科学思维发展层级模型及其导向下的学习评价

摘 要：科学思维是物理学科核心素养之一，科学思维的内涵与布鲁姆思维认知是相互关联的，据此建立了科学思维发展层级模型，并阐述了以思维发展为导向的学生物理学习评价策略.

关键词：科学思维;思维发展;学习评价

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）13-0010-03

作者简介：蒋炜波（1987-），男，四川人，硕士，中学高级教师，研究方向：中学物理教育教学.

1 科学思维发展的层次模型

1.1 思维水平层级与认知思维等级

在《普通高中课程标准（2017年版）》中，科学思维作为物理学科核心素养内涵的重要组成之一被明确提出.新课程标准中将科学思维分为五个水平层级，最低为水平1，最高为水平5.本杰明·布鲁姆在1956年提出的教育目标分类理论中，将人的认知思维从低到高分为了六个层次，即识记、理解、应用、分析、综合和评价，显然，这一分类与新课程标准中的科学思维水平是相对应的[1].

科学思维水平1层级，要求学生能说出一些简单的物理模型，能对常见的物理现象进行简单分析，能区别观点和证据，知道质疑创新的重要性.科学思维水平2层级要求学生能在熟悉的情境中应用常见的物理模型，能对简单的现象进行分析和推理并获得结论，能使用简单和直接的证据表达自己的观点，具有质疑和创新的意识.这两个层级主要涉及到识记、理解、应用三个较低层级的思维.

科学思维水平3层级，要求学生能在熟悉的情境中根据需要选择恰当的模型解决简单的物理问题，能对常见的物理现象进行分析和推理，获得结论并作出解释;能恰当使用证据表达自己的观点，能对已有的观点提出质疑，从不同的角度分析解决物理问题.科学思维水平4层级，要求学生能将实际问题中的对象和过程转换为物理模型，能对综合性的物理问题进行分析推理，获得结论并作出解释;能恰当使用证据证明物理结论，能对已有的结论提出有依据的质疑，采用不同方式分析解决物理问题.这两个层级除了包含识记、理解、应用三个低层思维以外，还包含了分析、综合和提出质疑等三个较高层级的思维.

科学思维水平5层级，要求学生能将较复杂的实际问题中的对象和过程转换为物理模型，能在新情境中对综合性的物理问题进行分析推理，获得正确的结论并作出解释;能考虑证据的可靠性，合理使用证据，能从多个视角审视检验结论，解决物理问题具有一定的新颖性.这一层级对思维的层级包含最为全面，尤其是在质疑、创新、评估层面，是五个思維水平中最高的.

1.2 科学思维发展的层次模型

随着科学思维水平层级的增加，其对应的认知思维等级也越来越高、越来越全面.但是科学思维中蕴含的质疑创新却并没有在布鲁姆认知思维模型中明确体现出来，这表明新课程标准在科学思维方面提出了比布鲁姆认知思维模型更全面的思维发展要求.鉴于此，可以结合布鲁姆认知思维模型和物理学科核心素养理念，构建科学思维发展的层次模型，该模型包含三个思维阶层，具体见表1.

低阶思维是指低层次的思维认知水平，主要用于学习既定知识（即侧重获取输入），以及完成简单的任务（即低层次输出），不要求较复杂的情境和问题，不涉及复杂综合模型的使用.低阶思维包含识记、理解、应用等方面，指向科学思维水平1和水平2层级.

中阶思维是指超越单纯的知识获取输入的思维认知水平，主要用于对已经学习的知识的内化升华（即侧重加工整理），以及完成有一定难度的任务（即高层次输出），此时涉及的情境也较为复杂，用到的模型也更加综合.中阶思维包含推理、论证、分析、综合、系统化等方面，指向科学思维水平3和水平4层级.

高阶思维是指高层次认知能力的思维认知水平，是对学习者在利用已有认知解决实际复杂问题过程中所需要的各种能力的发展培养.高阶思维包括评价、质疑、创新、迁移、建构、创造等，指向科学思维水平5层级.

科学思维发展的层次模型，是以布鲁姆认知思维模型为基础，以物理学科核心素养培养为导向，是对科学思维这一学科核心素养的结构化、层级化、显现化，以便借此在教学中更加有针对性地进行科学思维的培养.以科学思维发展为导向，能够有效地对学生的物理学习进行评价.

2 以思维发展为导向的学习评价

学习评价不只是针对学生的知识和方法层面，在核心素养理念下，学生的科学思维发展水平也是学习评价的一部分，良好的评价能够很好地促进物理教学，切实帮助学生科学思维的发展，因此，以科学思维发展为导向进行学习评价是非常有必要的.由于科学思维始终贯穿于整个学生的学习过程中，因此科学思维导向下的学习评价不能仅仅通过选拔性终结命题来进行，也需要关注到学习的过程和学习的诊断.

2.1 注重学习评价的过程性

学生在学习过程中需要有效调动各个层次的科学思维，但是思维很难量化，因此评价必然需要将客观数据和主观判断相结合.

学生的物理学习都是以一系列的活动环节开展进行的，一节课的学习时间终归是有限的，如果每一个学习环节都有较为明确的思维导向，那么在对与学习无关的时间流程进行删减以后，某一活动环节所需要的必要学习时间的多少，客观上就具备了反映学生在学习过程中的思维参与情况的功能.因此，可以通过统计必要学习时间，在思维层面对学生学习的过程进行评价.

但是仅仅依靠客观数据还不足以完成过程评价，相同的学习环节，不同的学生真正投入的程度也是不同的，这时候需要对学习的必要时间进行加权.权重系数依靠学生自己学习的主观感受，并结合小组内部同学之间的互评进行判断确定.最终的评价量表见表2.

比如第1个环节下的第1个具体项目，设计必要学习用时5min，其中低阶思维用时3min，中阶思维用时2min，高阶思维用时0min.学生的自评参与度为80%，互评参与度为70%，那么最终参与度为二者的平均值75%，这便是学生必要学习时间的权重系数.于是最终得到有效低阶思维用时2.25min，有效中阶思维用时1.5min，有效高阶思维用时0min，有效的思维总时间为3.75min.

可以看到，学生自评和互评的权重系数有着重要的评价意义，它能够有效地反映教师设计的思维活动与学生思维水平的契合度，权重系数越高，表明契合度越好，权重系数越低，则表明契合度越差.权重系数低，说明教师的教学设计与学生的思维水平出现了严重的脱节.

需要说明的是，各个思维层面的有效学习时间的分配，并不一定是高阶思维层面用时越多就越好，应该要兼顾学生的实际思維水平，低阶、中阶和高阶思维需要合理匹配，帮助学生完成学习过程.因为自评和互评得到的权重系数能够很好地反映思维活动与学生思维水平的契合度，所以它自然也能够反映各个阶层思维有效学习时间分配的合理程度，权重系数越高，代表时间分配越合理.

2.2 注重学习评价的诊断性

中学阶段的物理学习，可以分为概念理解、问题解决和新知建构等部分，每一部分内容的学习都需要借助科学思维来完成.科学思维在处理每一部分的学习时，又包含模型建构、推理论证、质疑创新等等.科学思维发展导向下的学习评价，需要能够明确诊断学生在哪一个思维阶段环节出现了问题，从而在后续的教学中有针对性地解决突破.

诊断性的学习评价，仍然主要以实际教学中的测试来进行，即以命题考查的模式为主.此时特别需要注意创设试题情境.试题情境通常的解释是指在一定时间内各种情况的相对的或结合的境况，从物理学科特点来看，试题情境是运用文字、数据、图表等形式，围绕一定主题加以设置的，为呈现解题信息、设计问题任务、达成测评目标而提供的载体[2].

为了避免因为学生反复练习熟悉的情境而带来诊断评价的偏差，命题的时候需要给学生创设一些比较陌生的新颖的情境，让学生在这些情境中调动科学思维去解决问题，从而暴露自己在思维层面还存在的问题.但也需要注意，陌生的试题情境需要建立在学生的认知基础上，解决问题所需要的信息获取、分析推理、数据处理等手段，不能够超出学生的认知水平.

比如，对于电容器这一概念的理解，可以让学生从众多较陌生的情景中选择谁属于电容器，从而诊断学生对于电容器的模型建构是否完成.可以让学生画出电容器的电荷—电压图、电势能—电荷图、电势能—电压图，以及定性画出电容器充放电过程中的电荷—时间图、电压—时间图、电流—时间图、电势能—时间图，从而诊断学生对电容器相关内容的推理论证是否存在问题.还可以让学生分析平行板电容器电荷不变时增加间距、电压不变时增加间距时的能量变化问题，判断学生是否认识到平行板电容器的模型适用条件，诊断学生的质疑创新思维能力.

诊断性的学习评价，并不是单纯的以学生答题的得分高低判断学生的学习效果，而是通过分析学生的答题情况，以及出现问题的具体地点，从而有效诊断学生还存在的思维问题.因此在命题设问的时候，要有足够的开放性，多一些主观题，给学生丰富多元的信息表达环境，以便呈现学生的思维过程.即使是客观选择题，也应该在各个选项的设计上下功夫，不同的错误选项能够与学生不同的思维不足之处相对应，从而充分暴露学生在思维发展上的问题，达成诊断的目的.

2.3 关注学习评价的选拔性

中学物理的学习，最终都需要面临中考和高考这类选拔性考试，因此教学中自然也不能够回避学习的选拔性评价，教学中应该有意识地以科学思维发展为导向命制选拔性试题，从而对学生在面临选拔性命题时的应对策略加以培养和训练，帮助学生真正实现“既学得好又考得好”的目的.选拔性评价的命题和诊断性评价的命题有着很大的不同.

首先，在命题的目的上，选拔性评价的选拔性是首要的，是一种终结性评价，即考查学生会不会，而不是分析学生哪里不会、为什么不会以及怎样学才能会.所以中考和高考这些选拔性的试题并不适合用于对学生学习过程中存在的问题进行诊断.

然后，在命题的方式上，选拔性命题突出选拔分层功能，整个试卷要注意考点分布的均衡性和重难点的突出性，必要的时候还需要故意将试题情境复杂化给学生增加难度，最终通过整个试卷学生的得分，判断学生在物理学科上的综合水平，从而完成选拔.相比之下，选拔性的试卷命题，不会在某个概念或者问题上反复设计不同层次的设问，也不需要通过学生的回答来诊断学生学习中存在的问题.

最后，在题目的形式上，选拔性命题由于不需要诊断学生的过程性问题，因此对于学生的解题过程并不十分看重，相比之下对学生的答案结果更加关注.因此选拔性命题，通常以选择题、填空题和解答题居多，鲜有分析论证、文字解答、推理阐述等主观性很强的题目.

基于此，教学中可以充分借助学期的期中、期末考试，以及毕业年级的统一模拟考试，对学生的思维发展情况进行阶段性总结评价，旨在让学生和教师认识到学生在思维发展层面的水平和不足.此时试题的命制仍然以模型建构、推理论证和质疑创新三方面为主，给学生创设较为陌生的试题情境，让学生在情境中完成答题模型的选择、建构和迁移，同时还需要注意解决问题所需要的思维的宽度、思维的长度和思维的深度，充分评价学生各个思维层次的水平状态[3].

3 结束语

当前的实际教学中，命题评价依然是最主要的评价方式，但是仅仅依靠各种带有终结性和选拔性的考试来评价学生的科学思维发展水平，还是远远不够的.思维的发展不仅要明确学生的思维水平，还需要明确思维发展中存在的不足和问题，从而有效地通过教学进行干预，以达到培养学生思维的目的.

因此，过程性评价和诊断性评价，应该是思维发展导向下学习评价的主要方式，但是这两类评价方式，需要教师充分认识科学思维在概念规律学习过程中的作用步骤，充分明确科学思维在解决问题过程中的详细路径，这样才能对这些步骤和路径有针对性地去设计评价情境，从而完成对思维发展层次和不足的评价.这对于教师既是极大的挑战，也是难得的成长机会.

参考文献：

[1]郭玉英，苏明义.新版课程标准解析与教学指导——高中物理[M].北京：北京师范大学出版社，2018.

[2]蒋炜波，赵坚.试题情境：实现“四层”“四翼”承载作用的重要载体[J].物理教学，2020，42（10）：2-5+36.

[3]蒋炜波，赵坚.物理核心素养的试题命制与评价策略研究——以科学思维评价为例[J].物理教学，2020，42（03）：2-6.

（收稿日期：2021-04-28）