基于表现性评价的小学生技术与工程实践能力评价

王俊民 谭亚林 陈泓羽 李 健

随着STEM（科学、技术、工程与数学）教育在世界各国中小学校的不断推进，技术与工程教育在中小学愈加受到重视。[1]2013 年，美国发布的《下一代科学课程标准》首次提出“科学与工程实践”，并将工程实践作为中小学教育的重要内容。《义务教育科学课程标准（2022 年版）》（以下简称“《科学课标2022》”）首次提出“技术与工程实践能力”，并将其列为科学课程要培养的核心能力。发展小学生的技术与工程实践能力，成为我国义务教育阶段STEM 课程改革的一种趋势。由于技术与工程实践能力首次出现在《科学课标2022》中，如何评价学生的技术与工程实践能力就成为科学课程核心素养落地急需解决的问题。本研究基于《科学课标2022》和国外相关研究成果，明确小学生技术与工程实践能力的评价要素，同时基于评价要素和科学课程学业质量标准设计表现性评价任务和评价标准，对5 年级学生的技术与工程实践能力进行评价，以期对我国中小学技术与工程实践教学和评价有所启示。

一、小学生技术与工程实践能力的评价要素

美国《下一代科学课程标准》赋予了工程实践与科学探究同等重要的地位，认为科学与工程实践包括提出问题和定义问题、开发和使用模型、计划和开展研究、分析和解读数据、使用数学和计算思维、建构解释和设计解决方案、参与基于证据的论证以及获取、评价和交流信息8个要素。[2]2020 年，美国技术与工程教育协会发布的《技术与工程素养标准：STEM 教育中技术与工程的作用》提出技术和工程实践包括系统思维、创造力、制作、批判性思维、乐观、合作、沟通与关注伦理。[3]我国《科学课标2022》提出的技术与工程实践能力主要体现为：了解技术与工程实践的一般过程和方法，针对实际需要明确问题，提出有创意的方案，并根据科学原理或限制条件进行筛选；实施计划，利用工具和材料进行加工制作；根据实际效果进行修改迭代；用自制的简单装置及实物模型验证或展示某些原理、现象和设想。[4]基于《科学课标2022》对技术与工程实践能力的表述，结合国外相关研究成果，本研究将小学生技术与工程实践能力的评价要素概括为界定问题、设计方案、动手操作、分工协作、测试改进、交流评价6 个方面。各个评价要素的具体内容如表1 所示。

二、小学生技术与工程实践能力的评价任务

依据表1 所示的小学生技术与工程实践能力的评价要素，本研究设计了一项具体的评价任务：“制作一顶毕业典礼帽”，主要包括设计和操作两个环节。为了指导测试员按照要求开展测试工作，同时准确收集学生的作答信息，本研究设计了教师工作单[5]和学生记录单。在正式测试前，随机选取重庆市某城区小学两名5 年级学生进行试测。通过试测，一方面帮助测试人员提前熟悉评价流程与注意事项，另一方面通过发现的问题对教师工作单和学生记录单进行完善。在“制作一顶毕业典礼帽”的评价任务中，设计环节是学生通过小组合作完成毕业典礼帽的设计草图，各小组轮流分享自己的设计并进行修改完善，再根据设计方案确定材料；操作环节则是学生根据设计方案和选定的材料，以小组合作的形式在规定时间内完成毕业典礼帽的制作并进行展示。在设计和操作过程中，教师观察并记录学生的表现，同时引导学生对作品进行修改和完善。

1.设计环节

（1）教师交代任务情境：“学校打算在大家毕业的时候举行隆重的毕业典礼。学校希望每个同学都能戴上统一的毕业典礼帽出席盛典。请你帮助学校设计一款毕业典礼帽。”教师提出问题：“这顶毕业典礼帽应该具有哪些功能呢？要满足这些功能可能需要用什么材料（物品）来制作呢？”学生口头回答后教师呈现如图1 所示的学生记录单1，要求学生在3 分钟之内将想法写在记录单上。这部分考查学生界定问题的能力，学生需要对生活中各类帽子特别是学士帽的功能进行比较，说出毕业典礼帽应该具有的功能（比如每个人都适合戴、有仪式感等），然后确定满足这些功能需要用到的材料或物品。学生在完成记录单1 的过程中可以对之前的口头回答进行补充或修改。

（2）教师发放如图2 所示的学生记录单2。学生记录单2 列出了设计的毕业典礼帽应该满足的6 项要求，学生通过小组合作在记录单2 上画出毕业典礼帽的草图，时间限制在5 分钟以内。这部分考查学生设计方案和分工协作的能力，要求学生相互协作，完成毕业典礼帽设计草图。

图2 学生记录单2

（3）完成草图后，学生轮流分享自己的设计，可以相互质疑。这部分考查学生科学交流的能力，要求学生能分享自己的设计方案，也敢于对其他学生的方案提出质疑。

（4）学生要在记录单2 中勾选材料并记录成本，教师提供相应材料，并说明如有其他需要可以询问教师（比如，教师不提供防水薄钢板，若学生选择防水薄钢板，教师则会询问学生为什么这样选择），学生也可以根据需要对之前的设计方案进行修改。这部分主要考查学生设计方案的能力，要求学生综合考虑（如考虑毕业典礼帽的要求及成本）后选择合适的制作材料。

2.操作环节

（1）学生以小组合作的形式选定材料，并在30 分钟内完成制作，教师观察并记录。学生在制作过程中如果有任何需要可以询问教师，教师给予一定帮助，但不会直接帮助学生解决制作过程中的问题，更不会协助制作。这部分主要考查学生的动手操作和分工协作能力，要求学生合理、安全地使用提供的工具和材料。

（2）制作完成后教师观察学生的表现并记录，包括是否试戴礼帽，是否发现问题并及时调整，若学生无试戴或改进行为，教师可以提问并做引导。这部分主要考查学生测试改进的能力，要求学生在完成作品后通过测试发现问题并及时改进作品。

（3）学生展示作品并表达自己的感受，同时对同伴的表现给出评价，对整个制作过程进行反思。教师进行观察、组织和引导。这部分主要考查学生交流评价的能力。

（4）学生整理实验材料，将实验材料放回原处。

三、小学生技术与工程实践能力的评价标准

依据上文的小学生技术与工程实践能力的6 个评价要素及《科学课标2022》中和技术与工程实践能力相关的学业质量标准，结合“制作一顶毕业典礼帽”这一评价任务，本研究设计了如表2 所示的评价标准。该评价标准划分为三级水平，分别对应小学科学课程的1～2 年级、3～4 年级和5～6 年级水平，并在试测的基础上对各级水平进行修订完善。

表2 “制作一顶毕业典礼帽”评价标准

四、小学生技术与工程实践能力的评价实施与结果分析

1.评价对象

本研究随机选取重庆市某城区小学5 年级20名学生作为正式施测对象，其中男生11 人，女生9 人。学生通过自由组合的方式，2 人一组，分为10 组，其中5 组为“男+女”组合，3 组为“男+男”组合，2 组为“女+女”组合。

2.评价的实施

测试地点选在小学单独的实验室，现场操作的测试员为本文第二作者，每次操作两个组同时进行，操作过程全程录像（每组一个录像机）。测试员严格按照预先设计的教师工作单进行操作，包括口头描述任务、追问、提供材料、简单记录等。操作完成后，测试员对学生的作品进行拍照回收，收集学生记录单，整理录像。每次操作过程大约持续1～1.5 小时。

测试员在学生实施操作任务的过程中记录其整体表现，形成初步印象。现场操作结束后，测试员反复观看录制的视频，分析学生在整个过程中的具体表现，包括学生之间的讨论、对教师提问的回答、具体的行为动作，再结合学生完成记录单和作品的情况，依据评价标准进行评级。为了保证评级的准确性，测试员前期与第一作者就视频分析和评级的细节进行讨论，并在第一作者的监督下进行分析。最后，由第一作者对分析的结果进行核对和确认。

具体评级方法如下：学生如果能够满足三级水平全部要求则处于三级水平；如果不能满足三级水平全部要求，再结合二级水平标准进行评价，如果能够满足二级水平全部要求则处于二级水平；如果不能满足二级水平全部要求，再结合一级水平标准进行评价，如果能够满足一级水平全部要求则处于一级水平。

3.研究结果与分析

图3 呈现了5 年级学生技术与工程实践能力的评价结果。可以看出，5 年级学生在动手操作、分工协作、测试改进这3 个要素上表现较好，多数学生已经达到三级水平；在设计方案、交流评价能力上还有待提高。

图3 5 年级学生技术与工程实践能力的评价结果

（1）界定问题能力

从图3 来看，有约40%的学生界定问题的能力已经达到三级水平，这部分学生能根据生活经验，从帽子的功能、大小和外观等多个方面界定问题；其余学生界定问题的能力有待进一步提高，但都达到了二级水平。分析发现，在教师就帽子具有哪些功能提问的时候，多数学生能够描述毕业典礼帽的特殊性，既考虑了毕业典礼帽的礼仪功能，也兼顾了帽子的外观（美观）和大小（适合戴）等要求；部分学生能够考虑到帽子的防水和遮阳等功能，少数学生只注意到帽子的美观性。不过，学生的成本意识还比较淡薄，需要在教师的引导下考虑制作成本。

（2）设计方案能力

从图3 来看，所有学生设计方案的能力均达到了二级水平，但没有学生达到三级水平，说明学生能够设计满足毕业典礼帽基本功能的方案，但自主性和设计的创新性有待加强。分析发现，学生能够基于毕业典礼帽的礼仪功能在帽子上设计学校标识或“毕业啦”“平安健康”等字样，部分小组考虑到了帽子的防水功能并选择了价格较低的防水薄膜；学生基本能够根据设计方案经过权衡选择合适的材料，即使刚开始选择有差错，但讨论后可以做出合理选择，如学生原本选择防水薄钢板，在教师就为什么选择提问后回答“不，太重了，这么重怎么戴在头上”，最终放弃防水薄钢板而选择了防水薄膜；很多小组能够用软尺测量头围再进行设计。不过，学生在刚拿到记录单2 后，普遍对设计方案缺乏信心，多数小组需要教师引导才能进入草图设计环节；少数小组无法基于约束条件展开设计，比如有小组参考大学的毕业典礼帽进行设计，但在选择材料时一直抱怨为什么没有黑色和灰白卡纸。从设计草图来看，虽然学生从外观上体现了帽子的各自特色，包括设计字样、设计花纹、增加彩色丝带等，但对帽子的广泛适用性考虑不够，不能根据多组测量数据系统进行方案设计。

（3）动手操作能力

从图3 来看，超过一半学生的动手操作能力处于三级水平。分析发现，很多学生能在制作过程中熟练使用各种材料和工具，制作过程精力集中、认真严谨、有条理、动作敏捷规范。也有小组在时间不够的情况下有些慌张，操作时缺乏条理，个别学生在制作过程中玩耍，随意走动。大部分小组没有在30 分钟内完成整个制作，但帽子都基本成型。部分小组完成后表示若时间更多可以完成得更好。从制作过程和最终作品来看，大部分小组的制作过程比较复杂，有的小组剪了很多大小不同的卡纸并把它们贴在一起，但无法说明如此操作的目的，且这些操作也不在图纸设计的范围内，因此耽误了时间，甚至忘了贴防水薄膜，完成得很仓促。只有个别小组思路清晰、方法明了，作品适合长期广泛使用。这说明，部分学生在制作过程中随意性比较大，会在已有图纸的基础上根据爱好进行发挥，容易忽略时间成本。

（4）分工协作能力

从图3 来看，绝大部分学生的分工协作能力能够达到三级水平，这也是学生在技术与工程实践能力的6 个评价要素上表现最佳的一项。学生普遍能够积极参与毕业典礼帽的设计与制作过程，且有明确的分工合作意识，也能够把握好小组共同的设计制作任务。大部分小组都是相互讨论、交替完成学生记录单、画草图、选材料等。小组合作的形式有一人负责设计一人辅助，有两人一起设计，也有两人交换设计。有一个小组刚开始各画各的，经教师提示后能够一起合作，且后面的合作越来越默契。大部分小组配合默契，在制作过程中能够相互听取对方的意见，基本没有冲突。少数小组一开始有冲突，最后也能通过协商达成一致。仅有一个小组因为成员保留了自己的不同意见，且没有及时沟通，导致作品尺寸过小，最后出现了相互推卸责任的现象。

（5）测试改进能力

从图3 来看，大部分学生的测试改进能力达到了三级水平，说明在制作完成后，学生能够对自己的作品进行测试，并基于测试结果和已有知识经验对作品进行改进和完善。分析发现，在制作过程中或完成制作后学生会把帽子放在头上试戴，很多小组的最终作品与自己的设计图不完全一致，他们都进行了一定改进。大部分小组能够根据发现的问题，提出相应的解决策略及改进方法。比如，某小组制作完成后发现帽子太小戴不进去，教师指出要把帽子改大一些，他们马上进行了调整，还增加了一点装饰，并把防水薄膜或彩色塑料袋贴在外面防雨。另一小组完成后发现帽子太大，本来打算从下面剪掉一部分，经过教师引导，他们设计了一个固定带。也有小组具备改进意识，但不知道具体的改进方法。比如某小组完成帽子的基本形状制作后，两位成员经过试戴发现不合适，但在教师就如何改进提问时，他们提不出恰当的改进方法。

（6）交流评价能力

从图3 来看，大部分小组的交流评价能力处于二级水平，甚至有约10%学生的交流评价能力还处于一级水平，说明学生的交流评价能力需要进一步提高。分析发现，虽然部分学生的语言组织能力较强，口头表达条理清晰，但缺乏口头表达的勇气，需要教师不断鼓励，甚至有学生在分享小组的设计时把之前设计的草图擦掉了，这是对自己的作品很不自信的表现。另外，学生展示小组设计方案和作品的形式普遍比较单一，大部分学生没有主动评价或质疑其他小组作品，即便在教师的引导下也仍然以倾听为主。个别小组在教师的引导下能对其他小组的作品进行评价，并提出自己的疑惑。比如某学生提出疑问：“为什么帽子是三角形？里面还有小球，像生日派对的帽子。”该学生对毕业典礼帽的正式感提出了自身的质疑。

五、研究结论与启示

1.研究结论

（1）5 年级学生的技术与工程实践能力已接近或已达到三级水平，这说明他们能根据生活经验，从物体的功能、大小和外观等多个方面界定问题，初步具有考虑材料成本的意识；能基于测量、观察等完成满足毕业典礼帽基本功能的设计方案；在制作过程中能够熟练使用各种材料和常见工具，制作过程基本认真且有条理；能积极参与作品的设计与制作过程，且有明确的分工合作意识，在制作过程中能够听取对方的意见；能在完成作品后对自己的作品进行测试，并基于测试结果和已有知识经验对作品进行改进和完善；能通过口头表达方式进行交流讨论，能对简单的作品进行评价。

（2）5 年级学生技术与工程实践能力的部分要素还有待进一步提升。具体表现为：学生工程实践的自主性还不够，设计与制作的过程需要教师给予引导；方案设计容易忽略具体的测量数据，不能基于多组测量数据系统设计方案，创新性多集中在外观层面；制作过程中随意性较大，无法完全按照已有图纸制作作品，容易忽略时间成本；展示小组设计方案和作品的形式比较单一，缺乏主动评价或质疑其他小组作品的意识或勇气。

2.对小学技术与工程实践教学和评价的建议

（1）引导学生从材料、时间等成本角度界定问题，养成成本意识和节约意识

研究发现，5 年级学生已经具备从功能、大小、外观、材料等多个方面界定问题的能力，但成本意识还比较弱，在实践操作过程中存在浪费材料、缺少时间意识等问题。《科学课标2022》指出，5～6 年级学生要学会界定简单工程问题，包括材料、时间或成本等限制条件，提出验收标准，并愿意采取行动保护环境、节约资源。[4]因此，在技术与工程实践教学中，教师一方面要引导学生从成本的角度界定问题，帮助他们养成成本意识；另一方面，在操作过程中，引导学生严格控制材料和时间成本，比如为学生提供足够但限量的材料，提醒学生剩余时间，强调浪费材料和时间的后果等。这样，学生就会在经历“材料窘境”“时间窘境”后，逐渐养成成本意识、节约意识和珍惜时间意识。

（2）重视方案设计，关注学生的系统思维和创新思维

研究发现，5 年级学生在设计方案时还不能基于多组测量数据，从功能、材料等多个方面系统考虑设计方案，创新性多集中在外观层面；制作过程中容易忽略图纸、时间等。这说明，学生在设计与制作作品的过程中缺乏系统思维和创新思维。鉴于小学生的认知发展水平，《科学课标2022》并没有明显提出系统思维，但指出5～6 年级学生要了解设计方案中各种因素间的关系，应用创造性思维的基本方法提出多种设计方案。[4]因此，技术与工程实践教学中教师要重视学生系统思维和创新思维的培养。首先，教师要树立正确的工程实践观念，理解“工程的关键是设计”，不能只关注制作过程而忽略了最为关键的设计环节；其次，在学生设计方案过程中可以采用头脑风暴的方式，引导他们设计多套方案，然后再依据任务要求比较、分析不同方案的优劣，鼓励他们综合考虑多个因素确定最优方案；最后，在制作过程中要关注学生的作品与图纸的一致性以及对资源和时间的统筹分配，对于不合理的操作可以先咨询原因，让学生意识到自己的问题然后调整工作思路。

（3）关注学生的自主学习能力，促进学生个人内省领域的核心素养发展

研究发现，5 年级学生在技术与工程实践活动中的自主性还不够。之所以会出现这一现象，一方面可能是因为本次评价过程全程录像，学生担心暴露自己的不足而不敢主动操作与表达；另一方面，学生可能对自己的能力不够自信，担心出现错误而不敢主动表达和质疑。从核心素养的视角来看，这表明学生的个人内省领域素养需要引起关注。个人内省领域素养是学生适应个人终身发展和社会发展必备的一种品格，涉及对学习的监控与调节，包括情绪和自我效能的管理、时间管理、方法管理、过程监控等[6]，在《科学课标2022》中体现为“自主学习能力”。义务教育科学课程作为一门体现科学本质的综合性课程，具有很强的实践性，对于发展学生的个人内省领域素养具有重要价值。在技术与工程实践活动中，教师应有意识地关注学生的情绪，引导学生对自己的设计制作过程进行调控，教给他们监控学习过程、管理时间与方法、调节个人情绪、反思学习结果的具体策略，并对学生在学习过程中表现出来的主动性、有序性、协作性和反思深度等能力进行评价，以促进其发展。[7]

（4）了解表现性评价的价值和基本思路，使技术与工程实践能力的表现性评价常态化

表现性评价是西方发达国家的主流教育评价方式，能将评价过程中学生的复杂思维和高阶认知能力“可视化”。[8-9]学生的技术与工程实践活动涉及模型建构、科学推理、创新思维、批判性思维等多种复杂思维和高阶认知能力，因此，无论是在日常教学中，还是在学业水平测试中，表现性评价都是评价学生技术与工程实践能力的一种有效方式。实施过程中，教师首先要理解技术与工程实践能力，明确评价内容及其表现要素；其次，让设计具有吸引力且能全面反映评价内容的操作任务，同时保证学生充分参与并能真实呈现学生的能力水平；再次，基于科学课程学业质量标准建立可操作的评价标准，确立评价内容、评价任务和评价标准之间的对应关系，保证操作的可行性；最后，采用多渠道工具收集反映学生学业的信息，包括现场的肉眼观察、录音录像设备记录及学生实验报告等，保证收集的信息全面、真实。除此之外，教师可以根据日常教学活动的目标，重点评价技术与工程实践能力的部分要素。