基于学业质量标准的小学生科学探究能力评价

王俊民 谭亚林 李健

[摘要]科学探究能力是义务教育科学课程要培养的核心能力之一。以课程目标和学业质量标准为指导，选取重庆市某城区小学五年级学生作为研究对象，采用表现性评价任务“探究乒乓球弹起高度的影响因素”，通过现场操作并录像的方式收集信息，从设计方案、动手操作、分工合作、信息处理、科学交流、反思评价六个方面评定学生的科学探究能力水平。结果发现：五年级小学生的科学探究能力已接近学业质量标准的三级水平，但部分要素还有待提升。表现为：设计方案、动手操作、分工合作三个要素的表现水平较好，但设计方案和探究实践过程中，对多变量实验中的变量把握能力不足，控制变量的方式不够科学；多次测量计算平均值的意识不强；记录数据的方式不够规范；对结论的表述过于简单；科学表达的词汇使用比较随意。

[关键词]学业质量标准；小学生；科学探究能力；表现性评价

[中图分类号]G424.74[文献标识码]A

[文章编号]1673—1654（2023）04—010—009

基金项目重庆市教育科学规划课题“新时代高等师范院校科学教育学科建设研究”（项目编号：2021-GX-319）；教育部人文社会科学研究青年基金项目“核心素养视域下小学科学学业测评研究”（项目编号：19YJC880085）。

2022年4月，教育部印發义务教育课程方案和科学等16个课程标准（2022年版），各门课程基于培养目标，将党的教育方针具体细化为学生核心素养发展要求，并提出学业质量标准。学业质量标准是以核心素养为主要维度，结合课程内容，对学生学业成就的具体表现特征进行的整体刻画[1]112。以《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《科学课标2022》）为例，学生的学业表现按照学段分为4级水平，小学低学段（1—2年级）对应最低水平，初中（7—9年级）对应最高水平，每级水平都描述了学生完成课程阶段性学习后在科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等核心素养维度的表现特征。因此，通过学业质量的达成情况，即可诊断学生核心素养的发展水平，为教师的教学实施和相关部门的决策提供依据。《科学课标2022》指出，无论是过程性评价，还是学业水平考试评价，都要以课程目标和学业质量标准为依据。那么，如何以学业质量标准为依据开展学业评价呢？本研究以科学课程一贯强调的“科学探究能力”为例，采用表现性评价的方式，基于科学探究能力的内涵和科学课程学业质量标准设计评价任务和评价标准，对小学五年级学生的科学探究能力进行评价，以期对小学科学探究能力教学与评价有所启示。

一、小学生科学探究能力的评价要素

自2001年《全日制义务教育科学（3～6年）课程标准（实验）》颁布以来，科学探究就成为科学课程的重要组成部分，被认为是科学课程的核心能力之一。2020年，教育部基础教育质量监测中心组织开展的第二轮国家义务教育科学学习质量监测中，科学探究能力被列为科学学业质量一个重要监测指标[2]。在国际上，经合组织的PISA（Program for International Student Assessment）、美国的NAEP（National Assessment of Educational Progress）、澳大利亚的NAP - SL（National Assessment Program -science literacy）等大规模科学学业质量监测项目也都非常重视科学探究能力的评价。从评价内容来看，PISA将科学探究视为问题解决的过程，更加关注设计和评估层面；NAEP和新西兰的NMSSA（National Monitoring Study of Student Achievement）更加强调实践过程中的方法掌握，如使用合适的工具和技术开展科学探究、识别数据中的模式等；加拿大的PCAP（Pan-Canadian Assessment Program）、英国的NCA（National Curriculum Assessment）和NAPSL都将科学探究按照实施过程视为一系列分能力或技能的集合，包括了从提出问题到评价交流的整个过程[3]。

《科学课标2022》指出，科学探究能力体现在：理解科学探究的一般过程和方法；提出科学问题，针对科学问题进行合理猜想与假设；制订计划并搜集证据，分析证据并得出结论；对结果进行解释与评估；准确表达观点，反思探究过程与结果[1]5。

依据《科学课标2022》对科学探究能力的内涵界定和国内外科学探究能力测评的要素，本研究从科学探究的过程出发，将科学探究能力的评价要素概括为七个方面：提出问题、设计探究、动手操作、分工合作、信息处理、科学交流、反思评价。其中动手操作是《科学课标2022》中“搜集证据”的主要内容，体现的是实施探究以收集数据的能力，涉及规范使用实验器材、合理应用观察与实验等科学方法、按照设计方案有效实施探究、安全意识等多个方面。分工合作也是“搜集证据”的主要内容，体现的是收集数据过程中的分工合作意识与合作能力，但在设计方案、信息处理、科学交流等过程中也可能有所体现，是一个贯穿科学探究过程的能力。在《科学课标2022》中，合作被列为“态度责任”的一部分，属于情感维度，要求学生尊重他人的情感和态度，善于合作、乐于分享[1]5。在国际教育评价项目PISA和21世纪能力教学与评价项目（Assessment & Teaching of 21st Century Skills，简称ATC21S）中，合作被作为“合作问题解决能力”的重要组成部分，PISA更是将合作维度作为合作问题解决能力的主线，包括建立和维持共识、采取合适的行动解决问题、建立和维持团队组织[4]。为了能够在探究实施过程中更多关注操作和合作的细节，同时从整体上对分工合作能力进行把握，本研究将动手操作和分工合作两个要素专门列出。

提出问题是科学探究的重要因素之一，要求学生能基于观察、比较等科学方法和已有知识从一个或多个角度提出可探究的科学问题，提出的问题将直接影响探究的方向、材料选择和探究过程。为了将评价限制在可控制的范围内，便于提前准备实验材料和相关评价工具，本研究没有对提出问题这一要素进行评价，而是在评价开始由教师向学生提出了明确的探究问题。故只考查学生科学探究能力的六个要素，详见表1。

二、小学生科学探究能力的评价任务

评价任务源自唐小为、邵发仙的小学生科学学科能力表现性评价任务[5]。该任务面向五年级学生，要求学生“探究乒乓球弹起高度的影响因素”，主要考查操作性实践能力，包括基本的实验技能、数据记录与呈现能力，实验操作过程和实验现象易于观察，便于研究者收集信息。本研究依据科学探究能力的评价要素对该任务进行了一定改编，包括：（1）增加设计方案的讨论与分享，目的是更好地展现学生的设计探究与科学交流水平；（2）增加一些实验材料，如不同量程的长度测量工具，目的是更好地显示学生选择材料的水平；（3）增加对实验过程与结果的反思和评价，目的是更好地表现学生的反思评价水平；（4）对教师工作单和学生记录单进行修改，以指导测试员按照要求开展测试，同时收集学生的作答信息。在正式评价前，随机选取重庆市合川区某小学2名五年级学生进行试测，通过试测，一方面帮助测试员提前熟悉评价流程與注意事项，另一方面可以发现问题，对教师工作单和学生记录单进行完善。

根据评价任务，整个过程包括设计环节和操作环节。

（一）设计环节

1.教师交代任务情境并提出问题：有一个乒乓球运动员希望了解影响乒乓球弹起高度的一些因素，这可以让他在比赛时更好地控制球，希望你能帮助他；教师（演示）把一个乒乓球从空中扔下，提出问题：你觉得乒乓球弹起的高度和哪些因素有关？（如果学生回答不出，教师可以用大小不同的力或不同接触面等进行演示）

2.学生猜测哪一个影响因素可能影响最大，分别说出理由。这部分要求学生能针对探究问题，根据生活经验和所学知识进行猜测，并说明猜测依据，主要考查学生作出猜想的能力。

3.教师要求同桌之间讨论设计实验方案，验证刚刚猜测的因素，先在组内讨论，再一起分享。这部分主要考查学生设计探究和科学交流的能力。

4.教师发放学生记录单（见图1），学生被要求在10分钟内完成记录单的前三个题目，教师提示完成第3个题目时不仅需要写出方案，还需要说明所需材料。这部分要求学生能够将口头表达的内容记录下来，通过文字或图片的形式表达自己的方案，同时反思刚才口头回答的内容是否完整或合理，如果发现问题可以及时调整。这部分主要考查学生分工合作、科学交流和反思评价的能力。

5.学生被要求在记录单上勾选材料（题目4），教师提供学生选择的材料，并说明有其他需要可以询问老师。这部分要求学生能够根据实验需要选择合适的实验材料，考查学生设计探究方案的能力。

（二）操作环节

1.教师提供学生选择的实验材料和相应的工具，要求2名学生合作完成他们的实验，同时完成记录单上的第5题。要求学生能正确规范地使用工具，相互配合完成实验，客观记录实验现象，主要考查动手操作、分工合作和信息处理能力。

2.教师对学生进行访谈，要求学生说出他们的实验过程和结论，并与他们的猜测进行比较。主要考查学生处理信息和科学交流的能力。

3.教师询问学生进行实验的感受，学生被要求对同伴的表现作出评价，对整个实验过程或实验结论进行反思，主要考查学生的反思评价能力。

4.学生整理实验材料，将实验材料放回原处。

三、小学生科学探究能力的评价标准

《科学课标2022》中，学业质量标准按照学段分为4级水平，考虑到本研究只评价小学生的科学探究能力水平，故从科学课程学业质量标准中选择前三个学段与科学探究能力相关的内容，并结合表现性评价任务进行细化，形成了每个要素的评价标准。评价标准分为三级水平，从低到高分别对应小学科学的1—2年级水平、3—4年级水平和5—6年级水平，并在试测的基础上对水平描述进行修订完善，详见表2。

四、小学生科学探究能力的评价实施与结果分析

（一）评价对象

随机选取合川区某城区小学五年级（第二学期）20名学生作为研究对象，其中男生9人，女生11人。学生通过自由组合的方式，两人一组，分为10组，其中5组为“男+女”组合，2组为“男+男”组合，3组为“女+女”组合。

（二）评价的实施

测试地点选在小学单独的实验室，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，测试员收集学生记录单，整理录像。每次实验过程大约持续1—1.5小时。

测试员在学生进行操作任务的过程中记录学生的整体表现，形成初步印象。现场操作结束后，测试员通过反复观看录制的10个视频，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的情况，依据评价标准确定其水平。

具体确定水平的方法如下：学生如果能够满足三级全部要求则处于三级水平。如果不能满足三级全部要求，再结合二级标准进行评价，如果能够满足二级全部要求则处于二级水平。如果不能满足二级全部要求，再结合一级标准进行评价，如果能够满足一级全部要求则处于一级水平。

（三）研究结果与分析

图2呈现了五年级小学生科学探究能力的评价结果。可以看出，五年级学生的科学探究能力总体水平较好，在设计探究、动手操作、分工合作三个要素表现很好，多数学生已经达到三级水平，但部分学生的信息处理和科学交流能力还有待提高。

1.设计探究能力

从图2来看，大部分学生的设计探究能力达到三级，表现良好。分析发现，所有学生都能针对提出的问题，根据生活经验和所学知识进行猜想，且能够说明理由，有的学生甚至能从乒乓球弹起的过程描述说明理由。例如，有同学说到“我以前在家里试过”，因而能基于生活经验做出猜想；猜测接触面的影响最大时，有学生的理由是“不管高度多高、力度多大，如果接触面是软的，冲击力会被缓解，冲击力会减小，就没办法弹起来了”。所有小组都能够完成方案设计，具有控制变量的意识，但在设计方案时容易忽略两个变量中的一个，且控制变量的方式比较随意，不够科学。例如，很多小组控制相同大小的力都是用手直接扔下乒乓球，只有少量小组想到可以用铁架台的夹子夹住乒乓球，通过控制夹子让乒乓球自然落下。所有小组都能够根据实验目的，选择合适的测量工具来测量乒乓球弹起的高度，部分小组能根据实际情况选择卷尺和直尺共用，但也有小组不是根据方案需要，而是认为教师提供的材料都有用，最后在实验中发现用不上，在咨询教师后才放弃。多数小组有重复实验的意识，知道多次测量是为了减小误差，但也有小组的方案设计完全没有体现重复实验。

2.动手操作能力

从图2来看，大部分学生的动手操作能力达到三级水平。分析发现，学生都能够按照实验步骤，正确使用工具进行操作。因为卷尺有两边，部分小组刚开始不知道怎么读数，但经过交流讨论或教师提示，都能规范使用卷尺并正确读数；为了方便读数，有同学想到用铁架台的夹子固定卷尺。学生能够对操作过程中出现的问题进行思考并解决，如多个小组发现探究释放高度对乒乓球弹起高度的影响时，铁架台下面的环会影响从上面的环抛下的乒乓球，他们通过转动环的位置或取下第一个环解决问题；部分学生发现乒乓球弹起一瞬间速度比较快，读数有难度，就在乒乓球弹起的一瞬间，用手和卷尺配合来完成测量。所有小组都能够同时运用多种方式进行观察，一边观察，一边进行实验并及时记录数据。大部分小组能够聚焦探究因素，有效开展实验，但少部分小组在操作过程中会出现同时探究两个因素的现象，或者出现探究因素与小组设计方案不同的情况。个别小组在实验探究过程中出现思路混乱，不知道应该控制或测量哪些因素，不停地修改表格或测量无用数据，浪费了较多时间。所有小组都有安全意识，没有任何危险实验行为，能够在实验结束后收拾实验材料，将所有材料放回原处，保持实验室整洁。

3.分工合作能力

从图2来看，大部分学生都能够积极参与到探究实验中，有明确的合作意识与分工意识。学生不仅能做好自己负责的任务，而且能与组员配合完成部分任务，如很多小组能够将操作与记录数据同步进行，一人负责操作，一人负责记录数据；有些小组先一起完成数据表格设计，然后再分工合作完成实验。在团队合作出现冲突时能通过协商解决，如某同学对实验方案提出质疑，小组成员会耐心解释或再次实验，最终达成一致意见；也有同学一直认为乒乓球落在毛巾上不会弹起来，其组员则认为乒乓球掉在毛巾上仍然会跳动几下，两人最后通过实验验证，发现乒乓球掉在毛巾上会跳动，只是高度比较低。但也有小组没有分工合作，整个实验中都是一个人回答问题、完成学生记录单，经教师提醒后，虽互有讨论，但更多还是一人主导、一人观看。

4.信息处理能力

从图2来看，虽然大部分学生的信息处理能力达到三级水平，但部分学生的信息处理能力还有待提升。主要表现在：（1）记录数据的方式比较随意。少量小组会在设计实验方案时设计好记录数据的表格，部分小组在实验操作过程中会设计表格记录数据，但部分小组没有设计表格的意识，记录数据比较随意，不注意数据记录的规范性。（2）重复实验后计算平均值的意识不强。虽然设计方案时多数小组有重复实验的意识，但在实验中往往会大打折扣，实验结束后有些小组虽然进行了多次测量，但并没有计算平均值的打算，部分小组只进行了一次实验，根本没有多次测量的意识。（3）对结论的表述不完整。所有小组都能够在实验完成后得到结论，有的小组因为做实验用了很多时间，口头上得出结论，并没有记录在学习单上。很多小组的结论表述不完整，多数都是“与某因素有关”，只有少数小组会完整地表述结论，如某小组的结论是“乒乓球弹起的高度与释放的高度、力度和接触面的硬度有关，高度越高，力度越大，接触面越硬，乒乓球弹起的高度越高。”

5.科学交流能力

从图2来看，大部分学生的科学交流能力达到三级水平，但少量学生的科学交流能力还有待提升。分析发现，多数学生在表达观点时能够合理地运用科学词汇、精练地组织科学语言，但也有一些词汇使用比较随意。学生使用较多的词汇包括缓解、缓冲、冲击力、半硬面、弹射、软、硬度、轻度、重度、力度等。多数小组能将口头与书面表达结合起来，能口头描述方案和实验结论，也能很好地完成學生记录单。个别学生在教师的鼓励和引导下依然不敢大胆交流表达，怕自己答错。表达交流多的学生，往往表达更加流利完整。

6.反思评价能力

从图2来看，学生的反思评价能力总体表现良好。大部分学生能对自己在探究过程中的表现进行评价，主动反思自己的表现，认识到自己在探究中的错误或缺陷后能及时调整。例如某小组在完成记录单时没有认真审题答错了，认识到应该认真审题，然后涂掉原答案重新作答；某学生认为实验中应该提供更大量程的直尺，因为最开始选了直尺，但太短了，而卷尺比较软，容易弯，可能读数误差大。学生也能够基于证据对实验中小组成员的表现进行评价，能分析并指出操作过程中存在一些比较简单的问题或错误。如某学生评价组员“语言表述很准确，观察得很仔细”。但也有少量同学完全没有反思评价的意识，有的同学需要在教师的引导下进行评价，反思的自主性不强。

五、研究结论与启示

（一）研究结论

1.五年级小学生的科学探究能力已接近应达到的三级水平。表现为：能针对提出的问题，根据生活经验和所学知识进行猜想，且能说明理由；能完成实验方案设计，具有控制变量的意识；能根据实验目的，选择合适的测量工具来开展探究，有一定的重复实验的意识，知道多次测量是为了减小误差。能按照自己的实验步骤，正确使用工具进行操作；能对操作过程中出现的问题进行思考并解决，能同时运用多种感官进行观察和记录，基本能够聚焦探究因素，有效开展实验，具有安全意识。基本能够参与到探究实验中，有明确的合作意识与分工意识，在团队合作出现冲突时能够有效解决冲突。基本能够使用文字或表格客观记录数据，能处理简单信息。能将口头和书面结合表达自己的观点，表达使用的词汇比较丰富。基本能对自己在探究实验中的表现进行评价，能对他人的表现进行简单评价。

2.五年级小学生科学探究能力的部分要素还有待进一步提升。表现为：在设计方案和探究实践过程中对多变量实验中的变量把握能力不足，控制变量的方式不够科学；对重复实验的设计体现不足，多次测量后计算平均值的意识不强；记录数据的方式比较随意，不注意数据记录的规范性；对结论的表述过于简单，无法体现重要的探究结果。表达观点时的语言虽然比较丰富，但也有一些词汇使用比较随意，不够科学；少量学生缺乏口头表达的勇气。

（二）对小学科学教学与评价的启示

1.提供足够的探究时间和空间，鼓励学生自主探究与创新

虽然学生整体的科学探究能力发展较好，但探究过程中的自主性还不够，操作过程中的变量把握、数据记录的规范性、结论表述等方面还存在一些问题，而这些问题在日常的探究教学中可以提升。首先，教师要充分信任学生，为学生自主探究提供足够的时间和空间，这样，学生在面对新任务时便能够从容应对，而不是等待教师的提示或引导；其次，只有经过多次探究实践，学生的问题才会不断暴露出来，教师才可能有针对性地采取措施帮助学生掌握探究的方法，形成良好的操作规范。最后，从视频分析来看，学生在实验过程中表现出发现问题并正确处理的能力，有些小组甚至能够利用现有的实验器材进行对比实验，得到了一些意想不到的结论，说明只要给学生足够的时间和材料，就可能会有创新的结果。

2.关注全体学生，促进学生的共同发展

有些同学不敢表达自己的想法，不管教师怎么鼓励都不回答。访谈发现，因为担心答错老师的问题，故而不敢表达。有些学生在测试中表现得非常不主动，尽力逃避与教师的眼神和语言交流。可以想象，这些学生在日常学习中也可能以同样状态出现，而教师由于自身精力和课堂教学时间有限，往往可能对这类学生关注不够，甚至给他们贴上“后进生”的标签。《科学课标2022》指出，义务教育科学课程要面向全体学生，为全体学生提供公平的学习与发展机会，满足学生终身发展和适应社会发展的需要[1]2。因此，日常教学中，教师需要平衡自己的关注点，给这些学生必要的关注。

3.鼓励学生大胆表达，培养学生的科学交流能力

五年級小学生表达观点时的语言虽然比较丰富，但也有一些词汇使用比较随意，不够科学。有研究调查了五年级学生对“溶解”概念的认知，同样发现一些学生的科学语言比较欠缺，影响了对相关内容的理解和交流，甚至出现了混淆术语的现象[6]。学生要使用科学语言进行表达，首先要有关于科学语言的积累，然后才能经历从模仿到使用的过程，改变过去使用口语化语言描述科学现象的习惯。因此，在日常教学中，教师要鼓励学生大胆表达自己的观点，同时注意纠正学生口语化的语言，引导学生积累科学词汇，使用科学语言表达。

4.聚焦能力要素，开发能体现学生能力水平的新颖任务，关注评价的反馈功能

基于学业质量标准开展科学学业评价是新课程实施的基本要求。本研究的实践过程表明，聚焦科学探究能力的基本要素，依据学业质量标准确定评价标准，能够评价学生达到学业质量标准的程度。但这一评价实施需要注意：（1）聚焦科学探究能力要素，建立评价要素、评价任务和评价标准之间的对应关系，保证操作的可行性；（2）开发具有一定新颖性的任务情境。科学探究能力的评价要关注学生在新情境下的真实表现，而不是凭借记忆对教科书中实验的重复再现；（3）关注评价的反馈功能。虽然依据学业质量可以判断学生的能力发展水平，但日常教学中更要发挥表现性评价的反馈功能，为后期针对性教学提供充足的证据。

参考文献：

[1]教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]教育部基础教育质量监测中心.2020年国家义务教育质量监测科学学习质量监测结果报告[R].北京：教育部基础教育质量监测中心，2021：2.

[3]王俊民.核心素养视域下国际大规模科学学业评估框架与试题研究[D].重庆：西南大学，2018.

[4]檀慧玲，李文燕，万兴睿.国际教育评价项目合作问题解决能力测评：指标框架、评价标准及技术分析[J].电化教育研究，2018，39（09）：123-128.

[5]唐小为，邵发仙.小学生科学学科能力研究：测评、城乡比较与提升路径[M].重庆：西南大学出版社，2015：109.

[6]王俊民，胡丹丹，李健.小学生对科学课程核心概念的认知调查及启示——以“溶解”为例[J].课程教学研究，2022，（06）：55-60.

Evaluation of Pupils Scientific Inquiry Ability Based on Academic Quality Standards

Wang Junmin1Tan Yalin2Li Jian3

1 Chongqing Normal University，Chongqing，400700 2 Yinxiang Experimental Primary School of Southwest University，Chongqing，401533 3 Chongqing High-tech Zone Education Affairs Center，Chongqing，401329

Abstract：The ability of scientific inquiry is one of the key competencies to be developed in the science curriculum of compulsory education. Guided by the curriculum objectives and academic quality standards，this study selected the fifth grade pupils in an area of Chongqing as the research object，adopted the performance assessment task of "exploring the influencing factors of table tennis bounce height"，collected information through on-site operation and video recording，and assessed the level of students scientific inquiry ability from six aspects：design，operation，teamwork，information processing，scientific communication，and reflection & evaluation. The result shows that the scientific inquiry ability of the fifth grade pupils is close to the third level of the academic quality standard，but some elements need further improvement. The performance level of ddesign，operation and teamwork is good，but the ability to grasp the variables in the multi-variable experiment in the design scheme and exploration practice is insufficient，and the way to control the variables is not reasonable. The consciousness of calculating the average value after repeated experiments is not strong. The way of recording data is not standardized. The statement of the conclusion is too simple. The words used in scientific communication are relatively random.

Key words：Academic Quality Standards，Pupil，Scientific Inquiry Ability，Performance Assessment

（責任编辑：吴茳）