項　華

提高每一位學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平是物理新課程的總目標(biāo)，如何利用評價進(jìn)一步推進(jìn)物理新課程教學(xué)是當(dāng)前迫切需要解決的問題?？傮w來講，評價是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而缺少評價手段是一個基本的問題。多媒體測試是基于計算機(jī)的一種測試，是信息時代教育測量的新途徑和新方法。探討多媒體測試的特點，對于加強(qiáng)物理教學(xué)評價的導(dǎo)向、診斷、發(fā)展等功能，有效實現(xiàn)物理新課程目標(biāo)具有重要意義。

● 科學(xué)素養(yǎng)水平的檢測指標(biāo)與常見檢測手段的比較

全面考查學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平需要將定性考查和定量考查相結(jié)合，自評和他評相結(jié)合。但是，通過問題解決來考查學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平是日?？茖W(xué)教學(xué)評價中最基本、最普遍的方法。全面檢測學(xué)生的物理科學(xué)素養(yǎng)水平需要考查下表中幾方面指標(biāo)。

由此可見，全面考查學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)水平是一件頗難的事情，如表中的“科學(xué)意識和習(xí)慣”、“科學(xué)精神”指標(biāo)很難在常規(guī)的紙筆測驗中得到檢測。應(yīng)該看到，物理新課程有效實施的重要標(biāo)志，是學(xué)生的主流學(xué)習(xí)范式由被動接收式轉(zhuǎn)向自主探究式，這種轉(zhuǎn)變主要在這兩個指標(biāo)中體現(xiàn)，這兩個維度檢測方面的缺失，將直接影響物理新課程評價的導(dǎo)向性。有效的測試是科學(xué)素養(yǎng)水平評價的必要條件。

為了尋找新的考查手段和途徑，不妨首先比較一下紙筆測試、真實實驗測試、多媒體測試的優(yōu)勢與劣勢。

紙筆測試（即筆試）指借助文字、圖形或者符號創(chuàng)設(shè)問題情境，考查學(xué)生問題解決素養(yǎng)的過程。這是一種廣泛使用的物理檢測形式。事實說明，這種檢測形式能夠有效地檢測學(xué)生的物理思維能力。盡管有的學(xué)者已經(jīng)開始關(guān)注如何挖掘紙筆測試的探究檢測功能，大家也嘗試使用該種方式檢測物理實驗動手情況，但是，紙筆檢測方式在這方面檢測會受到很大限制。

真實實驗測試是指為學(xué)生創(chuàng)設(shè)實驗條件，通過考查學(xué)生動手實驗解決物理問題而考查學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的過程。它也是一種較為常見的物理檢測形式。這種檢測形式能夠綜合檢測學(xué)生物理思維能力、基本操作技能、處理復(fù)雜和次要因素能力、控制實驗條件、動手習(xí)慣、科學(xué)精神，等等。但是它需要儀器設(shè)備的基本條件，而且做實驗需要較長時間，在實施的時候需要多名教師監(jiān)考或輔導(dǎo)等，難以形成多角度、大面積測試。

多媒體測試是指利用相似原理，借助計算機(jī)綜合處理多種媒體信息——文本、圖形圖像和聲音，使多種信息建立邏輯連接，集成為一個交互系統(tǒng)測試學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)水平的過程。這種檢測手段的功能原則上能夠涵蓋紙筆測試功能，但是它的檢測功能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于紙筆測試。它能夠創(chuàng)設(shè)虛擬的場景，還能夠讓學(xué)生與虛擬場景之間進(jìn)行交互，考查學(xué)生的動手能力和獲取數(shù)據(jù)的能力。盡管如此，多媒體測試還是替代不了真實實驗測試。比如，學(xué)生在真實實驗中控制誤差的復(fù)雜性，在真實實驗中可能面臨不可控現(xiàn)象的出現(xiàn)等，這些都是多媒體測試難以考查的。

紙筆測試、多媒體測試、真實實驗測試三者的測試關(guān)系如圖1所示。盡管三者測試的功能有區(qū)別也有聯(lián)系，但是學(xué)生的物理思維能力和物理觀察能力卻是三者考核的必要內(nèi)容。

圖1 紙筆測試、多媒體測試、真實實驗測試三者的關(guān)系

● 多媒體測試的案例研究

案例1：觀察與分析影片中違背物理原理或規(guī)律的地方

【平臺】多媒體計算機(jī)或者錄像機(jī)，影片DVD。

【要求】觀察現(xiàn)象；寫一個簡單的分析報告（包括現(xiàn)象分析、原理分析、結(jié)論等）（已知空氣的密度是1.2kg/m³）。

影片中主要存在兩處物理問題：一個問題是熱氣球太小了，不足以提升攻城的士兵；另一個問題是影片中沒有推動熱氣球前進(jìn)的風(fēng)。（如圖2、圖3所示）

圖2 影片中士兵乘坐熱氣球攻城

圖3 現(xiàn)代熱氣球與乘坐者

學(xué)生具體分析時，需要用到空氣中物體浮力大小的計算，還要用到理想氣體狀態(tài)方程的計算，還需要對日常物體的物理量進(jìn)行估計。比如，學(xué)生要能夠推出n/V 1/T，其中n為熱氣球中的摩爾數(shù)，V為熱氣球中的空氣的體積，T為熱氣球中的空氣的溫度，并由此得出結(jié)論——熱氣球中的空氣密度與其溫度成反比。如果估計熱氣球的空氣被加熱到97℃，可以估算出1m3的熱空氣可以提升0.23kg的物體。學(xué)生還得估計出士兵的質(zhì)量約70kg，竹籃的質(zhì)量約30kg，加熱器和燃料質(zhì)量約40kg。古時候制作熱氣球的材料應(yīng)該是布，其質(zhì)量約60kg，所以整個需要提升的物體質(zhì)量約200kg。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以估算出熱氣球的體積至少需要870m³（由200 kg÷0.23kg/m³得出），這個體積的熱氣球直徑會超過12m。影片中的熱氣球太小，產(chǎn)生的浮力不足以搭乘幾個士兵。

看電影是學(xué)生日常生活中常做的事，該案例能夠很好地考查學(xué)生的物理觀察能力、探究意識和探究能力。另外，由于影片創(chuàng)設(shè)的物理情境接近真實生活，為了解決問題，已知量是開放的，需要學(xué)生平時積累下來關(guān)于常見物體的物理量的經(jīng)驗，因此可以有效考查學(xué)生理論聯(lián)系實際的意識和能力。

相比較之下，紙筆測試在創(chuàng)設(shè)物理情境的時候，可能會受到限制。因為，對于學(xué)生缺少經(jīng)驗的情境，有限的文字描述，對于閱讀能力可能存在障礙的學(xué)生來講，不能有效檢測他們的科學(xué)素養(yǎng)水平。此外，由于可以拍攝真實實驗，多媒體測試可以一定程度地實現(xiàn)某些真實實驗的測試效果。但是在考查學(xué)生的實際操作技能方面和控制誤差方面，多媒體測試一般是無能為力的。

案例2：測定天平上游碼的質(zhì)量m

【器件】天平一臺，直尺一把。

【平臺】南京金華科仿真物理實驗室。

【要求】在仿真平臺上操作，得出必要的數(shù)據(jù)，測定出游碼的質(zhì)量；寫一個簡單的實驗報告（包括主要的實驗步驟，原理，結(jié)果，如圖4所示)。

圖4 高一年級物理多媒體測試題

學(xué)生在這個虛擬的實驗環(huán)境中解決題目問題，一般需要經(jīng)過如下過程：

①先把游碼調(diào)到最左邊，把天平調(diào)平；

②分別測出游碼到中間的距離a，托盤中心到中間的距離b（注意估讀）；

③把游碼調(diào)到最右邊，在左邊放5克的砝碼，天平重新平衡；

④假設(shè)在橫梁在左右兩邊各放一個游碼，根據(jù)杠桿原理，列出方程：5*b=2*m*a 求解；

⑤寫出實驗報告。

該多媒體測試能夠考查出學(xué)生的物理思維能力，還能測量學(xué)生對于刻度尺的讀數(shù)技能和誤差意識，還能夠考查學(xué)生的實驗報告表達(dá)能力，并能增強(qiáng)學(xué)生對于物理學(xué)中的基本儀器——物理天平的新認(rèn)識。但是，和真實實驗測試相比較，某些方面該多媒體測試仍然沒有辦法測量出來，如學(xué)生是否養(yǎng)成了用鑷子取放砝碼的習(xí)慣等。該多媒體測試還能夠?qū)W(xué)生各種操作過程記錄下來，為大數(shù)量測試提供了必要條件，這是真實實驗測試沒辦法做到的。

該多媒體測試具有鮮明的特點。首先，在仿真物理實驗室中它為學(xué)生提供了和該虛擬系統(tǒng)交互的功能，使學(xué)生能夠獲得問題解決所必需的數(shù)據(jù)。其次，學(xué)生在測試過程中可以嘗試和體驗到現(xiàn)代科技運用仿真模擬的科學(xué)研究方法?？傊?，該測試的開放性和交互性是紙筆測試和真實實驗測試無法做到的。

● 關(guān)于多媒體測試原則的建議

多媒體測試可以彌補紙筆測試、真實實驗測試在檢測學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)水平方面的不足。為了有效檢測學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平，利用評價有效促進(jìn)物理新課程目標(biāo)的實現(xiàn)，應(yīng)該采取多元檢測的方法。具體來講，應(yīng)用多媒體檢測的時候需要遵循以下原則。

1.開放性與測試效率相結(jié)合原則

由于多媒體測試的物理情境更接近真實的物理世界，所以具有開放性。利用這種開放性和問題解決方案的多樣性，可以有效地考查學(xué)生的探究意識和探究能力。但是，要全面有效地測試學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的各個指標(biāo)，有時需要測試一定數(shù)量的題目，因此需要將多媒體測試與紙筆測試等其他測試結(jié)合起來，才能提高對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)水平的測試效率。

2.交互性與測試效率相結(jié)合原則

傳統(tǒng)的紙筆測試一般將問題初始狀態(tài)的物理量全部給出，這些已知量在問題解決中一般全能用上。學(xué)生一般采取模仿的方式尋找解決問題的思路和方法。這對于短時間內(nèi)大面積檢測學(xué)生解決問題的能力是有效的。但是，較難檢測學(xué)生分析和解決現(xiàn)實中復(fù)雜問題的能力。多媒體測試可以創(chuàng)設(shè)一種接近真實情境的交互問題情境，學(xué)生可以根據(jù)分析自主獲取必需的數(shù)據(jù)。此外，通過多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還可以創(chuàng)設(shè)多媒體物理虛擬環(huán)境。如果所創(chuàng)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境物理問題需要多名考生合作來解決，這樣的多媒體測試還能夠考查學(xué)生合作、交流的意識和能力。但是，這種交互性也存在著局限性，如在虛擬的環(huán)境下做實驗，學(xué)生處理和控制誤差的能力一般難以考查，在全面考查學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)水平的時候，仍然需要和其他物理考查方式結(jié)合起來。

3.虛擬性與真實性相結(jié)合原則

比如，可以選取物理學(xué)史上的典型事件和現(xiàn)代科技生產(chǎn)上的典型事件作為問題原型，然后經(jīng)過適當(dāng)簡化，將之改造成多媒體物理測試題。學(xué)生解決這類問題時，能夠體驗到科學(xué)家探索科學(xué)的過程。這有利于考查、培養(yǎng)學(xué)生的探索意識和探索精神。還可以利用錄像手段，在所拍攝實驗情境中特意安排若干故障，要求學(xué)生觀察錄像和排除故障。由于拍攝的情境接近于真實的情境，這種手段可以在一定程度上考查學(xué)生的實際動手能力或者問題解決能力。但是，多媒體測試畢竟是真實實驗或者物理世界的純化，全面考查學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)水平仍然需要結(jié)合其他物理測試手段。

總之，物理多媒體測試在檢測學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面有其獨到的優(yōu)勢，上面的原則性建議只能將其主要優(yōu)勢揭示出來，而全面檢測學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平往往需要綜合采取紙筆測試、真實實驗測試和多媒體測試。