物理实验能力表现标准的开发研究

王焕霞

(1. 曲阜师范大学教育学院,山东 曲阜 273165; 2. 山东师范大学教育学部,山东 济南 250014;3. 中国教育大数据研究院,山东 曲阜 273165)

学科能力表现标准明确指出学生在某一阶段应达到的学习表现,它以清晰文本的形式呈现出来,给一线教师教学评价带来便利,同时也为我国教育质量监测工程提供基石,开发学科能力表现标准具有重要意义．而物理实验能力作为一种重要的物理学科能力,其能力表现标准的开发具有迫切性和现实意义．

1 物理实验能力表现标准概念内涵

物理实验能力是在有关的物理知识、技能基础上,顺利地完成物理实验活动任务的个性心理特征,主要是指根据实验目的、实验要求制定实验方案、实验步骤,设计记录表格,合理地选取实验仪器,正确地使用仪器并进行实验操作,分析整理实验结果,得出实验结论等能力．物理学是一门以实验为基础的科学,物理实验能力是一种重要的物理学科能力．物理实验能力细化为物理实验操作能力,物理实验条件控制能力,物理实验记录能力,表达实验结果并最终解决物理问题能力．[1]

一般而言,表现标准的开发以学科能力为基础．表现标准是指学生应当达成的基本能力、关键技能的目标规定,是衡量学生学习结果的准则．与此对应,物理实验能力表现标准是指,学生经过物理实验学习之后应达成的物理实验能力、关键技能的目标规定,是衡量学生物理实验学习结果的准则,一般包括“表现描述”、“表现水平”与“作业实例及评注”等．[2-3]

2 物理实验能力表现标准开发

结合物理实验能力的基本要素和分类,本研究分别对物理实验操作能力、物理实验条件控制能力、物理实验记录能力、表达实验结果并最终解决物理问题能力开发了相应的能力表现标准．这里展示物理实验能力表现标准的构成要素“表现描述”和“表现水平”．

2.1 物理实验操作能力表现标准

表现描述:进入实验室以后,服从指导教师的指导,注意爱护仪器,根据实验目的、要求制定实验的方案、步骤,设计记录表格,合理地选取仪器,正确地使用仪器和进行测量,分析整理实验结果,得出必要结论,实验结束后对实验仪器进行整理归位．

表现水平:表现优异、合格、有待提高．详见表1．

表1 物理实验操作能力表现标准

2.2 物理实验条件控制能力表现标准

表现描述:对实验操作过程和方法的控制;预想和思考影响实验效果或结果的各种因素,保持其他因素不变,只改变一种因素,进行对比实验,记录实验现象、事实并进行分析、研究和处理;在执行实验计划时逐步建立完成实验操作活动的内部体验,对自己的的操作进行控制和调整．

表现水平:表现优异、合格、有待提高．详见表2．

表2 物理实验条件控制能力表现标准

2.3 物理实验记录能力表现标准

表现描述:记录仪器装置、操作过程、实验条件、现象和事实、实验原理等．要如实、准确、客观地记录所观察到的信息、数据,正确使用文字、物理术语等记录手段,确保记录的科学性,记录要全面而有条理．

表现水平:表现优异、合格、有待提高．详见表3．

表3 物理实验记录能力表现标准

2.4 表达实验结果并最终解决物理问题能力表现标准

表现描述:将所得的实验结果用文字、图表、报告等形式,明了易懂地表述出来,易于使他人理解;能够对物理实验结果进行总结归纳,得出物理实验结论,最后形成科学的物理概念、定律和规律;能够灵活运用这些科学知识解释实际生产生活中的物理现象,解决物理问题．

表现水平:表现优异、合格、有待提高．详见表4．

表4 表达实验结果并最终解决物理问题能力表现标准

3 物理实验能力表现标准案例研究

这里展示物理实验能力表现标准的构成要素“作业实例及评注”．

3.1 作业要求

实验室准备了下列主要的实验器材:带孔的金属小球、光电门和光电计时器．试设计一个实验,验证机械能守恒定律．

要求: ① 说明实验方法和原理以及还需要的测量工具和器材; ② 说明实验的步骤; ③ 说明实验处理和验证的具体方法; ④ 说明误差产生的原因和改进的方法．

3.2 完成条件

小组完成、有时间限制、课堂作业、有教师反馈．

3.3 对应标准

物理实验操作能力:进入实验室以后,服从指导教师的指导,注意爱护仪器,根据实验目的、要求制定实验的方案、步骤,设计记录表格,合理地选取仪器,正确地使用仪器和进行测量,分析整理实验结果,得出必要结论,实验结束后对实验仪器进行整理归位．

物理实验记录能力:记录仪器装置、操作过程、实验条件、现象和事实、实验原理等．要如实、准确、客观地记录所观察到的信息、数据,正确使用文字、物理术语等记录手段,确保记录的科学性,记录要全面而有条理．

3.4 学生作业展示(表5)

表5 学生作业

3.5 教师评注

本作业展示了物理实验操作能力的表现,学生能够根据实验目的、要求设计与制定验证机械能守恒定律的实验方案、步骤,合理地选取仪器,正确地使用仪器进行测量;学生能掌握运用光电门和光电计时器的方法,并运用刻度尺和游标卡尺测量所需的数据,完成实验;分析整理实验结果,验证机械能守恒定律．对照“表1 物理实验操作能力表现标准”,可以判断学生表现水平为“表现优异”．

本作业还展示了物理实验记录能力的表现,学生在明确实验目的的基础上,知道重点要记录的内容,能按照要求正确使用文字、物理术语等记录手段,如实、准确、客观地记录实验操作要点、所观察到的关键信息,能够记录多次测量的小球直径d、悬点到小球释放点的高度h、小球在最低点处穿过光电门所用的时间Δt、物体下落的距离Δh等关键数据,确保了实验记录的科学性、有效性和条理性．对照“表3 物理实验记录能力表现标准”,可以判断学生表现水平为“表现优异”．

上述展示了“物理实验操作能力和物理实验记录能力表现标准”的构成要素“作业实例及评注”．由于学科能力表现标准提供了学生作业实例来展示学生已经达到“表现水平”的等级,不仅教师可以方便地参照作业实例指导和检测学生的学习结果,而且学生也可参照作业实例判断自己达到何种表现水平,这将有效促进物理教育评价正义性的实现．[4]

需要说明的是,由于解决一道相对复杂的物理问题时可能需要学生综合运用多种物理能力才能实现,比如一道试题既考查了物理实验能力、物理思维能力、又考查了物理观察能力,我们以试题最核心考查的能力指标为准．[5]

4 研究结论

物理学科能力表现标准对一线教师的课堂教学与评价具有重要指导意义,并为大规模学业评价提供参考,同时为深入开展物理学业评价与课程标准的一致性研究提供借鉴．[6]物理实验能力作为一种重要的物理学科能力,其能力表现标准的开发具有迫切性和现实意义．

结合物理实验能力的基本要素和分类,分别对物理实验操作能力、物理实验条件控制能力、物理实验记录能力、表达实验结果并最终解决物理问题能力开发了相应的能力表现标准．物理实验能力表现标准包括“表现描述”、“表现水平”与“作业实例及评注”．本研究开发的物理实验能力表现标准具有重要的借鉴价值,将有效促进课程改革的深入发展．