对科学探究能力表现性评价的研究

摘要：运用表现性评价方法来评价探究能力，学生在探究时把过程和结果写在结构式工作单上，然后教师根据工作单评价学生的探究能力。结果表明，学生在假设和分析数据方面表现较好，但在制订方案、构建图表、获取数据方面表现较差。最后，针对存在的问题讨论了相应的教学和评价建议。

关键词：科学探究能力；纸笔测验；表现性评价；结构式工作单

我国新课程改革时至今日，探究教学面临诸多困难，重要原因之一是缺乏与科学探究相适应的评价方法，教师还是通过纸笔测验来评价学生的实践探究能力，这种用旧评价方法来评价科学探究能力就像用旧尺子衡量新事物，窄化和异化了探究教学。因此，我们需要开发合适的评价方法，以促进探究教学的开展。

从20世纪60年代至今，国际科学界一直在探索科学探究能力的评价形式。按效度高低排列，主要有观察、工作单、机模拟、纸笔测验等方式。^［1］其中，观察方式就是教师通过观察学生做科学探究而进行评价；工作单方式也是让学生动手探究，但把过程和结果写在工作单上，然后教师对工作单进行评价。由于这两种评价方式与纸笔测验相对立，也称另类评价（alternative assessment），又称属于表现性评价（performance assessment）。由于观察方式成本高，难以在大规模高利害评价中实施，而工作单方式具有更好的成本和效度平衡性，因此更受青睐，如国际上三次大规模的科学成就研究（简称FISS、SISS、TIMSS）、英国的表现评价单元（APU）、美国的国家教育进步评价（NAEP）等都采用工作单方式来评价科学探究能力。^［2］

本研究采用基于表现性评价的工作单来评价初二学生的科学探究能力，并根据存在的问题讨论相应的教学和评价建议。

二、方法

（一）对象

两个学校初二年级的各一个班（使用人教版初中物理课标教材），共115人。

（二）程序

1．探究：探究内容为“电流大小与电压、电阻的关系”（按正常教学进度，这是下节课的教学内容）。把学生分别安排在各自学校的两个教室里，每个教室一个监考教师。学生每人用一套器材进行独立探究，在结构式工作单（表1）留空处写上过程和结果，时间45分钟。

表1 结构式工作单

2．设计评分量规：由笔者和两名初中物理骨干教师事先设计评分量表；然后，对一些学生工作单样本进行编码分析；最后，根据编码修订评分量表，以便评分量表能识别学生工作单可能出现的各种典型情况。

3．评分：由参与设计的两名教师先对5个学生的工作单进行预评，协商两者评价不一致的地方后，再评另5个学生的工作单，进一步统一意见后才对所有学生的工作单进行评分。各个步骤的评分者一致性系数在82%~95%之间。

三、结果和分析

下面是对学生工作单中的假设、方案、图表及数据、分析数据逐项进行评分的结果和分析。

（一）假设

表2 假设的得分情况

表2是学生假设和假设理由的得分情况。约78%的学生猜对了电流与电压以及电流与电阻的关系，既有定量关系也有定性关系，并且理由也合理。13%的学生猜对了电流与电压以及电流与电阻的关系，理由部分不合理，主要对电流与电压关系的解释较模糊。9%学生猜对一个关系，猜错的另一个关系主要是电流与电压关系。

与意料一样，假设成功率较高，理由也大多合理，这是因为学生刚学了电压和电阻概念，从这两个概念并不难推测电流与电压、电流与电阻的关系。同时也注意到，错误的假设大多发生在电流与电压的关系，较少发生在电流与电阻的关系，这是因为电压较电阻抽象，而且学生在上节刚探究了“电阻的大小与什么因素有关”，已经有了电阻改变导致电流改变的亲身体验。这些结果证实了建构主义的观点“对事物意义的建构取决于先前知识和经验”以及物理课程标准的要求“根据知识和经验进行假设”是合理的。显然，如果学生不具备必要的知识和经验，一味要求假设，不仅这种评价对学生不公平，而且还会使探究教学程式化。

（二）方案

方案对探究成功至关重要，因此分值较高，分别对实物图连接和控制变量进行评分。

表3 实物图得分情况

表3是学生连接实物图（图1）的得分情况。约51%的学生连接正确。约21%的连接基本正确，但存在一些问题，如电压表量程选择太大，读数误差大；或电压表与变阻器并联，没有直接测量定值电阻两端的电压。约21%的连接错误较多，如滑动变阻器的连接没有起到变阻作用，无法改变定值电阻的电流，或电压表与电源并联，无法测量定值电阻两端电压等。7%的学生连接错误太多，如电流表并联接入电路或电压表串联接入电路等。以上错误说明探究水平不仅跟一般的方法有关，还跟具体知识、技能有关。

表4 控制变量得分情况

表4是学生在实物图基础上进行控制变量的得分情况。为了使实验可靠、公平，在改变一个自变量时，必须保持其他自变量不变。约50%的学生能较好做到。35%不能完全做到，主要是改变电阻时没有控制变量，如“每改变一次电阻时，读取电流表的读数”，就没有提到电压是否保持不变。16%根本没有提到控制变量。这些错误情况表明一些学生还缺乏设计公平实验的意识和能力，在处理一个以上的自变量时容易忽略控制变量。^［3］值得注意的是，学生所用的教材有多处明确提到控制变量，通过与教师的交谈也了解到教师经常强调控制变量，但仍然有许多学生没有控制变量，说明了讲授法对控制变量这种程序性知识很难奏效。要把陈述性知识转化成程序性知识，需要在具体情境中多次实践，才能内化为一般能力并迁移到复杂情境中去。^［4］

（三）图表和数据

把科学分为个人科学和公共科学，前者注重结论但忽视证据呈现，后者不仅注重结论还注重呈现证据，否则难以服众。［5］科学探究作为公共科学，非常强调证据的呈现，因此分值也较高，包括图表及数据两部分。

表5 图表得分情况

实验现象或数据应该有序而系统地呈现在图表中，以便容易分析其变化趋势，表5为数据呈现得分情况。约61%的学生都用表格呈现数据，其中少部分还用坐标图来呈现，表现了较强的组织、转换数据的能力。19%学生与他们的定性假设一样，在表格中呈现定性描述，如电流“较大”“很大”，似乎不理解定量数据对科学探究的重要。15%没有把电流、电压或电阻按一致的方向排列，如电流“0.1A 0.3A 0.2A”，这些数据的无序也反映了操作的无序。5%以叙述方式呈现现象或数据，没有呈现在图表中。

表6 数据得分情况

表6为数据得分情况。为了得到可靠的结论，连续自变量一般应该改变三次以上，而且改变间隔大小应合理。约66%的学生能完全做到。14%的学生不能完全做到，一种情况是自变量改变次数少，主要是电阻没有改变两次以上，原因之一可能是提供给学生三个定值电阻，这样学生似乎把电阻当成类别变量而不是连续变量，原因之二可能是改变电阻要断开、连接电路，一些学生嫌麻烦；另一种情况是自变量范围和改变间隔太小，以致难以显示因变量电流的变化，这里主要是电压变化小，可能是滑动变阻器移动太少，也可能是电压表量程选了最大量程，或两者兼之。约12%的学生一个自变量数据合理，但另一个自变量数据明显错误，如电压没有改变，可能是电压表与电源并联；如定值电阻通过的电流与其两端电压变化趋势相反，很可能是电压表与变阻器并联，把变阻器两端电压当成了定值电阻两端电压。约8%的学生数据全部错误或没有，这是电路太多错误造成的。

从结果看到，数据正确率比方案正确率高，显然是学生在实际操作和测量时调整了方案，这说明元认知在对探究器材的选择与重组、对实验现象的捕捉与分析、对失败原因的查找与矫正、对自我行为的调节与控制等诸多方面起到了调控作用。［4］

（四）分析数据

表7 分析数据得分情况

对获得的现象或数据进行分析，找出其中的趋势或关系，表7为这方面得分情况。约71%的学生得到正确关系。约17%的学生不完全正确，如“电流随电阻增大而减少，随电压增大而减小”，这与他们连接的实物图一样，电压表与变阻器并联，测到的是变阻器而不是定值电阻两端电压。7%的学生没有得出一般的结论，只是重复描述现象或数据，如“当电阻为6，两端电压分别为1、2、3时，电流分别为0?17、0?34、0?5”，显然缺乏区分证据和结论的意识，或缺乏解释数据的能力。4%结论错误，主要是实物图太多错误，在实际操作时也没有纠正过来，得到的现象或数据混乱。

从结果看到，结论的正确率比数据和方案的正确率都高。可能的原因是多方面的，一是元认知在数据处理时再次发挥了调控作用，学生发现数据有问题时重新进行了测量；二是一些学生具有较强的抽象能力，能对不规范的数据进行加工处理，等等。后者也再次反映了一些学生尚停留私人科学层面，证据意识差，不注重呈现数据，但努力追求结论。

四、讨论和意义

从结果看到，学生在探究电流与电压和电阻的关系中，除了假设、解释数据较好外，其他表现都比较差，主要是控制变量的意识和能力差，证据意识差，组织、转换数据的能力差等，其原因主要有两方面。第一，探究教学开展程度低，甚至以讲授教学代替探究教学，以致学生真正探究的经历少。研究发现，学生的探究能力不仅跟一般方法有关，还跟具体的知识、技能和情境有关。也就是说，只通过传授一般方法来提高探究能力是难以奏效的，必须让学生在具体内容的学习中多次亲身实践，才能内化为一般能力并迁移到复杂情境中去。第二，这种评价要求清楚表述探究过程和结果，但一些学生可能动手能力强但表达能力差。的确，其他一些研究表明，不同类型学生在不同评价方式中会有不同的表现水平。^［2］然而，清楚地表达过程和结果本身就是科学探究所要求的交流能力，因此要提高交流能力，归根到底还是要让学生多经历探究，并明确要求和指导学生如何表达过程和结果。当然，如果把这种表现性评价用在形成性评价中，教师可以辅之以观察、交谈来全面判断学生的探究能力。

尽管本研究涉及了初中物理相当典型的探究方法和器材，但毕竟是基于个案的，而且学生的探究表现水平与探究任务、仪器、知识和情境等因素相关很大。^［1］因此，进一步研究学生在上述因素结合中的表现，无疑会对学生探究能力有更全面而深入的认识。

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［1］Baxter Gail P，and Others. Evaluation of Procedure-Based Scoring for Hands-On Science Assessment［J］. Journal of Educational Measurement,1992, 29(1 ):1-17.

［2］Lawrenz Frances，Huffman Douglas，Welch Wayne. The Science Achievement of Various Subgroups on Alternative Assessment Formats［J］. Science Education，2001,85(3 ):279-290.

［3］ Christine chin. Success with Investigations［J］. The Science Teacher, 2003,70(2):34-40.

［4］ Germann P J? Identifying Patterns and Relationships Among the Responses of Seventh Grade Students to the Science Process Skill of Designing Experiments［J］. Journal of Research in Science Teaching, 1996,33(1):79-99.

［5］Kind Per Morten. Performance Assessment in Science—What Are We Measuring［J］.Studies in Educational Evaluation，1999,25(3):179-194.