中学物理单元教学中形成性评价的设计——以“机械振动”为例

杨鹏飞 李 兰

(1.贵阳市观山湖区普瑞学校,贵州贵阳 550081;2.贵阳市第一中学,贵州贵阳 550081)

《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》提出了物理学科核心素养,单元教学是帮助学科核心素养落地的关键路径.[1]在单元教学中,教师需要持续了解学生所处的学习状态,为调整后续教学提供依据.学生自己也需要经常明晰自己所处的学习状态,有意识地对学习过程进行调控.形成性评价能引出学生当前所处学习状态的信息,以此为依据帮助教师改进教学和学生调控学习,缩小学生当前学习状态与目标学习状态之间的差距,对开展单元教学具有重要意义.

1 形成性评价的设计原则

形成性评价的核心特征在于引出有关学习状态的证据帮助教师改进教学,帮助学生调控学习,为达成该特征,在设计形成性评价时需要遵循以下原则.

(1)目标引领:形成性评价的目的是探查学生的学科核心素养发展情况,在设计形成性评价时,要依据物理学科核心素养评价水平和学业质量要求制订评价目标.评价目标应当全面深入,以评价目标引领形成性评价任务的设计.在实施形成性评价时,评价目标应当公开给学生,帮助学生对照评价目标反思自己的学习情况,调控学习过程.

(2)证据支撑:评价是基于证据的推理和判断.[2]无论什么类型的教育评价,本质上关注的是对学生的知识、技能和成就做出一定的推理,而这种推理需要关于学生能力的证据作为支持.[3]在设计形成性评价时,要重视通过适当的手段客观全面地收集反映学生学习状态的证据,并考虑如何在证据支撑下开展后续教学.

(3)任务驱动:物理学科核心素养需要在真实的物理学习任务情境中综合考查.形成性评价将挑战性任务分解为更具体的评价任务,评价的实施伴随着挑战性任务的完成.要基于真实物理情境,设计符合学生认知特点的评价任务,根据任务的完成情况制订评价标准,以任务驱动评价活动的开展.

(4)学生参与:形成性评价的实施主体不能局限于教师,必须将学生也纳入到教学活动中.[4]通过发挥评价的激励性功能以及给学生创造参与评价活动的机会,增加学生对评价活动的参与度.要通过互评的形式使得学生成为彼此的教学资源,共同发展,通过自评的形式给学生提供反思监控自己学习过程的机会,从而优化自己的学习过程.

(5)过程持续:学生的认知发展是偶然和个性化的,因而需要持续性地开展评价以获得学生认知发展的证据,不断更新教学路线图.形成性评价应贯穿课前、课中以及课后.在课前使用前测了解学生的已有知识能力,在课中使用课堂问答或者随堂练习的方式监控学生学习过程,在课后通过作业或测验诊断学生的学习是否达到预期目标.

2 中学物理单元教学中的形成性评价设计模型

中学物理单元教学中的形成性评价主要分为4个部分:评价目标设计、评价任务设计、评价标准设计以及评价反馈设计,4部分内容之间的关系如图1所示.

图1 单元形成性评价设计模型

3 评价目标设计

评价目标是教师通过开展形成性评价意图达成的目的.对教师而言,评价目标可以帮助其选择适当的评价任务;对学生而言,评价目标帮助其明确最终应该达成的学习状态.评价专家斯蒂金斯将评价目标划分为知识性目标、推理性目标、技能性目标以及成果性目标.[5]斯蒂金斯认为,评价方式和评价目标越匹配,就越有可能收集到准确的信息.为了能选择合适的评价方式,在设计评价目标时要明确其所属的目标类别.评价目标和评价方式之间的匹配关系如表1所示.表中星星数目越多代表评价目标和评价方式匹配程度越高,无星星代表不匹配.[5]

表1 评价目标和评价方式之间的匹配关系

关于机械振动这一单元的内容,课标中的内容要求为以下3点.

(1)通过实验,认识简谐运动的特征.能用公式和图像描述简谐运动.

(2)通过实验,探究单摆的周期与摆长的定量关系.知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系.会用单摆测量重力加速度的大小.

(3)通过实验,认识受迫振动的特点.了解产生共振的条件及其应用.[6]

析解课程标准时,一是要明确达成内容要求的前置知识,二是要明确要求的具体内涵.从这两方面出发对课程标准进行析解,在析解的同时对目标进行分类,以指导后续评价任务的选择.

以目标(1)为例,其前置知识是知道简谐运动的典型代表——弹簧振子(知识性目标),采取恰当的手段记录弹簧振子的位移-时间图像从而获得简谐运动的特征(技能性目标).具体而言,简谐运动的特征包括运动学特征、受力特征和能量特征.从运动学角度认识简谐运动的特征需要知道描述简谐运动有哪些物理量和这些物理量的含义(知识性目标);从受力角度和能量角度认识简谐运动的特征则要求学生推理分析简谐运动中物体受力变化和能量转化(推理性目标).能用公式和图像描述简谐运动则要求学生能够通过简谐运动的位移-时间图像、运动学公式得到相关物理量的具体数值(推理性目标).

采用同样的分析手段,对目标(2)(3)分别进行分析.结合教材,按照知识发展逻辑和学生认知逻辑重新组织评价目标,将评价目标按课时进行分类,得到“机械振动”单元评价目标如表2所示.

表2 “机械振动”单元评价目标

4 评价任务设计

评价任务是引出学习证据,实现评价目标的载体.评价任务设计是形成性评价设计的主干.评价任务可分为单元评价任务、课时评价任务和课堂评价任务3个层次.

4.1 单元评价任务设计

单元评价任务贯穿整个单元学习过程,将整个单元的评价活动有机地联系在一起,全方位多角度地评价学生物理学科核心素养的发展情况.单元评价任务的设计要满足评价情境真实,评价内容全面这两个要求,而表现性任务贴合实际情境,需要学生综合运用所学知识,因此是单元评价任务的最佳选择.机械振动在实际生活中的应用之一是计时,学生对各类钟表很熟悉,但是并不知道钟表工作的原理.在诸多钟表中,摆钟的机械结构是最明显的,摆钟的发明和应用与人类对简谐运动的研究密不可分,因而可以将单元评价任务确定为基于单摆的周期性特点设计一个摆钟.

单元评价任务的具体描述如下:摆钟是进入工业社会的重要标志之一.摆钟的发明和应用与科学家们对简谐运动的研究密不可分.本单元的任务是在了解摆钟工作原理的基础上设计一个能持续运行一段时间的摆钟.

4.2 课时评价任务设计

课时评价任务是单元评价任务的子环节,持续整个课时,指向更为具体的评价目标,评价学生在本课时的学习结束后的目标达成度,是否具备了学习下一课时的知识和能力.参照表2的评价目标,可将单元评价任务拆分成课时评价任务,如图2所示.

图2 “机械振动”单元评价任务和课时评价任务

4.3 课堂评价任务设计

课堂评价任务是嵌入到具体教学中,是课堂教学的一部分,针对具体概念或者技能进行评价,帮助教师了解哪些东西学生已知,哪些东西学生仍需学习,为教师给出及时反馈提供依据.[7]课堂评价任务设计需要满足以下6点要求:(1)给学生提供开放的回答机会;(2)营造由学生主导的课堂氛围;(3)引出学生的高阶思维;(4)引出学生日常观点和迷思概念;(5)使学生的科学理解可视化;(6)使学生的科学理解容易解释.[8]

课堂评价任务设计主要关注两点,一是在课堂中嵌入评价任务的节点,当需要了解学生的理解情况、判断评价目标是否达成、需要分析给学生提供何种反馈时,即是需要开展形成性评价的关键节点.[9]二是选择合适具体评价任务,常见的具体评价任务有选择题、论述题、表现性任务、预测—观察—解释活动(Predict-Oberserve-Explain activity,简称POE活动).除POE活动外,其他评价方式已经常被用于教学中,因而此处重点介绍POE活动.在POE活动中,学生首先预测物理事件的结果,然后教师呈现物理事件,学生观察记录下物理现象,最后解释预测和观察之间为什么会出现冲突.[10]通过POE活动,教师可以探查学生是否仍然存在迷思概念,为学生提供反馈以深化学生对概念和规律的理解.

下面以“共振”这一节为例分析如何在课堂教学中嵌入形成性评价,图3为“共振”这一课时的评价时间线和具体评价任务.

图3 “共振”课时的评价时间线和具体评价任务

“共振”这一节的基本教学逻辑为固有频率→阻尼振动→受迫振动→共振现象.在开展固有频率的教学之前,以选择题形式开展评价,目的是快速了解全体学生对振动频率的理解情况,在此基础上开展后续教学.在完成受迫振动教学之后,需要判断学生是否达成了评价目标,即能否区分单摆的固有频率和其做受迫振动的实际频率,以及是否了解实际频率和驱动力频率之间的关系,此处以论述题形式开展评价,目的是深入了解学生的想法.在完成了共振现象的教学之后,为了深化驱动力频率对受迫振动振幅影响的学习,需要进一步提供反馈,以POE活动开展评价.

5 评价标准设计

开展形成性评价的目的在于确定学生所处的学习状态,设计评价标准即是预先规划学生在学习过程中会经历哪些学习状态,以及在相应学习状态会有哪些具体的行为表现.对教师而言,明晰的评价标准可以帮助其根据学生的回答和表现快速推断出学生所处的学习状态,采取适当的反馈策略.对学生而言,评价标准可以帮助其基于自身的表现确定自己的位置,自主调控学习过程.

学习进阶刻画了学生学习某一特定主题时的认知发展过程,基于学习进阶的理念分析学生在概念理解和能力发展过程中可能存在的学习状态,以此为基础设计评价标准,可以使得评价标准的设计更为科学.学习进阶的相关研究表明,学生概念理解的过程是从具象化,单一特征逐渐发展到抽象化多特征关联最后到多概念整合的过程,学生能力发展的过程是从单一要素无关联发展到多要素组织化的状态.基于学习进阶的理念设计评价标准时,要关注具体经验和抽象概念之间的关联程度,从定性了解到定量计算;关注能力构成要素的完整度和复杂度,从概念理解与能力发展两个层面规划学生的学习状态.

从学习进阶的视角出发,设计“机械振动”单元的评价标准如表3所示.

表3 “机械振动”单元的评价标准

6 评价反馈设计

形成性评价中的反馈是提供给学生的旨在改善其思维或行为以提高学习效果的信息,是形成性评价实现学习促进作用的重要一环.[11]形成性评价中的反馈并不关注引发情绪反应,即表扬和批评,也不提倡反馈包含全部改进信息,而是注重通过创造值得拥有的困难来引发思考,重视学生对反馈的关注.[12]反馈可以分为支架式反馈、认知冲突式反馈和讨论式反馈.

支架式反馈主要帮助学生解决思维进阶上的难点.支架的含义是当学生遇到问题时只给予最低限度的支持,将学生的思维引至适当的路径上即可,通过提供渐进式的反馈引导学生突破思维难点.例如学生在描述简谐运动的运动特征时,常常无法有效建立位移和加速度之间的关系.此时教师可以给学生一个新任务——分析水平弹簧振子模型中振子的受力和位移之间的关系,帮助学生建立初步分析思路,摆脱无思路困境,在后续的分析中引导学生关注弹力大小、方向和位移大小方向之间的关系,再通过牛顿第二定律将加速度和位移联系在一起,主要的分析活动由学生进行,教师只是在学生解决问题遇到困难时提供基本的分析思路和分析重点.

认知冲突式反馈主要帮助学生解决概念理解上的误区.通过营造已有认知和客观现实之间的冲突,引发学生思考.在应用认知冲突策略时,教师应先引导学生完整地描述自己的观点与解释,充分暴露学生的迷思概念,然后展示与已有认知不符的现象事实,要求学生详细地描述已有认知和客观现实之间的差别,帮助学生确认已有认知中的错误点,生成更完善的解释.前文中提到的POE活动即是认知冲突策略的一种具体体现.

讨论式反馈主要帮助学生改进行为或完善作品.学生之间以讨论的形式相互提供反馈,学生既接收外界的反馈也向外界提供反馈,通过同伴互动提高学生对反馈的关注度.在实施讨论式反馈时,要明确反馈最终要达成的学习目标,鼓励学生思辨性地接受其他学生提供的反馈,在向其他学生提供反馈时要思考反馈的依据和可操作性.例如在评价学生设计的摆钟时,首先将学生分成若干小组,通过组间讨论明确一个优质的摆钟应当符合哪些标准,紧接着组内讨论各组员设计出摆钟哪些地方达到了标准,哪些地方尚有进一步改进的空间,最后组内成员相互交流,讨论出精细化的改进指南,同时给出采取相应操作的解释.

7 总结

形成性评价中形成性的含义主要强调其功能——改进教师和学生的教学决策,单元学习由于其跨越时间长,覆盖内容广,需要教师和学生更加仔细地考虑自己的决策,因而更需要形成性评价的支持.在设计形成性评价时,除了要将其看成一种了解学生学习状态的评价手段,更要将其看成一种促进学生达成目标的学习方式,[13]如此一来,才能实现以评促教、以评促学的“教—学—评”一体化理念.