“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”[1]。自新课程倡导科学探究的教学理念以来,我国广大教师积极开展科学探究教学活动,培养学生的科学探究能力。然而,这一过程中面临的一个迫切问题是如何评价学生的科学探究能力。为了解决这一问题,我国科学教育研究者对科学探究能力评价进行了积极的探索,并产生了一些研究成果。但这些研究成果比较零散,缺乏比较系统的总结和归纳。为了全面了解我国科学探究能力评价研究的现状,找出存在的问题和不足,为未来的研究指明方向,笔者拟对近年来我国科学探究能力评价研究进行全面回顾与分析,并对未来的研究进行展望。
近年来,国内对科学探究能力评价的研究主要集中在对国外各种科学探究能力评价模型的介绍与评述,但也有少数研究者开始独立探索科学探究能力评价方法,此外,还有少量相关的实证研究,详述如下。
1. 国外各类科学探究能力评价模型介绍与评述
科学探究教育理念源于国外,其在科学探究能力评价方面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型较为关注,尤其是美国、英国及三大国际知名学术评估项目中的科学探究能力评价模型。介绍性文章较多,主要是对英国GCE、英国APU、美国PADI及三大国际知名学术评估项目中的科学探究能力评价模型的介绍与评述,以及一些具体的评估案例介绍。
1.英国GCE物理课程考试科学探究能力评价模型介绍
赵宝刚教授对英国GCE物理课程考试中科学探究能力的评价模式进行介绍和分析[2]。英国GCE物理课程考试中科学探究能力的评价采用笔试和实验操作相结合的方式。笔试题目为与实际生活紧密相关的开放式情境题,主要考察学生的科学思维能力和理论联系实际的能力。实验操作考试分两种:一种是在教学过程中进行的,内容包括实验设计、实验实施、分析论证、结论、评价程序和证据等,由教师评分、考试中心复核;另一种是由考试中心统一组织的考试,包括两部分。第一部分要求学生针对给定的问题情境设计探究方案;第二部分要求学生根据问题中给出的具体要求进行实验探究,包括调整实验装置、测量、制作图表、评价和讲解探究过程等。
2.英国APU科学探究能力评估模型回顾
钟梅博士回顾了英国APU科学探究能力评估测试的命题模型与思路[3]。APU采用纸笔测试与表现性评价相结合的评价模式,开发了一套定量与定性相结合的科学探究能力评价工具。APU的命题模型要同时考虑探究技巧、探究内容、情境三个维度。
钟梅博士还提出英国APU科学探究能力评价模式对我国的两点启示:一是要结合综合表现评价与纸笔测试的优势,实现优势互补;二是要借鉴APU探究技能、探究内容、情境相结合的评价理念,开发情境化测试题目。
3.美国PADI科学探究能力测评模型介绍
周世东、王树伟等人介绍了美国PADI科学探究能力测评模型的背景、核心要素、原则和结构[4]。PADI是美国 教授开发的科学探究能力测评模型高中物理教学日志,PADI测评模型的三大核心要素为:与探究相关的知识与技能;对证据的各种观察;任务的显著特征。PADI测评模型的核心原则是灵活性原则,例如“测评方案可以但不一定符合科学探究标准”就是灵活性原则的体现。PADI测评方案的结构一般包括标题、概要、知识与技能、可能的工作结果、显著特征等20个要素。
4. 国际上三大著名学术评估项目中科学探究能力评估模型的介绍与分析
朱行健对国际上三个著名学术评估项目TIMSS、PISA、NAEP中科学探究能力评估框架及评价标准进行了详细介绍,并在此基础上总结分析了三种评估模式的特点[5]。
三种评估模式的特点为:(1)从评估目标来看,都是基于相应的目标分类理论;(2)从评估方式来看,TIMSS和PISA采用纸笔测试,而NAEP则既有纸笔测试高中物理教学日志,也有实验操作技能测试;(3)从评估指导思想来看,三种模式都是在问题解决过程中创设问题情境,考察学生的科学探究能力。
5. 其他介绍性或评论性文章
其他介绍或评述国外科学探究能力评价模式的文章还有罗国忠研究员的《第三次国际数学与科学研究的科学探究能力评价体系及其启示》[6]、《美国俄勒冈州科学探究能力评价》[7]、《美国密苏里州科学探究能力替代性评价及其启示》[8]、《美国纽约州科学课程学生探究能力评价实例分析》[9],以及杜秀芳教授的《国外评价学生科学探究能力的两种不同视角》[10]。罗国忠研究员的四篇文章分别介绍了第三次国际数学与科学研究(TIMSS)和美国三州的科学探究能力评价案例,包括对这些案例的评价目标、评价工具、评分标准、实施策略等进行介绍和分析,同时也对我国提出了一些启示和建议。 杜秀芳教授的文章总结了国外对科学探究能力评价的两种不同视角,一种视角把科学探究能力看作是过程技能的集合英语作文,另一种视角把科学探究能力看作是一种思维推理能力,两种视角下所采取的评价方法也各有不同。杜秀芳教授认为两种视角都有失偏颇,正确的做法应该是将两者结合起来。
总之,国内研究者已经撰写了不少关于国外科学探究能力评价模型的介绍性文章,对国内的科学探究能力评价实践与研究具有重要的借鉴和参考意义。但也存在着对国外科学探究能力评价模型描述介绍较多,深入分析评价较少,较少注重与我国科学探究能力评价具体实践相结合等不足。
2. 科学探究能力评价方法的自主探索
评价方法是科学探究能力评价的核心问题,主要探讨“如何评价”科学探究能力的问题。国内该领域的原创性研究成果相对较少,但也有一些研究者进行了独立的探索,其中具有代表性的有温胜伟、仇宝兰等对科学探究能力评价量表的设计研究,李雪梅、范春玲等对“探究日志”评价方法的探索。
1. 科学探究能力评价量表设计
温胜伟、邱宝兰基于科学探究七要素模型[11]设计了科学探究能力测评量表。测评量表按照提出问题、猜测与假设、制定计划与设计实验、开展实验与收集数据、分析与论证、评价、交流与合作七个要素进行设计,每个要素分为四个等级。量表对各能力要素的内涵进行了定义和量化,并提出了量表使用的原则性建议。
本评估量表的设计立足于我国基础教育科学探究能力评价的实际,针对性较强,但本评估量表还缺乏科学性和有效性的实证研究,这些问题有待今后进一步深入研究。
2.“探索日志”评估方法探索
探究日志是学生在科学探究过程中活动和思考的记录,其内容一般包括探究计划、探究过程中的活动、探究过程的反思等。李雪梅、范春玲等研究了利用“探究日志”测评学生科学探究能力的方法[12],详细探讨了“探究日志”的结构、测评流程和注意事项,并根据新课程标准中提出的科学探究七要素设计了详细的评分标准。
“探究日志”是一种科学探究能力的形成性评价方法,它全面、详细地记录了学生的探究过程和探究过程中的反思,有利于教师全面了解学生的探究过程,及时发现学生在探究过程中存在的问题,从而采取相应的教学策略。未来需要进一步研究的问题是“探究日志”评价的科学性和有效性的实证研究。
3.科学探究能力评价的实证研究
目前,国内关于科学探究能力评价的实证研究很少,但也有一些研究者在这方面做了开创性的工作,这些实证研究包括罗国忠研究员关于各种科学探究能力评价方法的有效性或公平性的研究,张俊鹏和徐桂清等关于教师对科学探究能力评价方法的理解和态度的研究。
1.三种科学探究能力评价方法的实证研究
纸笔测试、工作表和现场观察是国外评价学生科学探究能力常用的评价方式,罗国忠研究员对这三种评价方式进行了实证研究,涉及纸笔测试和工作表的有效性以及三种评价方式的公平性。
1)纸笔测试的有效性研究。罗国忠研究员对纸笔测试在科学探究能力评价中的有效性进行了实证研究[13]。他以178名初中生为实验对象,将学生分成6组,分别实施工作表评价和纸笔测试。研究结果表明,纸笔测试在整体和个别探究要素方面都无法取代工作表。由于工作表通常被认为能够有效评价学生的科学探究能力,这表明纸笔测试无法有效评价学生的科学探究能力。
2)三类工作表的有效性研究。工作表按照结构强弱可分为开放式工作表、结构化工作表和引导式工作表。罗国忠研究员对这三类工作表的有效性进行了实证研究[14],以60名初中生为实验对象,将学生分为三组,分别用开放式工作表、结构化工作表和引导式工作表测评学生的科学探究能力。研究结果表明,在三类工作表对现场观察的替代性方面,结构化工作表最强,引导式工作表最弱,开放式工作表介于两者之间。三类工作表均可以替代现场观察。说明三类工作表均能有效地测评学生的科学探究能力。
3)三种科学探究能力评价方法的公平性研究。罗国忠研究员针对不同的学生群体(性别、认知风格、物理学业成绩)对纸笔测试、工作表和现场观察三种科学探究能力评价方法的公平性进行了实证研究[15]。
本研究以178名初中生为实验对象,按照性别、认知风格、物理学业成绩进行分组,并实施三种评价方式对其科研成果进行评价。研究发现,不同性别、认知风格、物理学业水平的学生群体在三种评价方式中的表现不一致。本研究结果表明,没有一种评价方式是天生公平的。
上述实证研究结论对于我国科学探究能力评价实践具有很好的指导和借鉴意义。我国目前的科学探究能力评价方法还十分单一,纸笔测试法仍然占据绝对主导地位。从这些实证研究结论来看,纸笔测试在评价科学探究能力方面的有效性较低,单一评价方法也存在着公平性的缺陷。这提示未来的科学探究能力评价应改变评价方法单一的局面,在增加工作表评价比重的基础上综合运用多种评价方法,以提高科学探究能力评价的有效性和公平性。
2. 关于教师对纸笔测试和作业纸评估方法的看法的实证研究
为了了解教师对纸笔测试和作业单评价方式的认识和态度,张俊鹏、徐桂清对广东省203名高中物理教师进行了问卷调查[16]。调查结果显示,对于纸笔测试,5.4%的教师认为“能测量大部分科学探究能力”,62.2%的教师认为“能测量部分科学探究能力”。