基于PTA量表的科学探究能力评价

金京生 张策

摘要：在真实实验探究情境中设计评价目标，学生动手实验完成表现性评价任务，教师应用表现性评价标准（PTA量表）测评学生在实验过程中所表现出来的真实科学探究能力，以此评估九年级学生初中科学探究能力水平。通过本次研 究，学生从PTA量表中能清晰知道科学探究实验的评价标准，并依据标准反思自身实验探究的不足之处，从而达到自主 提升探究能力的目的。教师也体会到在日常实验探究教学中应充分渗透逻辑实证思想，树立利用实验现象或数据等证 据验证实验假设、得出实验结论的意识。从而最终实现以评促探、以评促研的目的，具有一定的可推广性与可复制性。

关键词：PTA量表;科学探究能力评价;表现性评价任务

文章编号：1008-0546（2022）05-0008-06中图分类号：G632.41文献标识码： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.002

一、研究背景

《义务教育初中科学课程标准（2011年版）》中提出以“体现科学探究的精神”为基本理念，科学探究是课程目标、也是课程内容的重要组成部分[1]。科学探究既是获得科学知识的方式，也是培养学生高阶思维和创新意识的重要途径。科学教学中，积极开展科学探究活动，有助于发展科学探究能力，培养科学探究精神，发展学生的科学核心素养[2]。笔者调查发现，较多一线教师虽然重视培养学生科学探究能力的实践和研究，但不重视学生科学探究能力的测评研究[3]。学生对科学探究活动也只停留在模糊的笼统印象，对科学探究活动的步骤、科学探究能力的评价标准等没有具体认识。因此，如何科学地编制和实施科学探究能力评价标准是当前需要迫切解决的问题。

国内外研究者普遍认为科学探究能力评价方式  有观察、工作单、计算机模拟、纸笔测试等[4]。传统纸  笔评价能够较好测试学生的“科学观念”和“科学思  维”，较难对“科学实践”进行评价，更难对“态度责任”方面的教学目标进行测评。为了克服纸笔测试作为  评价科学探究能力的唯一方式的弊端，国内外教育者  将表现性评价嵌入科学探究活动中，以求比较全面  地、客观地测评学生真实的科学探究能力。

二、表现性评价

表现性评价是基于真实的实验探究活动，通过观察学生在完成实验探究活动任务过程中的行为表现和获得的实验探究成果，来评价学生的实验设计、实验观察、实验操作、收集证据、解释现象、实验创新、问题解决、批判质疑等能力的一种评价方式，它注重评价学习的过程，也关注学习的结果[5]。因此，表现性评价在初中学业评价活动中有广泛的应用。

本案例是利用如图1所示的构成要素设计表现性评价目标，并根据完成真实的实验探究任务过程中所需要的关键实验操作要求、可能获得的探究成果等，来确定学生的关键表现特征，以此编制表现性评价量表。教师应用表现性评价标准（PTA量表）测评学生在实验过程中所表现出来的真实的实验探究能力，以此评估初中学生科学探究能力水平。教师根据测评结果反思课堂探究教学，变革实验探究教学方式，构建“教—学—评”一致性课堂，提升探究教学实效性，以达到“以评促探”“以评促研”的目的。

1.表现性评价目标的确立

表现性评价目标基于课程标准，明确学生实验探究活动的目的，为表现性评价任务及评价标准的编制提供依据，因而是实施表现性评价的前提和方向。

表现性评价目标应指向学生的“科学观念”“科学思维”“探究实践”“态度责任”等核心素养，以及培育学生“实验设计与实施”“实验结果记录”“分析与论证数据”等关键能力。现以“铁粉、氧化铜混合物与足量稀硫酸反应的先后顺序”的实验探究为例，将具体的评价目标汇总如表1所示。

2.表现性评价任务的设计

表现性评价任务是开展表现性评价的媒介和载体，是对学生表现实施评价的可操作平台。表现性评价任务要基于真实情境且与评价目标相匹配，为评价学生是否达成评价目标而设计。

（1）表现性评价任务设计原则

①对应性——与评价的目标相匹配

表现性评价任务为评价学生某一教育（教学）目 标达成情况而设计，因此表现性评价任务要与表现性评价目标相匹配。通过评价学生任务达成情况，判断学生是否达到目标，进而评价学生的实验探究能力，评估学生科学核心素养，达到将抽象评价量化的目的。

②可测性——评价标准可测评任务

表现性评价任务是对学生实验探究过程中的表现实施评价的载体，依据评价标准测评学生任务达成情况。因此，表现性评价任务要具有可测性，教师依据设计的评价标准逐项打分，准确测评学生任务的达成程度。

③可操作性——任务可以操作实施

表现性评价任务基于真实情境，学生利用提供的实验器材完成表现性评价任务。因此，评价任务要具有可操作性，设计的真实情境要具有明确的指向性，提供的实验器材需齐全有效，实验原理需合理全面，以确保实验探究活动有序完成。

（2）表现性评价任务设计案例

①创设真实科学探究情境

某同学在一份资料中查到“将铁粉、氧化铜粉的混合物投入足量稀硫酸溶液中，是铁粉先跟稀硫酸反应，至铁粉完全反应后氧化铜再和稀硫酸反应”;在另一份资料中查到“将铁粉、氧化铜粉的混合物投入足量稀硫酸溶液中，铁粉、氧化铜粉同时跟稀硫酸反应，没有先后顺序”这使该同学产生疑问，请根据该同学的疑问、利用下列实驗器材进行相关的探究。

②实验目的、实验原理和器材

【实验目的】实验时室内温度条件下，探究铁粉、氧化铜粉混合物与足量稀硫酸反应时有无先后顺序？若有，可能有哪些影响因素？

【实验原理】

Fe+H2SO4（稀）=FeSO4+H2↑

CuO+H2SO4（稀）=CuSO4+H2O

CuSO4+Fe=FeSO4+Cu

【实验器材】

4.9%（约0.5摩/升）的稀硫酸（约500毫升），9.8%（约1.2摩/升）的稀硫酸（约300毫升），19.8%（2.6摩/升）的稀硫酸（约50毫升），还原铁粉（分析纯）100克，氧化铜粉100克，天平（电子天平、托盘天平各1架），量筒（100毫升、10毫升各2 个），烧杯（50毫升6 个、250毫升3个、500毫升1个），胶头滴管2支，标签纸，方形小纸片若干。

③设计表现性的评价任务

【任务一】实验设计并写出主要操作步骤

【任务二】记录现象或数据

【任务三】实验结论

3.表现性评价工具的选择与编制

如图2所示，表现性评价工具有检核表、等级量表和工作单等。检查表是用“是”或者“否”来评判记录学生表现行为或结果的一种简单评价工具。因而不能对学生表现程度进行深度评价，一般作为粗略评价工具。等级量表较检核表更精细，能够评价学生表现程度，针对学生不同表现提供不同水平的评价等级。工作单是评价者根据一定的评价标准对学生记录的工作单进行评价的工具，但因学生思维发展水平不同，需要设计不同程度的工作单，会对评价工作带来一定的困难[6]。

本案例中通过“设计实验方案、实验操作、实验结果记录、分析与论证数据、得出实验结论、误差分析”6个要素来评价学生的科学探究能力等。为了能够根据学生在不同评价要素的表现情况，尽可能地对学生的科学探究能力作出比较精准的评价，本案例选择 PTA等级量表作为评价工具。

三、PTA等级量表

编制PTA等级量表之前，往往需要先确定实验探究水平的评价指标。

1.评价指标的确定

实验方案设计的评价：（1）试剂选用不合适/试剂选用合适;（2）步骤不科学/步骤科学;（3）能考虑1个因素/能考虑到2个因素/能考虑到更多个因素;（4）单角度/多角度;提示角度/自觉角度;（5）没有预测无方向/作出了一部分预测后再设计/作出了比较全面预测后再设计等。

得出结论的能力水平：（1）缺少证据的推理/局部的證据推理/目的、证据、结果形成系统的推理链;（2）只考虑定性证据下得出结论/能将定性证据和定量证据结合起来得出结论;（3）得不出结论/得出结论不完整/得出比较完整的结论等。

设计实验记录表并记录实验现象与数据：（1）零散的观察（没有形成观察视角）/能够从多个角度观察（有多个观察视角）/系统地观察;（2）记录有条理/记录没有条理/能够作完整记录等。

2.编制的PTA量表

根据实验的评价要素以及教师对学生表现的预判，编制与表现性评价任务相匹配的评价标准。本案例的PTA评价量表如表2所示。

四、依表评价

本案例表现性评价考查形式为现场动手操作，独立完成。考查时长为一小时，具体实施过程如图3所示。

1.心中有数——解读PTA量表

首先教师应对PTA量表进行统一的解读，确保评价的科学性与公平性。本案例PTA量表具体解读内容为：①设计实验方案时将硫酸浓度或者铁粉和氧化铜相对比例作为实验自变量，权重依次是×4、×2。将不同浓度硫酸的总体积因素作为无关变量并进行控制，权重是×2。②因本案例存在两种实验方案，学生可以依据不同方案进行实验操作及设计表格、记录数据。因此，对学生实验现象及实验结论两项表现性任务也有两种不同的评价标准，即分别对应的是表中 S8、S10以及 S9、S11的内容。③分析与论证数据部分，因学生回答各异，教师应严格依据评分标准逐点扣分。

2.眼中有物——依据量表评价

如图4所示，将某考生完成的表现性任务与教师评分情况进行对比呈现。该考生的扣分内容及扣分依据为：①S3（3）内容扣3分，扣分依据是考生未明确无关变量的内容，没有控制不同浓度硫酸的总体积相等。②S9（2）内容扣2分，扣分依据是学生设计的表格不够准确，未从无关变量、自变量、因变量的记录角度设计表格，即表格未记录铁粉、氧化铜的质量、稀硫酸的浓度及体积等内容，只记录实验的现象。③S12内 容扣3分，扣分依据是学生虽然能够正确分析与论证实验数据，但没有写出具体的实验结论。

3.交流反馈——师生达成共识

考生实验及教师评分结束后，师生间需要进行交流，教师指出学生的扣分处，并说明扣分依据。学生可以提出质疑，教师依据实验录像或者照片再与学生进行沟通，最终师生达成共识，学生如对评价结果无异议就签字后离开考场。

为了验证PTA量表评价的效度以及更好地开发、实施PTA量表，教师对学生可进行访谈，并记录与分析访谈的内容，为今后进一步改进 PTA量表提供依据。笔者设计的访谈内容及学生访谈记录如图5所示。

教师通过访谈，清楚学生容易在实验中遇到的困难。学生通过访谈，清楚实验应注重实验仪器的选择（选烧杯还是试管）、需要正确控制无关变量、从无关变量、自变量、因变量角度设计实验表格、得出的结论需依据提出的问题、设计实验需细致且具有可操作性等。同时学生提出教师可以在日常课堂探究教学中，引导学生多关注实验细节问题等建议。学生也表示通过本次表现性评价，他学会更好地进行实验探究的方法，并表示对中考做题目也有一定的帮助。

五、反思与总结

1.真实探究，解决学生纸笔测试评价弊端

参与本案例研究的是某区九年级部分优秀学生，他们代表纸笔测试能力最强的一批学生。如图6所示，实验中发现部分学生出现称取、倾倒、托盘天平使用错误等现象。说明学生的纸笔测试成绩不等于实验探究能力，学生需要在真实的情境中进行实验探究与操作，才能有效提升实验探究能力。

2.基于量表，培养学生科学实验设计能力

如图7所示，由部分学生设计的实验方案内容可知，学生设计实验时存在不能准确控制浓度、质量、体积等无关变量，不能正确改变自变量，没有观察和记录因变量等问题。因此，教师应将表现性评价嵌入日常科学探究课堂教学中，运用PTA量表评价学生设计的实验方案，提高学生设计实验方案等能力。

3.立足证据，充分渗透科学逻辑实证思想

通过对学生访谈可知，学生希望教师能引导自身关注实验现象和数据等证据以及实验操作的细节。因此，通过本案例研究，教师在日常实验探究教学中应充分渗透逻辑实证思想，引导学生通过对实验现象和数据的分析，树立利用实验证据验证实验假设、得出实验结论的意识。同时也可渗透探究实验可能失败，需从失败的实验现象等证据中总结经验的科学思想。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准（2011年版）[S]. 北京：北京师范大学出版社，2012.

[2] 王云生. 对科学探究活动的再认识[J]. 化学教育，2019（11）：8-12.

[3] 董秀红. 中学生科学探究能力评价的现状与分析[J]. 怀化学院学报，2010（11）：126-128.

[4] 罗国忠. 国外科学探究能力评价研究综述[J]. 考试与评价，2006（11）：19-21.

[5] 莫璇. 指向深度学习的化学表现性评价的设计与实施[J]. 现代中小学教育，2020（01）：44-49.

[6] 林清. 表现性评价在中学化学探究性实验教学中的应用研究[D]. 桂林：广西师范大学，2020：29-30.