顏石珍 張曉艷

(杭州市文海實(shí)驗(yàn)學(xué)校，浙江 杭州 310018)

高階思維是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或較高層次的認(rèn)知能力，包括分析和解決問題能力、批判性思維能力、創(chuàng)造性思維能力和決策能力.布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)(修訂版)將認(rèn)知領(lǐng)域的學(xué)習(xí)結(jié)果分為知識和認(rèn)知過程兩個維度，認(rèn)知過程維度分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造6個水平.[1]記憶、理解和應(yīng)用，通常被稱為“低級思維能力”，分析、評價和創(chuàng)造，通常被稱為是“高階思維能力”.杜威認(rèn)為高階思維的發(fā)生即是“反思—問題生成—探究、批判—解決問題”的過程.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》正式提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)，其中科學(xué)思維是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力和品格.[2]

當(dāng)下的教學(xué)有必要引入“表現(xiàn)性評價”促進(jìn)學(xué)生的高階思維的培養(yǎng)和學(xué)科核心素養(yǎng)的落地.表現(xiàn)性評價是在盡量合乎真實(shí)的情境中，運(yùn)用評分規(guī)則對學(xué)生完成復(fù)雜任務(wù)的過程表現(xiàn)或結(jié)果做出的判斷.[3]表現(xiàn)性評價三要素是指表現(xiàn)性目標(biāo)、表現(xiàn)性任務(wù)、評價標(biāo)準(zhǔn)(評分規(guī)則)如圖1.

圖1 表現(xiàn)性評價三要素

“焦耳定律”描述的是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的規(guī)律.生活中電流熱效應(yīng)現(xiàn)象普遍，焦耳定律應(yīng)用也非常廣泛.本次教學(xué)借助表現(xiàn)性評價的設(shè)計與實(shí)施以提升高階思維能力.首先建立一個指向高階思維和核心素養(yǎng)的表現(xiàn)性評價目標(biāo)，其次設(shè)計聚焦高階思維的表現(xiàn)性任務(wù)，再次利用評價標(biāo)準(zhǔn)即評分規(guī)則進(jìn)行評價.

1 設(shè)計指向高階能力的表現(xiàn)性目標(biāo)

表現(xiàn)性目標(biāo)指向高階思維和核心素養(yǎng)，結(jié)合焦耳定律的內(nèi)容，設(shè)計表現(xiàn)性目標(biāo)(見表1).

表1 表現(xiàn)性目標(biāo)

2 設(shè)計與目標(biāo)匹配的表現(xiàn)性任務(wù)

表現(xiàn)性任務(wù)應(yīng)使學(xué)生展示他們所掌握的知識和技能，如用焦耳定律解釋生活現(xiàn)象.能在任務(wù)中展示深度學(xué)習(xí)，學(xué)生愿意主動參與，自主計劃，選擇適合的方案完成任務(wù).如在研究電流熱效應(yīng)效果時有多種轉(zhuǎn)換的方法.

基于對“焦耳定律”教學(xué)內(nèi)容的分析，設(shè)置表現(xiàn)性任務(wù)如圖2所示.

圖2 表現(xiàn)性任務(wù)

3 開發(fā)可觀測的評價標(biāo)準(zhǔn)

評價標(biāo)準(zhǔn)是對學(xué)生完成復(fù)雜任務(wù)的過程表現(xiàn)或結(jié)果需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計.根據(jù)表現(xiàn)性目標(biāo)和任務(wù)將評價分解為若干個評價指標(biāo)，對每一指標(biāo)的表現(xiàn)水平進(jìn)行詳細(xì)的質(zhì)量表述，一般以評價量表的方式呈現(xiàn).

科學(xué)探究是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實(shí)驗(yàn)與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力.根據(jù)探究要素設(shè)計評價量表(見表2).

表2 評價標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表

科學(xué)解釋是指基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，運(yùn)用科學(xué)知識和科學(xué)推理解釋實(shí)驗(yàn)中或生活中的科學(xué)現(xiàn)象.

設(shè)計科學(xué)解釋的評價量表(見表3).

表3 科學(xué)解釋的評價量表

4 教學(xué)過程

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

教師：給鉛筆芯通電，請預(yù)測會有什么現(xiàn)象產(chǎn)生？

學(xué)生：發(fā)熱或者燒斷.

教師演示：將0.5 mm的HB鉛筆芯接入9 V的電路中，現(xiàn)象如圖3-5所示.

圖3 鉛筆芯冒煙

觀察現(xiàn)象：開始時鉛筆芯冒出白煙，然后導(dǎo)電部分逐漸變紅，發(fā)出耀眼的白光.

教師：鉛筆芯發(fā)熱發(fā)光，能量是如何轉(zhuǎn)化的？

學(xué)生：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

除了發(fā)光發(fā)熱外學(xué)生還疑惑：鉛筆芯為什么會冒白煙？

教師提供資料：鉛筆芯的成分是石墨和黏土，根據(jù)石墨的含量不同分為2B/HB/2H等，這些粉末狀的材料是利用膠水粘起來的.石墨的熔點(diǎn)為3650 ℃以上，黏土的熔點(diǎn)為1700 ℃以上.膠水不到100 ℃即可熔化.

教師：根據(jù)以上信息請做出合理的推斷和提出科學(xué)問題.

學(xué)生：電流通過鉛筆芯發(fā)熱，白煙可能是膠水熔化揮發(fā)或者灼燒形成.發(fā)熱溫度升高，放熱發(fā)光.那么電流通過導(dǎo)體發(fā)熱多少與哪些因素有關(guān)？

再次體驗(yàn)：每個小組將5 Ω和10 Ω的定值電阻接入電路，利用感溫片包裹輔助觀察發(fā)熱情況.在串聯(lián)電路中10 Ω電阻的感溫片先變色.如圖6、7所示.

圖6 串聯(lián)電阻

確定研究問題：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)熱多少與哪些因素有關(guān)？

4.2 實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

4.2.1 建立假設(shè)，清晰描述自變量與因變量

影響通電導(dǎo)體發(fā)熱的因素有電流大小、電阻大小、通電時間.請學(xué)生建立假設(shè)并說明建立該假設(shè)的依據(jù)，依據(jù)來自生活經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)觀察等.

假設(shè)1：通電時間越長，導(dǎo)體產(chǎn)熱越多.依據(jù)是生活中燒水時間越長水溫越高水吸熱越多表示電熱絲產(chǎn)熱越多.假設(shè)2：通電導(dǎo)體電流越大，產(chǎn)熱越多.依據(jù)是電流越大，做功越多，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能越多.假設(shè)3：導(dǎo)體的電阻越大，產(chǎn)熱越多.依據(jù)是電阻越大阻礙越大，產(chǎn)熱越多.

4.2.2 設(shè)計、評價、完善方案

提供器材有：電源、導(dǎo)線、開關(guān)、定值電阻、滑動變阻器、溫度計、水、變溫貼等.

呈現(xiàn)設(shè)計要求：閱讀評價量表中關(guān)于方案設(shè)計部分，理解評價標(biāo)準(zhǔn).然后根據(jù)以下4個問題和要求設(shè)計實(shí)驗(yàn).① 自變量如何改變；② 因變量如何觀察；③ 無關(guān)變量如何控制；④ 多次或重復(fù)實(shí)驗(yàn)如何實(shí)現(xiàn)？ 畫出電路圖和實(shí)驗(yàn)示意圖，并寫出實(shí)驗(yàn)步驟.

學(xué)生呈現(xiàn)假設(shè)2的設(shè)計思路如下.① 自變量改變:通過滑動變阻器改變電路的電流，如I1=0.1 A和I2=0.2 A； ② 因變量觀測：變溫貼顯色法如圖7； ③ 加熱水測溫法如圖8、9所示；④ 無關(guān)變量控制：同一定值電阻(10 Ω)、通電時間相同(2 min)；⑤ 多次或重復(fù)實(shí)驗(yàn)：改變電流重復(fù)實(shí)驗(yàn)以減小誤差或避免偶然性.

圖8 加熱水初溫

評價方案：利用評價量表作為學(xué)習(xí)支架，小組合作交流自主評價，用紅色筆完善不足的地方.

教師：閱讀書本實(shí)驗(yàn)方案，與我們基于單一變量設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)不同與優(yōu)勢.

學(xué)生：書本把3個實(shí)驗(yàn)假設(shè)整合到一套實(shí)驗(yàn)中，大大提高了實(shí)驗(yàn)的效率.利用煤油的體積變化來顯示因變量的變化.

4.2.3 從定性到定量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)階

教師：變溫貼變色法、煤油體積膨脹法、加熱水測溫法有何區(qū)別？

學(xué)生：有定性研究和定量研究的區(qū)別.定量研究方便找出電熱絲產(chǎn)熱與各因素之間的定量關(guān)系.

教師：如果進(jìn)行定量研究，如何改進(jìn)才可減小誤差？

學(xué)生：測量水的升溫過程中，沒有考慮壺身的吸熱和向空氣中散熱的差異.為了減小誤差需要做好保溫措施.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，采集數(shù)據(jù)并記錄(見表4).

表4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：當(dāng)電流變?yōu)?倍時，導(dǎo)體產(chǎn)熱接近4倍.電阻變?yōu)?倍時，導(dǎo)體產(chǎn)熱也接近2倍，當(dāng)通電時間變?yōu)?倍時，導(dǎo)體產(chǎn)熱也接近2倍.

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)熱的多少與電阻和通電時間成正比，和電流的平方成正比.

4.3 遷移運(yùn)用，問題解決

4.3.1 現(xiàn)象解釋

引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)PTDR解釋框架和評價量表.PTDR框架即指“現(xiàn)象—理論—資料—推理”，如圖10所示.資料是通過對現(xiàn)象的分析獲取的事實(shí)信息，科學(xué)知識包括概念、規(guī)律、理論等，然后利用資料和科學(xué)知識進(jìn)行推理.

圖10 PTDR解釋框架

生活現(xiàn)象：燈絲斷了，重新搭接后，發(fā)光越來越亮，為什么？

引導(dǎo)學(xué)生解釋，并利用評價量表進(jìn)行自我評價.師生交流改進(jìn)后的解釋如圖11所示.

圖11 生活現(xiàn)象解釋

科學(xué)解釋不是科學(xué)理論和科學(xué)資料的隨意堆砌，而是符合邏輯關(guān)系的推理過程.借助PTDR解釋框架作為顯性化腳手架支持，有利于科學(xué)解釋能力的培養(yǎng).

4.3.2 問題解決

任務(wù)呈現(xiàn)：請設(shè)計一個具有保溫和加熱兩擋功能的電飯煲，要求加熱擋的功率為1000 W，保溫?fù)醯墓β蕿?00 W，電路如何設(shè)計？電阻絲需要滿足怎樣的規(guī)格要求？

學(xué)生設(shè)計方案(略).

學(xué)生討論交流，分析每種方案的優(yōu)缺點(diǎn).方案4體現(xiàn)了學(xué)生的創(chuàng)意思維.

5 總結(jié)與反思

5.1 深刻理解高階思維與表現(xiàn)性評價的關(guān)系

科學(xué)教學(xué)需要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)歷程中建立起科學(xué)觀念和思維方法，形成對科學(xué)的認(rèn)識和理解并能運(yùn)用科學(xué)知識解決問題.傳統(tǒng)筆紙測試難以檢測學(xué)生所有的能力，特別是高階思維以及社會性發(fā)展能力.表現(xiàn)性評價運(yùn)用實(shí)踐性的任務(wù)評價學(xué)生運(yùn)用知識解決問題的能力，是高階能力評價的有效選擇.科學(xué)中的高階思維常表現(xiàn)在科學(xué)建模、科學(xué)推理、科學(xué)論證過程中運(yùn)用分析綜合、抽象概括、歸納演繹、質(zhì)疑創(chuàng)新等思維方法.所以在設(shè)計表型性評價時需要充分挖掘科學(xué)中的高階思維，讓學(xué)生在解決問題過程中實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的提升.

5.2 合理設(shè)計表現(xiàn)性目標(biāo)和表現(xiàn)性任務(wù)

表現(xiàn)性目標(biāo)是回答評什么的問題，體現(xiàn)高階認(rèn)知，對接科學(xué)核心素養(yǎng).表現(xiàn)性任務(wù)是回答用什么評的問題.任務(wù)兼顧過程與結(jié)果，學(xué)生經(jīng)歷展示任務(wù)完成的整個過程，而不是僅僅給出一個答案，如完整的實(shí)驗(yàn)探究須經(jīng)歷從方案設(shè)計到數(shù)據(jù)采集到結(jié)論得出以及表達(dá)交流等過程.任務(wù)強(qiáng)調(diào)情境的真實(shí)性和開放性，需要綜合運(yùn)用科學(xué)知識解釋生活現(xiàn)象或創(chuàng)造方案以解決問題.如設(shè)計不同擋位的電飯煲可以用串聯(lián)電路也可以用并聯(lián)電路.學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī)會隨著任務(wù)的真實(shí)性程度提高而變強(qiáng).表現(xiàn)性任務(wù)還須具有探究學(xué)生知識建構(gòu)、觀察學(xué)生思維層次與策略的功能.

5.3 充分發(fā)揮評價標(biāo)準(zhǔn)(評分規(guī)則)的作用

評價標(biāo)準(zhǔn)不僅是教師評價任務(wù)的工具，也是學(xué)生自我評價的支架，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)需要達(dá)到怎樣的程度，目前已經(jīng)達(dá)到哪一程度.評分規(guī)則須清晰易懂，便于引領(lǐng)和促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí).評價過程也是自我改進(jìn)和自我反思的過程，如探究評價量表明確了每一步探究技能所需要達(dá)到的要求，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行了學(xué)習(xí)和反思后，該探究方法可以遷移到下一次的探究中.和教師點(diǎn)評相比，學(xué)生間的互評也更加平等，互評還可以加深對評分規(guī)則內(nèi)涵的理解，因?yàn)橥椴粌H評分還要解釋給出這個分?jǐn)?shù)的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，以及哪里需要改進(jìn).基于標(biāo)準(zhǔn)的評價增加了生生交流的機(jī)會，同時也保障了生生之間交流的有效性.