ωC2>ωC1,即教師評(píng)價(jià)>小組互評(píng)>學(xué)生自評(píng).為減小誤差,取以上三種方法的算術(shù)平均值作為最終指標(biāo)權(quán)重

3 普通高中物理探究性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)量表

由于三級(jí)指標(biāo)的數(shù)量較多,而且難以明顯區(qū)分它們之間的重要程度,所以認(rèn)為它們的重要程度相同.另外,將定量評(píng)價(jià)和定性評(píng)價(jià)相結(jié)合，在評(píng)價(jià)量表的最后加上評(píng)語,一方面可以因人而異地指出學(xué)生存在的問題,另一方面也可以用來鼓勵(lì)學(xué)生,促進(jìn)師生良好交流.最終得出的學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)量表如表10所示.

表10 探究性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)量表

一級(jí)指標(biāo)內(nèi)容權(quán)重二級(jí)指標(biāo)內(nèi)容權(quán)重三級(jí)指標(biāo)內(nèi)容評(píng)價(jià)指標(biāo)得分自評(píng)0.16他評(píng)0.25師評(píng)0.59實(shí)驗(yàn)報(bào)告0.03能夠按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告每個(gè)指標(biāo)最多1分,滿分3分內(nèi)容正確完整書寫規(guī)范,字跡工整實(shí)驗(yàn)態(tài)度0.20情感0.05學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣高每個(gè)指標(biāo)最多1.25分,滿分5分實(shí)驗(yàn)過程中十分投入有克服困難的決心有做好實(shí)驗(yàn)的意識(shí)表現(xiàn)0.10遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律每個(gè)指標(biāo)最多2.5分,滿分10分團(tuán)隊(duì)分工明確能夠進(jìn)行自我反思能夠客觀評(píng)價(jià)自己和他人責(zé)任0.05實(shí)驗(yàn)操作安全、規(guī)范每個(gè)指標(biāo)最多1.25分,滿分5分實(shí)驗(yàn)過程中能夠?qū)嵤虑笫悄軌蚶潇o處理實(shí)驗(yàn)中的突發(fā)情況實(shí)驗(yàn)結(jié)束后整理儀器歸位總分最終得分:綜合評(píng)語:

4 信效度檢驗(yàn)

4.1 信度檢驗(yàn)

信度是衡量一個(gè)量表的評(píng)價(jià)結(jié)果是否可信的重要標(biāo)準(zhǔn),通常分為內(nèi)部信度和外部信度.本文選擇“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),邀請(qǐng)5名教師對(duì)上課的兩名同學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià),只統(tǒng)計(jì)教師評(píng)價(jià)部分的結(jié)果.利用SPSS軟件檢測(cè)Cronbach′s Alpha系數(shù)作為內(nèi)部信度的評(píng)判依據(jù),分析結(jié)果見表11.

表11 可靠性統(tǒng)計(jì)

由上表可知,α>0.8,說明該量表的內(nèi)在一致性良好.

外部信度即多位評(píng)價(jià)者采用同一量表對(duì)同一被試者進(jìn)行評(píng)價(jià)的一致性程度,又稱評(píng)分者一致性.利用SPSS軟件計(jì)算Kendall的tau_b相關(guān)系數(shù)和Spearman相關(guān)系數(shù)作為判斷依據(jù),對(duì)同學(xué)甲和同學(xué)乙的分析結(jié)果分別如下表12和表13.

表12 對(duì)同學(xué)甲進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)的評(píng)分者相關(guān)系數(shù)

表13 對(duì)同學(xué)甲進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)的評(píng)分者相關(guān)系數(shù)

由上表可知,對(duì)5位評(píng)價(jià)者的打分情況進(jìn)行兩兩比較,當(dāng)被評(píng)價(jià)者是同學(xué)甲時(shí),Kendall的tau_b相關(guān)系數(shù)為0.898～0.959,Spearman的rho相關(guān)系數(shù)為0.954～0.982;當(dāng)被評(píng)價(jià)者是同學(xué)乙時(shí),Kendall的tau_b相關(guān)系數(shù)為0.924～1,Spearman的rho相關(guān)系數(shù)為0.969～1,均大于0.8,說明評(píng)分者信度良好.

4.2 效度檢驗(yàn)

效度衡量的是一個(gè)評(píng)價(jià)量表能否客觀真實(shí)地反應(yīng)被評(píng)價(jià)者的實(shí)際狀況,本文主要探究?jī)?nèi)容效度和結(jié)構(gòu)效度.在內(nèi)容效度上,本文查閱了大量評(píng)價(jià)相關(guān)文獻(xiàn),同時(shí),緊密聯(lián)系新課標(biāo)的要求,將教育學(xué)原理融入其中,為量表的構(gòu)建提供了理論基礎(chǔ).在評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取上,充分考慮了學(xué)生和教師的各方面需求,咨詢了多位一線物理教師和教育學(xué)專家學(xué)者的意見.因此,構(gòu)建的量表應(yīng)具有良好的內(nèi)容效度.

結(jié)構(gòu)效度是指評(píng)價(jià)指標(biāo)的結(jié)構(gòu)層次與量表構(gòu)建之初的理論的符合程度,利用SPSS軟件進(jìn)行因子分析,將4個(gè)一級(jí)指標(biāo)定為4個(gè)因子,用各一級(jí)指標(biāo)的總分進(jìn)行分析,具體結(jié)果見表14.其中KMO>0.7,Sig.<0.05.

表14 KMO和Bartlett的檢驗(yàn)

再進(jìn)行各一級(jí)指標(biāo)得分與總分之間的相關(guān)性分析,采用Pearson相關(guān)性檢驗(yàn),具體分析結(jié)果見表15.

表15 各一級(jí)指標(biāo)得分與總分的Pearson相關(guān)性分析

由上表15可知,各一級(jí)指標(biāo)得分與總分之間的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.741～0.942,相關(guān)系數(shù)越高,量表的整體結(jié)構(gòu)越好.綜合以上分析,說明該量表具有良好的結(jié)構(gòu)效度.

5 結(jié)束語

以建構(gòu)主義和人本主義理論為指導(dǎo),結(jié)合高中物理新課標(biāo)的要求,采用層次分析法構(gòu)建了普通高中物理探究性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)量表.為避免用單一方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重產(chǎn)生誤差,利用三種不同的計(jì)算方法分別確定了一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重,并對(duì)其信效度進(jìn)行檢驗(yàn).量表保留實(shí)驗(yàn)綜合評(píng)語,采用定量評(píng)價(jià)為主，輔助定性評(píng)價(jià)以及將學(xué)生和小組成員也納入評(píng)價(jià)主體當(dāng)中的自評(píng)、他評(píng)和師評(píng)的多元評(píng)價(jià)方式,既可以促進(jìn)學(xué)生自我約束,又可以使同組成員之間相互監(jiān)督.新構(gòu)建的評(píng)價(jià)量表,適應(yīng)素質(zhì)教育和“新課改”的要求,能夠較為科學(xué)有效地評(píng)價(jià)普通高中物理探究性實(shí)驗(yàn)效果.