教学科研

《中学生科学探究能力评价方式的实证性研究及自主探索》

文章出处:未知 │ 网站编辑:商俊博 │ 发表时间:2020-09-29

中学生科学探究能力评价方式的实证性研究及自主探索
——“疫情与教育”成果公报
山东省教育科学“疫情与教育”规划专项课题《合作模式下中学生科学探究能力及评价方式的研究》阶段性成果,课题编号:2020YZJ239
内容摘要:课堂合作行为的评价是教师在事先制定量化标准的基础之上对学生课堂中的各种合作行为有效性所做的观念性的判断活动。它能够用来判断教师教学的有效性以及检验学生在合作课堂中的学习效果。教师在合作课的教学过程中,必须明确本堂课中具体的合作任务,分析和规划学生在该堂课上需要达到的主要能力目标,针对具体合作的任务制定明确、具有可操作性并且有一定区分度的评价标准,从而评价学生在达成任务或学习目标过程中的行为设计与实际行为的表现。
本阶段研究将结合课前的教学设计制定具体的学生探究行为评价量表来判断教师教学的有效性以及检验学生在探究课堂中的学习效果,旨在通过对学生课堂中的探究行为进行一系列量化的评价,为今后的教学提供有迹可循,有据可查的一手资料,从而为更好地提高课堂效率,在有限的课堂中使学生最大限度的达成课程标准对学生探究能力所提出的目标。
关键词:文化建设 小组合作 高效课堂 评价量表
引言:山东省北镇中学商俊博主持的《合作模式下中学生科学探究能力及评价方式的研究》,编号2020YZJ239,参与人:李宝江 高江涛 王玉清 胡宝忠  周明 李俊平 赵连森 杨学峰 单平平
为了让我们对学生合作探究行为的评价有据可依,能够对学生学习目标的达成情况进行量化的评判,我们设计出了各种不同的评价量表。在不断的实践过程中我们不断改良这些量表,让它们能够更契合我们的教学规律,更容易操作,更容易为我们改进教学提供科学、客观的依据。值得一提的是我们的课题研究是为配合我校高效课堂教学模式改革而展开的,我们有意识地让课题走进课堂,体现“问题”即课题,教学即研究,成长即成果的特点。
一、问题缘起
学习小组既是学生学习的基本单位,也是班级管理的基本单位。课堂教学中充分发挥学生自主学习和小组合作学习的效能,是打造“高效课堂”的关键,班级管理模式中充分调动学生自我管理效能,也必须依托小组单元建设顺利进行推进。
班级学习小组建设中关注每一个小组成员的个体评价,同时也必须强化小组整体的评价考核,培养学生养成强力的团队意识。我们在具体实施过程中,跳出了单纯课堂学习活动评价,根据我们班级文化建设取向,设计多元化评价角度,进行科学科学导向性评价,我们制定了学生合作行为评价量表以及用以观察学生的课堂实际行为的教师用观察量表。合作行为评价量表的意义在于将课堂细分为多个既相互关联又相互独立的要素,通过课堂及学生自身的反馈信息,发现存在于学生身上的闪光点;而教师用观察量表通过学生及听课教师反馈的信息,就能明确某一个或几个特定的教学环节存在的不足之处,这样我们就能有的放矢,改进我们相对应的教学设计,从而促进学生合作能力的发展,实实在在提高学生的科学探究能力。
二、研究内容与方法
1、本阶段的开展主要以学生的学习小组建设与有效合作为主体,进而建立以学生的探究要素和探究行为为核心的评价量表,以及专门供教师使用的“学生合作行为评价观察表”。主要研究内容:
(1)合作型学习小组建设需要班级文化引领
   班级文化是一个班级的软实力,是班级核心的竞争力。我们通过一系列新的活动,营造新的班级文化氛围,并不断促使班级文化精髓逐渐内化为学生的基本素养。所有的班级文化活动,既是学习小组活动的内容,又是学习小组活动的载体。班级文化的建设是完成学习小组建设的外在保障。
(2)以学生的合作要素和合作行为制定评价量表
   由于该量表依托于学习小组的合作活动,因而能够更为显性地描述出具体的行为要求,同时没有了等次确定带来的繁琐,更利于学生自评,自评的结果也更便于学生发现自身存在的有待改进的问题。教师统计也较为轻松,便于及时将反馈的统计结果运用到随后高效课堂教学模式的改革中去。
2、研究方法设计
   (1)学习小组的文化引领

 
 
 
 
 
 
 
 

以上所有班级文化活动的组织、实施和评价都需要合作型学习小组来进行,如班级宣誓活动可以有学习小组轮流领誓,也可由优秀小组领誓;如经典诵读活动可以有学习小组轮流组织,相互检查诵读效果;班级唱歌活动可以由优秀小组推荐歌曲、领唱等。这样既保障了班级文化潜移默化的效果,又增强了学习小组的凝聚力,调动了小组活动的积极性和实效性。
(2)基于合作学习评价量表的制定与完善
以合作要素制定的评价量中的数据能够明确学生对某一环节的目标达成度,但在实际的操作过程中,由于评价等次的存在,这一评价量表使用起来较为繁琐,对于能力稍差一些的学生使用起来就较为困难。鉴于此,我们又制定了以合作行为评价内容的评价量表,该量表的特点是“以合作任务定量表”,在达成情况的栏目中只有两个选项,即“能达成预设标准”和“不能达成预设标准”,由此简化了评价的方式,学生操作起来更为方便。
三、研究结论
1、合作型学习小组建设初见成果
   通过课堂活动中学习小组积分榜,展现个学习小组在自主学习、合作探究及交流展示中的风采,并且各学科教师必须每周要对各学习小组做出等级评价,而班级也要整合各学科的等级评价,对学习小组做出周评价,评选出优秀学习小组。同时,在班级管理工作中也注重对小组的整体评价、捆绑式评价,进一步激发学生的团队意识,强化管理效能。学生会每天对学习秩序进行检查,反馈细化到小组层面,极大方便了小组学习秩序的评价。这些措施虽然都是量化分数,但是把这些成绩展示在教室的文化宣传栏和走廊文化栏中,也就转化为一种积极健康的评价指标体系,彰显的也是一种文化引导。
根据我们班级文化建设取向,设计多元化的评价角度,进行科学评价,再辅助以大张旗鼓的表扬,就可以在班级形成强烈的文化氛围和舆论导向,引领学生潜移默化的自我教育。我们根据高效课堂建设的需要设置了各种“星级”评选,藉此激励学生积极投入到“自主学习”、“合作探究”、“交流展示”的学习环节中。在评选之后,隆重表彰,以激励学生,同时唤起学生的自我发展内应。
2、科学探究评价量表的自主探索
学生用评价量表的核心内容从合作要素演变到合作行为,感觉已趋于成熟,但是教师用评价量表始终与学生用量表相同或相似,在实践中发现对于评价课堂中的各种活动所起的作用略显单薄了些。为进一步减少学生自评可能带来的主观甚至是“虚假”信息的影响,增加分析的客观度和有效度。课题组结合高中部开展的“课堂观察”的经验,力求通过我们的努力使研究者在教学中不迷茫,做“明”师,进而成为“名”师,我们开发了专门用于教师使用的“学生合作行为评价观察表”,用以观察学生的课堂实际行为反应。
评价量表的演进凝聚了课题组每一位成员的辛劳与汗水,同时也获得了专家的帮助与指导。学生合作行为评价量表的意义在于将课堂细分为多个既相互关联又相互独立的要素,通过课堂及学生自身的反馈信息,发现存在于学生身上的闪光点;通过学生及听课教师反馈的信息,就能明确某一个或几个特定的教学环节存在的不足之处,这样我们就能有的放矢,改进我们相对应的教学设计,从而促进学生合作能力的发展,实实在在提高学生的学习能力。
四、政策建议
  1. 聚焦学生的合作行为开展评价
         探究能力的发展离不开知识积累,但是“测验不可能对产生结果的行为内部过程无动于衷”,知识不能完全代表能力,所以在研究中,注重对学生认知行为过程的评估,从研究特质向研究过程转变,强调“科学合作”中能力与过程的动态、且可控制的相互作用。
 2、强调课堂动态生成对能力的催化作用
    教学准备中我们主张逆向教学设计:先将课程标准转化为“学习目标”,并据此设计相匹配的评价,再来设计学习活动。我们倡导预设、生成、评价三大教学环节的交融,预设与评价要以课堂生成为中心,并为之服务,让课堂成为学生合作能力的生发场。生成的过程是一个渐进的、多层次和多角度的非线性序列,它不可能百分之百按预定的轨道运作,常会生成一些意料之外的新信息、新情境、新思维和新方法,实际的教学过程要比预定的生动、活泼、丰富得多。
3、评价量表的定位要注重学生的发展
课题实践证明,实现合作行为评价的价值最大化,可以从以下两个维度加以优化:在能力培养上,除关注固有能力的评价,关注对学生发展的过程评价,注重强化学生学习的成功之处,显示学习过程中需要改进的具体错误;重视教师对学生合作行为设计的有效引领,教师利用获得的评价信息改进合作行为的设计。
阶段性成果
一、项目概述和工作部署
“突出科学探究、重视培养学生的科学探究能力是当前国际科学教育改革的核心理念”。自新课程倡导科学探究的教学理念以来,我国的广大教师积极开展科学探究教学活动以培养学生的科学探究能力,但在此过程中面临的一个紧迫问题就是该怎么评价学生的科学探究能力。为了解决这一难题,我国的科学教育研究者对科学探究能力的评价问题进行了积极的探索,产生了一些研究成果。但这些研究成果较为零散,还缺乏较系统的归纳和总结。为了全面了解我国目前科学探究能力评价研究的现状,发现存在的问题和不足,课题组主要做了三方面的工作:1、拟对近年来国内外的科学探究能力评价研究作一个较全面的梳理和分析;2、通过分析论证、分层调研等方式自主探索一种促进学生全面发展的评价体系;3、对研究成果走进课堂的效果进行评估,并对课题项目的进一步研究和推广进行了展望。
二、目前国内外科学探究能力评价现状调查
    近年来国内的科学探究能力评价研究主要集中于对国外各种科学探究能力评价模式的介绍和述评,但已有少数研究者开始了对科学探究能力评价方法的自主探索,另外还有少量相关的实证研究,下面分别进行阐述。
1、对国外各种科学探究能力评价模式的介绍和述评
    科学探究的教育理念发源于国外,其科学探究能力评价的成功经验值得引进和借鉴。国内研究者对国外各种科学探究能力评价模式的关注度比较高,尤其是关于美、英两国和三大国际著名的学业评价项目中的科学探究能力评价模式的介绍性文章非常多,主要有对英国的GCE、英国的APU、美国的PADI和国际三大学业评价项目中科学探究能力评价模式的介绍和述评,另外还有一些具体的评价案例介绍等。
(1)对英国APU科学探究能力评价模式的述评
   钟媚博士对英国的APU科学探究能力测评试题的命题模型和思路进行了述评。APU采用纸笔测验和表现性评价相结合的评价模式,开发了一整套用于科学探究能力评价的量化评价工具和质性评价工具。APU的命题模型要同时考虑探究技能、探究内容、情境三个维度。
    钟媚博士还提出了英国的APU科学探究能力评价模式对我国的两点启示:第一,综合表现性评价和纸笔测验的优势,使两者优势互补;第二,应借鉴APU关于探究技能、探究内容、情境三者相结合的评价理念,开发情境性试题。
(2)对美国PADI科学探究能力评价模式的介绍
   周仕东、王书伟等对美国的PADI科学探究能力评价模式产生的背景、核心要素、原则和结构等进行了介绍。PADI是由美国的罗伯特·密斯里教授开发的一种科学探究能力评价模式。PADI评价模式的三个核心要素是:与探究有关的知识、技能;关于证据的各种观察;任务的显著特征。PADI评价模式的核心原则就是灵活性原则,如“评价方案可以但不一定与科学探究标准相一致”等就是灵活性原则的体现。PADI评价方案的结构一般包括题目、概要、知识技能、可能的工作成果、显著特征等共20个要素。
(3)其他的一些介绍或述评性文章
   对国外科学探究能力评价模式的介绍或述评性文章还有罗国忠研究员的《第三次国际数学和科学研究的科学探究能力评价体系及其启示》、《美国俄勒冈州的科学探究能力评价》、《美国密苏里州的科学探究能力另类评价及其启示》、《美国纽约州科学课程学生探究能力评价例析》和杜秀芳教授的《国外评价学生科学探究能力的两种不同视角》等。罗国忠研究员的这4篇文章分别介绍了第三次国际数学、科学学业评价项目(TIMSS)和美国这3个州的科学探究能力评价案例,具体包括对这些案例的评价目标、评价工具、评分标准、实施策略的介绍和分析等,也提出了一些对我国的启示和建议。而杜秀芳教授的这篇文章归纳了国外对科学探究能力评价的两种不同视角,一种视角是把科学探究能力看作过程技能的集合,另一种视角是把科学探究能力当作一种思维和推理能力。在这两种视角下采取的评价方式也不同。杜秀芳教授认为这两种视角都有失偏颇,正确的做法应当是将两者进行综合。
    总之,国内研究者对国外科学探究能力评价模式的介绍性文章较多,这些文章对于国内的科学探究能力评价实践与研究具有很好的参考、借鉴意义。但也存在一些不足,如对国外科学探究能力评价模式的描述和介绍多,但进行深入分析与评价的较少,不太注重与我国科学探究能力评价具体实践的结合。
2、国内科学探究能力评价的实证性研究
    国内目前关于科学探究能力评价的实证研究数量还非常少,但已有一些研究者在这方面做了开创性的工作,这些实证研究有罗国忠研究员关于各种科学探究能力评价方式的有效性或公平性研究和张军朋、许桂清关于教师对科学探究能力评价方式的认识、态度研究。
(1)对三种科学探究能力评价方式的实证研究
   纸笔测验、工作单和现场观察是国外评价学生科学探究能力的常用评价方式。罗国忠研究员对这三种评价方式进行了实证研究,这些实证研究涉及纸笔测验和工作单的有效性研究以及三种评价方式的公平性研究。
① 对纸笔测验有效性的研究。罗国忠研究员对纸笔测验在评价科学探究能力方面的有效性进行了实证研究。他以178名初三学生为实验对象,把学生分为6个组,对他们先后分别实施工作单评价和纸笔测验。研究结果表明,纸笔测验在整体和各探究要素上都不能替代工作单。因为工作单一般认为能有效评价学生的科学探究能力,所以这表明纸笔测验不能有效评价学生的科学探究能力。
②对三种工作单有效性的研究。工作单按照其结构性的强弱,可以分为开放性工作单、结构性工作单和引导性工作单三种。罗国忠研究员对这三种工作单的有效性进行了实证研究。他以60名初二学生为实验对象,把学生分成3个组,分别以开放性工作单、结构性工作单和引导性工作单评价他们的科学探究能力。研究结果表明,三种工作单在现场观察的可替代性方面,结构性工作单最强,引导性工作单最弱,开放性工作单居于二者之间。三种工作单都能代替现场观察。这表明三种工作单都能有效评价学生的科学探究能力。
③对三种科学探究能力评价方式公平性的研究。罗国忠研究员对纸笔测验、工作单、现场观察这三种科学探究能力评价方式对不同学生群体(性别、认知风格、学业水平成绩)的公平性问题进行了实证研究。
    该研究以178名高一学生为实验对象,把学生按照性别、认知风格、学业水平成绩进行分组,然后对他们的科学探究分别实施三种评价方式。研究发现,不同性别、认知风格和学业水平成绩的学生群体在三种评价方式中的表现不一致。这个研究结果表明任何一种评价方式都不是天然公平的。
    以上这些实证研究结论对于我国的科学探究能力评价实践具有很好的指导和借鉴意义。我国现在的科学探究能力评价方式还非常单一,纸笔测验方式还占绝对主导地位。而根据这些实证研究结论,纸笔测验在评价科学探究能力方面的有效性是低下的,而单一的评价方式也存在着公平性方面的缺陷,这就启示今后的科学探究能力评价应改变评价方式单一的局面,在加大工作单评价比重的基础上综合运用多种评价方式,以提高科学探究能力评价的有效性和公平性。
(2)关于教师对纸笔测验和工作单评价方式认识的实证研究
    为了了解教师对纸笔测验和工作单评价方式的认识及态度,张军朋、许桂清以广东省的203名高中物理教师为对象进行了问卷调查研究。调查的结果表明,对于纸笔测验,5.4%的教师认为“能测出大部分的科学探究能力”,62.2%的教师认为“能测出一部分科学探究能力”,24.3%的教师认为“一般”,8.1%的教师认为“几乎不能测出科学探究能力”。对于工作单评价方式,“约半数的教师认为工作单评价方式能非常有效或比较有效地测出学生的科学探究能力,四分之一的教师认为其有效性一般,另有四分之一的教师认为其有效性不高或较差”。
三、中学生科学探究能力评价方法的自主探索
1、PTA量表法的制定原则
PTA量表法又称为“基本要素特征分析法”,它是一种用来评价学生某一种表现或者若干综合表现的评价方法。
首先,确定可能对评价起重要作用的要素。为了能对各种要素进行有效的评价,我们进一步分析各要素能力的特征和学生在具体活动环节上表现这些能力的行为,再根据分析的情况把它细化成评价指标。例如:在猜想和假设环节,我们的评价指标可以有做出具有预见性的猜想、做出具有支撑度的假设等。
其次,编制测试学生每一个要素的评价量表。在这一步,必须根据要素的重要性进行权重,也可以赋予各要素相应的分数。例如提出问题这一要素笔者给出0.10的权重,主要考虑到高中物理中的几节探究课(如:《探究加速度与物体力、质量的关系》(必修一)、《探究功与物体速度变化的关系》(必修二)、《探究导体电阻与材料的关系》(选修3—1))都是教师给了特定的问题情境,教学中很少涉及完全开放性的问题,所以赋予较少的权重。
   为了让我们对学生的评价有据可依,为了能够对学生学习目标的达成情况进行量化的评判,我们设计出了各种不同的评价量表。在不断的实践过程中我们不断改良这些量表,让它们能够更契合我们的教学规律,更容易操作,更容易为我们改进教学提供科学、客观的依据。
2、以科学探究要素制定评价量表
案例一:学生科学探究要素评价量表
             课题:光的反射            年级:     
要素 等级 检测标准 评价等级
提出问题 A 根据教师提供的情景提出探究的问题,如什么情况下反射光线和入射光线重合?反射角和入射角有什么关系?入射光线、反射光线是否在同一平面内?  
B 能提出一些问题,但不全面,提出的问题针对性不强
C 问题脱离了情景或者提不出问题
猜想与假设 A 能提出与问题相关的猜想,且能说出假设的依据  
B 能提出猜想,但不能说明猜想的依据  
制定计划与设计实验 A 能选取所需的器材;能制定探究的步骤;明确小组成员间的分工与合作;能明确探究过程中需要重点观察的现象和测量的数据  
B 对所提出的部分猜想能设计实验方案,但不全面  
C 方案中有部分错误  
进行实验和收集数据 A 操作正确、熟练,观察仔细,数据记录完整、规范  
B 操作基本正确,对细微现象有忽略,观察不够仔细,粗略记录现象  
C 操作有重大错误,观察不仔细,无记录  
分析与论证 A 能根据收集的证据归纳总结,得出正确结论  
B 能根据部分现象或数据归纳总结,但归纳不全面  
C 不会用普遍性、规律性的语言表述结论  
交流与合作 A 具有准确表达自己观点的意识,具有尝试改进探究方案的意识  
B 缺乏交流与合作的意识,不会提出新的问题  
使用情况反馈:
优点 :(1)在这一批评价量表的使用中,听课教师和学生使用的是同一份评价量表,通过对每一个探究环节预设一定的学习目标并预设评价的等次,使学生或教师对每一个环节的评价都有据可依。
(2)通过分析评价量表中的数据就能够明确学生对某一环节的目标达成度,例如该环节A的达成度为90%,B的达成度为10%等。
不足:在实际的操作过程中,由于评价等次的存在,所以该量表使用起来较为繁琐,对于能力稍差一些的学生使用起来就较为困难,所以这样的评价量表对于这些学生而言没有很好的起到反馈信息的作用。
3、以科学探究行为制定评价量表
    由于第一批评价量表使用起来较为繁琐,因此我们制定了第二批评价量表,该量表的特点是“以探究任务定量表”;在达成情况的栏目中只有两个选项,即“能达成预设标准”和“不能达成预设标准”,由此简化了评价的方式,学生操作起来更为方便。
案例二:学生科学探究行为评价量表
 课题:摩擦力           年级:    
探究行为 评价点与预设标准 能达成预设标准 不能达成预设标准 你的困惑
活动一:用手感受静摩擦力和滑动摩擦力 在教师的引导下能使手和桌面之间产生静摩擦力和滑动摩擦力      
能感受静摩擦力和滑动摩擦力的方向      
能感受静摩擦力和滑动摩擦力的大小发生变化      
活动二:探究影响滑动摩擦力大小的因素 猜想与设计 自己能做出有依据的猜想  
制定计划与设计实验 能使木块持续受到滑动摩擦力      
能在拉动木块的过程中使用测力计,有测量的意识      
能用控制变量法测量不同情况下木块受到的滑动摩擦力      
  进行实验和收集数据 能记录实验数据      
能通过实验数据得出定性结论      
分析与论证 能分析实验数据得出结论,并能正确的表述      
交流与合作 在研究接触面粗糙程度对摩擦力的影响时,为使实验现象明显,可在木块上加一些钩码      
还有那些方法改变接触面呢      
为使测力计示数稳定,有人建议根据相对运动原理,改拉测力计为拉动木板,你能理解吗?      
 
使用情况反馈:
    由于该量表依托于探究活动,因而能够更为显性地描述出具体的行为要求,同时没有了等次确定带来的繁琐,更利于学生自评,自评的结果也更便于学生发现自身存在的有待改进的问题。教师统计也较为轻松,便于及时将反馈的统计结果运用到随后教学的改进中去。
     教师的评价量表与学生的量表相近,不同之处在于学生的自评改成了“达成情况”,同时量表后的说明文字改成了:1.观察对象为“全体学生”或“某某组的学生共多少人”。2.达成情况分析为“好”、“一般”和“较差”,若为后两项,写明教学设计调整建议。
    中学生科学探究能力的提高基于一定的探究过程,而探究过程的进行离不开行之有效的科学探究行为,本课题在关注两者评价方式有效性实施的同时也在密切关注他们的相互辩证关系。通过对学生课堂中的合作行为进行一系列量化的评价,我们积累了大量的资料,这样就使得我们今后的教学有迹可循,有据可查,从而更好地提高课堂效率,为推进高效课堂改革提供了有效支持。